CN103308081A - 一种校准光路装置和光电传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种校准光路装置和光电传感器，所述装置包括：校准光信号发射器件、光信号接收器件以及印刷电路板；所述印刷电路板任意一层基材为导光基材；所述导光基材的上、下表面均有不透光的反射介质层，所述上表面为面向探测光信号的表面，所述下表面为背对探测光信号的表面；校准光信号发射器件用于将校准光信号入射到所述导光基材中；所述光信号接收器件用于接收通过所述导光基材传输的所述校准光信号，校准光信号通过印刷电路板的导光介质传输到光信号接收器件，校准光信号的传输通路限制在印刷电路板中，不受外部环境中积尘或湿雾等情况的影响，提高了校准光信号的稳定性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别是涉及一种校准光路装置和光电传感器。
背景技术
光电传感器是目前常用传感器之一，是利用光电元件，将被测量光信号的变化转换成电信号的变化，进而检测引起光量变化的非电量，如位移、速度及物体的形状等。光电传感器具有非接触、响应快以及性能可靠等特点，广泛应用于自动化装置以及非接触式探测装置中。
目前，常用的光电传感器可包括测距传感器、接近传感器以及感雨传感器等。图1为现有技术中光电传感器的结构示意图。101是探测光信号发射器件用于发射探测光信号，102是校准光信号发射器件用于发射校准光信号，103是光信号接收器件用于接收探测光信号和校准光信号，104是载有控制电路的印刷电路板，用于对接收的探测光信号和校准光信号进行处理得到探测结果，105是探测光路的导向透镜，106是校准光路器件，用于将校准光信号反射入光信号接收器件，107是传感器壳体（不包括105）用于保护光电传感器内部的器件，108是被测物体。光电传感器的探测原理为：从101发射出的探测光信号通过105出射到光电传感器外，遇到被测物体108反射，通过105入射到光电传感器内，由103接收发送到104，104上载有的控制电路通过对探测光信号的能量或时差等特征量的分析处理，可以检测108的有无、大小以及距离等信息。
由于探测光信号会受到所处环境中的各种外部因素（例如：电磁辐射、温度以及背景光照射等）的干扰，直接影响探测的结果，因此，在光电传感器的内部还包括校准光路装置。图1中的102、103和106组成了校准光路装置。从102发射出的校准光信号通过106的反射，由103接收。校准光路信号通道位于光电传感器的内部，其信号不包含被测物信息而仅包含除被测物以外环境因素干扰影响的信息，其产生的校准光信号可对由101、105、108以及103组成的探测光路装置的产生的探测光信号进行校准和补偿，用以去除环境因素对探测结果的影响。
本领域技术人员在采用上述校准光路装置进行探测光信号校准时，发现有如下缺点：
虽然校准光路装置位于光电传感器内部，但光电传感器壳体内部的积尘、湿雾或者是振动造成的内部器件相对位置的变化等情况，会对校准光路中的校准光信号产生干扰，影响校准光信号的稳定性和准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种校准光路装置和光电传感器，校准光信号通过印刷电路板的导光基材传输到光信号接收器件，减少外部环境对校准光信号的影响。
一种校准光路装置，所述装置包括：
校准光信号发射器件、光信号接收器件以及印刷电路板；
所述印刷电路板任意一层基材为导光基材；
所述导光基材的上表面、下表面均有不透光的反射介质层，所述上表面为面向探测光信号的表面，所述下表面为背对探测光信号的表面；
校准光信号发射器件用于将校准光信号入射到所述导光基材中；
所述光信号接收器件用于接收通过所述导光基材传输的所述校准光信号。
可选的，所述光信号接收器件为单面接收器件，所述光信号接收器件设置在导光基材下表面。
可选的，所述光信号接收器正上方的导光基材设置有接收探测光信号的通孔。
可选的，所述光信号接收器件为双面接收器件，所述光信号接收器件设置在导光基材上表面。
可选的，所述校准光信号发射器件与所述导光基材上表面或者下表面接触设置，所述导光基材与所述校准光信号发射器件接触的部分没有不透光的反射介质层。
可选的，所述校准光信号发射器件嵌入所述导光基材的上表面或者下表面，所述导光基材沿着所述校准光信号发射器发射校准光信号的方向设置有非通孔。
可选的，所述导光介质包括：
FR4等级的环氧玻璃纤维板。
可选的，所述不透光的反射介质层包括：
油漆层和/或铜皮层。
一种光电传感器，所述传感器包括：
本发明所述的校准光路装置，以及探测光信号发射器件、传感器壳体和探测光路的导向透镜。
由上述内容可知，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种校准光路装置和光电传感器，所述装置包括：校准光信号发射器件、光信号接收器件以及印刷电路板；所述印刷电路板任意一层基材为导光基材；所述导光基材的上、下表面均有不透光的反射介质层；校准光信号发射器件用于将校准光信号入射到所述导光基材中；所述光信号接收器件用于接收通过所述导光基材传输的所述校准光信号，校准光信号通过印刷电路板的导光介质传输到光信号接收器件，校准光信号的传输通路限制在印刷电路板中，不受外部环境中积尘、湿雾或者是振动造成的内部器件相对位置的变化等情况的影响，提高了校准光信号的稳定性和准确性；
其次，基于印刷电路板形成的校准光信号通路占用物理空间小，有利于减少传感器尺寸和降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明现有技术中光电传感器的结构示意图；
图2为本发明一种校准光路装置实施例一结构示意图；
图3为本发明一种校准光路装置实施例二第一种结构示意图；
图4为本发明一种校准光路装置实施例二第二种结构示意图；
图5为本发明一种校准光路装置实施例三第三种结构示意图；
图6为本发明一种校准光路装置实施例三第四种结构示意图；
图7为本发明一种校准光路装置实施例四第五种结构示意图；
图8为本发明一种校准光路装置实施例四第六种结构示意图；
图9为本发明一种校准光路装置实施例五第七种结构示意图；
图10为本发明一种校准光路装置实施例五第八种结构示意图；
图11为本发明一种光电传感器实施例六结构示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明公开了一种校准光路装置和光电传感器，其主要思想是校准光信号通过印刷电路板的导光基材传输到光信号接收器件，以提高校准光信号的稳定性和准确性。
本发明所提供的一种校准光路装置主要用于对光电传感器所接收的探测光信号的补偿、校准或标定等功能。本发明所提供的光电传感器，主要作为测距传感器、接近传感器或感雨传感器等。
下面结合附图对本发明具体实施例进行详细说明。
实施例一
图2为本发明一种校准光路装置实施例一结构示意图，所述装置包括：
校准光信号发射器件201、光信号接收器件202以及印刷电路板203。
校准光信号发射器件201用于发射用于校准、补偿或标定的校准光信号。光信号接收器件202用于接收校准光信号和探测光信号，将校准光信号和探测光信号发送到印刷电路板。印刷电路板203用于用转换成电信号的校准光信号对转换成电信号的探测光信号进行补偿、校准或标定等处理，得到探测结果。
所述印刷电路板203任意一层基材为导光基材204。
所述导光基材可以是对可见光、红外光等光电传感器常用的光信号波段有传播透过能力的材料，如FR4等级的环氧玻璃纤维板等。FR-4是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，是一种材料等级，目前一般电路板所用的FR4等级材料就有非常多的种类，但是多数都是以所谓的四功能(Tera-Function)的环氧树脂加上填充剂(Filler)以及玻璃纤维所做出的复合材料。
所述导光基材204的上表面205、下表面206均有不透光的反射介质层，所述上表面为面向探测光信号的表面，所述下表面为背对探测光信号的表面。
印刷电路板203有2层板、4层板和6层板。图2以2层印刷电路板为例。4层板和6层板任意两层不透光的反射介质层及其之间的导光基材即可作为一个校准光路装置中与图2所示的2层印刷电路板相同的导光通路。其中，上表面205和下表面206的不透光的反射介质层可以是漆层或者铜皮层等。
校准光信号发射器件201用于将校准光信号入射到所述导光基材204中。
校准光信号发射器件201可以设置在导光基材204的上表面或者下表面，可以根据具体的光路进行设定。校准光信号发射器件201可以与光信号接收器件202任意距离设置。距离的远近与校准光信号发射器件201的发射能力和光信号接收器件202的接收能力有关。例如，可以设置两者之间的距离为10mm等。校准光信号发射器件201、探测光信号发射器件和光信号接收器件202三者不一定非安装在同一条直线上，三者设置的位置还可以组成任意三角形。
优选的，可以将校准光信号发射器件201安装在探测光信号发射器件和光信号接收器件202之间，用来减小光电传感器的涉及尺寸和成本。
所述光信号接收器件202用于接收通过所述导光基材204传输的所述校准光信号。
如图2所示，校准光信号发射器件201发射的校准光信号通过导光基材204传输到光信号接收器件202。校准光信号的传输通路为印刷电路板203中的导光基材204，校准光信号不与外界环境接触，校准光信号的限制在导光介质中传播，不会受到外界环境中积尘和湿雾等情况的影响，提高了校准光信号的稳定性。校准光信号在导光基材204中的传播路径如207所示。其中，传播路径207不仅限于图2所示的路径，具体传播路径根据校准光信号的入射角度以及导光基材204的折射率等条件确定。光信号接收器件202可以采用单面接收器件和双面接收器件。
由上述内容可知，本发明有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种校准光路装置，所述装置包括：校准光信号发射器件、光信号接收器件以及印刷电路板；所述印刷电路板任意一层基材为导光基材；所述导光基材的上、下表面均涂有不透光的反射介质层，所述上表面为面向探测光信号的表面，所述下表面为背对探测光信号的表面；校准光信号发射器件用于将校准光信号入射到所述导光基材中；所述光信号接收器件用于接收通过所述导光基材传输的所述校准光信号，校准光信号通过印刷电路板的导光介质传输到光信号接收器件，校准光信号的传输通路限制在印刷电路板中，不受外部环境中积尘或湿雾等情况的影响，提高了校准光信号的稳定性；
其次，基于印刷电路板形成的校准光信号通路占用物理空间小，有利于减少传感器尺寸和降低成本。
实施例二
本发明一种校准光路装置实施例二。
导光基材204的上表面205、下表面206均涂有不透光的反射介质层，所述上表面为面向探测光信号的表面，所述下表面为背对探测光信号的表面。所述光信号接收器件202为单面接收器件，安装在导光基材204的下表面，用于接收通过所述导光基材204传输的所述校准光信号和探测光信号。
光信号发射器件201与导光基材204表面接触设置。如图3所示，所述光信号发射器件201可以与导光基材204上表面接触设置，校准光信号在导光基材204的传播路径如301所示；如图4所示，所述光信号发射器件201还可以与导光基材204下表面接触设置，校准光信号在导光基材204的传播路径如401所示。所述导光基材204与所述校准光信号发射器件201接触的部分没有不透光的反射介质层。其中，传播路径301不仅限于图3所示的路径，传播路径401不仅限于图4所示的路径，具体传播路径根据校准光信号的入射角度以及导光基材204的折射率等条件确定。
这里需要说明的是，由于实际的制作工艺的限制，光信号发射器件201与导光基材204表面之间可能存在大约为1mm以内的空隙，由于空隙很小，因此，空隙中的外部环境中的外部因素对校准光信号的影响可以忽略不计，二者可以近似为接触设置。
优选的，所述光信号接收器202正上方的导光基材204设置有接收探测光信号的通孔208。通孔208的大小以及形状可以根据光路进行设定，这里不进行具体限制。
优选的，所述通孔208可以设置为与光信号接收器202的接收面大小一致。
实施例三
本发明一种校准光路装置实施例三，与实施例二相比，所述光信号接收器件为双面接收器件，所述光信号接收器件设置在导光基材上表面。
导光基材204的上表面205、下表面206均涂有不透光的反射介质层，所述上表面为面向探测光信号的表面，所述下表面为背对探测光信号的表面。所述光信号接收器件202为双面接收器件，安装在导光基材204的上表面，用于接收通过所述导光基材204传输的所述校准光信号和探测光信号。
光信号发射器件201与导光基材204表面接触设置。如图5所示，所述光信号发射器件201可以与导光基材204上表面接触设置，校准光信号在导光基材204的传播路径如501所示；如图6所示，所述光信号发射器件201还可以与导光基材204下表面接触设置，校准光信号在导光基材204的传播路径如601所示。所述导光基材204与所述校准光信号发射器件201接触的部分没有不透光的反射介质层。其中，传播路径501不仅限于图5所示的路径，传播路径601不仅限于图6所示的路径，具体传播路径根据校准光信号的入射角度以及导光基材204的折射率等条件确定。
实施例四
本发明一种校准光路装置实施例四，与实施例二相比，所述校准光信号发射器件嵌入所述导光基材的上表面或者下表面。
导光基材204的上表面205、下表面206均涂有不透光的反射介质层，所述上表面为面向探测光信号的表面，所述下表面为背对探测光信号的表面。所述光信号接收器件202为单面接收器件，安装在导光基材204的下表面，用于接收通过所述导光基材204传输的所述校准光信号和探测光信号。
所述校准光信号发射器件201嵌入所述导光基材204的上表面或者下表面，所述导光基材沿着所述校准光信号发射器发射校准光信号的方向设置有非通孔209。如图7所示，所述光信号发射器件201嵌入所述导光基材204的上表面，校准光信号在导光基材204的传播路径如701所示；如图8所示，所述光信号发射器件201嵌入所述导光基材204的下表面，校准光信号在导光基材204的传播路径如801所示。其中，传播路径701不仅限于图7所示的路径，传播路径801不仅限于图8所示的路径，具体传播路径根据校准光信号的入射角度以及导光基材204的折射率等条件确定。
优选的，所述光信号接收器202正上方的导光基材204设置有接收探测光信号的通孔208。通孔208的大小以及形状可以根据光路进行设定，这里不进行具体限制。
优选的，所述通孔208可以设置为与光信号接收器202的接收面大小一致。
所述非通孔209的大小和形状可以根据具体光路进行设定，这里不再进行具体限定。可以设定为圆柱孔或圆锥孔等。
实施例五
本发明一种校准光路装置实施例五，与实施例三相比，所述校准光信号发射器件嵌入所述导光基材的上表面或者下表面。
导光基材204的上表面205、下表面206均涂有不透光的反射介质层，所述上表面为面向探测光信号的表面，所述下表面为背对探测光信号的表面。所述光信号接收器件202为双面接收器件，安装在导光基材204的上表面，用于接收通过所述导光基材204传输的所述校准光信号和探测光信号。
所述校准光信号发射器件201嵌入所述导光基材204的上表面或者下表面，所述导光基材沿着所述校准光信号发射器发射校准光信号的方向设置有非通孔209。如图9所示，所述光信号发射器件201嵌入所述导光基材204的上表面，校准光信号在导光基材204的传播路径如901所示；如图10所示，所述光信号发射器件201嵌入所述导光基材204的下表面，校准光信号在导光基材204的传播路径如1001所示。其中，传播路径901不仅限于图9所示的路径，传播路径1001不仅限于图10所示的路径，具体传播路径根据校准光信号的入射角度以及导光基材204的折射率等条件确定。
所述非通孔209的大小和形状可以根据具体光路进行设定，这里不再进行具体限定。可以设定为圆柱孔或圆锥孔等
实施例六
图11为本发明一种光电传感器实施例六结构示意图。
所述光电传感器包括本发明实施例一至实施例四任意一个实施例所述的校准光路装置，以及探测光信号发射器件1101、传感器壳体1102和探测光路的导向透镜1103。
其中，所述校准光路装置包括：校准光信号发射器件201、光信号接收器件202以及印刷电路板203。
探测光信号发射器件1101用于发射探测光信号，探测光信号遇到探测物后反射，由光电传感器中的光信号接收器件202接收。校准光路装置中的校准光信号发射器件201用于将校准光信号入射到印刷电路板203中的导光基材中，导光基材将校准光信号传输大光信号接收器件202。光信号接收器件202接收的探测光信号和校准光信号，印刷电路板203通过分析探测光信号和校准光信号得到探测结果。
由于校准光信号通过印刷电路板的导光介质传输到光信号接收器件，校准光信号的传输通路限制在印刷电路板中，不受外部环境中积尘、湿雾或者是振动造成的内部器件相对位置的变化等情况的影响，提高了校准光信号的稳定性和准确性；而且，基于印刷电路板形成的校准光信号通路占用物理空间小，有利于减少传感器尺寸和降低成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种校准光路装置，其特征在于，所述装置包括：
校准光信号发射器件、光信号接收器件以及印刷电路板；
所述印刷电路板任意一层基材为导光基材；
所述导光基材的上表面、下表面均有不透光的反射介质层，所述上表面为面向探测光信号的表面，所述下表面为背对探测光信号的表面；
校准光信号发射器件用于将校准光信号入射到所述导光基材中；
所述光信号接收器件用于接收通过所述导光基材传输的所述校准光信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述光信号接收器件为单面接收器件，所述光信号接收器件设置在导光基材下表面。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述光信号接收器正上方的导光基材设置有接收探测光信号的通孔。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述光信号接收器件为双面接收器件，所述光信号接收器件设置在导光基材上表面。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述校准光信号发射器件与所述导光基材上表面或者下表面接触设置，所述导光基材与所述校准光信号发射器件接触的部分没有不透光的反射介质层。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述校准光信号发射器件嵌入所述导光基材的上表面或者下表面，所述导光基材沿着所述校准光信号发射器发射校准光信号的方向设置有非通孔。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的装置，其特征在于，所述导光介质包括：
FR4等级的环氧玻璃纤维板。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的装置，其特征在于，所述不透光的反射介质层包括：
油漆层和/或铜皮层。
9.一种光电传感器，其特征在于，所述传感器包括：
权利要求1-8任意一项所述的校准光路装置，以及探测光信号发射器件、传感器壳体和探测光路的导向透镜。
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