CN117351690A - 一种对射光控传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对射光控传感器。其中包括：发射模块和接收模块，接收模块包括接收透镜和接收芯片，接收透镜设置于接收模块的光接收面；发射模块用于出射探测光束；接收透镜和接收芯片依次设置在探测光束的传播路径上，用于接收探测光束；接收透镜包括至少一个微结构表面，微结构表面包括多个微结构，微结构用于散射探测光束以减少进入接收芯片的探测光束的光通量。本发明的技术方案，在接收模块中的接收透镜上设置微结构表面，利用在微结构表面的散射作用，减小了进入接收芯片的探测光束的光通量。与现有技术相比省去了在对射光控传感器中设置额外的减光物理结构，避免了物料成本的增加，提升了对射光控传感器的可靠性。

Description

一种对射光控传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种对射光控传感器。

背景技术

现有对射光控传感器，在调节红外接收器接收的光通量时，通常采用增加物理减光片和避光柱的两种调节方式。虽然可以起到光线调节作用，但是增加的减光片和避光柱，都是在对射光控传感器之外单独设置，使得对射光控传感器的整体性不强，且单独增加物料，导致对射光控传感器成本增加，品质风险上升。

发明内容

本发明提供了一种对射光控传感器，以解决现有技术的对射光控传感器整体性不佳和品质风险高的问题，减少了物料的成本。

本发明提供的一种对射光控传感器包括：

发射模块和接收模块，接收模块包括接收透镜和接收芯片，接收透镜设置于接收模块的光接收面；

发射模块用于出射探测光束；

接收透镜和接收芯片依次设置在探测光束的传播路径上，用于接收探测光束；接收透镜包括至少一个微结构表面，微结构表面包括多个微结构，微结构用于散射探测光束以减少进入接收芯片的探测光束的光通量。

可选的，微结构包括具有曲率半径的弧面反射面。

可选的，接收透镜包括入射面和出射面，探测光束经入射面进入接收透镜，经出射面从接收透镜出射；

微结构表面包括入射面，弧面反射面朝向远离出射面的一侧凸出；

和/或，微结构表面包括出射面，弧面反射面朝向远离入射面的一侧凸出。

可选的，接收透镜包括入射面和出射面，探测光束经入射面进入接收透镜，经出射面从接收透镜出射；

微结构表面包括入射面，且入射面朝向远离出射面的一侧凸出；

和/或，微结构表面包括出射面，且出射面朝向远离入射面的一侧凸出。

可选的，沿微结构表面的中心指向微结构表面的边缘的方向，微结构的分布密度逐渐减小。

可选的，沿微结构表面的中心指向微结构表面的边缘的方向，弧面反射面的曲率半径逐渐增加。

可选的，任意两个微结构中弧面反射面的曲率半径相同。

可选的，微结构包括半球形微结构。

可选的，接收透镜还包括透镜本体，透镜本体与微结构一体设置。

可选的，对射光控传感器还包括上封装盖和下封装盖；

上封装盖包括与接收透镜相适配的通孔，通孔用于固定接收透镜；

上封装盖和下封装盖扣合形成空腔，接收芯片设置在空腔中；

接收芯片包括接收头和电路板；

接收头与电路板通信连接，用于将散射后的探测光束的光信号接收并转换为电信号输出至电路板中。

本发明的技术方案，在接收模块中的接收透镜上设置微结构表面，利用在微结构表面的散射作用，减小了进入接收芯片的探测光束的光通量，从而达到了提高对射光控传感器测量精度的目的。与现有技术相比省去了在对射光控传感器中设置额外的减光物理结构，避免了物料成本的增加，并且额外设置减光物理结构也会使对射光控传感器的品质风险增加，提升了对射光控传感器的可靠性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例提供的一种对射光控传感器的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的一种接收模块的爆炸结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的第一种微结构表面的结构示意图；

图4是根据本发明实施例提供的第一种微结构表面的侧面结构示意图；

图5是根据本发明实施例提供的第二种微结构表面的侧面结构示意图；

图6是根据本发明实施例提供的第三种微结构表面的侧面结构示意图；

图7是根据本发明实施例提供的第二种微结构表面的侧面结构示意图；

图8是根据本发明实施例提供的第三种微结构表面的侧面结构示意图；

图9是根据本发明实施例提供的第二种微结构表面的结构示意图；

图10是根据本发明实施例提供的第四种微结构表面的侧面结构示意图；

图11是根据本发明实施例提供的一种接收模块的部分结构示意图；

图12是根据本发明实施例提供的另一种接收模块的部分结构示意图；

图13是根据本发明实施例提供的又一种接收模块的部分结构示意图；

图14是根据本发明实施例提供的一种接收模块的组装结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

图1是根据本发明实施例提供的一种对射光控传感器的结构示意图，图2是根据本发明实施例提供的一种接收模块的爆炸结构示意图，图3是根据本发明实施例提供的第一种微结构表面的结构示意图，本实施例可利用对射光控传感器对物体进行检测和测量。结合图1、图2和图3所示，对射光控传感器包括：

发射模块1和接收模块2，接收模块2包括接收透镜21和接收芯片22，接收透镜21设置于接收模块2的光接收面；

发射模块1用于出射探测光束3；

接收透镜21和接收芯片22依次设置在探测光束3的传播路径上，用于接收探测光束3；接收透镜21包括至少一个微结构表面211，微结构表面211包括多个微结构212，微结构212用于散射探测光束3以减少进入接收芯片22的探测光束3的光通量。

其中，发射模块1用于输出探测光束3，此探测光束3可为激光光束，故发射模块1中可设置发光二极管结构。通过发光二极管结构输出激光光束；接收模块2用于接收探测光束3，可通过接收模块2接收探测光束3的情况，实现物体的检测和测量。

其中，接收透镜21可用于接收探测光束3并将探测光束3传输至接收芯片22上。接收透镜21上包括微结构表面211，微结构表面211包括多个微结构212，因微结构212的设置使得微结构表面211形成不平坦表面，微结构212可为规则或者不规则的凸起结构，以达到利用微结构表面211散射探测光束3的作用。其中接收芯片22可用于接收探测光束3的光信号并将光信号转换为电信号输出的装置。

具体的，物体检测的原理如下：在工作状态下，发射模块1持续出射探测光束3，探测光束3经过一定传输距离被接收模块2接收。当待测物体进入探测光束3的传输路径时，待测物体遮挡部分或者全部探测光线，此时接收模块2接收到的探测光线的光信号减弱或者消失，进而判断是否存在待测物体，以及待测物体的位置、尺寸等信息。

可以理解的是，接收模块2的接收的光信号准确性对对射光控传感器的精度至关重要。现有技术中，由于探测光束3的功率固定，当待测物体未全部遮挡探测光束3或者待测物体周围杂散光较多时，待测物体能遮挡的光线较少，故会使得接收模块2接收大部分探测光束3，进而会根据接收模块2输出的信号误判断此时不存在待测物体，无待测物体遮挡传输路径等问题，进而影响对射光控传感器的精确性。

基于上述问题，本发明实施例在接收模块2的接收透镜21上设置微结构表面211，通过微结构表面211的散射作用，减少进入接收芯片22的探测光束3的光通量，使得待测物体即使未全部遮挡探测光束3时，预先对进入接收芯片22的探测光束3进行一定比例的光通量减小，进而使得接收芯片22接收减小后的探测光束3，根据减小后的探测光束3判断待测物体在探测光束3传输路径的遮挡状况。

示例性的，待测物体在探测光束3的传播路径上，经过待测物体的探测光束3一部分被待测物体遮挡，一部分未被待测物体遮挡或者经过待测物体折射、反射进入接收模块2中，经过接收模块2上的微结构表面211，使得此部分光束发生散射减少进入接收芯片22的光通量，进而使得最终输入进所述接收芯片22中的光信号远远小于未被待测物体遮挡时探测光束3的光信号，进而提高了对射光控传感器的精度。

本发明实施例的技术方案，在接收模块中的接收透镜上设置微结构表面，利用在微结构表面的散射作用，减小了进入接收芯片的探测光束的光通量，从而达到了提高对射光控传感器测量精度的目的。与现有技术相比省去了在对射光控传感器中设置额外的减光物理结构，避免了物料成本的增加，并且额外设置减光物理结构也会使对射光控传感器的品质风险增加，保证了对射光控传感器的可靠性。

可选的，继续参考图3所示，微结构212包括具有曲率半径的弧面反射面。

其中，微结构212可为微结构表面211上的不平整结构，多个微结构212设置在微结构表面211且每个微结构212均包括具有曲率半径的弧面反射面，由于曲率半径的弧面反射面可起到对探测光束3进行散射的作用，故探测光束3入射弧面反射面时会发生偏离传输路径的折射，进而使得接收芯片22接收到探测光束3的光通量下降。在一些实施例中，考虑到工艺的易实现性，可将微结构212加工为半球形微结构212。当探测光束3入射弧面反射面时，经过半球形微结构212的作用实现一定程度的散射，进而减少进入接收芯片22的探测光束3的光通量。同样的，考虑到工艺上的易实现性，也可将任意两个微结构212中弧面反射面的曲率半径相同。

可选的，图4是根据本发明实施例提供的第一种微结构表面的侧面结构示意图，图5是根据本发明实施例提供的第二种微结构表面的侧面结构示意图，图6是根据本发明实施例提供的第三种微结构表面的侧面结构示意图，参考图1、图2、图4、图5和图6所示，接收透镜21包括入射面2111和出射面2112，探测光束3经入射面2111进入接收透镜21，经出射面2112从接收透镜21出射；

微结构表面211包括入射面2111，弧面反射面朝向远离出射面2112的一侧凸出；

和/或，微结构表面211包括出射面2112，弧面反射面朝向远离入射面2111的一侧凸出。

其中，接收透镜21的入射面2111可为接收透镜21靠近所述发射模块1一面，接收透镜21的出射面2112可为接收透镜21靠近接收芯片22一面，探测光束3自接收透镜21的入射面2111入射至出射面2112出射至接收芯片22中。

具体的，如图1、图2和图4所示，入射面2111可具有弧面反射面，出射面2112不具有弧面反射面且入射面2111的弧面反射面朝向远离出射面2112的一侧凸出，当探测光束3入射弧面反射面时，由于弧面反射面的不平坦性，在弧面反射面上发生一定程度的散射，达到经过接收透镜21的探测光束3被接收芯片22接收时光通量减小的目的。

如图1、图2和图5所示，入射面2111可不具有弧面反射面，出射面2112具有弧面反射面且弧面反射面远离入射面2111的一侧凸出，当探测光束3入射接收透镜21的入射面2111时，光路不发生改变，但经出射面2112后，由于弧面反射面的不平坦性，在出射面2112上发生一定程度的散射，达到经过接收透镜21的探测光束3被接收芯片22接收时光通量减小的目的。

如图1、图2和图6所示，入射面2111可具有弧面反射面且朝向远离出射面2112的一侧凸出，出射面2112具有弧面反射面且弧面反射面远离入射面2111的一侧凸出，当探测光束3入射接收透镜21的入射面2111时，由于弧面反射面的不平坦性会在入射面2111会发生散射，同样会在出射面2112发生散射，达到经过接收透镜21的探测光束3被接收芯片22接收时光通量减小的目的。

可以理解的是，本发明实施例中的微结构表面211可设置在入射面2111也可设置在出射面2112，设置在入射面2111时的弧面反射面朝向远离出射面2112的一侧凸出，设置在入射面2111时弧面反射面朝向远离入射面2111的一侧凸出，以此起到对探测光束33散射的作用，达到减小接收芯片22的光通量的目的，提高了对射光控传感器的精度。

可选的，图7是根据本发明实施例提供的第二种微结构表面的侧面结构示意图，图8是根据本发明实施例提供的第三种微结构表面的侧面结构示意图，结合图1、图2、图3、图6、图7和图8所示，接收透镜21包括入射面2111和出射面2112，探测光束3经入射面2111进入接收透镜21，经出射面2112从接收透镜21出射；

微结构表面211包括入射面2111，且入射面2111朝向远离出射面2112的一侧凸出；

和/或，微结构表面211包括出射面2112，且出射面2112朝向远离入射面2111的一侧凸出。

其中，入射面2111朝向远离出射面2112的一侧凸出可为入射面2111为具有曲率半径的弧形结构，通过限定入射面2111朝向远离出射面2112的一侧凸出可为入射面2111正面为具有曲率半径的弧形结构可使得入射面2111不论是否存在微结构表面211当探测光束3入射至入射面2111时均存在一定程度的散射效果，进一步减小了接收芯片22的光通量。

同样的，出射面2112朝向远离入射面2111的一侧凸出可为入射面2111为具有曲率半径的弧形结构，通过限定出射面2112朝向远离入射面2111的一侧凸出可为入射面2111正面为具有曲率半径的弧形结构，使得入射面2111不论是否存在微结构表面211，当探测光束3入射至入射面2111时均存在一定程度的散射效果，进一步减小了接收芯片22的光通量。

可以理解的是，本发明实施例中出射面2112可以相对于入射面2111凸出，入射面2111也可以相对于出射面2112凸出，并不在此限定微结构表面211的设置位置，凸出面仅起到进一步提高接收透镜21的散射效果。

可选的，图9是根据本发明实施例提供的第二种微结构表面的结构示意图，结合图1、图2和图9所示，沿微结构表面211的中心指向微结构表面211的边缘的方向，微结构212的分布密度逐渐减小。

其中，微结构212在微结构表面211的分部密度不同，其对探测光束3的散射效果也不同。在一些实施例中在微结构212之间相同情况下，微结构表面211分布密度越大，其散射效果越强。当探测光束3为高斯光束时，由于高斯光束具有一定聚焦性，沿高斯光束的光斑中心至光斑边缘方向光强逐渐减小。本发明实施例中限定沿微结构表面211的中心指向微结构表面211的边缘的方向，微结构212的分布密度逐渐减小，使得靠近微结构表面211的中心的位置散射作用强，靠近微结构表面211的边缘的位置散射作用弱，实现对探测光束3的针对性散射，进一步提高了微结构表面211的散射作用。

可以理解的是，本发明实施例中的微结构212分部密度不仅仅针对于高斯光束，也可针对其他光强分布不均的光束。

可选的，图10是根据本发明实施例提供的第四种微结构表面的侧面结构示意图，如图2、图3和图10所示，沿微结构表面211的中心指向微结构表面211的边缘的方向，弧面反射面的曲率半径逐渐增加。

同样的，考虑到探测光束3光强分布不均的问题可以通过限定微结构弧面反射面的曲率半径实现，曲率半径越大说明微结构表面211的不平坦性越强，曲率半径越大的弧面反射表面的散射作用小于曲率半径小的弧面反射表面的散射作用。

具体的，沿微结构表面211的中心指向微结构表面211的边缘的方向，弧面反射面的曲率半径逐渐增加，说明沿微结构表面211的中心指向微结构表面211的边缘的方向，散射作用逐渐减小。同样可应用于光束光强较集中的探测光束3，实现对探测光束3的针对性散射，进一步提高了微结构表面211的散射作用。

可选的，接收透镜还包括透镜本体，透镜本体与微结构一体设置(图中未示出)。

其中，现有技术中透镜本体均为光滑表面，本发明实施例将透镜本体和微结构一体设置，将透镜本体的表面变为不平坦表面，如此设置仅改变透镜本体的结构，并未在对射光控传感器中设置新的结构，省去了现有技术中减光片或者避光柱，保证了光通量下降的同时减少了物料，降低了对射光控传感器的成本。

可以理解的是，本发明实施例中的微结构表面的设置可以根据光通量、探测光束性质或者应用场景，自行设定微结构的形状和具体阵列方式，辅以光学仿真验证即可。

可选的，图11是根据本发明实施例提供的一种接收模块的部分结构示意图，图12是根据本发明实施例提供的另一种接收模块的部分结构示意图，图13是根据本发明实施例提供的又一种接收模块的部分结构示意图，图14是根据本发明实施例提供的一种接收模块的组装结构示意图，结合图1、图11、图12、图13和图14所示，对射光控传感器还包括上封装盖4和下封装盖5；

上封装盖4包括与接收透镜21相适配的通孔，通孔用于固定接收透镜21；

上封装盖4和下封装盖5扣合形成空腔，接收芯片22设置在空腔中；

接收芯片22包括接收头221和电路板222；

接收头221与电路板222通信连接，用于将散射后的探测光束3的光信号接收并转换为电信号输出至电路板222中。

其中，上封装盖4用于固定接收透镜21的位置，接收透镜21通过通孔固定在上封装盖4中；接收头221和电路板222设置在上封装盖4和下封装盖5扣合形成的空腔中。接收头221设置在探测光束3的传输路径上，将接收到的光信号转换为电信号输出至电路板222中。

在一些实施例中，还包括连接器6，连接器6具有引线通道61，连接器6与电路板222通过引线通道61固定连接，连接器6可装置在外部传输装置上，外部传输装置的引线可通过引线通道61连接至电路板222上，实现电信号的输出与分析。

具体的，接收头221按规定要求的位置贴装焊接在电路板222上，将连接器6焊接在焊接完接收头221的电路板222半成品组件上,再将电路板222半成品组件上安装到上封装盖4和下封装盖5形成的盒体中，实现接收模块2的组装。本发明实施例的技术方案，将封装壳体与接收透镜21装置为一个整体，省去了现有技术中的减光片或者避光柱的作用，起到调节接收光通量大小的同时，节约了对射光控传感器的材料和成本。

本发明实施例的技术方案，在接收模块中的接收透镜上设置微结构表面，利用在微结构表面的散射作用，减小了进入接收芯片的探测光束的光通量，从而达到了提高对射光控传感器测量精度的目的。与现有技术相比省去了在对射光控传感器中设置额外的减光物理结构，避免了物料成本的增加，并且额外设置减光物理结构也会使对射光控传感器的品质风险增加，提升了对射光控传感器的可靠性。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对射光控传感器，其特征在于，包括：

发射模块和接收模块，所述接收模块包括接收透镜和接收芯片，所述接收透镜设置于所述接收模块的光接收面；

所述发射模块用于出射探测光束；

所述接收透镜和所述接收芯片依次设置在所述探测光束的传播路径上，用于接收所述探测光束；所述接收透镜包括至少一个微结构表面，所述微结构表面包括多个微结构，所述微结构用于散射所述探测光束以减少进入所述接收芯片的所述探测光束的光通量。

2.根据权利要求1所述的对射光控传感器，其特征在于，所述微结构包括具有曲率半径的弧面反射面。

3.根据权利要求2所述的对射光控传感器，其特征在于，所述接收透镜包括入射面和出射面，所述探测光束经所述入射面进入所述接收透镜，经所述出射面从所述接收透镜出射；

所述微结构表面包括所述入射面，所述弧面反射面朝向远离所述出射面的一侧凸出；

和/或，所述微结构表面包括所述出射面，所述弧面反射面朝向远离所述入射面的一侧凸出。

4.根据权利要求2所述的对射光控传感器，其特征在于，

所述接收透镜包括入射面和出射面，所述探测光束经所述入射面进入所述接收透镜，经所述出射面从所述接收透镜出射；

所述微结构表面包括所述入射面，且所述入射面朝向远离所述出射面的一侧凸出；

和/或，所述微结构表面包括所述出射面，且所述出射面朝向远离所述入射面的一侧凸出。

5.根据权利要求2所述的对射光控传感器，其特征在于，沿所述微结构表面的中心指向所述微结构表面的边缘的方向，所述微结构的分布密度逐渐减小。

6.根据权利要求2所述的对射光控传感器，其特征在于，沿所述微结构表面的中心指向所述微结构表面的边缘的方向，所述弧面反射面的曲率半径逐渐增加。

7.根据权利要求2所述的对射光控传感器，其特征在于，任意两个所述微结构中所述弧面反射面的曲率半径相同。

8.根据权利要求2所述的对射光控传感器，其特征在于，所述微结构包括半球形微结构。

9.根据权利要求1所述的对射光控传感器，其特征在于，所述接收透镜还包括透镜本体，所述透镜本体与所述微结构一体设置。

10.根据权利要求1所述的对射光控传感器，其特征在于，所述对射光控传感器还包括上封装盖和下封装盖；

所述上封装盖包括与所述接收透镜相适配的通孔，所述通孔用于固定所述接收透镜；

所述上封装盖和所述下封装盖扣合形成空腔，所述接收芯片设置在所述空腔中；

所述接收芯片包括接收头和电路板；

所述接收头与所述电路板通信连接，用于将散射后的所述探测光束的光信号接收并转换为电信号输出至所述电路板中。