CN108278969B - 一种微型光电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明包括一种微型光电传感器，其中微型光电传感器包括光源器件，光学棱镜及电路板；光源器件安装于光学棱镜内并电连接电路板，光源器件用于发射光束；电路板位于光源器件的下方；光学棱镜的上部分形成光学接收透镜，用于收集反射回来的光束；光学棱镜的下部分形成光学聚光透镜，用于汇聚光学接收透镜接收到的光束至电路板上；电路板上设置有光电接收管及信号处理电路；光电接收管设置在电路板上最靠近光源器件的位置；信号处理电路通过电路板连接光电接收管。有益效果在于：体积微小，利用同一个光学棱镜完成光束的发送与接收，进一步提高了光电传感器的测试距离，并且利用光电传感器的主工作电路，提高了传感器的信噪比与抗干扰能力。

Description

一种微型光电传感器

技术领域

本发明涉及光电传感器技术领域，尤其涉及一种微型光电传感器。

背景技术

在工业自动化的技术领域中，需要大量的测量位置和距离的光电传感器，随着自动化程度和机械复杂程度的日益提高，对传感器的微型化的改进提出了越来越高的要求。

现有的微型光电传感器主要为光纤光电传感器，其利用光纤的导光性，变光纤为棱镜，利用光纤的良好的光传导性，完成光电传感器中光学棱镜所完成的发射光和接收光的功能。由于光纤的尺寸小，有一定的可弯折性，利用光纤可以形成发射和接收部分只有3mm直径的微型光电传感器，如日本Keyence，日本Omron等公司的小型光纤传感器系列；但是光纤容易折断，光纤还需要连接到光纤放大器进行放大和信号处理，对安装也有一定的体积要求，因此光纤传感器的广泛应用受到了一定的限制。还有另外一类微型光电传感器是利用传感器专用电路及微小型元件或者棱镜来实现的微型光电传感器，例如瑞典Contrinex公司，德国P&F公司的M4系列和日本Omron的M6系列，这些传感器对元件和生产工艺均有很高的要求，因此价格昂贵，限制他们的广泛使用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在减小传感器的体积，能够提高测试距离、信噪比及抗干扰能力的微型光电传感器。

具体技术方案如下：

一种微型光电传感器，其中，所述微型光电传感器包括光源器件，光学棱镜及电路板；

所述光源器件安装于所述光学棱镜内并电连接所述电路板，所述光源器件用于发射光束；

所述电路板位于所述光源器件的下方；

所述光学棱镜的上部分形成光学接收透镜，用于收集反射回来的所述光束；所述光学棱镜的下部分形成光学聚光透镜，用于汇聚所述光学接收透镜接收到的所述光束至所述电路板上；

所述电路板上设置有光电接收管及信号处理电路；

所述光电接收管设置在所述电路板上最靠近所述光源器件的位置，用于接收所述光学聚光透镜聚焦的所述光束；

所述信号处理电路通过所述电路板连接所述光电接收管，用于对所述光电接收管接收到的所述光束进行转换处理。

优选的，还包括一外壳，所述光学棱镜和所述电路板被包裹于所述外壳内。

优选的，还包括一连接器，所述连接器位于所述外壳的下端并电连接所述电路板，所述电路板通过所述连接器接通一外部电源。

优选的，所述连接器的形状适配于所述外壳的形状。

优选的，所述光学棱镜包括两片相互对称的棱镜片，两片所述棱镜片闭合以形成一具有中空的内部空间的所述光学棱镜。

优选的，每片所述棱镜片包括：

位于所述棱镜片的上部的第一部分，两片所述棱镜片闭合后，两片所述棱镜片的所述第一部分闭合以形成所述光学接收透镜，所述光学接收透镜为一圆柱体结构。

优选的，每片所述棱镜片包括：

位于所述棱镜片的下部的第二部分，两片所述棱镜片闭合后，两片所述棱镜片的所述第二部分不闭合并形成所述光学聚光透镜；

每片所述棱镜片的所述第二部分为一具有预设倒角的锥形结构，每片所述棱镜片的所述第二部分分别朝向另一片所述棱镜片。

优选的，所述光源器件为LED发光管或者激光管。

优选的，所述电路板上设置有至少一个所述光电接收管，每个所述光电接收管分别焊接于所述电路板上并位于所述光学聚光透镜的内部。

优选的，所述信号处理电路包括一主工作电路及一光电传感器输入输出电路；

所述主工作电路用于控制所述信号处理电路进行工作；

所述光电传感器输入输出电路用于输出所述微型光电传感器的工作状态。

本发明的技术方案有益效果在于：公开一种微型光电传感器，体积微小，利用同一个光学棱镜完成光束的发送与接收，进一步提高了光电传感器的测试距离，并且利用光电传感器的主工作电路，提高了传感器的信噪比与抗干扰能力。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明中，关于微型光电传感器的整体结构示意图；

图2为本发明中，关于光源器件的光路图；

图3为本发明中，关于整体的光学棱镜的整体结构示意图；

图4为本发明中，关于光学棱镜的截面图；

图5为本发明中，关于棱镜片的结构图；

图6为本发明中，关于组合光学棱镜的整体结构示意图；

图7为本发明中，关于使用组合光学棱镜的整体结构示意图；

图8为本发明中，关于光源器件的截面图；

图9为本发明中，关于电路板的整体结构示意图。

具体实施方式

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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括一种微型光电传感器，其中，微型光电传感器包括光源器件1，光学棱镜2及电路板3；

光源器件1安装于光学棱镜内2并电连接电路板3，光源器件1用于发射光束；

电路板3位于光源器件1的下方；

光学棱镜2的上部分形成光学接收透镜20，用于收集反射回来的光束；光学棱镜2的下部分形成光学聚光透镜21，用于汇聚光学接收透镜20接收到的光束至电路板3上；

电路板3上设置有光电接收管30及信号处理电路31；

光电接收管30设置在电路板3上最靠近光源器件1的位置，用于接收光学聚光透镜21聚焦的光束；

信号处理电路31通过电路板3连接光电接收管30，用于对光电接收管30接收到的光束进行转换处理。

通过上述微型光电传感器的技术方案，如图1所示，微型光电传感器首先通过光源器件1发出光束，光束遇到外界事物反射回来，此时光学棱镜2的光学接收透镜20收集反射回来的光束，经过光学棱镜2的光学聚光透镜21聚焦至电路板3上最靠近光源器件1的光电接收管30上，进而利用同一个光学棱镜2来完成光束的发射、接收及聚焦，光路图如图2所示；

进一步地，微型光电传感器以一个整体的光学接收透镜20为实施例，如图3所示，光学接收透镜20为内部中空的圆柱体结构，内部设置有安装光源器件1的固定位置，光学聚光透镜21具有预设倒角的锥形结构，内部放置光电接收管30，如图4所示，以D1来表示光学接收透镜20的外径，以D2来表示光学接收透镜20的内径，以L1来表示光学接收透镜20的长度。

在一种较优的实施例中，还包括一外壳4，光学棱镜2和电路板3被包裹于外壳4内。

在一种较优的实施例中，还包括一连接器5，连接器5位于外壳4的下端并电连接电路板3，电路板3通过连接器5接通一外部电源。

在一种较优的实施例中，连接器5的形状适配于外壳4的形状。

具体地，如图1所示，外壳4为内部中空的圆柱体结构，外壳4的直径大于光学棱镜2的直径，并且连接器5为圆柱体结构，连接器5的形状适配于外壳4的形状，进一步地，在微型光电传感器装配时，电路板3自上而下穿过光学棱镜2中心的狭缝，直至光源器件1位于光学棱镜2内固定光学棱镜2的位置，接着将整个微型光电传感器被置于外壳4内，电路板3的下端的挂钩与连接器5实现电连接的部分也被包裹于外壳4内，最后利用连接器5或者电线电连接外部电源。

在一种较优的实施例中，光学棱镜2包括两片相互对称的棱镜片22，两片棱镜片22闭合以形成一具有中空的内部空间的光学棱镜2。

在一种较优的实施例中，每片棱镜片22包括：

位于棱镜片22的上部的第一部分S1，两片棱镜片22闭合后，两片棱镜片22的第一部分S1闭合以形成光学接收透镜20，光学接收透镜20为一圆柱体结构。

在一种较优的实施例中，每片棱镜片22包括：

位于棱镜片22的下部的第二部分S2，两片棱镜片22闭合后，两片棱镜片22的第二部分S2不闭合并形成光学聚光透镜21；

每片棱镜片22的第二部分S2为一具有预设倒角的锥形结构，每片棱镜片的第二部分S2分别朝向另一片棱镜片。

具体地，如图5所示，每片棱镜片22包括位于棱镜片22的上部的第一部分S1与位于棱镜片22的下部的第二部分S2，两片棱镜片22闭合后，如图6所示，两片棱镜片22闭合以形成一具有中空的内部空间的光学棱镜2，内部设置有安装光源器件1的固定位置，其中两片棱镜片22的第一部分S1闭合以形成光学接收透镜20，用于收集反射回来的光束；两片棱镜片22的第二部分S2不闭合并形成光学聚光透镜21，用于汇聚光学接收透镜20接收到的光束至电路板3的光电接收管30上，以通过同一个光学棱镜2来完成光的发射、接收及汇聚；

进一步地，如图4所示，每片棱镜片的第二部分设置为具有预设倒角的锥形结构，使尽可能地将光学接收透镜20收集的光汇聚至电路板3上的光电接收管30，进一步地增强信号强度；

进一步地，在微型光电传感器装配时，如图6所示，首先两片棱镜片闭合先形成一具有中空的内部空间，然后装配光学棱镜2与电路板3，在装配的过程中，如图7所示，电路板3自上而下穿过光学棱镜2中心的狭缝，直至光源器件1位于两片棱镜片内固定光学棱镜2的位置，接着将整个微型光电传感器被置于外壳4内，最后利用连接器5或者电线电连接外部电源。

在一种较优的实施例中，光源器件1为LED发光管或者激光管。

具体地，如图8所示，光源器件1安装于光学棱镜2内，以D2来表示光源器件1的外径，以L2来表示光源器件1的长度，其外径大小与光学接收透镜20的内径相同，并且光源器件1并不局限于LED发光管或者激光管，还可以是其它发光器件，在此不再赘述。

在一种较优的实施例中，电路板3上设置有至少一个光电接收管30，每个光电接收管30分别焊接于电路板3上并位于光学聚光透镜21的内部。

具体地，如图8所示，光电接收管30可以是一个，也可以是多个并联，并联的光电接收管30可以从各个方向接收光学聚焦透镜21的光束，并且设置电路板3上最靠近光源器件1的位置并位于光学聚光透镜21的内部，进一步增强光的接收面积，增强信号强度。

在一种较优的实施例中，信号处理电路31包括一主工作电路310及一光电传感器输入输出电路311；

主工作电路310用于控制信号处理电路进行工作；

光电传感器输入输出电路311用于输出微型光电传感器的工作状态。

具体地，如图9所示，信号处理电路31主要包括主工作电路310，用于控制信号处理电路进行工作并对微型光电传感器的信号进行处理，进一步提高微型光电传感器的信噪比与抗干扰能力；光电传感器输入输出电路(I/O)311用于输出微型光电传感器的工作状态，还包括电源电路、短路保护电路及反向保护电路等电路，进一步保护微型光电传感器，使得微型光电传感器能够稳定的工作。

需要说明的是，电路板3上设置的信号处理电路31属于本技术领域的现有技术，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种微型光电传感器，其特征在于，所述微型光电传感器包括光源器件，光学棱镜及电路板；

所述光源器件安装于所述光学棱镜内并电连接所述电路板，所述光源器件用于发射光束；

所述电路板位于所述光源器件的下方；

所述光学棱镜包括两片相互对称的棱镜片，两片所述棱镜片闭合以形成一具有中空的内部空间的所述光学棱镜；

每片所述棱镜片包括：

位于所述棱镜片的上部的第一部分，两片所述棱镜片闭合后，两片所述棱镜片的所述第一部分闭合以形成所述光学接收透镜，所述光学接收透镜为一圆柱体结构，用于收集反射回来的所述光束；

位于所述棱镜片的下部的第二部分，两片所述棱镜片闭合后，两片所述棱镜片的所述第二部分不闭合并形成所述光学聚光透镜，用于汇聚所述光学接收透镜接收到的所述光束至所述电路板上；

每片所述棱镜片的所述第二部分为一具有预设倒角的锥形结构，每片所述棱镜片的所述第二部分分别朝向另一片所述棱镜片；

所述电路板上设置有光电接收管及信号处理电路；

所述光电接收管设置在所述电路板上最靠近所述光源器件的位置，用于接收所述光学聚光透镜聚焦的所述光束；

所述信号处理电路通过所述电路板连接所述光电接收管，用于对所述光电接收管接收到的所述光束进行转换处理。

2.根据权利要求1所述的微型光电传感器，其特征在于，还包括一外壳，所述光学棱镜和所述电路板被包裹于所述外壳内。

3.根据权利要求2所述的微型光电传感器，其特征在于，还包括一连接器，所述连接器位于所述外壳的下端并电连接所述电路板，所述电路板通过所述连接器接通一外部电源。

4.根据权利要求3所述的微型光电传感器，其特征在于，所述连接器的形状适配于所述外壳的形状。

5.根据权利要求1所述的微型光电传感器，其特征在于，所述光源器件为LED发光管或者激光管。

6.根据权利要求1所述的微型光电传感器，其特征在于，所述电路板上设置有至少一个所述光电接收管，每个所述光电接收管分别焊接于所述电路板上并位于所述光学聚光透镜的内部。

7.根据权利要求1所述的微型光电传感器，其特征在于，所述信号处理电路包括一主工作电路及一光电传感器输入输出电路；

所述主工作电路用于控制所述信号处理电路进行工作；

所述光电传感器输入输出电路用于输出所述微型光电传感器的工作状态。

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