CN103398672A - 一种光纤传导光敏阵列 - Google Patents

Abstract

本发明的光纤传导光敏阵列是由一个由多根光纤组成的光纤阵列、一个由多个光敏器件组成的光敏阵列；由多根光纤轴向紧密排列，其端面接受物体反射的光线照射，光线通过光纤传导至对应的光敏器件，由光敏器件将光转变成电信号，供后续装置进行分析使用。发明光纤传导光敏阵列只用红外补光灯作为光源，可以不受环境光线影响，白天夜间同样工作。可广泛应用在对物体测距领域。

Description

一种光纤传导光敏阵列

技术领域

本发明涉及光纤传导技术和光电检测技术领域，具体涉及一种光纤传导光敏阵列，该阵列可以用于同时测量物体表面多点距离的装置。

背景技术

数码相机的基本原理是：光线被物体表面反射回来后通过镜头聚焦，在镜头的焦平面处形成缩小图像，这个图像被光敏器件感应，转换成相应的电信号，最终由后端的信号处理单元还原成物体的图像，在这个应用中，有很多数量的光敏器件位于镜头焦平面，这些光敏器件在曝光的时候是同时工作，将光信号转换成电信号的，这些电信号被临时存储下来，然后一个跟着一个串行输出到后端信号处理单元，信号处理单元并不关心哪个信号是最先曝光的，更重要的是这个信号是一个模拟量，后端的信号处理单元需要将这个模拟信号变成数字信号才能进一步分析处理。

       一个可控的光源发出的光线被物体一个点反射后，被光敏器件感应到，信号处理单元通过计算从光线发出到收到反射光之间的时间差，可以计算出这个点离光源的距离。同理，将物体上多个点离光源的距离计算出来后，通过数据的分析处理，就可以还原物体的立体图形，如果物体上所有点距光源的距离是同时测量出来的，那么无论物体是移动的还是静止的，都可以还原物体的立体图形。

    在图像传感器领域有线阵列和面阵列两种类型，其特征都是通过光敏器件检测物体表面反射的光线，通过后端系统还原出物体的图像，其具体的应用如数码相机、扫描仪、传真机等，在这个领域核心技术和工艺都由国外少数公司掌握，已经形成技术垄断。

       激光测距也是光敏器件应用的一个重要领域，是通过光源发射光束后，再由光敏器件检测反射回来的光束，测量出发射光束和接收光束的时间差，从而计算出到被测物体的距离。

       在上述的应用中，数码相机可以得到一个物体的平面图像，激光测距可以得到物体上一个点的距离，要得到物体所有点的距离需要根据物体的外形进行扫描，但要求被测物体的相对静止或缓慢移动。在道路上为了及时辨别一个物体是一辆移动较快的车辆，而不是其他物体，数码相机需要用一组图像或一段视频来进行分析，而且由于所有分析要基于清晰可辨的图像，白天受环境光照，阴影，投影和反光的影响很大，夜间光照不足，获取清晰可辨的图像比较困难；用激光测距就不适用这种需求。

发明内容

为克服现有技术在测距时白天受环境光照，阴影，投影和反光的影响很大，夜间光照不足，获取清晰可辨的图像比较困难的不足之处，发明光纤传导光敏阵列只用红外补光灯作为光源，可以不受环境光线影响，白天夜间同样工作，不是感应物体的平面图像，而是感应一种状态，一种被测物体是否反射回光线的状态，通过这个状态，后端信号处理单元可以计算出光源到被测物体上各个点的距离，通过这个距离恢复物体空间轮廓，更方便信号处理单元识别物体。

本发明的一种光纤传导光敏阵列是一个可以同时将物体反射光线的状态信号反馈给后端信号处理单元，信号处理单元通过控制光源发光，然后接收光纤传导光敏阵列的输出，通过分析计算，还原出物体的立体图形。

本发明的光纤传导光敏阵列是由一个由多根光纤组成的光纤阵列、一个由多个光敏器件组成的光敏阵列；由多根光纤轴向紧密排列，其端面接受物体反射的光线照射，光线通过光纤传导至对应的光敏器件，由光敏器件将光转变成电信号，供后续装置进行分析使用。

一种光纤传导光敏阵列，所述的光纤传导光敏阵列包括光纤、光纤阵列、光敏器件、光敏阵列；

配套部件还包括有暗室盒、电源、光源、镜头、电信号、衬板、导入孔、连接器、导线；

光纤传导光敏阵列数据流程是：信号处理单元控制光源发出光线，被测物体反射回来后，经过镜头聚焦，聚焦后的光线射入位于焦平面附近的光纤阵列的光纤端面，光线沿光纤传导至位于暗室盒中的光敏阵列，由光敏阵列上面的光敏器件完成光电转换，并将电信号通过连接器输出到后端的信号处理单元，光敏器件工作所需的电源由信号处理单元提供。

所述的光纤阵列包括一个由N×M根光纤组成的阵列。

所述的光敏阵列，由多个光敏器件组成光敏阵列、光敏矩阵安装于导入光纤的暗室盒中。

所述的光纤阵列由多根光纤轴向紧密排列，每根光纤对应一个光敏器件,共N×M个光敏器件，光敏器件按照N×M排列成一个矩形阵列。

所述的多根光纤轴向紧密排列，光纤轴向端面经打磨后，形成光纤端面，光纤端面接受光线照射，并将光线通过光纤传导致后续的光敏器件。

所述的光纤端面，用N×M根光纤端面组成一个面接受光线的照射，同时接受物体表面发射的多束光线。

所述的光敏器件，用N×M个光敏器件同时检测由N×M根光纤端面传导过来的光线。

所述的光源采用红外波段的光源。

信号处理单元根据某个光敏器件输出信号的时间T1和光源发出光线的时间T2以及光的传播速度V，可以得到光敏器件所对应的被测物体上的点到光敏阵列的距离L：

L = V×（T1-T2）

上述公式中：时间T1，时间T2，光的传播速度V，距离L。

多个点的距离得到后，相对于光敏器件阵列就可以描绘出一个立体的模型。

本发明的N 是大于等于1的正整数。

本发明的M是大于等于1的正整数。 

本发明一种光纤传导光敏阵列的实质性特点和显著进步是：发明光纤传导光敏阵列只用红外补光灯作为光源，可以不受环境光线影响，白天夜间同样工作，不是感应物体的平面图像，而是感应一种状态，一种被测物体是否反射回光线的状态，通过这个状态，后端信号处理单元可以计算出光源到被测物体上各个点的距离，通过这个距离恢复物体空间轮廓，更方便信号处理单元识别物体。

附图说明

图1：光纤传导光敏阵列应用示意图。

图2：光纤传导光敏阵列组成分离示意图。

图3：光纤传导光敏阵列整体示意图。

图4：光纤阵列立体示意图。

图5: 衬板的结构示意图。

图6: 光敏阵列平面示意图。

图7: 光敏器件和连接器的连接示意图。

图8: 光纤传导光敏阵列的工作流程图。

图中：

1：被测物体；

2：镜头；

3：光纤传导光敏阵列；

4：信号处理单元；

5：电源，由信号处理单元提供给光纤传导光敏阵列中光敏器件工作所需的偏置电源；

6：电信号，由光纤传导光敏阵列输出到信号处理单元的光敏器件信号；

7：光源，为避免周围环境光线的影响，可以采用红外波段的光源；

8：光纤阵列；

9：衬板；

10：暗室盒；

11：光敏阵列；

12：光纤；

13：光纤端面；

14：导入孔；

15：连接器；

16：光敏器件：

17：导线；连接器和光敏器件通过印刷电路板中的导线连接。

具体实施例

结合附图具体实施如下：

在需要对行驶的车辆进行检测的场所实施本发明一种光纤传导光敏阵列，其中N=50，M=50。

本发明的光纤传导光敏阵列3是一个同时将物体反射光线的状态信号反馈给后端信号处理单元4的装置，信号处理单元4通过控制光源7发光，然后接收光纤传导光敏阵列3的输出，通过分析计算，还原出物体的立体图形。

本发明的光纤传导光敏阵列3是由一个由多根光纤组成的阵列、一个由多个光敏器件16组成光电转换阵列、暗室盒10以及衬板9所构成的装置。该装置中，由多根光纤12轴向紧密排列，其端面接受光源7发出的光线照射，光线通过光纤12传导致对应的光敏器件16，由光敏器件16将光转变成电信号6，供后续装置进行分析使用。

本发明的光纤传导光敏阵列3是一个同时将物体反射光线的状态信号反馈给后端信号处理单元4的装置，信号处理单元4通过控制光源7发光，然后接收光纤传导光敏阵列3的输出，通过分析计算，还原出物体的立体图形。

本发明的光纤传导光敏阵列3包括一个由50×50根光纤12组成的光纤阵列8、一个由多个光敏器件16组成光敏阵列11、一个用于安装光敏阵列11并导入光纤12的暗室盒10。光纤阵列8由多根光纤12轴向紧密排列，光纤端面13经打磨后可以接受光线照射，光线通过光纤12传导致对应的光敏器件16，每根光纤12对应一个光敏器件16,共50×50个光敏器件16，这些光敏器件16按照水平50个，垂直50个的形式排列成一个矩形阵列。

用光纤端面13接受光线的照射，并将光线通过光纤传导致后续的光敏器件16，而不同于现有的图像传感器，直接用光敏器件16接受光线的照射。

用50×50根光纤12的一端组成光纤端面13接受光线的照射，从而同时接受物体表面反射的多束光线。

光纤传导光敏阵列3，用50×50个光敏器件16同时检测由50×50根光纤12传导过来的光线，而不同于现有的激光测距装置，只用一个光敏器件16检测光线。

本发明的数据流程是：

信号处理单元4控制光源7发出光线，被测物体1反射回来后，经过镜头2聚焦，聚焦后的光线射入位于焦平面附近的光纤阵列8的光纤端面13，光纤12沿光纤12传导至位于暗室盒9中的光敏阵列11，由光敏阵列11上面的光敏器件16完成光电转换，并将电信号6通过连接器15输出到后端的信号处理单元4，光敏器件16工作所需的电源5由信号处理单元4提供。

信号处理单元4根据某个光敏器件16输出信号的时间T1和光源7发出光线的时间T2以及光的传播速度V，可以得到光敏器件16所对应的物体上的2500个点到光敏阵列11的距离L：

L = V×（T1-T2）

上述公式中：时间T1，时间T2，光的传播速度V，距离L。

多个点的距离得到后，相对于光敏阵列11就可以描绘出一个立体的模型。

光纤阵列8由50×50根光纤组成。

光纤阵列8中光纤12的一端的端面构成一个面，另一端延伸到暗室盒10，通过衬板9连接到光敏阵列11。

附图详细说明如下：

图1表示：光纤传导光敏阵列原理示意图。

图2表示：光纤传导光敏阵列组成分离示意图。

图3表示：

暗室盒10用于安装光敏阵列11，并保证光敏器件16不受外界光线的影响；衬板9上有导入孔14，位置和光敏器件16对应，起到导入光纤12和分隔光敏器件16的作用；

图4表示：

当N=4，M=4时，光纤阵列11中光纤端面13空间排列示意图

光纤12： 图中只画出4根，

光纤一端构成的光纤端面13。

光纤阵列8中所有光纤的一端的构成光纤端面13，另一端延伸到暗室盒10，通过衬板9连接到光敏阵列11。

图5表示：

暗室盒10用于安装光敏阵列11，并保证光敏器件16不受外界光线的影响；

衬板9上有导入孔14，位置和光敏器件16对应，起到导入光纤12和分隔光敏器件16的作用；

图6表示：

光敏阵列11由 N×M个光敏器件16组成，N和M和光纤阵列8中的N和M相同，每个光敏器件16有两个引出脚，所有引脚连接到阵列周围的四个连接器15上，光敏器件16和连接器15焊装在印刷电路板上。

图7表示：光敏器件16和连接器15的连接示意图。

图8表示：

信号处理单元4控制光源7发出光线，被测物体1反射回来后，经过镜头2聚焦，聚焦后的光线射入位于焦平面附近的光纤阵列8的光纤端面13，光纤沿光纤传导至位于暗室盒9中的光敏器件阵列11，由光敏器件阵列11上面的光敏器件16完成光电转换，并将电信号6通过连接器15输出到后端的信号处理单元4，光敏器件16工作所需的电源5由信号处理单元4提供。

信号处理单元4根据某个光敏器件16输出信号的时间T1和光源7发出光线的时间T2以及光的传播速度V，可以得到光敏器件16所对应的物体上的点到光敏阵列3的距离L：

L = V×（T1-T2）

多个点的距离得到后，相对于光敏阵列3就可以描绘出一个立体的模型。

在交通监控具体实施中，采用一个50×50的光纤12传导光敏阵列11，配置５０毫米的定焦镜头，光源7采用48W ８５０ｎｍ红外补光灯，可以在30米以外，监控一个标准车道上的一个区域，在某一时刻可获取这个区域上50×50个点距光纤12传导光敏阵列11的距离，通过信号处理单元4可以得到一个立体模型，通过模型的对比，就可以分辨是否有车辆通过该区域，从而到达检测是否有车辆通过该区域，完成车辆检测功能。

Claims (8)

1.一种光纤传导光敏阵列，其特征在于：所述的光纤传导光敏阵列包括光纤、光纤阵列、

光敏器件、光敏阵列；

配套部件还包括有暗室盒、电源、光源、镜头、电信号、衬板、导入孔、连接器以及导线；

光纤传导光敏阵列数据流程是：信号处理单元控制光源发出光线，被测物体反射回来后，经过镜头聚焦，聚焦后的光线射入位于焦平面附近的光纤阵列的光纤端面，光线沿光纤传导至位于暗室盒中的光敏阵列，由光敏阵列上面的光敏器件完成光电转换，并将电信号通过连接器输出到后端的信号处理单元，光敏器件工作所需的电源由信号处理单元提供。

2.如权利要求1所述的一种光纤传导光敏阵列，其特征在于：所述的光纤阵列包括一个由N×M根光纤组成的阵列。

3.如权利要求1所述的一种光纤传导光敏阵列，其特征在于：所述的光敏阵列，由多个光

敏器件组成光敏阵列、用于安装光敏矩阵并导入光纤的暗室盒。

4.如权利要求1所述的一种光纤传导光敏阵列，其特征在于：所述的光纤阵列由多根光纤

轴向紧密排列，每根光纤对应一个光敏器件,共N×M个光敏器件，光敏器件按照N×M排列成一个矩形阵列。

5.如权利要求4所述的一种光纤传导光敏阵列，其特征在于：所述的多根光纤轴向紧密排

列，光纤轴向端面经打磨后，形成光纤端面，光纤端面接受光线照射，并将光线通过光纤传导致后续的光敏器件。

6.如权利要求5所述的一种光纤传导光敏阵列，其特征在于：所述的光纤端面，用N×M

根光纤端面组成一个面接受光线的照射，同时接受物体表面发射的多束光线。

7.如权利要求1所述的一种光纤传导光敏阵列，其特征在于：所述的光敏器件，用N×M

个光敏器件同时检测由N×M根光纤端面传导过来的光线。

8.如权利要求1所述的一种光纤传导光敏阵列，其特征在于：所述的光源采用红外波段的

光源。

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