基于TIR透镜的零盲区漫反射式光电接收透镜的制作方法

本实用新型属于光学传感器技术领域，特别涉及基于TIR透镜的零盲区漫反射式光电接收透镜。

背景技术：

漫反射式光电传感器是工业上应用最普遍的探测物体有无的传感器之一，它集成发射和接收为一体。当物体进入传感器设定的检测区域时，光在物体表面发生漫反射，反射光经过接收端透镜聚焦后落在光电二极管上，此时传感器会判断有物体，输出一个开关信号。

根据透镜的成像规则，经过透镜主点的光线方向不会偏折。假设接收透镜和光电二极管的相对位置不变，近处物体反射光的入射角较大，在透镜后的像较大，需要将光电二极管放置于像的位置上，接收这样的光信号；同理，远处物体反射光的入射角较小，在透镜后的像较小，光电二极管也要放在相应的位置上。一般情况下，光电二极管的接收面积有限，无法保证既能接收到近处(10cm以内)的光，又可以接收到远处(1m以外)的光。这就导致了目前市场上同一系列的漫反射光电传感器分出多个型号以适用不同距离的应用，实际使用中存在以下问题，检测距离长的产品盲区大，检测盲区小的产品距离短。这样，造成了客户选择不便，而企业生产也存在诸多不便。

现有漫反射式光电传感器都存在检测盲区，即不能识别目标的范围，例如：当传感器检测距离设定为10cm，理想状态是10cm以内的所有区域都可以检测到物体，但物体靠得过进时，光线反射回路被镜架遮挡，形成一个检测盲区，可能在小于3cm区域内的物体就无法正常检测，对于不同规格的漫反射式光电传感器检测盲区大小不同，但是普遍存在，传感器检测盲区在使用过程中如果不加注意，可能造成检测的遗漏，一些检测盲区较大的传感器应用场合就会受到很多限制，给使用带来很大的不便。

目前在不增加产品型号的情况下，减小漫反射盲区的产品一般分为两种：发射接收同轴式光电传感器和透镜位置可变的发射接收分离式光电传感器。同轴式 光电传感器在设计时需要考虑内部分光镜反射光对接收端的影响，对装配的要求较高。而透镜位置可变的传感器在用户的使用过程中调试不方便，给用户带来困扰，而企业生产过程中也会消耗更多的工时，影响生产效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于TIR透镜的零盲区漫反射式光电接收透镜。

一种基于TIR透镜的零盲区漫反射式光电接收透镜，

包括平面型安装底面，安装底面上设有供光电二极管安装于其内的凹槽，且光电二极管的接收面与光轴相互垂直，

所述透镜的顶面的平面形成入射面，凹槽内表面形成出射面，透镜的外壁形成反射面，其中外壁和凹槽内表面至少有一面为非球面，

入射角较大的光入射到透镜顶面后折射进入透镜内部，经过外壁反射后入射到位于凹槽后的接收面；入射角较小的光入射到透镜顶面后折射进入透镜内部，经过凹槽上方的面汇聚到位于凹槽后的接收面，其中，

角度分配满足：入射角10°～90°的光经由透镜外壁反射汇聚到接收面，入射角0°～70°的光经过凹槽上部的内表面汇聚到接收面。

所述透镜的材料的折射率在1.2～4.0范围内，凹槽上部凸面汇聚的光的角度和外壁反射的光的角度有部分重叠，角度分配、反射面及汇聚面的面型与接收端光斑的照度的均匀性变化相配合。

本实用新型提供的透镜用于离轴的漫反射光线汇聚的透镜，将其安装在传感器接收端，反光板由远及近(从1m移动到2cm)靠近传感器，光电二极管接收面的照度由小到大均匀变化。在远处，反光板反射的光的入射角较小，此时的透镜相当于凸透镜，将光线聚焦在焦平面上；在近处，反光板反射的光的入射角较大，透镜相当于一个凹面镜，将光线汇聚在焦点附近。同时，在通过调节透镜和接收面的位置，可以使得接收面接收到的光照度随着距离变化得更加均匀。对于漫反射式光电传感器智能光电传感器，实现了在设定检测距离后，盲区很小的特性。在检测物体有无时，不会因为物体靠得太近而出现漏检现象。本方案可以替代原有的在不同检测距离选用不同传感器的难题。对安装来说，选择更加容易， 操作更加简单。同时使得产品稳定性高，生产成本低。

附图说明

图1是本实用新型实施例的漫反射光电传感器的接收透镜的立体结构示意图。

图2是本实用新型实施例中的透镜的上视图。

图3是本实用新型实施例中的透镜的后视图。

图4是图3沿A-A'线剖开后的剖面图；

图5是图3沿B-B'线剖开后的剖面图；

图6是反光板在不同位置时对应的接收面上的光照度变化曲线。

其中1——TIR透镜外壁

2——第一安装面

3——第二安装面

4——第三安装面

5——凹槽内表面

7——TIR透镜的凹槽

8——透镜底面。

具体实施方式

如图1-图3所示，本实用新型的实施例所提供的一种用于漫反射光电传感器接收端的透镜，透镜包括一个安装底面，安装底面上设有供光电二极管安装定位的凹槽7。如图3所示的表面为透镜的入射面，图1中的凹槽7及底面8为出射部分，本例的入射面为平面，出射面由非球面、平面共同承担。1是TIR透镜外壁，用作透镜的反射面。2、3和4是配合结构的安装面。

如图4所示，沿AA'线截面为垂直于底面且经过光轴的其中一个面，以该平面为该实施例的第一个参考面，所述的凹槽的内表面5在此面中呈轴对称分布，外壁1和安装面3呈不对称分布，外壁1作为接收透镜的反光面，该区域内的透镜厚度较其他区域透镜厚度大。对于入射角为10°～90°的光将在外壁1发生反射，入射角0°～70°的部分入射光将在内表面5发生折射，内表面5作为透镜的折射面。

如图5所示，沿BB'线的截面为垂直于底面且经过光轴的另外一个面，该平 面同时垂直于第一参考面，以该表面为第二参考面，安装面2和安装面4呈对称分布。

如图6所示的光照度变化曲线中，在3cm之后，光照度随着距离的增加在均匀减小。实际的应用中，当发射的光功率一定时，用此透镜可以完成接收面的光照度由远到近逐步增大，3cm之后没有任何盲区；若设定在白板10cm处感应时，从照度变化曲线上可以看到：对应近处的照度相同的点在1cm左右，也就是说此时的盲区大小约为1cm，相应的更远距离的检测白板的盲区将会更小。