对射型光电传感器和目标检测系统的制作方法

本发明涉及光电传感器，尤其涉及一种对射型光电传感器，以及应用该对射型光电传感器的目标检测系统。

背景技术：

在现有技术中，对射型光电传感器中的投光器里的透镜的焦点通常设置在光源处，例如，led芯片处，如图1所示。但是由于led芯片上的晶元的金属丝连接部分(w/b，wirebonding)不发光，因此，投射到受光器中的光斑中心部的光量会不充足，存在w/b阴影效应，如图2所示，从而在使用对射型光电传感器检测有无目标出现时容易发生误判。

为了解决上述问题，可以使led芯片向投光器里的透镜的方向移动，成为离焦的状态，如图3所示，由此可以克服w/b阴影的影响，如图4所示。然而，对于led需要移动的距离，目前只能通过光学仿真来模拟，即，led向透镜移动的移动量在设计上无法理论确定，只能通过实际验证来得到。

另外，对于安装在地铁闸机里的用于检测行人通过的对射型光电传感器，为了节省占地面积，闸机的薄形化设计是行业的发展趋势，同时为了提高目标检测的可靠性，需要增加对射型光电传感器的安装数量，这样相邻的对射型光电传感器的安装间隔变小，为了防止相邻的对射型光电传感器之间的相互干扰，就要求对射型光电传感器具有较小的投受光视野。

但是，目前由于薄形化闸机里的安装空间非常狭小，通常可以调整受光器角度的安装支架无法安装；并且，如果设计上单纯把视野变小的话，安装时投光器和受光器的光轴的对准就非常困难。

另外，在安装投光器和受光器时，需要将受光器的光轴对准投光器的光轴，但是受led部件偏差和/或安装偏差和/或印刷电路板(pwb)组装偏差等的影响，引起光轴偏移，使光斑中心相对于机械轴产生位移，受光器可能在垂直于光轴的方向上存在一定的偏移(即，受光器相对于光轴产生了平移距离)，从而会影响平行移动特性。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种对射型光电传感器和目标检测系统，以得到光量充足的所需形状的光斑，克服w/b阴影，并满足对射型光电传感器之间较小的安装间距(即，满足平行移动特征)，也能确保光轴容易调整。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种对射型光电传感器，包含投光器和受光器，其中，所述投光器包括：

发光元件，其射出光；

第1透镜，其将所述发光元件射出的光转换为平行光；

第1挡板，其位于所述发光元件和所述第1透镜之间，在所述第1挡板上设置有第1通孔，所述第1通孔的中心与所述第1透镜的焦点重合，通过所述第1通孔对从所述发光元件射出的光所形成的视野进行控制。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种如第一方面所述的对射型光电传感器，其中，所述受光器包括：

第2透镜，其对射入的所述平行光进行会聚；

受光元件，其接受通过所述第2透镜会聚后的光。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种如第二方面所述的对射型光电传感器，其中，所述受光器还包括：

第2挡板，其位于所述第2透镜和所述受光元件之间，在所述第2挡板上设置有第2通孔，所述第2通孔的中心与所述第2透镜的焦点重合。

根据本发明实施例的第四方面，提供一种如第一方面所述的对射型光电传感器，其中，

所述第1通孔的形状由所述发光元件射出的光所需要形成的视野决定。

根据本发明实施例的第五方面，提供一种如第四方面所述的对射型光电传感器，其中，

所述第1通孔的形状为对圆形进行切割之后形成的形状。

根据本发明实施例的第六方面，提供一种如第五方面所述的对射型光电传感器，其中，

所述圆形的直径满足以下关系：

其中，y表示所述圆形的直径，y表示表示所述受光器在垂直于所述第1透镜和所述第2透镜的光轴的方向上平行移动的平行移动距离，l表示所述投光器与所述受光器之间的距离，f表示所述第1透镜的焦距。

根据本发明实施例的第七方面，提供一种如第六方面所述的对射型光电传感器，其中，所述平行移动距离小于等于80毫米。

根据本发明实施例的第八方面，提供一种目标检测系统，该目标检测系统包含多个如上述第一至第七中任一方面所述的对射型光电传感器。

根据本发明实施例的第九方面，提供一种如第八方面所述的目标检测系统，其中，每两个对射型光电传感器之间的距离小于等于80毫米。

本发明的有益效果在于：根据本发明的实施例的对射型光电传感器，能得到光量充足的所需形状的光斑，克服w/b阴影，并且可满足对射型光电传感器之间较小的安装间距(即，满足平行移动特征)，也能确保光轴的一致性。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是现有技术中将透镜的焦点设置在led芯片处时投光器侧的光路示意图；

图2是现有技术中将透镜的焦点设置在led芯片处时形成的光斑的示意图；

图3是现有技术中使透镜处于离焦状态时投光器侧的光路示意图；

图4是现有技术中使透镜处于离焦状态时形成的光斑的示意图；

图5是本发明实施例1的对射型光电传感器的结构示意图；

图6是本发明实施例1的投光器侧的光路示意图；

图7a和图7b是本发明实施例1的通孔的形状的一个示意图；

图8是示出了第1通孔5131的形状为d-cut形的一个光路示意图；

图9是本发明实施例1的投光器或受光器的外壳的示意图；

图10是本发明实施例1的投光器或受光器的爆炸图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本发明实施例1提供了一种对射型光电传感器，图5是本发明实施例1的对射型光电传感器的结构示意图。如图5所示，该对射型光电传感器50包括投光器51和受光器52。图6是投光器侧的光路示意图。

如图5和6所示，投光器51可包括：发光元件511，第1透镜512，以及第1挡板513。

该发光元件511发射出光。该第1透镜512将发光元件511发射出的光转换为平行光。该第1挡板513位于发光元件511和第1透镜512之间，在第1挡板513上设置有第1通孔5131，第1通孔5131的中心与第1透镜512的焦点重合，通过第1通孔5131对从发光元件511发射出的光所形成的视野进行控制。

由此，由于将第1透镜512的焦点设置在了上述第1通孔5131处，能够构成狭缝照明光学系统，并且，由于该第1通孔5131(物侧)与光斑(像侧)能够满足光学物像关系，所以通过设计该第1通孔5131的形状和尺寸，能够得到所需的光斑尺寸，在设计上能够确保满足平行移动特性的要求。

在本实施例中，发光元件511例如可以是发光二极管(lightemittingdiode，led)。

在本实施例中，受光器52可以具有与投光器类似的构成，如图5所示，受光器52可包括：第2透镜521和受光元件522，该第2透镜521对从投光器51射入的平行光进行会聚，该受光元件522接受通过第2透镜521会聚后的光。由此，通过将第2透镜521的焦点设置在受光元件522上，可以得到想要的光斑形状。在这种情况下，第2透镜521与第1透镜512的曲率半径不同。

在另一个实施方式中，为了加工的方便，可使投光器51和受光器52的壳体结构相同，即，在受光器52中同样设置一个具有通孔(称为第2通孔)的挡板(称为第2挡板)，将该第2挡板523设置在第2透镜521和受光元件522之间，并使第2通孔5231的中心与第2透镜521的焦点重合，也即，将第2透镜521的焦点设置在第2挡板523的第2通孔5231上，由此，也可以得到想要的光斑形状。

在本实施例中，使第2透镜521的焦点位于第2通孔5231的中心的情况下，第2透镜521与第1透镜512的曲率半径相同，也即，焦距相同，利用这一结构，也使得投光器51和受光器52的壳体结构相同，从而无须区分投光器51和受光器52壳体的不同结构，便于加工成型。

在本实施例中，上述第1通孔5131和上述第2通孔5231的形状由投光器51的发光元件511射出的光所需要形成的视野决定，为了方便说明，下面将第1通孔5131和第2通孔5231简称为通孔。

通常情况下，投光器的发光元件射出的光形成的光斑为圆形，该圆形的光斑为该投光器的投光视野，而在特殊情况下，例如，如在地铁闸机中，由于多个对射型光电传感器并列设置在闸机中，对射型光电传感器的间隔距离很小(例如，小于等于100毫米)，因此，需要防止相邻的光电传感器之间的干扰，以提高检测精度。在这种情况下，使圆形光斑变形为其他形状，以使投光器的投光视野变窄，从而达到相邻的光电传感器之间不会相互干扰的目的。

在本实施例中，例如，由于上述的防止相互干扰等的原因，希望改变投光器51的投光视野，如果在投光器51为长方形的情况下，客户要求投光器51的安装方向为纵向，这时，需要使在垂直于水平方向的投光器51的长边为窄视野，在水平方向的投光器51的短边为宽视野，根据该投光器的投光视野的要求，可将通孔设计为竖直的d-cut形状，即，将圆形对称地切割两条弧后剩下的形状，如图7a所示。这样，根据光学物像关系可知，在受光器52的受光元件522处形成的光斑像为竖直的d-cut形状，从而满足了受光器的安装方向。由此，可通过通孔的形状来控制投光视野的范围，从而保证相邻的对射型光电传感器之间不受干拢。

另外，在本实施例中，通孔的形状也不限于上述的d-cut形状，例如，通孔的形状还可以是将圆形切割一条弧后剩下的形状，如图7b所示。由此结构，可防止单侧的相邻对射型光电传感器的干扰。

在本实施例中，在安装误差范围内，受光器52始终能接受对应的投光器51射出的光，那么，在这种情况下，受光器52在垂直于第1透镜512和第2透镜521的光轴o的方向上可平行移动的距离称为平行移动距离，平行移动距离的大小决定了第1通孔5131的大小。

在本实施例中，无论通孔是圆形的还是基于圆形所切割而成的d-cut形状的，该圆形的直径满足以下关系：

其中，y表示圆形的直径，y表示受光器52在垂直于光轴o的方向上的平行移动距离，l表示投光器51与受光器52之间的距离，f表示第1透镜512的焦距。

图8示出了第1通孔5131的形状为d-cut形的一个光路示意图，如图8所示，如果客户要求受光器52的平行移动距离为60毫米，即，受光器52可在光轴o的上方平行移动30毫米，在光轴o的下方平行移动30毫米，在该平行移动距离之内，受光器52均可接受来自对应的投光器51射出的光，那么，再根据投光器51与受光器52之间的距离和第1透镜512的焦距，可得出第1通孔5131的大小。

例如，投光器51与受光器52之间的距离l为1000毫米，第1透镜512的焦距f为4.2毫米，那么圆形的第1通孔5131的直径y为0.25毫米，此时，第1通孔5131为从第1挡板513上的一个直径为0.25毫米的圆孔切割而成的形状，如图8所示。

在本实施例的一个实施方式中，受光器52的平行移动距离可以小于等于80毫米，由此，可以满足当将该对射型光电传感器安装到地铁闸机上时，每两个对射型光电传感器的受光器之间的干扰要求。

在本实施例中，如前所述，投光器51和受光器52的外壳形状可以设计为相同，图9是该外壳的示意图，图10是该投光器51或受光器52的爆炸图。如图9所示，上述通孔可以设置在外壳的内部，透镜和发光元件/受光元件之间，也即设置上述通孔的挡板可以与外壳一体成型。如图10所示，该投光器51或受光器52除了包含上述组成之外，还可以包括：壳体(挡板)1001、缆线1002、印刷电路板(pwb)1003、盖1004、透镜盖1005、铭板1006等，具体可以参照现有技术，此处省略说明。

在上述实施例中，通过将第1挡板513上的第1通孔5131的中心与第1透镜512的焦点重合，即，使第1透镜512的焦点位于第1通孔5131的中心，可不用移动发光元件led就能得到光量充足的所需形状的光斑，克服w/b阴影，并且可满足对射型光电传感器之间较小的安装间距(即，满足平行移动特征)，也能确保光轴的一致性。

实施例2

本发明实施例2提供一种目标检测系统，该目标检测系统具有多个实施例1所述的对射型光电传感器，由于在实施例1中，已经对该对射型光电传感器进行了说明，其内容被合并于此，在此不再赘述。

在本实施例中，该目标检测系统可以通过上述多个对射型光电传感器检测有无目标(行人或物体)通过。在一个实施方式中，该目标检测系统可以应用于地铁闸机中。

在本实施例中，每两个对射型光电传感器之间的距离可以小于等于80毫米，以满足平行移动特性的要求。

在本实施例中，可以将该多个对射型光电传感器的所有投光器安装于闸机的一侧，而将该多个对射型光电传感器的所有受光器安装于闸机的另一侧，由此可以仅在闸机的一侧安装控制器，既不影响检测结果，又节省了控制器的安装空间。

在上述实施例中，通过应用了上述对射型光电传感器的目标检测系统，可不用移动发光元件led就能得到光量充足的所需形状的光斑，克服w/b阴影，并且可满足对射型光电传感器之间较小的安装间距(即，满足平行移动特征)，也能确保光轴的一致性。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。