JP6718927B2 - 光電センサ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の光電センサ製造方法に関する。

このようなセンサでは受光素子の選択と光学的構造がセンサの性能に大きく影響する。低い受光強度でも検出できるようにするために、アバランシェフォトダイオード（以下、適宜「ＡＰＤ」と略す）が用いられることがよくある。ＡＰＤでは、光が入射すると、制御されたアバランシェ降伏（アバランシェ効果）が誘発される。この現象により、入射光子により生み出された電荷担体が増倍され、光電流が生じる。この電流は受光強度に比例するが、単なるＰＩＮダイオードの場合よりもはるかに大きい。

いわゆるガイガーモードで駆動されるＡＰＤ（ＳＰＡＤ：シングルフォトンアバランシェフォトダイオード、又は、ＳｉＰＭ：シリコンフォトマルチプライヤ）を用いればより高い受光感度が達成される。このモードでは、降伏電圧より高いバイアス電圧がＡＰＤに印加されるため、単一の光子により放出されるたった１つの電荷担体でさえ、もはや制御されないアバランシェを誘発し得る。電界強度が高いため、このアバランシェは利用可能な全ての電荷担体を取り込む。このようにＡＰＤは、その名前の由来となっているガイガーカウンタのように一つ一つの事象を計数する。ガイガーモードのＡＰＤは感度が高いだけでなく、比較的安価でもある。しかもＳＰＡＤは低コストで回路基板に統合できる。

単なる物体検出に止まらず、距離測定システムでは物体までの距離も特定される。光伝播時間の原理による距離センサはそのために光信号の伝播時間を測定する。この時間が光速を介して距離に対応する。この測定は従来よりパルス方式と位相方式に区別される。パルス伝播時間法の場合、短い光パルスが送出され、その光パルスの拡散反射又は直反射が検出されるまでの時間が測定される。一方、位相法の場合、発信光が振幅変調され、発信光と受信光の間の位相のずれが特定される。この位相のずれが同様に光伝播時間の尺度となる。

殆どの場合、特に距離測定の場合、センサは有効光（特に自らの発光器又は割り当てられた発光器の光）と周辺光又は他の光源からの妨害光とを区別できなければならない。周囲が特に明るい場合や、目標物の拡散反射性が低かったり測定距離が大きかったりする場合等、使用状況によっては、有効光のレベルが極めて低いときにその識別が非常に難しい課題となることがある。

また、ＳＰＡＤは比較的検出面が大きいため、外部光による妨害も大きい。その外部光の量が今度は信号雑音比（ＳＮ比）を決定的に左右する。受光路において受信光束を収束させ、その断面が最小となる箇所に絞りを配置することにより、外部光を制限することができる。これは例えば特許文献１に記載のやり方である。その方法では、更に絞りの背後から受光器まで延在する光学的な漏斗状素子を追加的に配置することで、受信光を受光器まで導くとともに均一化する。

しかし、このような絞りは調整と固定が必要である。部品には公差があり、調整の質には限界があるため、実際には、特にできるだけ高いＳＮ比を得るのに最適なサイズよりも大きめの絞り開口が選ばれる。絞りが小さすぎたり受信光束に対してずれていたりして受信光の一部が絞りを通過できない場合、バランスを欠いた質の低下が生じる。受信光束の他に外部光が絞り開口を通過すると偶然の検出事象が生じ、その影響が平方根関数に従うショットノイズとして寄与してしまう。

最適ではない絞りによる損失を制限したければ、公差の小さい構成部品を開発して製造し、それを高精度で調整して速やかに固定しなければならない。そうすると、部品のコストと複雑で時間のかかる工程のために製造コストが増す。しかもその工程は柔軟性に乏しい。その上、製造工程で接着剤やはんだ装置等の危険な物品を扱わなければならない。

DE 10 2014 102 420 A1

故に、本発明の課題は、受光システムにおけるロバスト性が高められた光電センサを見出すことである。

この課題は、請求項１に記載の光電センサ製造方法により解決される。該センサの受光ユニットにおいて、受光光学系の焦点面に絞りが配置される。この絞り位置で受信光束が最小の断面を有する。実施形態によっては公差のため光が焦点面に正確に当たらないが、それでも焦点面内での配置と呼ぶ。少なくとも外部光のうち近視野又は中距離において受光光学系に達する部分が絞りにより低減される。絞り開口は焦点面の内側で受信光束が絞りを通過する箇所にあるため、有効光のうち絞りにおいて失われる部分は可能な限りゼロである。受光器は、完成した個別の絞りを備える受光光学系から成る残りの受光ユニット内へ最後に取り付けられることが好ましい。

本発明は、絞りを個別に製作するという基本思想から出発している。この製作は受光光学系の使用の下で行われる。その理由は受光光学系が製作に直接関与しているから、あるいはその特性が絞りの製作に対して決定的な役割を果たすからである。原材料からの完全な製作という意味での絞りの「製作」は単なる好ましい例に過ぎない。未加工の鋳造部材に機能上の絞り開口を別途付け加える場合も「製作」と解釈される。

これにより、絞りが、受光光学系及び該受光光学系により生成される受信光束に合わせて最適化される。絞りを個別に製作することは調整の代わり又は少なくともそれを補うものとなる。個別の絞りは、該絞りと一緒にセンサ内で使用される受光光学系のためにまさに特別に製作される。従来はそうではなく、１種類の絞りを少なくとも一工程分の全センサのための部品として取り寄せていたため、センサ側で公差の結果を受け入れるか、コストのかかる調整によりそれを補うしかなかった。

本発明には、受光路内の光学的に作用する構成部品の公差が最小化されるという利点がある。個別の絞りにより受光光学系の品質のぶれに対応することができる。これにより絞り開口をできるだけ小さくすることが可能となり、理想的な場合には、受信光束以外の外部光が全く採集されず、それでもそれによる有効光の損失は生じない。これによりＳＮ比が最適となり、調整作業のない製造方法でより高い測定性能が得られる。部品の公差にうまく対応できるため、工具や部品のコストが低減する。また、特別な固定プロセスのために製造中に危険な物品の使用が避けられる。

製作すべき個別の絞りの特性を取得するために、受光光学系を取り付けた状態で受信光束が計測されることが好ましい。重要な特性としては、例えば特定のＺ方向位置における光線の断面積や空間内でのその位置が挙げられる。ここで、受光ユニットの光軸の方向をＺ方向と呼んでも一般性は失われない。

好ましくは、特性として受信光束の横方向の位置が計測され、その位置に絞り開口を有する絞りが個別の絞りとして製作される。横方向の位置とはＺ方向に垂直な平面上の位置である。この特性を通じて、受信光束がその後の稼働時に可能な限り正確に絞り開口に当たり、従って可能な限り全てが個別の絞りを通過することが確実となる。これが、そうでなければ普通である絞りの調整の代わり又は少なくともそれを補うものとなる。こうして、個別の仕上げにより絞り開口が正しい位置に付け加えられる。

好ましくは、特性として焦点面の位置が計測され、絞りがその位置に配置される。そのために、好ましくはスポットサイズ、つまり少なくとも１つのＺ方向位置における受信光束の光線の断面が求められる。焦点面を見つけるには、複数のＺ方向位置における最小の光線断面を探すか、それを補間により求めればよい。もっとも、予想される焦点位置よりはるか手前又は後ろにあるＺ方向位置においてスポットサイズを特定するというステップも考えられる。その後、その位置で測定されたスポットサイズと焦点における予想スポットサイズから、放射公式を用いて、なお必要なＺ方向のずれを求めることができる。

考えられる別の特性は光線の断面の幾何形状である。なぜなら、絞り開口の形状及び寸法は、焦点面内において最も絞り込まれたときの受信光束の幾何形状に合わせられる可能性があるからである。ただし、実際にはそれらが公差により変化することは殆どないため、絞り開口の形状及び寸法は光学系の設計から理論的に且つ全てのセンサに対して等しく確定することができる。

受信光束はカメラで計測されることが好ましい。これにより所要の特性を比較的容易に捕らえ、確実に特定することができる。多数のセンサを次々に製造するためにカメラさえあればよいから、高価なカメラや画像解析のコストはさほど重要ではない。

計測のために、個別の絞りの位置となる可能性がある位置の付近に投影面、特に磨りガラスを配置することが好ましい。これにより、ある面内に受光スポットを作り出し、それを例えばカメラで捕らえる。個別の絞りの位置となる可能性のある位置は公差がない場合に予想される焦点面とほぼ一致させてもよいが、そこから離れた位置をわざと選んでもよい。ここで重要なのは、後で決まる実際の絞りの位置を当てることではなく、所要の特性を導き出すことができる位置である。より多くの情報又はより良い情報を得るために投影面をＺ方向に動かすことも考えられる。

個別の絞りはセンサの製造ラインにおいて製作されることが好ましい。このようにすれば、個別の絞りの製作がその他の製造工程内に統合されたステップとなる。部品の購入は不要である。また個別の絞りの調達と供給のための特別なプロセスコストはかからない。

個別の絞りは３次元印刷で製造されることが好ましい。これは、３次元印刷の具体的な実施法に依存しない発生的乃至は付加的な製造法を指すものである。３次元印刷により、絞りそのものが、特に絞り開口の位置、形状及び寸法に関して個別化されるだけではない。とりわけ、正しいＺ方向位置、好ましくは受信光束の計測により予め把握された焦点面のＺ方向位置の近くで、絞りを直接製作することもできる。こうして、個別の絞りが製作によって直接、少なくとも横方向に、好ましくはＺ方向にも正しく調整される。この製作は柔軟であるだけでなく低コストでもある。

付加的な製造法の代わりに、未加工の鋳造部材からの除去的な製造法も考えられる。この場合、例えばレーザ切断、押し抜き、穿孔、フライス加工、浸食、リソグラフィ、又はエッチングにより、所望の絞り開口が個別に付け加えられる。

好ましくは、まず絞り開口がない未加工の絞り用鋳造部材が受光光学系の焦点面内に配置され、それから絞り開口が形成される。絞り開口は受信光束が貫通するはずの箇所に狙いを付けて形成される。絞りそのものを投影面又は磨りガラスとして利用することによりその箇所を特に精確に測定することができる。

好ましくは、材料加工レーザを使用し、その光路が受光光学系を貫通するように導かれることにより絞り開口が形成される。そのためには、個別の絞りがどのような外観になるべきかを事前に計測しないことが好ましい。材料加工レーザ光そのものが受光光学系を貫通するため、その光路は受信光束と一致する。加えて、材料加工レーザが受信光束に匹敵する光線特性を持つこと、つまり、例えば無限遠からの光に対応して平行化されていることが好ましい。材料加工レーザと後の有効光との間の波長差等による光路の違いを補償するため、意図的に焦点をぼかしたり、材料加工レーザに光学素子を追加したりすることも考えられる。

受光光学系と個別の絞りは光学系保持体に取り付けられることが好ましい。光学系保持体は、受信光を導くため、そして他の外部光を遮るために、受光光学系と絞りの間に鏡胴を備えていることが好ましい。受信光束の特性が計測されるとき、あるいは個別の絞りがそれに合わせて製作されるときに、受光光学系が既に光学系保持体に取り付けられていれば有利である。このようにすれば、その後、それらについては公差が生じ得ない。

受光器は、降伏電圧より高いバイアス電圧が印加されることによりガイガーモードで駆動される少なくとも１つのアバランシェフォトダイオード素子を備えていることが好ましい。このようなＳＰＡＤ受光器は特に感度が高い。また信号帯域に制限がない。フォトセルの内部で増幅が行われるためその熱雑音はほとんど無視し得る。従って、このような受光器は絞りを備える光学系の設計にとって非常に好適である。検出面が大きいため受信光束が横方向にずれる余地があるが、それを補償しなくても、個別の絞りをそのずれに適応させるだけでよい。好ましくは多数のアバランシェフォトダイオードが設けられる。これにより検出面がより大きくなり、しかも統計的な評価が可能となる。

好ましくは、発光器が受光器に対して同軸状又は二軸状に配置され、該発光器の発信光線が受信光束を生じさせる。これは例えばレーザであり、好ましくはそれに対して発光光学系が配置される。個別の絞りを適応させる対象となる受信光束は前記発光器で生成することが好ましい。そのために、例えば所定の距離に反射器が配置され、それが発信光線を受光光学系へ送り返す。これにより、個別の絞りの製作を通じた調整が受光路内だけでなく発光路と受光路の間でもうまくいく。製造のどのステップで、そしてどの時点で発光器を取り付けるかは本発明では決まっていない。もっとも、個別の絞りが製作される前、又はそれに必要な受信光束の特性が計測される前に、発光光学系を備える発光器と受光光学系がそれらの最終的な位置にあることが好ましい。

自らの発光器の代わりに、受信光束を外部光源で生じさせてもよく、その場合、波長、距離、角度及び光線断面に関して稼働時に匹敵する特性を有する発光器をそのために使用することが好ましい。これにより、自らの発光器を持たない受動型センサ用の受光ユニット、又は、後で発光器と組み合わされる受光ユニットが得られる。

受光光学系及び発光器の発光光学系は共通の光学系保持体内に配置されることが好ましい。これにより、発光ユニットと受光ユニットの間の調整が最初から、構造上、真に正確に決まり、固定後はもはや変化しない。残りの公差は、続いて行われる個別の絞りの製作を通じて補償される。

前記センサは、その内部において光伝播時間測定用の光伝播時間測定ユニットが受光器に接続される距離測定センサであることが好ましい。そのための光伝播時間法としてはあらゆる公知の方法、つまりパルス伝播時間法、位相法又はパルス平均法が考えられる。レーザスキャナとなる有利な発展形態では、距離が一方向で測定されるだけではなく、回転ミラーのような可動式の偏向ユニットが加えられたり、受光ユニットが可動式の測定ヘッドに取り付けられたりする。

以下、本発明について、更なる特徴及び利点をも考慮しつつ、模範的な実施形態に基づき、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。

光電センサの概略断面図。 図１のセンサの発光器内で使用可能なガイガーモードのアバランシェフォトダイオードの模範的な簡略化した等価回路図。 絞りを備える受光ユニット内の光線の進み方を示す図。 カメラを用いた受光ユニット内の受信光束の計測を説明するための図。 受信光束に応じた様々な個別の絞りの概略平面図。 受光ユニット内に個別の絞りを備える発光・受光モジュールの断面図。 個別の絞りに絞り開口を形成する前と後の受信光束及び材料加工レーザの光束の進み方を示す図（ａ）及び（ｂ）。

図１は模範的に光検知器として構成された光電センサ１０のブロック図である。このセンサ１０は発光器１２（例えばレーザダイオード）を備え、その発信光１４が発光光学系１６内で平行光にされた後、監視領域１８へ送出される。監視領域１８内の物体の表面で拡散反射された光が受信光２０となり、受光光学系２４と絞り２６を備える受光ユニット２２内で受光器２８へ導かれる。

受光器２８はフォトダイオード等の単純な受光面として構成することができる。好ましくは多数の受光素子又は画素が設けられる。受光器２８の一又は複数の受光素子は、受信光２０を高感度で捕らえるためにガイガーモードで駆動されるアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であることが好ましい。これを説明するため、図２にこのようなＡＰＤの模範的な簡略化した等価回路図を示す。これは実際には半導体部品であり、その構造（図示せず）はここでは周知のものとする。ＡＰＤ１００はまずダイオード１０２としての挙動を示す。ＡＰＤには容量があり、それが並列接続されたコンデンサ１０４で表されている。アバランシェ降伏が起きれば電荷担体が生じるが、その源は等価回路図中に電源１０６として描かれている。アバランシェ降伏は入射光子１０８により誘発されるが、そのプロセスはスイッチ１１０のように働く。外部に対してＡＰＤは抵抗１１２を介して電源１１４に接続されている。この電源と別の抵抗１１６との間にある点１１８において出力信号を観察することができる。

待機状態では、ダイオード１０２には降伏電圧より高い電圧が印加されている。この状況で入射光子１０８が電荷担体対を生成すると、いわばスイッチ１１０が入り、その結果、電荷担体が電源１０６を介してＡＰＤに溢れる。しかし、新たな電荷担体は十分に強い電界が維持されている間のみ発生する。コンデンサ１０４が電源１０６によって降伏電圧を下回るまで放電されると、アバランシェは自然に止まる（「受動クエンチ（消滅）」）。その後、コンデンサ１０４は、降伏電圧を超える電圧が再びダイオード１０２にかかるまで、外部の電源１１４により抵抗１１２を通じて再充電される。別の構成では、アバランシェが外部から認識され、その後、降伏電圧より低い電圧までの放電が開始される（「能動クエンチ（消滅）」）。

図１のセンサ１０には発光器１２及び受光器２８と接続された制御及び評価ユニット３０が更に設けられている。制御及び評価ユニット３０は受光器２８の受光信号に基づいて監視領域１８内の物体を検出する。また、距離測定型光検知器としてのセンサ１０の実施形態では、光パルスを送出して該パルスの受信までの光伝播時間を測定することにより、検出された物体の距離も測定される。評価ユニット３０は出力部３２を通じて処理済み又は未処理のセンサ測定データを出力したり、逆に制御及びパラメータ設定の指示を受け取ったりできる。

図１に基づいて説明したセンサ１０の実施例は模範例に過ぎないと理解すべきものである。光遮断機や光格子、距離センサやレーザスキャナ等、多種多様な光電センサが本発明により製造可能である。これらのセンサ１０には、例えば発光チャネルと受光チャネルが共通の分割ミラーを通るものや、発光チャネルが全く無い受動型のものなど、構造が図１と大幅に異なるものもあり得る。本発明は何よりも受光ユニット２２に関するもの、ここでは特に以下に説明する絞り２６の製作と調整に関するものであって、センサ１０のその他の部分の構造はあまり関係がない。

図３は受光ユニット２２内の光線の進み方の概略図である。絞り２６が受光ユニット２２の光軸の方向（以下、Ｚ方向という）に受光光学系２４に対して一定の距離に配置され、その結果、受信光２０がその焦点又は最も絞り込まれた点で絞り開口を通るようになっている。つまり絞り２６は受光光学系２４の焦点面内にある。この条件は無限遠からの受信光２０に当てはまることが好ましい。受信光２０により形成される光束のそばの外部光は絞り２６により受光器２８から遮られる。

この受光ユニット２２のＳＮ比を最適化するには、絞り２６の絞り開口が、最も絞り込まれた点における受信光２０の断面とちょうど同じ大きさになるとともに、横方向及び可能であればＺ方向にも正確に配置されることで、有効光が失われないようにしなければならない。受光光学系２４には公差があるため、既製の絞り２６では非常に正確な調整と固定が必要である。

これに対して本発明では、このセンサ１０でまさに使用されている受光光学系２４の受信光２０の光線の進み方に個々に適合化された絞り開口を有する個別の絞り２６が製作される。後はこの個別の絞り２６をＺ方向に位置決めする必要があるだけであり、好ましい実施形態ではその正しいＺ方向位置において直接、絞りが製作される。その際、様々な材料及び作成方法が利用できる。

個別に作られる絞り２６により、光学機械的な構成部品（即ち受光光学系２４と絞り２６）の公差が電子機器（即ち受光器２８）に対して分離される。絞り２６が受光光学系２４の公差に正確に入り込むため、後は受信光２０によって受光器２８上に形成される受光スポットの横方向のずれ及びスポットサイズの変化が残るに過ぎない。しかし、特にＳＰＡＤ受光器やＳＰＡＤマトリックスがそうであるように、受光器２８が十分な大きさの面を持っている限り、それは問題とならない。故に、公差を伴う位置決めによる信号損失はもはや生じない。

図３は受光光学系２４の模範例として単純な集光レンズを示している。受光光学系２４が図と違って複数の部品（特に複数のレンズ）から成っていたり、フレネルレンズ、反射素子（例えば凹面鏡）又は回折素子を備えていたりしてもよい。また、受光光学系２４と絞り２６の間には遮光性及び導光性を持つ鏡胴を設けることが好ましく、同様に、絞り２６と受光器２８の間には特許文献１に記載のようなホモジナイザー若しくは遮蔽用漏斗又は他の光学素子を配置することができる。

図４は個別の絞り２６を製作するための実施形態の最初のステップを示している。ここでは受信光２０の光束が受光ユニット２２内でカメラ３４を用いて計測される。受光光学系２４はこの時点で既に組み立てが済んでおり、この例では光学系保持体３６に固定されている。

後で絞り２６が位置することになるおよその場所に磨りガラス３８が光学系保持体３６内に装入されている。実際に組み立てられた受光光学系２４の焦点面の正確な位置はまだ分からない。また、磨りガラス３８をちょうど焦点面内に配置することは重要ではなく、むしろやり方によっては焦点面からずらす方が有利な場合もある。磨りガラス３８の上方には外部光フィルタ４０も描かれているが、これは任意である。これは例えば発光器１２の波長に合わせたバンドパスフィルタであって、計測用のものであるが、完成後のセンサ１０でも使用してもよい。

カメラ３４が磨りガラス３８の画像を撮影し、該磨りガラス３８のＺ方向の高さにおける受信光２０の光線断面の位置、幾何形状（特に大きさ）を測定する。実施形態によっては、磨りガラス３８のＺ方向位置を変化させて最小の光線断面を見出したり、そのようなＺ方向位置を複数の測定値から内挿したりする。受光光学系２４の全体的な光学系の設計に基づいて、光線断面が焦点面においてどのように見えるはずであるかが予め分かることもある。その場合、Ｚ方向位置が１つあれば、組み立てられた受光光学系２４の焦点面のＺ方向位置を放射公式で求めることもできる。また、横方向の位置、つまりＺ方向に垂直な平面内での位置が適宜計測され、磨りガラス３８のＺ方向位置が焦点面からまだ外れている場合は、必要に応じて放射公式で横方向の位置を合わせる。

これにより、どのＺ方向位置に個別の絞り２６を配置すべきか、そして絞り開口を横方向のどの位置に付け加えるのが最適であるかが分かる。絞り２６のために固定的なＺ方向位置を１つ定めておいたり、複数の固定的なＺ方向位置から選択したりすることも考えられる。その場合、組み立てられた受光光学系２４の公差によっては絞り２６が正確に焦点面内に入らなくなる。しかし、カメラ３４による計測に基づき、そのＺ方向位置に対して絞り開口を少なくとも横方向には最適に配置することができる。この場合、絞り開口を最適なＺ方向位置にあるときよりも若干大きめに形成してもよい。なぜなら、ＳＮ比のためには、有効光が失われることよりも、むしろ外部光の分量が若干多くなることを受け入れるべきだからである。

図５は、受信光２０に関して得られた情報に基づいて個別に製作された絞り２６の幾つかの例を示している。本方法を具体的に示すために、各絞り開口４２の横方向のずれを実際の公差よりも意図的に誇張して描いてある。図示した絞り２６はいずれもセンサ１０の個別の実例に合わせて精確に測定され、製作されている。

個別の絞り２６の製作は好ましくはセンサ１０の製造ラインで直接行われる。それに適しているのは３次元印刷とも呼ばれる付加的な製造法である。ここでは、粉末床（Ｐｕｌｖｅｒｂｅｔｔ）、自由空間（Ｆｒｅｉｒａｕｍ）、液状材料（Ｆｌｕｅｓｓｉｇｍａｔｅｒｉａｌ）、シート積層（Ｓｃｈｉｃｈｔｂａｕ）など、公知のあらゆる技術が考えられる。３次元印刷によれば、光学系保持体３６内において正しいＺ方向位置に絞り２６を直接印刷することさえできる。あるいは、光学系保持体３６の外で絞り２６を印刷し、後はそれを単に光学系保持体３６内でＺ方向に正しく位置決めする。Ｚ方向の位置決めには、光学系保持体３６内にガイドスリット又は階段状の段差を設け、絞り２６の外面形状をそれに合わせることが特に考えられる。

あるいは除去的な製造法も考えられる。この方法としては、薄板や紙、樹脂のレーザ切断、押し抜きなどによる切り分け、穿孔やフライス加工のように幾何学的に決まった形状の刃を用いる機械加工、材料除去や浸食、リソグラフィ法又はエッチング法が挙げられる。

図６はセンサ１０の完成した発光・受光モジュールの例を示している。個別の絞り２６が既にその目標位置に入っている。ここでは模範例として用いられている共通の光学系保持体３６は発光路と受光路のためにそれぞれ鏡胴４４を備えている。この例のようにセンサ１０が自らの発光器１２を備えている場合、個別の絞り２６の製作の前に発光器１２、発光光学系１６及び受光光学系２４が既に光学系保持体３６内に配置され、固定されていることが好ましい。そうすれば、必要な個別の絞り２６をカメラ３４で精確に測定するための基となる受信光２０の特性が後の稼働時と同じになる。あるいは、受信光２０を製造ラインにある外部の発光器により生成してもよい。個別の絞り２６が製作され、そのＺ方向位置に設けられたら、続いて受光器２８が取り付けられる。

図７は個別の絞り２６の製作の別の実施形態を示している。ここでは受光光学系２４だけでなく絞り２６も予め光学系保持体３６内に固定されている。ただし、図７（ａ）に対応するこの時点では絞り２６が機能上の絞り開口４２をまだ有していない。つまり、まだ穴が開いていない単なる未加工の絞り用鋳造部材である。この絞り用鋳造部材のためのＺ方向位置は光学系の設計からほぼ確定できる。まだ公差の影響があるが、これは容認する。あるいは、最初に実際の受光光学系２４内でＺ方向位置を測定し、そこに絞り用鋳造部材を位置決めすることも考えられる。

絞り開口４２を付け加えるため、受光光学系２４の光学的な結像作用を利用して、広げられ平行化された材料加工レーザのレーザ光線４６を絞り２６に向けて結像させる。受光光学系２４がレーザの光線束を集光することで、絞りの位置におけるレーザのエネルギー密度が大幅に高まり、材料除去により穴又は絞り開口４２が生じる。材料加工レーザの波長λ_{Ｂｅａｒｂｅｉｔｕｎｇ}は、製造すべきセンサの動作波長λ_{Ｓｅｎｓｏｒ}の場合に絞りが所望の開口を有するものとなるように選択する。材料加工レーザの波長だけが所望の絞り開口４２を得るために利用可能な調整手段ではない。例えば、波長１０６００ｎｍのＣＯ_２レーザの場合のようにλ_{Ｂｅａｒｂｅｉｔｕｎｇ}＞＞λ_{Ｓｅｎｓｏｒ}であれば、広がったレーザ光束の意図的な非平行化により焦点を正しい焦点位置に結ばせることができる。それには光線拡大系を調整状態から外してもよいし、光学系を追加してもよい。図７（ｂ）に加工後の絞り２６を備える受光ユニット２２を示す。

材料加工レーザには、そのレーザ光線４６が受光光学系２４を直接通過するため、自動的に光学系の公差が考慮されるという大きな利点がある。もっとも、他の方法で、特に先に言及した除去的な製造法で、絞り開口４２を絞り用鋳造部材に個別に付け加えることも考えられる。そのためには、絞り開口４２の横方向の位置を、例えば図４のようにカメラ３４と磨りガラス３８を用いて計測する。その際、絞り用鋳造部材そのものが磨りガラス３８と同様の投影面として機能できるような特性を有していてもよい。

ここまで記載の他にも、個別の絞り２６があれば、他の多くのセンサ１０にとって普通である受光光学系２４内の近視野領域をなくし、その機能を絞り２６内で模すことができる。近視野領域を持つレンズは基本的に器具に拘束されたの部品であり、使用において変化をつけることはほとんどできない。近視野領域を絞り２６内に設ければ、より安価な又は高価な標準レンズを利用することができる上、ずっと後の仕上げステップで装置に変化をつけることができる。これにより数量を多くして製造コストを低減させることができる。

Claims (15)

1. 受光光学系（２４）を有する受光ユニット（２２）と、受光器（２８）と、それらの間にある絞り（２６）とを備える光電センサであって、前記絞り（２６）が前記受光光学系（２４）の焦点面内に配置されていることで、該受光光学系により生成される受信光束（２０）が最も絞り込まれた点において前記絞り（２６）の絞り開口（４２）を通るようになっている光電センサ（１０）を製造する方法において、
   前記絞り（２６）が前記受光光学系（２４）の使用の下で該受光光学系（２４）に対して適合化された個別の絞りとして製作されることを特徴とする方法。
2. 製作すべき個別の絞り（２６）の特性を取得するために、前記受光光学系（２４）を取り付けた状態で前記受信光束（２０）が計測されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 特性として前記受信光束（２０）の横方向の位置が計測され、その位置に絞り開口（４２）を有する絞りが個別の絞り（２６）として製作されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 特性として焦点面の位置が計測され、前記絞り（２６）がその位置に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記受信光束（２０）がカメラ（３４）で計測されることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の方法。
6. 計測のために、前記個別の絞り（２６）の位置となる可能性がある位置の付近に投影面、特に磨りガラス（３８）が配置されることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記個別の絞り（２６）が前記光電センサ（１０）の製造ラインにおいて製作されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記個別の絞り（２６）が３次元印刷で製造されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. まず絞り開口がない未加工の絞り用鋳造部材が前記受光光学系（２４）の焦点面内に配置され、それから前記絞り開口（４２）が形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 材料加工レーザを使用し、その光路（４６）が前記受光光学系（２４）を貫通するように導かれることにより前記絞り開口（４２）が形成されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記受光光学系（２４）と前記個別の絞り（２６）が光学系保持体（３６）に取り付けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記受光器（２８）が、降伏電圧より高いバイアス電圧が印加されることによりガイガーモードで駆動される少なくとも１つのアバランシェフォトダイオード素子を備えていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 発光器（１２）が前記受光器（２８）に対して同軸状又は二軸状に配置され、該発光器の発信光線（１４）が前記受信光束（２０）を生じさせることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記受光光学系（２４）及び前記発光器の発光光学系（１６）が共通の光学系保持体（３６）内に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記光電センサ（１０）が、その内部において光伝播時間測定用の光伝播時間測定ユニット（３０）が前記受光器（２８）に接続される距離測定センサであることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。

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