CN103383470A - 用于光幕的光学模块和光学单元以及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及监控保护或监视区域的工业光幕，并且特别地涉及能够用于该光幕的光学单元内的光学模块。用于监控保护区域的光幕的光学单元（150）的光学模块（100）包括：至少一个辐射发射和/或辐射接收元件（116），用于传送和/或接收形成所述光幕的辐射波束，以及模块本体（108），用于安装辐射传送器/接收器载体（102），辐射传送器/接收器载体（102）承载用于传送和/或接收所述辐射的至少一个传送和/或接收元件（116），其中模块本体具有至少一个对准元件（112），对准元件（112）用于使光学模块（100）在形成所述光学单元的外壳体的支承元件（132）内对准。

Description

用于光幕的光学模块和光学单元以及制造方法

技术领域

本发明涉及监控保护或监视区域的工业光幕，并且特别地涉及能够用于该光幕的光学单元内的光学模块。根据本发明，一个或更多个所述光学模块与控制模块可以组合以形成光学单元。

背景技术

由一个或更多个辐射波束形成的光幕通常还被称为光栅或光障。

一些光幕检测物体移动到或侵入到保护区域中，并且可以为与机器或其他工业设备一同工作的人类操作员提供保护。其他光幕系统被设计为控制并且监控工业自动化过程，并且特别地用于核实组装过程、对物体计数、确认弹出过程、识别运送货物的前缘、识别不规则的形状以及许多其他应用。

采用红外或可见光束的安全光幕用于在多种工业应用中为操作员提供安全性。特别地，通过使用光幕可以确保诸如冲床、切断机、成型机、自动组装设备、线圈缠绕设备、机器人操作、铸造操作等的安全。传统的光幕典型地采用在保护区域一侧沿传送器排安装在间隔位置的发光二极管（LED），以及在保护区域的相对侧沿接收器排安装的光电晶体管（PT）、光电二极管或其他光电接收器。LED沿分立的平行通道向接收器排处的PT传送经调制的红外光束。如果一个或更多个波束被诸如操作员的手臂的不透明的物体阻挡而不能穿透，则控制电路关闭机器，防止机器周期工作，或者另外保护该区域。

如上文所述，波束的这种中断还可以用于对物体计数或者核实货物通过限定的区域而进入。

通常，光幕包括常被称为排、条或带的两个光学单元，它们针对不同的构造单元形成，光学单元之一具有发射器的功能并且另外的光学单元具有接收器的功能。然而，这种发射器和接收器的专用架构具有若干缺陷，例如，由于每种类型的光学单元必须以不同方式制造，因此制造成本高。因此，存在以下概念：使用其中每个光学单元同时具有光发射元件和光接收元件的架构。通过向光学单元提供既能够作为接收器操作也能够作为传送器操作的相同的光学模块，并且通过额外提供按功能将特定的光学单元区分成具有例如测试输入的发射器或者具有例如输出信号切换装置（OSSD）的插件单元，可以实现用于大规模生产的制造光学单元的特别成本有效的方式。

例如在欧洲专利申请EP11162263.5中提出了这种模块化架构。

然而，光学模块常常受到每个辐射波束的光轴难于对准并且整个模块的制造是昂贵的且由于缺陷牵涉大量的返工的问题的困扰。对于所组装的光学单元所安装的用于实际操作的各种表面，这种对准是特别困难的。

发明内容

因此本发明的根本问题在于提供一种光学模块、一种光学单元和一种制造方法，从而能够实现光学部件的特别成本有效的和可靠的制造和调整。该问题通过独立权利要求的主题内容解决。有利的改进方案是从属权利要求的主题内容。

本发明基于如下思想：提供一种用于光学单元的改进的光学模块，该光学单元具有用于使光学模块在形成光学单元的外壳体的支承元件内对准的对准部件。特别地，根据本发明的光学模块具有至少一个辐射发射和/或辐射接收元件，其用于传送和/或接收形成光幕的辐射波束。设置模块本体，其用于安装辐射传送器/接收器载体，并且模块本体具有至少一个对准元件，该对准元件允许光学模块在支承元件内对准。通过确保模块本体在支承元件内准确对准，可以高效地控制辐射波束相对于支承元件所安装到的任何表面的位置。

根据本发明，该对准元件可以包括在沿辐射波束的光轴的方向上延伸的突出部。该对准突出部与跨越辐射波束的光轴延伸的支承元件的内表面相互作用。通过以这种方式选择安装位置的参照物，可以实现光学模块在其壳体内的特别准确的对准，导致辐射波束的光轴和支承元件之间的最小的安装公差。根据本发明，支承元件可以由基本上U形的铝型材形成。在该情况下，相对于另一方面用于将光幕安装在例如机器上的外部底表面最准确的型材表面是铝型材的内部底部。通过将该特定平面选择为对准元件的参照物，可以实现最小的安装公差。

通过将模块本体直接固定在支承元件内，即使在诸如温度变化和振动的粗糙的环境条件下，仍可以维持该对准位置。该固定部件可以例如包括弹性卡扣元件，该弹性卡扣元件与设置在支承元件处的相应的连接器协作。这种例如使用弹性金属弹簧或由塑料制成的卡扣钩的卡扣装配连接的优点在于它们一方面提供了牢固的固定，另一方面允许简单的分解。特别地，对于承载多个光学模块的光学单元，在一个光学模块故障的情况下，有利的是在不必处置整个光学单元的情况下容易地更换它们。

当使用具有集成透镜载体的光学模块时，可以实现辐射波束在支承元件内的特别高效的对准，该集成透镜载体具有用于聚焦形成光幕的辐射波束的至少一个透镜。

该透镜载体可以例如通过利用透明材料对透镜掩模进行二次成型而形成。在透镜载体上形成多个透镜的情况下，借助于这种同时的二次成型步骤，可以在一个公差严格的二次成型步骤中制造所有透镜并且使它们相对彼此对准。

由于不必单独使具有较小的几何尺寸的多个透镜对准，而是可以使更大的透镜阵列同时对准，因此可以显著提高对准精度。

在将透镜和透镜掩模形成为一个组合部件时，对于透镜掩模相对于透镜的位置，在组装期间不必执行分立的对准步骤。因此，可以达到安装光幕的极高精度。特别地，应用的可用角度较大，并且对准和设置光幕更为容易。

特别地，在用冲压金属片制造透镜掩模时，可以实现透镜载体的改进的热膨胀特性。可以表明，由利用塑料透镜材料二次成型的金属透镜掩模构成的复合透镜载体的热膨胀由金属片的特性值确定。然而，这些值一方面与印刷电路板兼容，并且另一方面与周围的金属型材兼容。因此，即使对于温度差异可观的粗糙环境下的应用，仍可以改进所组装的光学模块的牢固性和可靠性。

存在若干种通过成型技术制造透镜的相当高级的技术并且根据本发明可以在透镜载体上实现多种不同的透镜形式，这对于本领域技术人员是已知的。特别地，可以在透镜载体上形成平凸或双凸透镜。然而，也可以制造菲涅耳透镜，其具有比平凸或双凸透镜更薄的优点。

形成透镜的透明材料可以包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PC）。对于本领域技术人员清楚的是，具有所需的化学和物理特性的所有其他透明材料显然也可以用于制造这种透镜载体。例如在DeSchipper,R.等人的“Kunststoffoptik”,Optik & Photonik,Oktober2006,Nr.2,p.47-49中可以找到关于合适材料的概述。

根据本发明的光学模块包括整体形成的透镜载体和用于安装辐射传送器/接收器载体的模块本体，该辐射传送器/接收器载体包括用于传送和/或接收辐射的至少一个传送器和/或接收器。在大部分情况下，载体将由印刷电路板（PCB）形成。然而，也可以使用任何其他电路载体，例如成型互连装置（MID）载体。可以首先在同一成型步骤中与模块本体一同制造该MID载体，并且随后该MID载体提供制造三维电路载体结构的可能。模块本体自身可以是MID部件，其中导电引线和光电子部件直接设置在模块本体上。在该情况下，可以避免用于光电子部件的额外的电路载体。此外，模块本体和透镜载体可以被制造为一个整体成型部件。因此，可以实现至少一个透镜和模块本体之间的极低的公差。这是特别有利的，因为在大部分情况下模块本体表示用于在组装期间使光学模块对准的几何参照物。因此，可以使透镜的光轴和光学模块安装到的任何表面之间的公差保持为低的。

此外可以向光学模块提供光阑元件，该光阑元件包括用于使来自辐射传送器和/或去往辐射接收器的辐射通过的至少一个切口。为此，该光阑元件必须由不透明材料制造，例如由冲压金属片制造。为了将印刷电路板安装在模块本体上，可以有利地向模块本体提供机械固定部件，诸如突出部、卡扣钩、卡扣槽等。

为了避免干扰相邻的辐射路径。根据本发明的光学模块具有光学屏蔽元件，该光学屏蔽元件可以作为分立于模块本体和透镜载体的部件而被插入。由于该部件不需要任何特别准确的对准，因此其可以被制造为廉价且简单的部件，其仅须满足由透明材料形成的要求。

可以向根据本发明的光学模块提供分立的辐射发射和/或辐射接收元件或者组合收发器部件。辐射发射元件可以由发光二极管（LED）形成并且光接收元件可以包括光电二极管。此外，承载LED和/或光电二极管的芯片可借助于传统的板上芯片（COB）组装技术而被置于印刷电路板上。

当在一个支承元件内提供多个光学模块时，并且为了使多个光学模块之一与控制模块连接，可以在每个光学模块处设置互连部件。特别地，可以提供用于压配连接的传导焊盘形端子或插头连接器以及金属化过孔。

根据本发明的监控保护区域的光幕的光学单元包括根据本发明的至少一个光学模块，以及形成光学单元的外壳体的支承元件。特别地，在将支承元件形成为具有带一个基部和两个腿部的基本上U形的横截面时，至少一个对准元件可以与基部的内表面相互作用，使得光学模块特别高效地相对于基部的外表面对准。这是特别有利的，因为在许多情况下U形型材的外表面形成了与机器或者辐射波束必须对准的安装部件接触的平面。

本发明基于如下发现，在将支承元件制造为U形型材时，基部的内表面具有关于同一基部的外表面的最小公差。

为了形成光学模块和控制模块之间的电连接或者与另外的相同的模块的电连接，根据本发明可以提供分立的互连元件。通过提供作为分立部件的互连元件，安装过程可以完全自动化并且相当便利。这种互连元件的电端子可以例如被形成为弹性邻接弹簧接触部、插销接触部、或者压配接触部。通过由二次成型引线框形成互连元件，可以实现特别稳定的构造和成本有效的制造。

用于组装根据本发明的光学单元的方法包括以下步骤：

提供至少一个光学模块，该光学模块具有：至少一个辐射发射和/或辐射接收元件，其用于传送和/或接收形成光幕的辐射波束，以及模块本体，其用于安装辐射传送器/接收器载体，其中模块本体具有至少一个对准元件，该对准元件用于使光学模块在形成光学单元的外壳体的支承元件内对准；

提供支承元件，并且将光学模块安装在支承元件内。

根据本发明，光学模块在沿辐射波束的光轴的方向上被插入到支承元件中。通过该插入步骤，避免了任何平移或滑动移动并且因此在支承元件中安装或更换光学模块期间不会引起光学模块处的损坏。每个模块可以直接安装在其正确的位置，并且因此该方法可以易于自动化。

通过在安装过程期间提供卡扣固定步骤可以实现将光学模块固定在支承元件内的特别高效的方式。可以实现预先定义的剩余压力，用于维持光学模块和周围的支承元件之间的相对位置。

此外，根据本发明，提供至少一个互连元件，用于使光学模块在与将光学模块插入到支承元件相同的方向上电连接到另外的光学模块，优选地电连接到相同的光学模块，或者电连接到控制模块。因此，互连元件可以被自动插入，并且此外，可以在需要更换互连或模块本体的情况下被容易地移除。

用于制造根据本发明的光学模块的方法进一步包括通过利用透明材料对透镜掩模进行二次成型并且提供通过对透镜载体进行二次成型而制造的模块本体来制造透镜载体。因此，这两个部件可以同一工具内制造，使得可以实现特别准确的对准和低公差。

根据有利的实施例，首先将透镜掩模插入到工具中，该工具随后进行二次成型以形成透镜载体。在下一步骤中不从成型工具移除透镜载体的情况下，可以将光阑元件定位在成型工具内并且随后对透镜载体和光阑元件进行二次成型以形成完整的光学模块。这是用于根据本发明的光学模块的特别快速的、节约时间的以及同时准确的制造方法。

当然，模块本体和透镜载体也可以在分立的成型步骤中制造并且随后彼此附连。

仅在通过使光学屏蔽元件在跨越至少一个透镜的光轴的方向上滑动，从成型工具移除具有透镜载体的模块本体之后，才插入光学屏蔽元件。

附图说明

附图被并入说明书并且形成说明书的一部分以图示本发明的若干实施例。这些附图连同描述一起用于解释本发明的原理。附图仅用于图示如何实现和使用本发明的优选的和替选的示例的目的，而不应被解释为使本发明仅限于图示并描述的实施例。此外，实施例的若干方面可以单独地或者以不同的组合形成根据本发明的解决方案。根据下面的如附图中所示的本发明的各种实施例的更具体的描述，另外的特征和优点将变得明显。在附图中相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1示出了光学模块的透视图；

图2示出了图1的布置的示意性截面视图；

图3示出了关于LED位置的各种公差的示意性表示；

图4示出了当安装在支承元件中时根据图2的光学模块的横截面视图；

图5示出了关于参照图4的波束位置的角度偏差的不同公差；

图6示出了根据第一实施例的光学单元的示意性横截面；

图7示出了根据第二实施例的光学单元的示意性横截面；

图8示出了根据另一实施例的光学模块的示意性横截面；

图9示出了根据又一实施例的光学单元的示意性横截面；

图10示出了根据又一实施例的光学单元的示意性横截面；

图11示出了根据又一实施例的光学单元的示意性横截面；

图12示出了根据又一实施例的光学单元的示意性横截面；

图13示出了根据另一实施例的光学模块的侧视图；

图14示出了根据图13的光学模块的示意性横截面；

图15示出了根据第一实施例的互连元件；

图16示出了借助两个根据图15的互连元件的两个光学模块之间的连接；

图17示出了根据第二实施例的互连元件；

图18示出了借助两个根据图17的互连元件的两个光学模块之间的连接；

图19示出了根据另一实施例的互连元件；

图20示出了借助两个根据图19的互连元件的两个光学模块之间的连接；

图21示出了根据另一实施例的互连元件；

图22示出了借助两个根据图21的互连元件的两个光学模块之间的连接；

图23示出了根据另一实施例的互连元件；

图24示出了借助两个根据图23的互连元件的两个光学模块之间的连接；

图25示出了根据另一实施例的互连元件；

图26示出了借助两个根据图25的互连元件的两个光学模块之间的连接；

图27示出了根据另一实施例的互连元件；

图28示出了借助两个根据图27的互连元件的两个光学模块之间的连接。

具体实施方式

现将参照附图更详细地解释本发明。具体地，图1示出了根据本发明的光学模块100的透视图，其包括与之连接的印刷电路板（PCB）102。带PCB102的光学模块100将被安装在外壳体中，即图4至图12中所示的所谓的型材中。

如图1中所示，光学单元100表示用于传送和/或接收形成用于监控期望的监视区域的光幕的光的功能单元。带印刷电路板的相应的第二光学模块被布置为与图1中所示的用于形成光幕的光学模块相对。替选地，当然也可以使用反射单元。

PCB102承载光发射和/或接收元件以及所需的互连引线。如果需要，集成电路也可以设置在印刷电路板102的一个或所有两个表面上。所发生的辐射可以具体地是可见光，特别是波长范围为630nm至750nm的红色光。通过使用可见光，当利用人类操作员的视觉控制将根据本发明的包含光学模块的光学单元安装在监视区域中时，可以使其对准。与将红外光用于发射器的光幕相对，这种对准可以在没有额外成本的情况下执行，并且此外，可以更容易地满足眼睛保护要求。在每个辐射波束的几何位置，PCB102可以承载作为光发射装置的LED或者作为光检测元件的光电二极管，或者甚至可以承载组合收发器元件，如例如在欧洲专利申请EP11162263.5“Modular light curtain and optical unit for a light curtain”中所提出的那样。

光学模块包括透镜载体104，其将多个透镜106组合为一个整体单元。模块本体108用于安装PCB102并且此外承载具有PCB102和透镜106之间的用于使辐射通过的开口的光阑元件。在进一步查看图2时，这将变得更明显。

根据本发明，提供安装和对准部件112用于调整如图4至12中所示的型材中的光学模块与PCB102的位置。

特别地，对准部件112包括与光学模块100安装到其中的型材的内部底表面直接接触的四个突出部。一方面通过透镜载体104和模块本体108之间的严格公差，并且另一方面通过对准元件112和型材之间的严格公差，可以实现透镜106的光轴和完全安装的光学单元的外部轮廓之间的特别准确的对准。根据本发明，光学模块100具有接触端子136，其可用于将光学模块100互连到相似或相同的光学单元或者控制模块（图中未示出）。后面将更详细地解释不同的互连元件的具体实施例。

由于光学模块100的所有透镜106被制造为一个单个部件，因此当组装光学模块100时不需要单独地使其对准。因此，可以实现关于辐射波束的距离和平行的极高精度。由于这对于光幕是公知的，因此根据待监控的特定应用区域限定不同的分辨率标准。光幕通常具有被安置为接近在一起的若干波束，而光栅仅由一个、两个、三个或四个光束构成。波束在用于手指检测的光幕上最接近，分辨率必须为14mm。当用于腿检测时（90mm分辨率），光幕波束处于其最宽的间隔。因此，手分辨率被限定在30mm。

为了使各个波束彼此分离并且为了避免散射光的干扰，光学模块100进一步包括波束分离元件114。波束分离元件114由不透明塑料材料制造并且将透镜106和PCB102上的LED或光电二极管之间的空间分成独立的腔室。

图2示出了图1的布置的示意性截面视图。在PCB102上安装有光接收和/或光发射元件116。该光学发送器和/或接收器116限定了第一光轴118。另一方面，透镜106的中心限定了第二光轴120。这两个光轴理想地一致，但是在任何情况下必须尽可能彼此接近。根据所示出的实施例，通过利用透明塑料材料对透镜掩模122进行二次成型，形成透镜载体104。该透明材料例如可以包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PC）。透镜掩模122具有与每个透镜106的位置对应的开口，这些开口被形成为将光发射元件116发射的辐射整形成与所需的光幕分辨率对应的特定波束形状。

此外，为了对光源处的传送光整形，设置具有小开口124的光阑元件110。优选地金属稳定元件126被集成在光阑元件124内。波束分离元件114限定每个透镜106下面的不同腔室，用于使各个波束彼此光学屏蔽。

为了制造根据本发明的光学模块100，由冲压和弯曲金属片制造透镜掩模122。透镜掩模在成型工具中对准并且利用透明塑料材料进行二次成型以形成具有多个透镜106的透镜载体104。在下一步骤中，金属稳定元件126在成型工具中对准。在随后的第二成型步骤中，制造模块本体108。所使用的材料例如可以是聚对苯二甲丁酸酯（PBT）。

通过将模块本体制造为具有透镜载体的整体成型部件，可以实现非常严格的公差，因为限定后面的PCB102的安装位置的安装部件是在与透镜106相同的工具内制造的。根据图2中所示的实施例，多个安装凸起128与PCB102中的相应开口相互作用，用于将其安装在模块本体108处。

然而，模块本体108也可以被形成为通过任何已知的机械部件与透镜载体104连结的分立部件。

本发明的另一有利特征在于通过将金属结构集成为透镜掩模122和稳定元件126，透镜载体104和光阑元件124的热膨胀较之纯塑料材料的热膨胀，与PCB102的热膨胀更为接近。因此，即使在极为不同的温度条件下，能够总是维持光接收和/或发射元件116的位置、光阑元件的开口和透镜106的光轴之间的对准。

使用导电透镜掩模以及特别地稳定元件126的另一优点在于额外的朝向PCB102的电磁屏蔽效果。

根据本发明，光学模块100包括突出部112，其限定光学模块在形成具有一个或更多个光学模块100的光学单元的外壳体的支承元件内的位置（参见图4）。这些突出部可以通过稳定元件126的部件被内部加强。

通过根据上文解释的制造步骤制造光学模块100，对于LED或光电二极管相对于透镜的光轴的位置，可以达到极为严格的公差。图3比较了PCB102上的芯片安置公差和PCB相对于模块本体100的安置公差。对于相对于开口124的期望的中心位置，可以表明，在任何情况下，LED116相对于开口124充分定心。

参照图4，更详细地解释根据1和2的光学单元100在支承元件132内的安装。如已提及的，光学模块100具有四个对准突出部112，其限定从支承元件的内部底表面起的光接收和/或发射元件116的特定高度y。此外，支承元件132的内部平面138限定角度

，其描述相对于理想中心轴134的偏差，该理想轴由内部平面138相对于外部轮廓140的理想平行限定。在将支承元件132形成为具有基本上U形的横截面的铝型材时，已发现支承元件的内表面138和支承元件的外表面140之间的平行可以被控制为具有极低的公差。此外，通过将对准元件112制造为模块本体108的组成部件，还可以实现关于限定从底表面138起的高度y的高精度。最后，透镜106的光轴相对于光阑元件110的平移在图中由偏差z示出。根据这些公差，可以限定较之理想中轴134的总角度偏差

。

图5总结了对于根据图4的布置所必须考虑的不同角度。波束位置设定值134表示当从上方查看光学模块时的理想中轴的位置。2.50度的角度偏差

通常是在所有条件下必须不能越过的最大可允许偏差。角度

1以符号表示光学设计角度，而

表示从参照图4解释的公差得到的总公差。因此，可用光学角度由

限定。使该可用角度最优化是本发明的重要目的。

根据另一有利实施例，可以在光学模块100处设置弹性固定部件142，用于将其保持在支承元件132内。图6例如示出了塑料弹簧元件，其与支承元件132处的凹入部144相互作用，用于将光学模块100固定在支承元件132内。该卡扣配合具有如下优点：即使在温度改变以及可能发生振动的条件下，仍提供充分的压力并且紧密地和稳固地固定光学模块。替选地，也可以使用将光学模块100固定在型材132内的其他手段，例如粘合剂技术、超声焊接、螺纹连接等。

作为图6的塑料卡扣配合的替选，还可以设置所示的金属弹簧142用于图7至9的光学单元。

图10和12图示了将卷簧146布置在光学模块100内用于提供可移动固定部件142的必要弹性的布置。图11示出了具有用于将光学模块100保持在支承元件132内的卡扣钩的更简化的布置。

在所有图1至12中，对准部件112总是或多或少地由不可压缩的直的突出部形成，这些突出部通过弹簧力被向下压到基部的内部平面上。然而，如图13和14中所示，对准部件112也可以被形成为具有弹性并且抵靠布置在型材132的侧壁处的限定平面138。簧臂148抵靠型材的基部并且施加导向远离基部并且沿光轴方向的、对向限定的内表面138向上按压对准部件112的压力。因此，可以实现光学模块100在支承元件132中的更牢固的固定。

根据本发明的光学单元150也可以包含不止一个光学模块100和/或控制模块（图中未示出）。各个光学模块100以串联的方式在沿光轴的方向上被安装在支承元件132内。为了提供一个光学模块和下一光学模块之间的电连接，可以提供一个或更多个互连元件152。此外，互连元件152还使光学模块100相对彼此机械固定。因此，可以极为准确地限定第一模块的最后的透镜和下一模块的第一个透镜之间的距离，从而确保分辨率逐个模块保持正确。此外，不同的温度膨胀可以被互连元件吸收，这是较长光幕的重要方面，其中必须避免各个光学模块之间的不同距离。

图15示出了该互连元件的第一实施例。在每个PCB102上，设置借助于互连元件152连接到相应端子的接触端子136。如附图标记以符号表示的，两个接触端子136a至136e总是通过设置在互连元件152内的一个电引线彼此直接连接。相应的接触元件154设置在互连元件152处。

根据图15和16的布置，接触元件154由金属板簧形成，这些金属板簧被压缩以便接触PCB102上的端子。如图16中所示，可以采用两个接触元件用于串联连接两个光学模块100。在将光学模块安装在支承元件132中时，首先在沿光轴的方向156上插入光学模块并且借助于上文解释的一个固定部件将光学模块保持在支承元件132内。在下一步骤中，在同一方向上插入互连元件152并且也借助于弹性固定部件158保持互连元件152。

当然，存在建立接触元件154和端子136之间的电接触的多种机械可能。除了如图15至20中所示的邻接接触之外，还可以设置如图21和22中所示的压配连接。

此外，印刷电路板102可以配备有插头连接器160。图23和24示出了在PCB102的也与模块本体108接触的同一侧设置插销连接器160的构造。替选地，连接器壳体160也可以附接到PCB102的相对表面。如图23至26中所示的插销连接器160可以被焊接到印刷电路板。最后，图27和28示出了使用U形弹簧用于电接触PCB102的接触端子136的又一邻接接触。

总之，本发明通过组合或者替选地使用如下改进，提供了一种改进的用于光幕的光学模块和光学单元：

光学模块以如下方式被安装在支承元件内：光学模块具有它们的位于铝型材的底部上的关于安装位置的参照物。可以表明：这是相对于用于在机器等上安装光幕的型材的外部底表面的最准确的型材的特定表面。因此，可以实现最小安装公差。此外，由于光学模块在沿光轴的方向上安装，因此不需要滑动或平移，并且可以将每个模块直接安装在其正确位置。弹性固定部件允许特别高效和牢固的方式的组装或分解。

为了使所有模块的光轴在一个方向上对准，每个模块必须以最佳的可能精度在型材中对准。根据本发明，在为型材安装模块时，型材的底表面用作模块的参照物。借助于特殊的固定部件，光学模块被固定在适当的位置，使得其在被安装之后不能从底部移动。

本发明允许型材中的、从型材安装到的机器至限定光轴的模块的极短的公差链，其仅由型材的基部限定。模块在型材中的位置与型材的任何侧壁的形状和位置无关。在型材底表面的公差不足的情况下，可以在挤压步骤之后铣削或切割该表面，用于改进公差，这是易于执行的步骤。

特别地，根据本发明，弹簧或其他弹性固定部件将模块下推到参考位置。这些弹簧将所需的力施加到型材。设置在透镜载体或模块本体中的不同的金属片可用于形成弹簧。

可以容易地实现最佳的装配形状，即用于利用相同的塑料作为模块本体或透镜对金属核心进行二次成型的二次成型步骤。

这些弹簧的许多不同的实现方案是可能的。它们可以设置在模块顶部、模块底部、模块的任何侧壁、或者这些位置的任何组合。该解决方案的优点在于，弹簧构成了模块的部件并且不需要额外的部件。特别地，当在塑料部件内使用金属核心时，较之仅利用塑料弹簧，可以更容易地实现所需的力。替选地或额外地，还可以将玻璃纤维加强添加到塑料材料用于改进弹性。

与整个光学模块从型材的一端插入并且纵向滑动直至它们到达它们的所需位置的传统布置相对，本发明提出了一种顶部安装技术，其中每个模块在光轴的方向上直接插入在其最终正确位置。不需要模块相对于型材的纵向平移。

因此，不会发生将影响限定光学模块的准确对准的那些部件的磨损。由于不会引起磨损，因此也不会出现公差的劣化。由于模块较牢固地固定在型材内，因此在经历振动时，在操作寿命期间也不会引起移动和磨损。模块在型材内的最优固定进一步确保了模块之间的最优光学分辨率，因为如果若干模块串联对准，则不会出现可变的间隙。

借助于电连接两个模块的二次成型的接触部来执行根据本发明的电互连。成型部件的形状机械互连这些模块，并且不会机械压迫互连的焊点。如同模块，互连元件也从顶部安装。

由于为了使模块彼此连接，也不需要纵向移动，因此容易地执行顶部安装。由于电接触部未被机械压迫，因此其是可靠的和牢固的。提出了关于电接触机制的不同选择。例如，可以使用与金焊盘或者插入到接触插孔中的接触引脚的弹簧接触。

由于本发明的严格公差和安装原理，可以实现具有每个波束的大光学角度（EAA）的易于对准的光幕。在整个光幕上可以实现从一个波束到另一波束的极低的公差。这是通过确保PCB和模块本体之间以及PCB、模块本体和透镜之间的相似的热膨胀，使用例如板上芯片（COB）技术的光接收和/或发射元件的安置的严格公差的结果。光阑和透镜之间的公差是严格的并且是二次成型步骤期间确定的工具。对于接收元件，可以使用具有大的敏感区域的光电二极管，使得光电二极管的定位不是关键的。总之，在生产期间，不需要调整光幕部件，并且当在特定应用中安装时，光幕将易于对准。

通过在第一步骤中将用作透镜掩模的金属片安置到成型工具中并且利用例如PC或PMMA的透镜材料对该金属片进行二次成型，利用集成透镜掩模制造透镜。因此，生产一个单个部件，而非透镜和分立的透镜掩模，因此便利了安装过程。对于透镜掩模安置可以达到极高的精度。在将该组件用于安全光幕时，可以实现极为准确的分辨率，因为透镜掩模具有相对于透镜的极低的公差。此外，热膨胀由金属片限定而非由塑料特性限定，并且因此较之纯塑料，热膨胀不太关键。此外，可以使用菲涅耳透镜，而非标准的双凸或平凸透镜。

根据本发明的模块本体还通过集成金属片进行加强。首先，该金属片被冲压成所需的形状，并且其次，该金属片按照需要被弯曲并且安置到成型工具中。在第三步骤中，利用例如PBT的模块本体材料对金属片进行二次成型。有利地，通过金属片增强模块本体的机械稳定性和牢固性。在用于改进稳定性的塑料中不需要玻璃纤维，其可能削弱机械公差。此外，免除塑料材料中的玻璃纤维还延长了成型工具的寿命。具有集成金属片的模块本体的热膨胀系数与PCB的系数极为相似，导致了光学部件相对于模块本体的极为准确的定位。

最后，模块本体和透镜载体可以被制造为一个整体成型部件。在第一步骤中，通过成型步骤制造具有透镜掩模的透镜。在第二步骤中，在同一工具中并且在不取出透镜载体的情况下，使模块本体成型，使得形成包括透镜和模块本体的一个单个部件。

因此，可以实现透镜和模块本体之间的极低的公差。透镜掩模和稳定元件的集成金属片使两个部件的热膨胀均衡并且近似与PCB的热膨胀系数相同。当不比LED前方的孔隙大得多的LED芯片借助于板上芯片组装技术被安置在PCB上时，这是特别重要的。

最后，应当说明，除非这里另外指出或者上下文清楚地有所抵触，否则在描述本发明的上下文中（特别是在所附权利要求的上下文中）的术语“一个（a和an）”和“该（the）”以及相似的指示物的使用应被解释为涵盖单数和复数。除非另外说明，否则术语“包括（comprising）”、“具有”、“包括（including）”和“包含”应被解释为开放术语（即，意味着“包括，但不限于”）。除非这里另外指出，否则这里提及的值的范围仅旨在用作单独引用落在该范围内的分立值的速记方法，并且每个分立值被并入到说明书中，如同其在这里被单独记载。

除非这里另外指出或者上下文清楚地有所抵触，否则这里描述的所有方法可以以任何适当的顺序执行。任何和所有示例的使用，或者这里提供的示例性语言（例如，“诸如”），仅旨在更好地说明本发明，而非对本发明的范围加以限制，除非有另外的要求。说明书中的语言不应被解释为指示对于本发明的实践而言是必不可少的任何没有要求权利的元素。

这里描述了示例性实施例。在阅读前面的描述之后，对于本领域技术人员，这些实施例的变形例可以变得明显。发明人预期本领域技术人员适当地采用这些变形例，并且发明人旨在使本发明以不同于这里具体描述的方式实践。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中记载的主题内容的所有修改和等同物。此外，除非这里另外指出或者上下文清楚地有所抵触，否则本发明涵盖其所有可能变形例中的上述元素的任何组合。

附图标记

附图标记	说明
		100	光学模块
102	印刷电路板（PCB）
		104	透镜载体
106	透镜
		108	模块本体
110	光阑元件
		112	对准部件
114	波束分离元件
		116	光接收和/或发射元件

118	第一光轴
		120	第二光轴
122	透镜掩模
		124	光阑元件中的开口
126	稳定元件
		128	PCB的安装凸起
130	透镜掩模开口
		132	支承元件
134	理想中轴
		136	PCB上的接触端子
138	支承元件的内表面
		140	支承元件的外表面
142	弹性固定部件
		144	与固定部件相互作用的连接元件
146	卷簧
		148	簧臂
150	光学单元
		152	互连元件
154	互连元件上的接触元件
		156	光轴的方向
158	用于互连元件的卡扣固定部件
		160	插销连接器

Claims (19)

1.一种用于监控保护区域的光幕的光学单元（150）的光学模块，所述光学模块（100）包括：

至少一个辐射发射和/或辐射接收元件（116），用于传送和/或接收形成所述光幕的辐射波束，

模块本体（108），用于安装辐射传送器/接收器载体（102），所述辐射传送器/接收器载体（102）承载用于传送和/或接收所述辐射的至少一个传送和/或接收元件（116），

其中所述模块本体（108）具有至少一个对准元件（112），所述对准元件（112）用于使所述光学模块（100）在形成所述光学单元的外壳体的支承元件（132）内对准。

2.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述对准元件（112）包括在沿至少一个辐射波束的光轴的方向上延伸的突出部，所述突出部用于将所述光学模块（100）安装在所述支承元件（132）内，所述突出部与跨越所述至少一个辐射波束的光轴延伸的所述支承元件的内表面（138）相互作用。

3.根据权利要求1或2所述的光学模块，其中所述模块本体（108）具有固定部件（142），所述固定部件（142）用于将所述光学模块固定在所述支承元件内。

4.根据权利要求3所述的光学模块，其中所述固定部件（142）包括至少一个弹性卡扣元件，所述弹性卡扣元件与设置在所述支承元件（132）处的相应的卡扣装配连接器（144）协作。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光学模块，其中所述光学模块（100）进一步包括透镜载体（102），所述透镜载体（102）具有用于聚焦至少一个辐射波束的至少一个透镜（106）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的光学模块，其中所述光学模块（100）进一步包括光阑元件（110），所述光阑元件（110）具有用于使所述至少一个辐射发射元件发射的和/或所述至少一个辐射接收元件接收的辐射通过的至少一个切口。

7.根据前述权利要求中任一项所述的光学模块，进一步包括光学屏蔽元件（114），所述光学屏蔽元件（114）用于光学屏蔽所述模块本体（108）和所述透镜载体（104）之间的辐射的传播路径，其中所述光学屏蔽元件被制造为分立于所述模块本体和所述透镜载体的部件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的光学模块，其中所述至少一个辐射发射和/或接收元件（116）包括发光二极管、LED和/或光电二极管。

9.根据前述权利要求中任一项所述的光学模块，进一步包括互连部件（152），所述互连部件（152）用于将所述光学模块（100）连接到另外的光学模块或控制模块。

10.一种监控保护区域的光幕的光学单元，所述光学单元（150）包括：

至少一个根据前述权利要求中任一项所述的光学模块（100），

支承元件（132），其形成所述光学单元的外壳体。

11.根据权利要求10的光学单元，其中所述支承元件（132）具有带一个基部和两个腿部的基本上U形的横截面，并且其中所述至少一个对准元件（112）与所述基部的内表面（138）相互作用，用于使所述光学模块（100）相对于所述基部的外表面（140）对准。

12.根据权利要求10或11的光学单元，进一步包括至少一个互连元件（152），用于将所述至少一个光学模块（100）电连接到另外的相同的光学模块和/或控制模块。

13.根据权利要求12的光学单元，其中所述至少一个互连元件（152）包括被形成为邻接的弹簧接触部、插销接触部和/或压配接触部的电端子。

14.根据权利要求12或13的光学单元，其中所述至少一个互连元件（152）由二次成型引线框形成。

15.一种用于组装监控保护区域的光幕的光学单元的方法，所述方法包括：

提供至少一个光学模块（100），所述光学模块具有：

至少一个辐射发射和/或辐射接收元件（116），用于传送和/或接收形成所述光幕的辐射波束，

模块本体（108），用于安装辐射传送器/接收器载体（102），所述辐射传送器/接收器载体（102）承载用于传送和/或接收所述辐射的至少一个传送器和/或接收器，

其中所述模块本体（108）具有至少一个对准元件（112），所述对准元件（112）用于使所述光学模块在形成所述光学单元的外壳体的支承元件内对准，

提供所述支承元件（132），

在沿所述辐射波束的光轴的方向上将至少一个光学模块（100）插入到所述支承元件（312）中。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述支承元件具有带一个基部和两个腿部的基本上U形的横截面，并且其中在将所述光学模块插入到所述支承元件中的步骤中，所述至少一个对准元件（112）与所述基部的内表面（138）相互作用，用于使所述光学模块（100）相对于所述基部的外表面（140）对准。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述至少一个光学模块（100）以卡扣的方式固定在所述支承元件（132）内。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，进一步包括如下步骤：插入至少一个互连元件（152），所述互连元件（152）用于将所述至少一个光学模块（100）电连接到另外的相同的光学模块和/或控制模块，其中所述插入是在沿所述至少一个光学模块的插入方向的方向上执行的。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述光学模块（100）进一步包括透镜载体（104），所述透镜载体（104）具有用于聚焦至少一个辐射波束的至少一个透镜（106），并且其中所述模块本体（108）和所述透镜载体被制造为一个整体的成型部件。

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