反光板是所有回归反射型光电传感器必不可少的配套元件，它的使命是将光电传感器中的发射器发出去的光反射回来，以便传感器接收器能够接收到光信号。

那么一定有不少工程师想过这个问题

镜子也可以反光

可以用镜子来替代反光板吗？

本期小明就带大家一起深究到底~

本文将探讨回归反射型光电传感器的工作原理，并详细分析为什么普通的镜子不能作为反光板使用，将讨论角度限制、接收难度、设计要求以及选择技巧等方面的问题。

回归反射光电的工作原理

回归反射型光电传感器由发射光源的投光器和接收反射光的受光器组成。当投光器发出的光线照射到反光板上并被反射回受光器时，传感器检测到这种光的来回路径，从而探测到目标物体的存在。

可以看出，回归反射型光电传感器是一种利用反射原理完成光电控制作用的传感器。在这种传感器中，反光板的作用是将发射器发出的光反射回来，以便接收器能够接收到光信号。然而，反光板不能用镜子来替代，主要原因在于镜子的反射方式差异。

反射方式差异：镜子产生的是二维的镜面反射，即光线按照特定角度反射出去，而漫反射则是光线向各个方向反射。

在回归反射型光电传感器中，要求光线能够向多个方向反射，以便接收器能够接收到足够的光信号。使用的是三维的平面反光板，其反射光连续通过三个互相垂直的反射面后以与入射光完全相反的方向反射出去。镜面反射的光束只有一个方向，很难调整反射光束到达接收器内。

平面镜只有在光线落在正入射的特定情况下才能实现反向反射。相比之下，角锥反射棱镜可以在大范围的入射角上进行反射。这使得它在难以实现精确对准，存在振动或必须移动后向反射器的应用中非常有用。

接收难度：即使能够调整镜面反射的光束进入接收器，但由于Sensor的接收器面较小，对光线的入射角度和位置有较高要求。在生产过程中，设备移动产生的振动可能导致光束稍有偏差，从而无法被接收器正确接收，严重影响生产。

应用场景限制：虽然镜子在摄影等领域有其独特的用途，如产生特殊的光影效果，但在回归反射型光电传感器中，需要的是稳定、可靠的光信号传输，而不是特殊的光影效果。

因此，虽然镜子在理论上可以反射光线，但由于其反射角度和聚焦特性的限制，以及成本和环境适应性的考量，在回归反射型光电传感器中并不适合用作反光板。专业的反光板设计能够更好地满足各种应用场景的需求，提供稳定的性能和足够的检测距离。

  反光板的原理

首先，我们需要了解回归反射型光电传感器的工作原理。它通常由光源、接收器和信号处理器组成。光源发出一束光线，经过透镜聚焦后照射到目标物体上，即反光板上；部分光线被反光板反射回传，进入接收器。接收器接收到的光信号经过放大和滤波处理后，通过信号处理器转换为数字信号输出。

在设计回归反射型光电传感器时，需要考虑到各种可能的入射角度，因此使用专门的反光板材料可以确保在较大角度范围内都能获得良好的反射效果。反光板的设计是为了确保光线能够被有效地反射，并且尽可能地减少不必要的光线反射。它需要有一个特定的角度来反射光线，以便使其被接收器准确地接收。

回归反射光电传感器的工作原理基于其独特的光学设计。当光源从传感器的发射器发出，光线直接照射到反光板的背面平面上。这个平面被特别设计，以便光线能够均匀且高效地分布在其上。

一旦光线接触到反光板的背面，它会被迅速且有效地反射。这种反射并非简单的镜面反射，而是利用了反光板材料内部的微结构，使得光线能够按照特定的角度和路径被反射回去。这种设计确保了光线能够最大限度地回到传感器的接收器部分，从而提高传感器的检测精度和灵敏度。

角隅反射镜阵列

角隅反射镜（Corner Reflector, CCR）的原理基于几何光学中的反射定律，即光线在入射到平面镜时，会按照入射角等于反射角的原则进行反射。角隅反射镜通常由三个相互垂直的平面镜组成，形成一个角锥体结构。这种结构使得任何方向入射的光线都能被精确地逆向反射回去。

具体来说，当光线入射到角隅反射镜的一个面时，它会被反射到下一个面，然后再次反射回原方向或继续反射到第三个面。这一过程确保了光线能够沿着原始路径返回，或者在多面体结构中循环反射，从而实现高度的方向性

反光板正是基于角隅反射镜阵列而成，在反射过程中，光线通过正方形的底部与空气的交界面。这个交界面是一个关键的反射点，因为空气的折射率与反光板材料的折射率不同，光线在通过这个界面时会发生折射和反射。然而，由于反光板的特殊设计和优化，这些物理现象被巧妙地利用，以确保光线能够按照预定的路径反射回去。

当反射光线回到传感器的接收器时，接收器会检测光线的强度和方向，从而判断前方是否有物体遮挡或反射板的位置是否发生变化。这种检测方式具有高度的可靠性和稳定性，因为即使在光线条件较差或环境干扰较大的情况下，传感器仍然能够准确地检测到反射光线的变化。

我们可以做一个直观的实验：把两面镜子边缘用胶带粘在一起，直立放置在桌子上呈“L”形。把第三面镜子镜面朝上平放在桌上，把L形镜子放置其上。就形成了一个角隅全反镜。

摘自《Mirror Magic》

观察自己在三镜交接处的镜像，你会发现，不管自己如何移动，镜中图像像是自带追踪技能般固定在那个角落不曾移动。同样地，如果用手电筒光无论从哪个角度直接照射该角落，可以看到强烈的反射光，因此自行车、汽车等车尾反射镜都是由多个小角隅全反镜组合而成。

   反光板的设计要求

传感器反光板的设计要求主要涉及到光学性能、结构稳定性、材料选择和制造工艺等方面。我们可以总结出以下几点关键设计要求：

减少初始弯曲：为了提高系统的光学检测灵敏度，需要优化反光板的初始弯曲。可以通过减薄反光板上的金层厚度或制作带加强筋的反光板来实现这一目标。

提高曲率半径和灵敏度：通过减薄金层厚度或增加加强筋，可以显著提高反光板的曲率半径，从而提高系统的光学检测灵敏度。例如，减薄金层厚度可以使曲率半径提高至原来的4.71倍，而带加强筋的反光板曲率半径提高至原来的4.29倍。

考虑光学特性与光源匹配：随着LED或LD等固体发光器件的使用，光学系统需要重新设计以适应这些光源的不同发光角度和光效。这要求反光板设计能够有效控制LED的出射光，以提高光能利用率和出光效率。

结构设计与制造工艺：在设计传感器外壳时，不仅要满足功能和可靠性要求，还需要考虑模具设计与制造、注塑成型、产品装配等方面的要求。这包括材料选择、发射器与接收器的固定方式、关键尺寸的确定以及注塑成型过程中的常见缺陷等。

逆向设计的应用：逆向设计技术可以用于优化光子器件的设计，使其更加高效、鲁棒，并且能够在商业硅光子工艺中可靠地大规模生产。这种方法适用于空间模式复用器、波长解复用器、方向耦合器和功率分配器等设备。

   反光板的选择

为了确保最佳性能，回归反射型光电传感器的反光板通常会针对特定的应用场景进行设计。这些反光板可以是高反射率的塑料或金属材料，它们能够均匀地反射光线，不受入射角度的影响。

在选择反光板时，需要考虑以下几个因素：

反射率：反光板的反射率越高，传感器的检测距离就越远。

尺寸和形状：根据传感器的安装位置和检测范围来选择合适的尺寸和形状。

耐候性：户外或恶劣环境下使用的反光板应具备良好的耐候性。

安装方便：易于安装和调整的反光板可以节省设置和维护的时间和成本。

总结  反光板的设计

总的来说，回归反射光电传感器的反光板设计确实充分利用了光学原理和材料特性，使得光线能够在特定角度下被高效、准确地反射回传感器接收器，从而确保了传感器能够精确地进行检测和测量。

在实际应用中，反光板的性能直接影响到回归反射光电传感器的测量精度和稳定性。因此，设计师们在选择反光板材料时，会充分考虑其反射率、耐候性、耐磨性等因素，确保反光板能够在各种环境下保持稳定的反射性能。

随着科技的不断发展，回归反射光电传感器的反光板设计也在不断创新和优化。一些新型的反光板材料被开发出来，它们不仅具有更高的反射率和更好的耐候性，还能够适应更广泛的工作温度和光线条件。这些新型反光板的出现，进一步提高了回归反射光电传感器的性能和可靠性。

此外，随着人工智能、物联网等技术的快速发展，回归反射光电传感器也在智能化和网络化方面取得了新的进展。通过与智能控制系统和云计算平台的结合，回归反射光电传感器可以实现更复杂的检测任务，为工业自动化、智能交通等领域提供更加全面、高效的解决方案。

参考文献：

1. 毛亮,史海涛,程腾等.焦平面阵列反光板的优化设计与制作[J].光学学报,2013,33(01):61-68. 

2. Weilian Guo, Yunguang Zheng et al. “Optical negative resistance detector with LBT structure.” SPIE/COS Photonics Asia (2002). 

3. G. Patow and X. Pueyo. “A Survey of Inverse Surface Design From Light Transport Behavior Specification.” Computer graphics forum (Print) (2005). 

4. Alexander Piggott, E. Y. Ma et al. “Inverse-Designed Photonics for Semiconductor Foundries.” ACS Photonics (2019). 

5. S. Taya, M. Abadla et al. “Evanescent Wave Sensors with a Left-Handed Material as a Substrate.” (2012). 478-499. 

6. Dominic F. Sanchez, M. Chun et al. “Design study for a three-sided reflective pyramid wavefront sensor for Shane AO.” Astronomical Telescopes + Instrumentation (2020). 

7. Wen Jian-hu. “Design and Manufacturing of Housing for Transmissive and Reflective Optical Sensors.” (2013). 

8. 翁建华.槽型与反射型光电传感器外壳的设计与制造[J].机械工程师,2013,No.269(11):10-12. 

9. 夏智锋. 基于LED光源的反光和背光器件的探索与设计[D].广东工业大学,2016. 

志奋领是工业级光电技术和AI传感专家，国家专精特新小巨人企业，明治传感AKUSENSE和明治传感器MEIJIDENKI是旗下的全资品牌。聚焦精密定位、位移测量、AI图像识别、工业智能传感以及区域安全方案，超70个国家的20000家制造商、供应商和集成商选择了我们的产品。

这里汇聚了一批业界资深的科学家和工程师，以志奋领精神重新定义“中国制造”新高度，每一次的创新都在践行感焕万物的理想，每一次的应用都是焕然新生的智造新体验。

明治之选，智造之悦。