專利名稱：光電開關(guān)器件及開關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換的開關(guān)器件，它適用于工廠自動化生產(chǎn)線等場合。
當工廠自動化生產(chǎn)線上使用各種傳感器進行控制等工作時，作為具有開關(guān)功能光電傳感器的光電開關(guān)有各種各樣的用途，因為這樣的光電開關(guān)具有非接觸式目標檢測的優(yōu)點。
傳統(tǒng)光電開關(guān)中的反射式光電開關(guān)，適于從發(fā)射器向檢測位置發(fā)射光，并用光電接收器檢測有/無從檢測位置的反射光，因此在檢測位置上可以識別是否有受檢目標。另一方面，透射式光電開關(guān)相對地布置一個發(fā)射器和一個光電接收器并利用這樣地一個事實，即如果收發(fā)之間存在受檢目標，那么由于受檢目標的遮擋使光不能到達光電接收器，并構(gòu)成所謂的光中斷器。在這兩種情況的任一種情況下，根據(jù)光電接收器的光接收狀態(tài)，實現(xiàn)一個所需開關(guān)的打開/閉合，因此具有光電開關(guān)的功能。
然而，因為這種傳統(tǒng)的光電開關(guān)依賴于光反射系數(shù)或目標的遮擋程度，對于那種光學特性差的受檢目標，特別是對于一種透明或半透明的固體(以后稱為“透明物質(zhì)”)其檢測是困難的。即，因為從發(fā)射器來的光在這樣的透明物質(zhì)上很難有反射或遮擋，所以光電接收器的光電接收輸出很難在傳統(tǒng)的光電開關(guān)內(nèi)隨受檢目標的有/無變化。進而，為了強制檢測微反射或遮擋必須把用于鑒別光電接收器光電接收輸出的閾值設(shè)置在零附近的情況下，當進行開關(guān)時，由于諸如噪聲那樣的小干擾就會引起ON/OFF的開關(guān)動作，因此這將產(chǎn)生誤信息。
另一方面，如所公知的，任何一種物質(zhì)都不能完全透過所有波長的光，而都存在著隨光波長而變的光吸收。為此，提出一種技術(shù)，即讓白光光源發(fā)出的光通過一濾波器提取而特定的波長；將其投射到一目標上；根據(jù)透過該目標的光的吸收，對目標進行存在與否的檢測。
但是，濾波器允許透過的波段不一定與當時要被受檢目標的光吸收波段相吻合。于是常常使檢測靈敏度達不到實際所需要的程度。
而且，用作白光光源的白熾燈尺寸大，將其投射到目標上去的光學系統(tǒng)也隨之增大。進而，使必須包含這些組件的發(fā)射裝置的尺寸增大。
在這種情況下，將限制采用白光光源和濾波器的光吸收型光電檢測器的用途，并且難以在諸如小型化的常用的光電開關(guān)這樣的裝置中采用它。
此外，憑這項技術(shù)難以得到僅透過標注波長光的完全濾波器，而且在實際應(yīng)用中，該濾波器也明顯透過非該波長的光。因此，在實際檢測中，難以僅投射與目標吸收率相對應(yīng)的特定波長的光，而常?；煊性S多波長。于是，非標注波長吸收的影響是不可避免的，某些情況下會產(chǎn)生目標檢測錯誤。
因此，以非接觸方式對光學特性不理想的受檢目標進行的光檢測有許多問題，另一方面，同時還有這樣一個問題為了安裝一個傳感器而必須安裝許多其他傳感器。尤其是，在各種場合中使用光電開關(guān)，就要有許多相似的光電開關(guān)被安排/放置在現(xiàn)場的一個自動化生產(chǎn)線上。
即使對于僅僅檢測容器中液體量的檢測工作而言，在自動化生產(chǎn)線上也需要有實現(xiàn)容器是否到達注入位置及注入量是否適當這兩類檢測的光電開關(guān)。
于是，在實際自動化生產(chǎn)線上大量光電開關(guān)需要有大的安裝空間，而且制造自動化生產(chǎn)線時要花大量時間安裝這些光電開關(guān)。
此外，近年來工廠的自動化生產(chǎn)線正在向多類型小批量產(chǎn)品轉(zhuǎn)移，致使在同一條生產(chǎn)線上總有各種形狀、顏色等產(chǎn)品流動著。為了對付這種局面，盡管受檢目標相同或相似，還是有必要安裝大量適應(yīng)于那種能應(yīng)付各種不同條件產(chǎn)品的生產(chǎn)線情況的傳感器。這是因為傳統(tǒng)的光電開關(guān)已經(jīng)被設(shè)計成在一種條件下僅能實現(xiàn)一類檢測的類型，而對于各種被測目標則需要各種類型的光電開關(guān)。
如上所述，光電開關(guān)有很好的實用價值，它可以以非接觸方式檢測受檢目標；可以說，對其用途和便利性的拓寬，在未來研究與開發(fā)中將占重要地位。
在這樣的情況下，產(chǎn)生了本發(fā)明，且第一目的是提供一種光電開關(guān)，它以某些類透明物質(zhì)，如(1)包含OH基團的物質(zhì)，及(2)包含CH2基團或CH3基團的物質(zhì)為目標，并對其進行極精確的檢測，它由一些易于得到的元件構(gòu)成，并能使結(jié)構(gòu)小型化且有較強的通用性。
第二目的是提供一種能夠在同一檢測位置進行多種檢測的光電開關(guān)。
本發(fā)明提出一種用光照射受檢目標并接收來自受檢目標光線從而產(chǎn)生檢測信號的光電開關(guān)器件。
本發(fā)明包括一個能發(fā)出照射在所述受檢目標上的從1.40μm至1.50μm范圍內(nèi)選出的一個波長光的半導體發(fā)光器件；一個半導體光電接收器，它響應(yīng)于接收到的從照射受檢目標的光中得到的光量，而產(chǎn)生一個輸出值；及一個將該輸出值與預定閾值比較以產(chǎn)生一個檢測信號的比較器。
此外，本發(fā)明包括一個能發(fā)出照射在所述受檢目標上的從1.60μm至1.80μm范圍內(nèi)選出的一個波長光的半導體發(fā)光器件；一個半導體光電接收器，它響應(yīng)于接收到的從照射受檢目標的光中得到的光量，而產(chǎn)生一個輸出值；及一個將該輸出值與預定閾值比較以產(chǎn)生一個檢測信號的比較器。
根據(jù)本發(fā)明，采用一個易于得到的半導體發(fā)光器件，能發(fā)出對應(yīng)于含OH基團或CH2基團和/或CH3基團物質(zhì)特定吸收波段的某一波長光，從而不必使用濾光器或龐大光學系統(tǒng)的光電開關(guān)器件可以做到小型化和廣泛的通用性。而且，半導體發(fā)光器件發(fā)射波長的帶寬十分窄，因而非所需波長光的影響很小，而目標檢測精度很高。于是，光電開關(guān)在工廠自動化生產(chǎn)線等場合的效能變得非常高。
此外，本發(fā)明包括能為受檢目標產(chǎn)生多個不同波長光的發(fā)光裝置；光電接收裝置，它響應(yīng)于從受檢目標光多個不同波長光之每一個中得到的接收值，而產(chǎn)生多個輸出值；及根據(jù)多個輸出值產(chǎn)生檢測信號的檢測信號發(fā)生裝置。
根據(jù)本發(fā)明，在工廠自動化生產(chǎn)線等場合可以迅速準確地進行多種類型的檢測。而且，不必安裝大量光電開關(guān)器件，減少安裝步驟，而運行同步的延遲處理變得不必要，并簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一種模式中，多波長的光是兩束不同波長的光，而且借助于在檢測信號發(fā)生單元校正從兩不同波長光得到的輸出值，它能夠準確地對付多種受檢目標。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，檢測了作為一種典型的含OH基團物質(zhì)的水。此外，還檢測了作為典型含CH2基團或CH3基團物質(zhì)的酒精或丙烯酸樹脂。
在本發(fā)明另一個實施例中，受檢目標的顏色被確定，然后正確地確定不同顏色受檢目標是否含有水。
在本發(fā)明再一個實施例中，通過單一一個光電開關(guān)器件而不進行延遲處理，實現(xiàn)對受檢目標存在與否及受檢目標表面狀態(tài)的檢測。
本發(fā)明的其他目的和特征將在以下說明中得以明示。


圖1至圖6是表示各種液體透過光譜的測試結(jié)果的曲線圖。
圖7是表示含OH基團固體蔗糖其透過光譜的測試結(jié)果的曲線圖。
圖8是表示含CH2基團或CH3基團的固體丙烯酸樹脂其透過光譜的測試結(jié)果的曲線圖。
圖9是本發(fā)明優(yōu)選實施例中所用波段示意圖。
圖10是一個反射型光電開關(guān)的外觀示意圖，它是本發(fā)明采用特定波長光的一個優(yōu)選實施例。
圖11是表示圖10中光電開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和一種使用模式樣板的示意圖。
圖12是一個透射型光電開關(guān)的外觀示意圖，它是本發(fā)明采用特定波長光的一個優(yōu)選實施例。
圖13是表示圖12中光電開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和一種使用模式樣板的示意圖。
圖14A和圖14B是表示本發(fā)明采用多束不同波長光的一個優(yōu)選實施例中的檢測方法。
圖15是一個光電開關(guān)的外觀示意圖，它是本發(fā)明采用多束不同波長光的一個優(yōu)選實施例。
圖16是表示圖15所示光電開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖17表示圖15所示光電開關(guān)的光纖單元的示意圖。
圖18是表示圖17所示光纖部分一個區(qū)段的示意圖。
圖19是表示圖15所示光電開關(guān)一個應(yīng)用實例的示意圖。
圖20是表示圖15所示光電開關(guān)一個應(yīng)用實例的流程圖。
圖21是表示一個光電開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一部分的示意圖，該光電開關(guān)是一個分開利用多束不同波長光的本發(fā)明優(yōu)選實施例。
圖22是表示在同一光路中引導不同波長光的方法。
本發(fā)明推廣到工廠自動化線等場合下常常使用的那種光電開關(guān)器件的各種應(yīng)用方式中，而其主要方式可大致歸類為用特定波長檢測特定物質(zhì)的光電開關(guān)器件，和用多束不同波長光對受檢目標進行多類型檢測的光電開關(guān)器件。
在下文中，將描述每一類的優(yōu)選實施例。<1.采用特定波長光的光電開關(guān)>
<1.1發(fā)明原理>
在描述本發(fā)明實施例的具體結(jié)構(gòu)之前，先說明本發(fā)明中選用波段的理由，以及半導體發(fā)光器件提供的波長。
<1.1.1本發(fā)明與各類物質(zhì)光吸收特性之間的關(guān)系>
根據(jù)本發(fā)明，采用特定波長光的光電開關(guān)之一，是基于利用OH基團特定吸收光譜的原理的，并對應(yīng)于該吸收波段用1.4μm波段(1.40至1.50μm)作為發(fā)射波長。
此外，另一個采用特定波長光的光電開關(guān)，是基于利用CH2基團和/或CH3基團特定吸收光譜的原理。
圖1至圖8表示了用作這種波段選擇基礎(chǔ)的測量結(jié)果?？v坐標軸是光透過率(0％至100％)，橫坐標軸是波長(單位μm)。而且，曲線上的極小值對應(yīng)于吸收峰。同時，有一些部分上限稍稍大于100％，這是誤差所至。在圖1至圖8下部帶有(*)標記的物質(zhì)是含有CH2基團或CH3基團的物質(zhì)，而其他的是含有OH基團的物質(zhì)。
首先，在圖1中表示了含有OH基團的水()的測量結(jié)果。從該結(jié)果中可知，水在1.45μm附近和1.95μm附近有光吸收峰。于是可以得到一種利用在這些波段均可使用的光吸收的光電開關(guān)，然而可工業(yè)生產(chǎn)的半導體發(fā)光器件的波段實際上局限在某些范圍內(nèi)，本發(fā)明采用的是1.4μm波段(1.40至1.50μm)。參考圖1，該波段用“A”表示。下文說明以這種選擇為前提的半導體發(fā)光器件。
另一方面，圖1中作為含有CH2基團或CH3基團的有機液體烴類和乙醇(ethanol)中，在1.72μm附近等有吸收峰。在與水的情況相似的在可工業(yè)生產(chǎn)的半導體發(fā)光器件的波長范圍內(nèi)，本發(fā)明采用1.6至1.7μm波段(1.60至1.80μm)。在圖1中該波段用“B”表示。
圖2至圖6表示對其他各種物質(zhì)進行類似測量的結(jié)果(與圖的結(jié)果部分重疊)。這些曲線的含義明示于圖中，不需在此詳述，從這些曲線可以理解，以O(shè)H基團為主要成分的物質(zhì)和含有CH2基團或CH3基團的有機液體，分別在1.4μm波段A附近和1.6至1.7μm波段B附近有吸收峰。
即1.4μm波段A是含有OH基團的各種液體公共吸收波段，而1.6至1.7μm波段B是含有CH2基團或CH3基團的各種有機液體公共吸收波段。
此外，這些圖1至6是液體的實驗結(jié)果，然而本發(fā)明也適用于固體。圖7是作為含有OH基團固體舉例的蔗糖(＝纖維素或甘蔗糖)的實驗結(jié)果，它也類似地在1.4μm波段附近有一個吸收峰。另外，圖8是作為含有CH2基團或CH3基團固體舉例的透明塑料(具體為丙烯酸樹脂)的實驗結(jié)果，它在1.6至1.7μm波段B附近以一個吸收峰。
所以，得到一個光電開關(guān)器件，它利用這些波段內(nèi)的光吸收，檢測這些物質(zhì)是液體還是固體，這些事實構(gòu)成了本發(fā)明的基礎(chǔ)。
<1.1.2每個受檢目標的吸收波長和波長的選擇>
現(xiàn)在說明在前述吸收光譜測量結(jié)果中獲得的吸收峰之中，本發(fā)明特別選用1.4μm波段(1.40至1.50μm)和1.6至1.7μm波段(1.60至1.80μm)的理由。下文中出現(xiàn)的波長值和波段在圖9中說明，而且該圖9還將被涉及到。
<1.1.3按發(fā)射波段詳述半導體發(fā)光器件的分類和應(yīng)用>
就半導體發(fā)光器件而言，特別是半導體激光器，如所公知的，已經(jīng)開發(fā)出各個波段的激光器，而且已經(jīng)可針對各自的應(yīng)用目的而開發(fā)其波長。一般地，分為短波波段和長波波段。
其中短波波段主要用于所謂光學信息處理，如以CDs為代表的光盤、激光打印機或包含光電開關(guān)的傳感器。采用AlxGa1-xAs化合物半導體的激光器是其一個典型的例子，而且通過在該合成過程中調(diào)節(jié)合成比率可以在0.84μm和0.78μm波段的出光。
在尤其需要短波長的光盤等場合，已經(jīng)開發(fā)出(AlxGa1-x)yIn1-yP系的激光器，并已經(jīng)在0.67μm波段和0.63μm波段出光。而且，更短波長的已經(jīng)研究/開發(fā)出來，那是采用有大的帶間能級差的II-VI族化合物半導體如ZnSe或ZnS。
另一方面，主要目的為用于光纖通信系統(tǒng)的長波半導體激光器也已經(jīng)開發(fā)出來，而且主要用In1-xGaxAsyP1-x系化合物半導體制作。光通信等領(lǐng)域所用的光波長通常為1.3μm波段或1.55μm波段。選擇這個波段的原因是為了滿足這樣的要求光信號長距離傳輸，因光纖材料玻璃吸收小而使傳輸損耗小。在光纖放大器中，已經(jīng)開發(fā)出這樣的技術(shù)用1.48μm波段和0.98μm波段的半導體激光器作為其中摻有稀土元素鉺(Er)的光纖的激勵光源，可以使光信號獲得至少30dB的增益，而且作為新波段的0.98μm或1.48μm波段激光器已經(jīng)開發(fā)出來。
在上述短波波段和長波波段中，對本發(fā)明而言更重要的是長波波段(參見圖9)。
<1.1.4與發(fā)射波段相對應(yīng)的組合物和制作>
作為前述半導體激光器材料的化合物半導體，由多種原子的混合晶體構(gòu)成。其中，“異構(gòu)激光器”H.C.Casey，Jr.& M.B.Panish，《AcademicPress》1978，是本領(lǐng)域公開文獻之一。根據(jù)該文，直接躍遷型化合物半導體的價帶與滿帶之間的能級差Eg(單位eV)和發(fā)射波長λ(單位μm)由下式提供Eg(eV)＝1.2398/λ(μm)尤其在In1-xGaxAsyP1-y的混合晶體半導體中，通過在0≤x≤1和0≤y≤1范圍內(nèi)改變組分比率x和y，可將由其能級差得出的范圍控制在0.73≤Eg≤1.25(eV)的范圍內(nèi)。而且，In1-xGaxAsyP1-y可發(fā)射的光波長λ的范圍是0.99≤λ≤1.70(μm)。
<1.1.5本發(fā)明中半導體光發(fā)射器件舉例>
于是，半導體發(fā)光器件中目前可工業(yè)生產(chǎn)的波段受到限制，但是本發(fā)明的一種光電開關(guān)所用的1.4μm波段A(參見圖9)，通常可通過前文所述In1-xGaxAsyP1-y半導體混合晶體構(gòu)成的半導體發(fā)光器件而實現(xiàn)。
對本發(fā)明另一種光電開關(guān)所用的1.6至1.7μm波段B中1.60至1.70μm的一個波長而言，通?？梢杂肐n1-xGaxAsyP1-y實現(xiàn)。1.60至1.80μm的一個波長，可以由AlGaInSb系或InPAsSb系的半導體混合晶體構(gòu)成的半導體器件實現(xiàn)。
另一方面，也可以利用半導體混合晶體中的超晶格效應(yīng)，實施本發(fā)明所用的半導體發(fā)光器件。晶體生長方法是半導體混合晶體的制備過程中的重要因素，除了傳統(tǒng)的液相生長(液相外延)方法之外，可以使用能形成更薄薄膜的汽相生長方法，如MOVCD(金屬有機物化學汽相沉積)法、或分子束外延法即MBE(分子束外延)等等。當采用這類技術(shù)時，可以擴大和控制一般體積半導體可發(fā)光能級差的范圍，也能擴大波長控制能力的自由度。
<1.2使用特定波長光的光電開關(guān)實施例>
現(xiàn)在說明根據(jù)前述原理構(gòu)成的本發(fā)明實施例。
<1.2.1第一實施例>
圖10是本發(fā)明第一實施例的反射型光電開關(guān)1的外觀圖，圖11是表示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。根據(jù)本文中半導體發(fā)光器件(下文將說明)的發(fā)射波長，該光電開關(guān)1被用作(1)含OH基團物質(zhì)(具體為主要由水構(gòu)成的液體)的檢測開關(guān)，或(2)含CH2基團或CH3基團物質(zhì)(具體為含有這些基團的有機液體)。
如圖10所示，光電開關(guān)1把圖11的元件組10包容在矩形殼體2中。這個元件組10大致分為投射射系統(tǒng)，光電接收系統(tǒng)和開關(guān)系統(tǒng)，而且在發(fā)光控制電路11中產(chǎn)生的激勵能量，被加到其中投射系統(tǒng)中的半導體發(fā)光器件12上。對這樣的半導體發(fā)光器件12(半導體光源)而言，可采用發(fā)射選自(1)針對含OH基團物質(zhì)檢測光電開關(guān)的1.4μm波段(1.40至1.50μm)，或(2)針對含CH2基團或CH3基團物質(zhì)檢測光電開關(guān)的1.6至1.7μm波段(1.60至1.80μm)中一個波長光的半導體發(fā)光器件，諸如可采用InGaAsP系、AlGaInSb系或InPAsSb系的半導體激光器。這些范圍的優(yōu)選波長實例分別為1.45μm和1.66至1.73μm。
圖11的半導體發(fā)光器件12發(fā)出的光La經(jīng)過鏡頭13從圖10的透明窗3a輸出射投向預定檢測位置P(圖11)。設(shè)有該檢測位置P的表面R由基本不吸收半導體發(fā)光器件12所發(fā)光的光反射材料構(gòu)成。于是，光La照射到表面R，并且當檢測位置P沒有受檢目標Q(主要為水的液體或有機液體)時基本全部被該表面R反射，進而成為反射光Lb并返回到光電開關(guān)1。另一方面，當檢測位置P有受檢目標Q時，大部分光La被受檢目標Q所吸收，且反射光Lb基本變?yōu)榱慊蜉^暗的光。
光電開關(guān)1的光電接收系統(tǒng)包括一個半導體光電接收器15和一個光電接收電路16。從圖10透明窗3b入射經(jīng)過圖11鏡頭14的光Lb由該半導體光電接收器15。該光電接收器15可由一個光電二極管構(gòu)成，并能對接收的光進行光電轉(zhuǎn)換。而且，其光電轉(zhuǎn)換輸出在光電接收控制電路16中被轉(zhuǎn)換成一個預定的電壓或電流。具體地，該光電接收控制電路16用一個預定閾值鑒別一個響應(yīng)于反射光Lb量從半導體光電接收器15輸出的信號，并將其轉(zhuǎn)換成表示“光電接收狀態(tài)”和“非光電接收狀態(tài)”的二進制信號。此外，該光電接收控制電路16帶有一個增益控制旋鈕16a，而且可以通過控制與該增益控制旋鈕16a的轉(zhuǎn)動相對應(yīng)的前述預定閾值，來調(diào)節(jié)檢測敏感度。
另一方面，光電開關(guān)1的開關(guān)系統(tǒng)包括一個開關(guān)電路17，且有一個檢測指示燈18b連接在該開關(guān)電路17中。該開關(guān)電路17適于響應(yīng)于光檢測結(jié)果將一個ON/OFF開關(guān)輸出Sout輸送的光電開關(guān)1內(nèi)部的一個裝置(如一個用于控制的控制器)中。此外，開關(guān)電路17帶有一個開關(guān)方向轉(zhuǎn)換旋鈕17a，而且通過轉(zhuǎn)動該開關(guān)方向轉(zhuǎn)換旋鈕17a，可以在光電接收或非光電接收中實現(xiàn)檢測指示燈18b亮起和開關(guān)輸出Sout處于“ON”的開與關(guān)。如圖10所示，各控制旋鈕16a和17a安置在殼體2的上表面上，而檢測指示燈18b與電源指示燈18a并排裝在一個透明的指示燈防護罩18內(nèi)。
對于檢測指示燈18b和電源指示燈18a來說，其發(fā)光的顏色彼此不同，因此可以迅速識別哪一個亮起。該光電開關(guān)1的電源線和和開關(guān)輸出Sout的獲取線通過圖10的纜線4連接到外部裝置上。
在這種結(jié)構(gòu)的光電開關(guān)中，光吸收量隨是否存在受檢目標Q(含OH基團物質(zhì)、或者含CH2基團或CH3基團物質(zhì))而變。所以，與到達半導體光電接收器15光量相對應(yīng)的信號電平用一個閾值來辨別，從而自動地對半導體發(fā)光器件12所發(fā)光的開關(guān)輸出Sout作開與關(guān)的切換，同時檢測指示燈18b亮起/熄滅。由于半導體發(fā)光器件的發(fā)射波長帶很窄，所以附近波長光的混入很少，且檢測精度很高。此外，不需要采用白光光源時的濾光器等等，鏡頭13和14可以很小，因此使其整體小型化，也提高了其通用性。
<1.2.2第二實施例>
圖12是本發(fā)明第二實施例的透射型光電開關(guān)100的外觀圖，而圖13是表示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。其中，圖13展示了光電開關(guān)100用于對以水或有機液體為主要成分的液體作液面檢測的一種模式。
如圖12所示，該光電開關(guān)100由投射部分200和光電接收部分300組成，它們彼此相對設(shè)置并如圖13所示使用。在其間的空隙中，受檢目標可裝在一個由對半導體發(fā)光器件212發(fā)射波長吸收很小的材料，如玻璃，構(gòu)成的容器中。
在圖12的矩形殼體202內(nèi)，投射部分200包括圖13中的一個發(fā)光控制電路211和半導體發(fā)光器件212。該半導體發(fā)光器件212的具體結(jié)構(gòu)實例和其發(fā)射特性與第一實施例相似，并且半導體發(fā)光器件發(fā)射的光波長選自(1)在采用含OH基團物質(zhì)的檢測光電開關(guān)情況下1.4μm波段(1.40至1.50μm)，或(2)在采用含CH2基團或CH3基團物質(zhì)的檢測光電開關(guān)情況下1.6至1.7μm波段(1.60至1.80μm)。
半導體發(fā)光器件212發(fā)出的光La經(jīng)過鏡頭213從圖12的透明窗203輸出射向容器50的設(shè)定高度HO。當受檢目標Q的水平面位于一個低于該設(shè)定高度HO的高度時，光La基本全部到達光電接收部分300成為透射光Lc。另一方面，當受檢目標Q的水平面位于一個高于該設(shè)定高度HO的高度時，光La基本全部或大部分被受檢目標Q所吸收，且透射光Lc基本變?yōu)榱慊蜉^暗的光。
光電接收部分300包括容納在圖12殼體302內(nèi)的一個半導體光電接收器315和一個光電接收電路316，且其中半導體光電接收器315可由光電二極管構(gòu)成。從圖12透明窗303入射經(jīng)過圖13鏡頭314的光Lc由該半導體光電接收器315，且其光電接收的輸出在光電接收控制電路316中被轉(zhuǎn)換成一個預定電壓或電流。其原理與第一實施例中的光電接收控制電路16相似。此外，與第一實施例相似，該光電接收控制電路316帶有一個增益控制旋鈕316a，因此可以調(diào)節(jié)檢測敏感度。
光電接收部分300進一步包括一個開關(guān)電路317，和一個檢測指示燈318b，與第一實施例相似該開關(guān)電路317帶有一個開關(guān)方向轉(zhuǎn)換旋鈕317a。
在投射部分200和光電接收部分300中的電源指示燈218a和318a之中，光電接收部分300中的電源指示燈318a與檢測指示燈318b并排放置在圖12的透明指示燈防護罩內(nèi)，這也與第一實施例相同。投射部分200和光電接收部分300分別通過圖12的纜線204和304連接到外部裝置上。
第二實施例中的基本檢測原理與第一實施例相似，因此這里省略去重復的描述，但是圖13中容器50與受檢目標Q之間的關(guān)系是存儲在透明瓶子中的飲用水或有機液體，而且在使用該光電開關(guān)100控制其自動充填時，通過正確地檢測液面是否到達設(shè)定高度HO可以實現(xiàn)諸如停止充填的控制。
此外，受檢目標Q有一定的顏色，用傳統(tǒng)透過型光電開關(guān)，即一種利用受檢目標Q遮擋的光電開關(guān)，可以完成一部分檢測。但是，把液體自動充填到瓶中時液體表面上會產(chǎn)生許多泡沫，而且常常發(fā)生泡沫溢流出瓶外的現(xiàn)象。于是，由于泡沫表面遮擋或反射檢測光，將得出錯誤的檢測結(jié)果。
然而，本實施例根據(jù)的是光吸收原理，而且光吸收量隨著光通過液體的路程長度而增加。在有泡沫的情況下，由于其內(nèi)部是空氣，所以即使存在大量泡沫光吸收也是小的，而且泡沫不會被錯誤地檢測為液面。于是，利用光吸收的檢測僅僅反映原始液面水平面，且檢測精度高。
<1.2.3利用特定波長光的光電開關(guān)其改型的實例>
在用本發(fā)明光電開關(guān)進行液面檢測時，可以比較第二實施例的透過型光電開關(guān)100，在采用多套組的情況與在不同高度采用同一個光電開關(guān)的情況。于是，液體表面的液面可以在不同的高度處受到監(jiān)示。當光電開關(guān)100放置在液體裝瓶的充填誤差允許的最高液面和最低液面上時，則僅僅可以識別出具有介于最高與最低液面之間的液體表面為合格產(chǎn)品。
此外，測量光不能直接目視觀看，因為半導體發(fā)光器件的發(fā)射波長是1.4至1.5μm或1.6至1.8μm，也可以通過單獨提供一個發(fā)出可見光的照明光源而看到偽測量光，并使來自于照明光源的可見光光點形成在與測量光會聚位置相同的位置處。
<2.利用多個不同波長光的光電開關(guān)>
<2.1工作原理>
在說明本發(fā)明利用多個不同波長光的光電開關(guān)的具體結(jié)構(gòu)和工作之前，先用具體實例說明其工作原理。在下文中，利用多個不同波長光的光電開關(guān)被稱為“多波長光電開關(guān)”。
<2.1.1具體操作實例>
下文描述的多波長光電開關(guān)可適用于檢測兩類表面狀態(tài)(顏色、光澤等等)不同的受檢目標，即使光反射平面隨不同表面狀態(tài)而變，受檢目標是否包含某種特定物質(zhì)也可測得。
首先討論圖14A和14B。對于受檢目標Wx和Wy(下文統(tǒng)稱受檢目標W)，其表面狀態(tài)彼此不同。
·那些不包含某種物質(zhì)Z的假設(shè)為受檢目標Wx-和Wy-，并且·包含物質(zhì)Z的假設(shè)為受檢目標Wx+和Wy+。
例如Wx…白色受檢目標，Wy…黑色受檢目標，Z…水，Wx-…白色受檢目標不含水的狀態(tài)，Wy-…黑色受檢目標不含水的狀態(tài)，Wx+…白色受檢目標含水的狀態(tài)，及Wy+…黑色受檢目標含水的狀態(tài)。
此外，假設(shè)存在·其光反射量受受檢目標W的表面狀態(tài)影響，且被物質(zhì)Z吸收的第一波長光λ1，和·其光反射量受受檢目標W的表面狀態(tài)影響，但不被該物質(zhì)所吸收的第二波長光λ2。
這時·假設(shè)用第一波長光λ1照射受檢目標Wx-，Wx+，Wy-和Wy+時的反射光光電接收值I是I1x-，I1x+，I1y-和I1y+，和·用與第一波長光λ1相同光量的第二波長光λ2照射受檢目標Wx-，Wx+，Wy-和Wy+時的反射光光電接收值I是I2x-，I2x+，I2y-和I2y+，如圖14A和14B所示，這些光電接收值變?yōu)镮1x-＞I1x+，I1y-＞I1y+，I2x-＞I2x+，和I2y-＞I2y+。但是，由于受檢目標表面狀態(tài)的緣故會出現(xiàn)該光量變?yōu)镮2x-＞I2y-的情況，即對于波長λ2而言，受檢目標Wx-的光反射比受檢目標Wy-的更大。
這里，當光量變?yōu)镮1x-＞I1x+＞I1y-＞I1y+時，如圖14A所示，僅用第一波長光λ1不能檢測到受檢目標W是否含有物質(zhì)Z。即不能設(shè)定光電接收值I的閾值，來檢測光電接收值I1x-與I1x+之間的差別和檢測光電接收值I1y-與I1y+之間的差別。
于是，原則上首先用第二波長光λ2反射光的光電接收值I進行受檢目標W表面狀態(tài)的檢測，并根據(jù)該檢測結(jié)果對受檢目標是否含有物質(zhì)Z進行檢測。下文將更詳細地說明用第一和第二波長λ1和λ2光的反射的光接收值I檢測物質(zhì)Z的有/無。
如圖14B所示，用第二波長光λ2反射光的光電檢測光量I是I2x-＝I2x+和I2y-＝I2y+，和，I2x-＞I2y-，且當識別出光電接收值是第二波長光λ2的時，可以檢測出受檢目標W是受檢目標Wx或是受檢目標Wy。即當滿足下式的閾值Th2I2x-＞Th2＞I2y-，和，I2x+＞Th2＞I2y+，被設(shè)定時，可以作出這樣的檢測如果光電接收值I高于閾值Th2目標就是受檢目標Wx；如果低于閾值Th2就是受檢目標Wy。
當檢測到的是受檢目標Wy時，通過用放大參數(shù)M(常數(shù))放大反射光的光電接收值I1y-和I1y+，可以將設(shè)定的閾值Th1變?yōu)镮1x-＞Th1＞I1x+，和，M·I1y-＞Th1＞M·I1y+。即當反射光的光電接收值I高于閾值Th1時，可以檢測出受檢目標不含物質(zhì)Z，而當?shù)陀陂撝礣h1時該目標含有物質(zhì)Z。
于是，恰當?shù)貦z測受檢目標W的表面狀態(tài)和含/不含特定物質(zhì)Z成為可能，這在通常是不可能檢測到的。
<2.1.2一般工作原理和它的應(yīng)用方式>
雖然已經(jīng)描述了用兩個不同波長光檢測不同表面狀態(tài)的受檢目標Wx和Wy是否含有物質(zhì)Z的具體工作原理，但這里要說的是，用多個不同波長光照射受檢目標，和根據(jù)從受檢目標接收到的一個波長光量來校正從受檢目標接收到的另一波長光量，從而實現(xiàn)概述該原理時提到的對受檢目標的多種類型檢測的工作原理。
作為應(yīng)用這種原理的一個具體實例，可以給出一個方法在檢測顏色時用可見光，同時利用波長在1.4至1.5μm范圍內(nèi)的光來檢測在顏色檢測中的受檢目標含有/不含水，而且是用前述工作原理實例中所述的含OH基團的物質(zhì)是水判斷含有/不含水。
另一方面，在檢測受檢目標的顏色和含CH2基團和/或CH3基團物質(zhì)合成樹脂材料時可以給出一個方法利用可見光檢測顏色，并利用利波長在1.60至1.80μm范圍內(nèi)的光來檢測含CH2基團或CH3基團的材料。
<2.2利用多個不同波長光的光電開關(guān)的實施例>
<2.2.1第三實施例>
圖15是本發(fā)明一個實施例的反射型多波長光電開關(guān)401的外觀圖，而圖16是表示該多波長光電開關(guān)401內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。多波長光電開關(guān)401適用于檢測受檢目標W是否包含有作為含有OH基團物質(zhì)的一個典型例子水，而對于表面狀態(tài)(顏色，光澤等等)不同的兩類受檢目標Wx和Wy則不受其表面狀態(tài)的影響。
多波長光電開關(guān)401有矩形殼體402，裝在殼體402內(nèi)的電路組410，作為把光投射到受檢目標W上同時將受檢目標W的反射光送回之光路裝置的光纖單元403，及一個把受檢目標檢測結(jié)果信號傳輸?shù)筋A定控制裝置中的纜線404。
如圖16所示，電路組410大致分為發(fā)射光的投射系統(tǒng)E，進行光電接收的光電接收系統(tǒng)H，作開和關(guān)動作的處理系統(tǒng)S，及實現(xiàn)工作顯示的顯示系統(tǒng)D。投射系統(tǒng)E由一個發(fā)射1.40至1.50μm波段的不可見紅外光L1的發(fā)光器件411a，一個發(fā)射可見紅光L2的發(fā)光器件411b，及根據(jù)處理系統(tǒng)S輸出的信號驅(qū)動發(fā)光器件411a和411b的投射電路412a和投射電路412b構(gòu)成。光電接收系統(tǒng)H由接收受檢目標反射光的光電接收器411c，和驅(qū)動光電接收器411c同時處理光電接收信號并將光電接收信號傳輸?shù)教幚硐到y(tǒng)S的光電接收電路412c構(gòu)成。處理系統(tǒng)S由為投射電路提供投射時間信號同時從光電接收電路412接收光電接收信號的信號處理電路413，和把靈敏度校正信號發(fā)送到投射電路412b及信號處理電路413的靈敏度校正電路414構(gòu)成，而且該靈敏度校正電路414向顯示系統(tǒng)D發(fā)送信號，同時信號處理電路413產(chǎn)生一個輸出信號s1作為開關(guān)信號。顯示系統(tǒng)D由第一檢測指示燈415和第二檢測指示燈416構(gòu)成，并顯示信號處理電路413和靈敏度校正電路414的工作狀態(tài)。
信號處理電路413具有一個作整體控制的第一控制電路413a。光電接收信號的光電接收值I，通過由靈敏度校正電路414發(fā)出的信號sa轉(zhuǎn)換的開關(guān)413c而送至比較器CM1。設(shè)定在一個存儲媒體VR1中的閾值Th1也被送至該比較器CM1，由此將光電接收值I與閾值Th1作比較，且將比較結(jié)果送至第一控制電路413a。
此外，光電接收信號的光電接收值I也提供給校正放大器電路413b。存儲媒體VRM連接到該校正放大器電路413b上，從而通過調(diào)節(jié)存儲媒體VRM可以其放大參數(shù)M。當開關(guān)413c轉(zhuǎn)換到校正放大器413b一側(cè)時，在比較器CM1中將放大校正后的光電接收值M·I與閾值Th1比較。
另一方面，靈敏度校正電路414具有一個作整體控制的第二控制電路414a。而且有一個調(diào)節(jié)另一閾值Th2的存儲媒體VR2，光電接收信號I在比較器CM2中與閾值Th2比較，由此輸出其比較結(jié)果作為sa。
一個調(diào)節(jié)靈敏度校正量時所用的靈敏度校正電路轉(zhuǎn)換開關(guān)SW被設(shè)置在信號sa的傳輸線路上。存儲媒體VRM，VR1和VR2及靈敏度校正電路轉(zhuǎn)換開關(guān)SW安置在圖15所示的殼體402上，以便可以在外部調(diào)節(jié)它們。
如圖17所示，光纖單元403由一個傳輸光的光纖部分431，一個連接到殼體402上的連接器432，一個將光纖發(fā)出的光導引到同一光路上的重疊部分433，和一個伸出的端部434構(gòu)成。光纖部分431由三根連接到連接器432和重疊部分433的光纖431a，431b和431c，和一根連接到重疊部分433和伸出端部434的光纖431d構(gòu)成，且如圖18所示，該光纖431d有一個其截面分為內(nèi)區(qū)Ra和外區(qū)Rb的同心雙層結(jié)構(gòu)。連接器432有連接部分432a，432b和432c，它們在連接器432內(nèi)部分別與光纖431a，431b和431c連接。當連接器432連到殼體402上時，發(fā)光器件411a和411b發(fā)出的光入射到連接部分432a和432b，且該光在重疊部分433中被重合，通過光纖431d的內(nèi)區(qū)Ra傳輸，經(jīng)安置在伸出端部434上的鏡頭沿同一光路輸出。相對地，受檢目標的反射光從伸出端部434入射，并經(jīng)光纖431d的外區(qū)Rb傳輸，通過連接部分432c經(jīng)光纖431而被引導到光電接收器411c。
作為解釋圖15所示的多波長光電開關(guān)401工作的實例，現(xiàn)在說明用白紙片Wx和黑紙片Wy作為有不同表面狀態(tài)的受檢目標W，并通過檢測這些紙片處理過程中含OH基團物質(zhì)Z的容量，而檢測這些紙片是否含水，即這些紙片是濕的還是干的。與已經(jīng)描述的工作原理的說明部分所用符號一致，·干燥白紙片表示為Wx-，·濕的白紙片表示為Wx+，·干燥黑紙片表示為Wy-，·濕的黑紙片表示為Wy+，而且在利用具有對應(yīng)于紅外光L1波長的第一波長λ1和對應(yīng)于紅光L2波長的第二波長λ2的光照射它們時所得到的反射光光電接收值I，分別用I1x-，I1x+，I1y-和I1y+，和I2x-，I2x+，I2y-和I2y+表示。
圖19是表示該實施例中多波長光電開關(guān)401該應(yīng)用實例的示意圖。在該圖中，傳送帶CV沿箭頭方向同時運載著白紙片Wx和黑紙片Wy。首先，參考檢測方法說明設(shè)定所述多波長光電開關(guān)401所用的閾值Th1，閾值Th2和放大參數(shù)M的方法作為前言。
(1)在靈敏度校正電路轉(zhuǎn)換開關(guān)SW處于OFF狀態(tài)下，調(diào)節(jié)存儲媒體VR1使干燥白紙片Wx-時第一檢測指示燈415亮起，且濕白紙片Wx+時反之。由于這種工作方式，對于多波長光開關(guān)401發(fā)出的第一波長λ1紅外光L1，閾值Th1被調(diào)節(jié)為，相對光電接收值I1x-和光電接收值I1x+滿足I1x-＞Th1＞I1x+
(2)在靈敏度校正電路轉(zhuǎn)換開關(guān)SW處于ON狀態(tài)下，調(diào)節(jié)存儲媒體VR2使白紙片Wx(可為干或濕)時第二檢測指示燈416亮起，且黑紙片Wy(可為干或濕)時反之。由于這種工作方式，對于多波長光開關(guān)401發(fā)出的第二波長λ2紅光L2，閾值Th2被調(diào)節(jié)為，相對光電接收值I2x-(或I2x+)和光電接收值I2y-(或I2y+)滿足I2x-＞Th2＞I2y-，(這里I2x-＝I2x+且I2y-＝I2y+)。
(3)保持靈敏度校正電路轉(zhuǎn)換開關(guān)在ON狀態(tài)，調(diào)節(jié)存儲媒體VRM使干燥白紙片Wx-和干燥黑紙片Wy-時第一檢測指示燈415亮起，且濕白紙片Wx+和濕黑紙片Wy+時反之。由于這種工作方式，放大參數(shù)M滿足M·I1y-＞Th1＞M·I1y+根據(jù)上述調(diào)節(jié)，參考檢測原理的說明部分(圖14A和14B)，圖15所示的多波長光電開關(guān)401被調(diào)節(jié)到滿足所述條件的程度。即，通過將第二波長λ2光L2的光電接收值與第二閾值Th2比較，可以檢測出紙片是“黑的”或“白的”；并通過將第一波長λ1光L1的光電接收值本身或用放大參數(shù)M放大/校正過的結(jié)果與第一閾值Th1比較，可檢測出紙片是否濕的。
圖20是該應(yīng)用實例的一個時間流程圖。第一波長λ1的紅外光L1和第二波長λ2的紅光L2由信號處理電路413的控制信號控制而交替投射出去，并且當預得到任何一個透射光的光電解釋信號I時，就驅(qū)動光電接收電路412c。
在比較器CM2中該光電接收信號I與閾值Th2比較，根據(jù)比較結(jié)果得到“黑”或“白”的判斷信號sa。該信號sa送至開關(guān)413c，且在該信號為“黑”時開關(guān)413c轉(zhuǎn)向校正放大電路413b。所以，光電接收值I在用放大參數(shù)M放大/校正而成為校正過的光接收值M·I之后，被輸入到比較器CM1中。于是，判斷“濕或干”，并將判斷的結(jié)果傳輸?shù)降谝豢刂齐娐?13a。
另一方面，如果比較器CM2中的比較結(jié)果是“白的”，開關(guān)413c由信號sa轉(zhuǎn)向第一控制電路413a，且光電接收信號I直接輸入到比較器CM1與閾值Th1比較。于是，判斷“濕或干”，并將判斷的結(jié)果傳輸?shù)降谝豢刂齐娐?13a。
第一控制電路413a得到“濕或干”的判斷結(jié)果而不考慮其是“白”是“黑”，并將該結(jié)果作為開關(guān)輸出信號s1輸出到外部。
當要使還包括紙片顏色的信息作為開關(guān)輸出信號s1時，信號sa還可以輸出到第一控制電路413a，該第一控制電路413a用四個兩位的數(shù)字信號識別和輸出兩種信息組合出的四種狀態(tài)，即“黑或白”和“濕或干”。
于是如圖20所示，作為四類受檢目標Wx-至Wy+的“濕或干”判斷結(jié)果的開關(guān)信號，無論其顏色如何都可以正確地得到。
盡管圖20未示出，為了保持檢測結(jié)果的穩(wěn)定，實際上，光電接收器411c是在接收幾次光之后，才輸出輸出信號s1。
在本實施例的多波長光電開關(guān)401中，可以用兩個不同波長λ1和λ2的光并通過校正放大器電路413b的校正等等，檢測出表面狀態(tài)為黑和白的兩類受檢目標Wx和Wy是否是濕的。
此外，兩個不同波長λ1和λ2的光通過光纖單元403被引導到同一個光路中，因此與已有技術(shù)不同，不需要設(shè)置兩個光電開關(guān)，設(shè)備機構(gòu)簡化，且能夠進行正確的檢測。
將光電開關(guān)應(yīng)用于圖19所示的用法中，是一種可接受的技術(shù)(這里稱“對比技術(shù)”)，它提供了在受檢目標流的上游僅僅檢測受檢目標存在/不存在的第一光電開關(guān)，并在下游設(shè)置一個僅當上述第一光電開關(guān)檢測受檢目標時判斷該受檢目標狀態(tài)的第二光電開關(guān)。但是，這種情況下不僅需要多個光電開關(guān)，而且第一光電開關(guān)的光路和第二光電開關(guān)的光路彼此是分開的，所以必須從第一光開關(guān)檢測受檢目標存在/不存在的時間點延遲一個預定時間進行第二光電開關(guān)中的檢測工作。
所以，不僅需要這種延遲控制，而且有可能出現(xiàn)檢測不正確的情況。當受檢目標從第一光電開關(guān)位置移動到第二光電開關(guān)位置的時間因運載速度的瞬時波動而有波動時，在作了前述常規(guī)的時間延遲之后，在第二光電開關(guān)工作過程中不可避免地要出現(xiàn)檢測誤差。
反之，在本發(fā)明的前述實施例中兩種檢測在同一光路中進行，因此不需要時間延遲處理，沒有隨時間延遲而來的檢測誤差。
而且，1.40至1.50μm波長的光被用作第一波長光λ1，所以可以檢測出是否存在含有水這種有OH基團的物質(zhì)。
此外，投射的光之一是可見的紅光，因此即使另一種光不可見也可以迅速地識別投射位置。
<2.2.2第四實施例>
盡管第三實施例用第二波長光λ2進行校正，但是理所當然地，第一波長光λ1和第二波長光λ2可以完全獨立地使用。在此情況下，光電開關(guān)的安裝也簡化了，且不必作操作時間延遲處理。
圖21是表示一個光電開關(guān)實例的示意圖，它用一個波長光檢測受檢目標的表面狀態(tài)，而用另一波長光檢測受檢目標存在/不存在。該光電開關(guān)有一個與第三實施例光電開關(guān)基本相似的結(jié)構(gòu)，但有一點不同于第三實施例光電開關(guān)401，就是有兩個光電接收器411c和411d，及與這些光電接收器411c和411d相連接的表面狀態(tài)檢測機構(gòu)412e，存在/不存在檢測機構(gòu)412d，和門機構(gòu)G。
如圖21所示，發(fā)光器件411a根據(jù)開關(guān)機構(gòu)S發(fā)出的信號，發(fā)射出用于檢測受檢目標表面狀態(tài)的第一波長光λ1，受檢目標反射的光由光電接收器411c接收。而且，發(fā)光器件411b發(fā)射出用于判斷受檢目標存/不存在的第二波長光λ2，它的反射光由光電接收器411d接收。從光電接收器411c輸出的信號與表面狀態(tài)檢測機構(gòu)412e中的一個預定閾值相比較并成為表面狀態(tài)信號sc，而從光電接收器411d輸出的信號與存在/不存在判斷機構(gòu)412d中的一個預定閾值比較并成為存在/不存在判斷信號sd，從而一起傳輸?shù)介T機構(gòu)G。表面狀態(tài)信號sc由受存在/不存在判斷信號支配而工作的門機構(gòu)G選通，并成為輸出信號s1。所以，受檢目標表面狀態(tài)的判斷結(jié)果，僅僅在受檢目標存在的時候才可得到。
因此，不需要另外提供判斷受檢目標存在/不存在的光電開關(guān)，且也不必要進行操作時間延遲設(shè)定。
<2.2.3多波長光電開關(guān)的改型>
盡管已經(jīng)說明了本發(fā)明多波長光電開關(guān)的實施例，但是本發(fā)明不局限于前述實施例，也可以作如下改變。
·盡管上述實施例采用了1.40至1.50μm波長光作為第一波長光，但是也可以用1.60至1.80μm波長的光。在這種情況下，可以檢測出具有CH2基團和/或CH3基團物質(zhì)的存在/不存在。
·盡管上述實施例采用了液體(水)作為一種特定受檢物質(zhì)，如參考圖7和圖8的說明部分，可以用于固體。針對用透明樹脂等材料對受檢目標進行表面處理的情況，在檢測是否經(jīng)過了表面處理時可以使用它。
·盡管前述實施例是反射型的多波長光電開關(guān)，用另一光纖將透射過受檢目標的光引導到光電接收器的透射型多波長光電開關(guān)同樣可以采用。
·盡管前述實施例采用了兩個不同波長光作為多個不同波長的光，但是至少三個不同波長光理所當然也可以采用。
·盡管前述實施例采用一個光電接收器作為光電接收器，但是來自受檢目標的光可以通過棱鏡或濾光器由多個光電接收器接收。而且至少兩個不同波長的光可以依次投射出去，以便與投射電路同步地從至少一個光電接收器中選擇一個光電接收信號，并分開該光電接收信號。此外，也可以根據(jù)至少兩個不同波長的投射脈沖光的再現(xiàn)頻率(脈沖寬度)，用一個諸如付里葉變換等電子濾波器分開來自于一個光電接收器的光電接收信號。
·盡管閾值Th1和Th2用圖16所示電路中的存儲媒體調(diào)節(jié)，但是，光電接收值與閾值之間的大小關(guān)系是相對的。所以，閾值Th1和Th2可以固定在一個非法值上，光電接收值I在進入比較器CM1和CM2之前，可以被預先調(diào)節(jié)好的放大參數(shù)放大，以預先等效地調(diào)節(jié)與閾值Th1和Th2的關(guān)系。類似地，響應(yīng)于“黑”和“白”的判斷結(jié)果而傳輸?shù)奖容^器CM1的閾值，可以在閾值“Th1”和一個閾值“Th1/M”之間轉(zhuǎn)換，而不需設(shè)置光電接收值I的校正放大電路413b。
·盡管前述實施例用光纖單元在同一條光路上引導兩個不同波長的光，但是如圖22A所示，也可以采用大孔徑的透鏡471和小孔徑的透鏡472，以使光從小孔徑透鏡后面的大孔徑透鏡471出射、并被引導到與小孔徑透鏡472出射光相同的光路上。或者如圖22B所示，兩個不同波長光可以通過一個半反射鏡473而被引導到同一光路上?；蛘咭部梢允箖蓚€發(fā)光器件411a和411b靠近布置，以通過把兩個發(fā)光器件發(fā)出的光會聚，而將其引導到基本一致的光路上。
此外，通過使兩個不同波長光引入通過多角反射鏡等等作屏面掃描的同一光路上，可以在寬范圍上進行檢測。
盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的各個實施例，但是本發(fā)明的范圍不局限于前述的實施例，而是由權(quán)利要求書加以限定。
權(quán)利要求
1.一種用于從受檢目標(Q)接收光(Lb)、并產(chǎn)生一個二進制檢測信號(Sout)的光電開關(guān)器件，所述的光電開關(guān)器件包括一個用于產(chǎn)生選自1.40μm至1.50μm范圍波長光(La)的半導體發(fā)光器件(12)，所述的光被照射到所述受檢目標(Q)上；一個半導體光電接收器(15)，它響應(yīng)于包含在來自于所述受檢目標光中并源于所述波長光的接收光量，而產(chǎn)生一個輸出值；以及用于比較所述輸出值和預定閾值并產(chǎn)生所述檢測信號(Sout)的比較器(16，17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光電開關(guān)器件，進一步包括用于從所述半導體發(fā)光器件(12)向所述受檢目標(Q)引導光(La)的裝置(13)，和用于從所述受檢目標(Q)向所述半導體光電接收器(15)引導光(Lb)的裝置(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光電開關(guān)器件，進一步包括用于改變所述預定閾值的裝置(16a)。
4.一種用于從受檢目標(Q)接收光(Lb)并產(chǎn)生一個二進制檢測信號(Sout)的光電開關(guān)器件，所述的光電開關(guān)器件包括一個用于產(chǎn)生選自1.60μm至1.80μm范圍波長光(La)的半導體發(fā)光器件(1 2)，所述的光被照射到所述受檢目標(Q)上；一個半導體光電接收器(15)，它響應(yīng)于包含在來自于所述受檢目標(Q)光中并源于所述波長光的接收光量，而產(chǎn)生一個輸出值；以及用于比較所述輸出值和預定閾值并產(chǎn)生所述檢測信號(Sout)的比較器(16，17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的光電開關(guān)器件，進一步包括用于從所述半導體發(fā)光器件(12)向所述受檢目標(Q)引導光(La)的裝置(13)，和用于從所述受檢目標(Q)向所述半導體光電接收器(15)引導光(Lb)的裝置(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的光電開關(guān)器件，進一步包括用于改變所述預定閾值的裝置(16a)。
7.一種用于從受檢目標接收光并產(chǎn)生一個檢測信號(s1)的光電開關(guān)器件，所述的光電開關(guān)器件包括用于產(chǎn)生投向所述受檢目標的多個不同波長光的發(fā)光裝置(E)；光電接收裝置(H)，它響應(yīng)于包含在來自于所述受檢目標光中并源于所述多個不同波長光的接收光量，而產(chǎn)生多個輸出值；以及用于根據(jù)所述多個輸出值產(chǎn)生所述檢測信號(s1)的檢測信號發(fā)生裝置(S)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光電開關(guān)器件，其中所述的發(fā)光裝置(E)具有兩個用于發(fā)射兩種不同波長光(L1，L2)的發(fā)光器件(411a，411b)，且所述的光電接收裝置(H)響應(yīng)于源于所述不同波長的所述兩光束(L1，L2)的接收光量，產(chǎn)生第一和第二輸出值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的光電開關(guān)器件，其中所述的檢測信號發(fā)生裝置(S)具有用于響應(yīng)于所述第二輸出值校正所述第一輸出值的校正裝置，和用于將所述校正裝置校正后的所述第一輸出值與一個檢測閾值(Th1)相比較并產(chǎn)生所述檢測信號(s1)的裝置(CM1，CM2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的光電開關(guān)器件，其中所述的檢測信號發(fā)生裝置(S)還具有用于改變所述檢測閾值(Th1)的裝置(VR1)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的光電開關(guān)器件，其中所述的校正裝置具有用于將所述第二輸出值與一個有條件的閾值(Th2)比較并得到比較結(jié)果(sa)的裝置(414)，和用于根據(jù)所述比較結(jié)果(sa)校正所述第一輸出值的裝置(413b，413c)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的光電開關(guān)器件，其中所述的校正裝置還具有改變所述有條件閾值(Th2)的裝置(VR2)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的光電開關(guān)器件，進一步包括用于產(chǎn)生一個獨立接通或斷開所述兩個發(fā)光器件(411a，411b)的控制的光控制裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的光電開關(guān)器件，進一步包括用于在同一光路上引導兩個所述不同波長光(L1，L2)的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的光電開關(guān)器件，其中所述不同波長的所述兩束光分別是可見光和不可見光。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的光電開關(guān)器件，其中所述不可見光的波長(λ1)是從1.40至1.50μm的范圍中選出的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的光電開關(guān)器件，其中所述不可見光的波長(λ1)是從1.60至1.80μm的范圍中選出的。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的光電開關(guān)器件，其中所述發(fā)光器件之一(411a)是發(fā)射所述不可見光的半導體發(fā)光器件。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的光電開關(guān)器件，其中所述檢測信號發(fā)生裝置(S)具有用于將一個響應(yīng)于所述可見光的輸出值與一個門限閾值比較并產(chǎn)生一個門信號的裝置(412d)，用于將一個響應(yīng)于所述不可見光的輸出值與一個檢測閾值比較并產(chǎn)生一個檢測初始信號的裝置(412e)，和用于借助所述門信號而選通所述檢測初始信號，并產(chǎn)生檢測信號(s1)的裝置(G)。
20.一種從受檢目標(Q)接收光(Lb)并產(chǎn)生一個二進制檢測信號(Sout)的開關(guān)方法，所述的方法具有一個將從半導體發(fā)光器件(12)發(fā)出的選自1.40μm至1.50μm范圍波長光(La)照射到所述受檢目標(Q)上的步驟；一個響應(yīng)于包含在來自于所述受檢目標(Q)光(Lb)中的所述波長的光量，產(chǎn)生一個輸出值的步驟；以及一個比較所述輸出值和一個預定閾值并產(chǎn)生所述檢測信號(Sout)的步驟。
21.一種從受檢目標(Q)接收光(Lb)并產(chǎn)生一個二進制檢測信號(Sout)的開關(guān)方法，所述的方法具有一個將從半導體發(fā)光器件(12)發(fā)出的選自1.60μm至1.80μm范圍波長光(La)照射到所述受檢目標(Q)上的步驟；一個響應(yīng)于包含在來自于所述受檢目標(Q)光(Lb)中的所述波長的光量，產(chǎn)生一個輸出值的步驟；以及一個比較所述輸出值和一個預定閾值并產(chǎn)生所述檢測信號(Sout)的步驟。
22.一種從受檢目標接收光并產(chǎn)生一個檢測信號(s1)的開關(guān)方法，所述的方法具有一個將兩個不同波長(λ1，λ2)的第一和第二光束(L1，L2)投射到所述受檢目標上的投射步驟；一個根據(jù)源于所述第一和第二光束(L1，L2)的光量，產(chǎn)生第一和第二輸出值的步驟；一個響應(yīng)所述第二輸出值校正所述第一輸出值的校正步驟；和一個根據(jù)所述校正后的第一輸出值，產(chǎn)生所述檢測信號(s1)的檢測信號發(fā)生步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的開關(guān)方法，其中所述的檢測信號發(fā)生步驟具有一個將所述校正步驟中校正后的所述第一輸出值與一個檢測閾值(Th1)相比較并產(chǎn)生所述檢測信號(s1)的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的開關(guān)方法，其中所述的校正步驟具有一個將所述第二輸出值與一個有條件的檢測閾值(Th2)相比較并得到一個比較結(jié)果(sa)的步驟；及一個根據(jù)所述比較結(jié)果(sa)校正所述第一輸出值的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的開關(guān)方法，進一步包括一個將所述第一和第二光束(L1，L2)預先加在一個調(diào)節(jié)目標上的步驟，并根據(jù)所述施加步驟之前來自于所述調(diào)節(jié)目標的光調(diào)節(jié)所述檢測閾值(Th1)和所述有條件閾值(Th2)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22的開關(guān)方法，其中所述的施加步驟具有一個將從半導體發(fā)光器件(411a)發(fā)出的選自1.40μm至1.50μm范圍波長的第一光束(L1)施加到所述受檢目標上的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求22的開關(guān)方法，其中所述的施加步驟具有一個將從半導體發(fā)光器件(411a)發(fā)出的選自1.60μm至1.80μm范圍波長的第一光束(L1)施加到所述受檢目標(Q)上的步驟。
28.根據(jù)權(quán)利要求22的開關(guān)方法，其中所述的校正步驟具有一個把根據(jù)所述第二輸出值被放大一個預定值的所述第一輸出值(s1)作為所述檢測信號處理的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求22的開關(guān)方法，其中所述的校正步驟具有一個響應(yīng)所述第二輸出值確定是否將所述第一輸出值作為檢測信號(s1)輸出的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的開關(guān)方法，其中所述的第二輸出值是一個表示所述受檢目標存在/不存在的值。
全文摘要
包括一個向受檢目標發(fā)射被含OH基團物質(zhì)吸收的波長的第一光束(L1)的半導體發(fā)光器件(411a),一個向受檢目標發(fā)射可見的第二光束(L2)的半導體發(fā)光器件(411b),一個接收來自于受檢目標光束并得到與第一和第二各個光束從得來的第一和第二接收光量的光電接收器(411c),和一個根據(jù)第二光電接收光量來校正第一光電接收光量的處理系統(tǒng)(S)。該處理系統(tǒng)(S)用第二光電接收光量確定受檢目標的顏色,并根據(jù)該確定的結(jié)果校正第一光電接收光量。而且,它將校正后的第一光電接收光量與一個預定閾值比較,檢測在受檢目標中是含否有水這類含OH基團的物質(zhì),并將其作為輸出信號(s1)輸出。
文檔編號G01N21/35GK1180445SQ97190097
公開日1998年4月29日 申請日期1997年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月21日
發(fā)明者藤田俊弘, 西原一寬, 鷹尾鍵, 藤井祥二, 道古隆明, 田門立身, 栗田公康, 莊司克博 申請人:和泉電氣株式會社