CN109387148A - 一种位移侦测装置及物体位移的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位移侦测装置及物体位移的测量方法，位移侦测装置包括：一发光元件、一光学元件、一分光元件以及一感测元件，其中，当所述物体在所述分光元件及所述感测元件之间移动时或当所述物体在所述分光元件及所述光学元件之间移动时，所述感测元件会反应出不同的光线感测变化；其中，通过所述物体位移时所对应产生的所述感测元件的光线感测变化测量所述物体的位移，本实施例提供的位移侦测装置，实现了位移侦测装置对物体位移变化的高精度及时采集监测的目的，解决了现有技术中位移检测装置对物体位移的测量精度不高的技术问题。

Description

一种位移侦测装置及物体位移的测量方法

技术领域

本发明涉及一种发光感测领域，特别涉及一种位移侦测装置及物体位移的测量方法。

背景技术

位置检测传感器是一种对物体位置进行检测的装置，通过对物体的位置的检测从而获得物体的状态，进而根据物体的状态执行相应的控制操作，位置检测传感器可以应用于工件的位移、尺寸、表面状态及振动、偏心、间隙、冲程等运动状态的在线检测以及空间三维位移检测和机器人测距等方面。

目前，位置检测传感器主要包括：发光元件和受光元件，受光元件具体为光电二级管(photodiode)，其中，发光元件将电转为光，光投射到受光元件，由受光元件将光转为电信号，控制单元根据电信号判断出外接物的存在或接近等状态，具体的，当发光元件和受光元件之间没有遮挡物体时，则发光元件发出的光线会全部射到受光元件上，当有一被测物体位于发光元件和受光元件之间时被测物体会挡住一部分光线，这时受光元件根据检测到的光线感测出有物体通过，此时控制单元根据受光元件的信号判断出发光元件和受光元件之间有物体通过或接近。

然而，上述位置检测传感器只能检测出物体是否通过或接近等状态，无法对物体移动过程中的位移变化进行检测。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种位移侦测装置及物体位移的测量方法，实现了对物体位移变化的高精度测量目的。

为达上述目的，本发明提供一种位移侦测装置，所述位移侦测装置包括：

一发光元件，用于提供一光线；

一光学元件，设置于所述发光元件的一侧，用于将所述光线转换成一平行光束；

一分光元件，设置于所述光学元件的一侧，用于将所述平行光束划分为多个平行光线；

以及一感测元件，设置于所述分光元件的一侧；

其中，当一物体位于所述分光元件及所述感测元件之间或位于所述分光元件及所述光学元件之间时，所述物体遮蔽一部分的该些平行光线，所述物体允许另一部分的该些平行光线投射至所述感测元件，所述感测元件产生一光线感测；

其中，当所述物体在所述分光元件及所述感测元件之间移动时或当所述物体在所述分光元件及所述光学元件之间移动时，所述感测元件会反应出不同的光线感测变化；其中，通过所述物体位移时所对应产生的所述感测元件的光线感测变化测量所述物体的位移。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架。

较佳地，所述发光元件为发光二极管、镭射二极管、固态镭射、液态镭射、气态镭射、准分子镭射及光纤镭射的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述发光元件、所述光学元件及所述分光元件设置在所述固定架的同一侧。

较佳地，还包括一固定架，其中所述感测元件设置在所述固定架的另一同侧面上。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述发光元件、所述光学元件及所述分光元件设置在所述固定架的同一侧，所述感测元件设置在所述固定架的另一同侧面上，或者

所述发光元件、所述光学元件设置在所述固定架的同一侧，所述分光元件和所述感测元件设置在所述固定架的另一同侧面上。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一处理元件，用于处理所述感测元件的光线感测变化，并产生所述物体的位移数值。

较佳地，所述光线包括可见光及不可见光。

较佳地，所述光学元件为单凸光学元件或透镜，或者，所述光学元件为双凸光学元件或透镜。

较佳地，所述分光元件包括一光栅、一分光镜、一棱镜、一分光光学膜、一光纤耦合器、一光子晶体元件的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组。

较佳地，所述分光元件包括多个透光口或透光窗。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述固定架为U型结构。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述固定架的材料为硅胶、热固性胶体、环氧树脂中的任意一种或者至少两种的组合。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述固定架具有一出光面。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述固定架具有一收光面。

较佳地，所述出光面和所述收光面之间具有一物体位移测量空间。

较佳地，所述感测元件包括位置感测器(PSD)、光耦合感测元件(CCD)、场效应半导体感测元件(CMOS)、半导体感测元件的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组。

较佳地，所述位移侦测装置还包括：

一处理元件，与所述感测元件电性连接，用于处理所述感测元件的光线感测变化，并产生所述物体的位移数值；以及

一显示元件，与所述处理元件电性连接，用于显示所述物体的位移数值。

较佳地，所述光学元件位于所述发光元件及所述分光元件之间。

较佳地，所述分光元件位于所述光学元件及所述感测元件之间。

较佳地，所述分光元件及所述感测元件之间具有一物体位移测量空间。

较佳地，所述分光元件及所述光学元件之间具有一物体位移测量空间。

本发明还提供一种物体位移的测量方法，包括：

提供一发光元件，用于提供一光线；

提供一光学元件，用于将所述光线转换成一平行光束；

提供一分光元件，用于将所述平行光束划分为多个平行光线；

提供一感测元件；

当一物体位于所述分光元件及所述感测元件之间或位于所述分光元件及所述光光学件之间时，所述物体遮蔽一部分的该些平行光线，所述物体允许另一部分的该些平行光线投射至所述感测元件，所述感测元件产生一光线感测；

当所述物体在所述分光元件及所述感测元件之间移动时或当所述物体在所述分光元件及所述光学元件之间移动时，所述感测元件会反应出不同的光线感测变化；以及通过所述物体位移时所对应产生的所述感测元件的光线感测变化测量所述物体的位移。

较佳地，所述发光元件为发光二极管、镭射二极管、固态镭射、液态镭射、气态镭射、准分子镭射及光纤镭射的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组。

较佳地，所述物体位移的测量方法还包括：提供一处理元件，用于处理所述感测元件的光线感测变化，而产生所述物体的位移数值。

较佳地，所述光线包括可见光及不可见光。

较佳地，所述光学元件为单凸光学元件或透镜，或者所述光学元件为双凸光学元件或透镜。

较佳地，所述分光元件包括一光栅、一分光镜、一棱镜、一分光光学膜、一光纤耦合器、一光子晶体元件的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组。

较佳地，所述分光元件包括多个透光口或透光窗。

较佳地，所述感测元件包括位置感测器(PSD)、光耦合感测元件(CCD)、场效应半导体感测元件(CMOS)、半导体感测元件的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组。

较佳地，所述物体位移的测量方法还包括：提供一处理元件，与所述感测元件电性连接，用于处理所述感测元件的光线感测变化，并产生所述物体的位移数值；以及

提供一显示元件，与所述处理元件电性连接，用于显示所述物体的位移数值。

较佳地，所述光学元件位于所述发光元件及所述分光元件之间。

较佳地，所述分光元件位于所述光学元件及所述感测元件之间。

较佳地，所述分光元件及所述感测元件之间具有一物体位移测量空间。

较佳地，所述分光元件及所述光学元件之间具有一物体位移测量空间。

本发明还提供一种位移侦测装置，包括：

一发光二极管，用于提供一光线；

一透镜，设置于所述发光二极管的一侧，用于将所述光线转换成一平行光束；

一光栅，设置于所述透镜的一侧，用于将所述平行光束划分为多个平行光线；以及

一位置感测器(PSD)，设置于所述光栅的一侧；

其中，当一物体位于所述光栅及所述位置感测器之间或位于所述光栅及所述透镜之间时，所述物体遮蔽一部分的该些平行光线，所述物体允许另一部分的该些平行光线投射至所述位置感测器，所述位置感测器产生一光线感测；

其中，当所述物体在所述光栅及所述位置感测器之间移动时或当所述物体在所述光栅及所述透镜之间移动时，所述位置感测器会反应出不同的光线感测变化；

其中，通过所述物体位移时所对应产生的所述位置感测器的光线感测变化测量所述物体的位移。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述发光二极管、所述透镜及所述光栅设置在所述固定架的同一侧，所述位置感测器设置在所述固定架的另一同侧面上，或者,

所述发光二极管、所述透镜设置在所述固定架的同一侧，所述光栅和所述位置感测器设置在所述固定架的另一同侧面上。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一处理元件，用于处理所述位置感测器的光线感测变化，并产生所述物体的位移数值。

较佳地，所述光线包括可见光及不可见光。

较佳地，所述透镜为单凸透镜或双凸透镜。

较佳地，所述光栅包括多个透光口或透光窗。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述固定架为U型结构。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述固定架的材料为硅胶、热固性胶体、环氧树脂中的任意一种或者至少两种的组合。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述固定架具有一出光面。

较佳地，所述位移侦测装置还包括一固定架，其中所述固定架具有一收光面。

较佳地，所述出光面和所述收光面之间具有一物体位移测量空间。

较佳地，所述位移侦测装置还包括：一处理元件，与所述位置感测器电性连接，用于处理所述位置感测器的光线感测变化，并产生所述物体的位移数值；以及

一显示元件，与所述处理元件电性连接，用于显示所述物体的位移数值。

较佳地，所述透镜位于所述发光二极管及所述光栅之间。

较佳地，所述光栅位于所述透镜及所述位置感测器之间。

较佳地，所述光栅及所述位置感测器之间具有一物体位移测量空间。

较佳地，所述光栅及所述透镜之间具有一物体位移测量空间。

本发明还提供一种物体位移的测量方法，包括：

提供一发光二极管，用于提供一光线；

提供一透镜，用于将所述光线转换成一平行光束；

提供一光栅，用于将所述平行光束划分为多个平行光线；

提供一位置感测器；

当一物体位于所述光栅及所述位置感测器之间或位于所述光栅及所述透镜之间时，所述物体遮蔽一部分的该些平行光线，所述物体允许另一部分的该些平行光线投射至所述位置感测器，所述位置感测器产生一光线感测；

当所述物体在所述光栅及所述位置感测器之间移动时或当所述物体在所述光栅及所述透镜之间移动时，所述位置感测器会反应出不同的光线感测变化；以及

通过所述物体位移时所对应产生的所述位置感测器的光线感测变化测量所述物体的位移。

本发明还提供一种位移侦测装置，包括：

一发光元件，用以提供多个平行光线；以及

一感测元件，设置于该发光元件的一侧；

其中，当一物体遮蔽一部分的该些平行光线，该物体允许另一部分的该些平行光线投射至该感测元件，该感测元件产生一光线感测；

其中，当该物体移动时，该感测元件会反应出不同的光线感测变化；

其中，透过该物体位移时所对应产生的该感测元件的光线感测变化，用以测量该物体的位移/速度/大小。

本发明还提供一种位移侦测装置，包括：

一发光二极管，用以提供多个平行光线；以及

一位置感测器，设置于该发光二极管的一侧；

其中，当一物体遮蔽一部分的该些平行光线，该物体允许另一部分的该些平行光线投射至该位置感测器，该位置感测器产生一光线感测；

其中，当该物体移动时，该位置感测器会反应出不同的光线感测变化；

其中，透过该物体位移时所对应产生的该位置感测器的光线感测变化，用以测量该物体的位移/速度/大小。

本实施例提供的位移侦测装置，通过包含一发光元件、一光学元件、一分光元件以及一感测元件，这样分光元件可以平行光束分割为多个平行光线，而多个平行光线可以与感测元件的感光区一一对应，这样物体在分光元件的其中一侧移动时，将其中一些光线遮挡时，感测元件根据与平行光线的对应关系可以准确地感测到光线变化，这样根据光线变化便可以测量出物体的位移变化，与现有技术相比，本申请中的位移侦测装置通过感测元件与光源搭配二次光学调整的平行光线，大大提高了位移侦测装置的灵敏度，实现了位移侦测装置对物体位移变化的高精度及时采集监测的目的，从而使得物体位移测量更加准确和安全，更方便快捷的获得物体位置的变化，解决了现有技术中位移检测装置对物体位移的测量精度不高的技术问题。

为让上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文是以较佳的实施例配合所附图式进行详细说明。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A是本发明实施例一提供的位移侦测装置中物体位于分光元件和感测元件之间的剖面结构示意图；

图1B是本发明实施例一提供的位移侦测装置中物体位于分光元件和光学元件之间的剖面结构示意图；

图2A-2B是本发明实施例一提供的位移侦测装置在测量物体沿着X方向的位移的立体结构示意图；

图3A-3B是本发明实施例一提供的位移侦测装置在测量物体沿着Y方向位移的立体结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的位移侦测装置的电路方框结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的物体位移的测量方法的流程示意图；

图6是本发明实施例四提供的物体位移的测量方法的流程示意图。

附图标识说明：

101-发光元件；102-光学元件；103-光线；104、204、304-分光元件；105-平行光线；106-感测元件；107、207、307-物体；108、208、308-固定架；109、209、309-透光口；110-出光面；111-收光面；112-平行光束；301-处理元件；302-显示元件；303-通讯元件；305存储元件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例一

图1A是本发明实施例一提供的位移侦测装置中物体位于分光元件和感测元件之间的剖面结构示意图，图1B是本发明实施例一提供的位移侦测装置中物体位于分光元件和光学元件之间的剖面结构示意图，图2A-2B是本发明实施例一提供的位移侦测装置在测量物体沿着X方向的位移的立体结构示意图，图3A-3B是本发明实施例一提供的位移侦测装置在测量物体沿着Y方向位移的立体结构示意图，图4是本发明实施例一提供的位移侦测装置的电路方框结构示意图。

本实施例提供的位移侦测装置用于对物体的位移进行测量，其中，位移侦测装置可以应用在洗衣机、打印机、扫描仪以及投影机等设备中，该些设备根据位移侦测装置检测到的部件位移变化控制设备执行相应的操作。其中，位移侦测装置也可应用于任何用于侦测物体位移的电子装置、设备或系统上。

请参见图1A图至图4所示，本实施例中，位移侦测装置包含：一发光元件101、一光学元件102、一分光元件104以及一感测元件106，其中，发光元件101用于提供光源，发光元件101具体为发光二极管、镭射二极管、固态镭射、液态镭射、气态镭射、准分子镭射及光纤镭射的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组，发光元件101发出的光线包括可见光及不可见光，即发光元件101发出的光线可以为可见光，也可以为不可见光，例如激光。其中，光学元件102设在发光元件101的一侧，光学元件102用于将发光元件101发出的光线103转换成一平行光束112，光学元件102具体可以为单凸光学元件或透镜，或者，光学元件102为双凸光学元件或透镜。其中，分光元件104设置于光学元件102的一侧，具体的，发光元件101位于光学元件102的一侧，分光元件104位于光学元件102的另一侧，即光学元件102位于发光元件101及分光元件104之间，分光元件104用于将光学元件102转换的平行光束112划分为多个平行光线105，分光元件104包括一光栅、一分光镜、一棱镜、一分光光学膜、一光纤耦合器、一光子晶体元件的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组，例如，分光元件104可以由分光镜、光栅和光子晶体元件组成。其中，感测元件106设置于分光元件104的一侧，具体的，光学元件102位于分光元件104的一侧，感测元件106位于分光元件104的另一侧，即分光元件104位于光学元件102及感测元件106之间，其中，感测元件106正对分光元件104，这样便于分光元件104划分出的多个平行光线105投射到感测元件106，感测元件106可以为位置感测器(PSD)、光耦合感测元件106(Charge-Coupled Device，CCD)、场效应半导体感测元件106(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)、半导体感测元件106(Photo Detector)的其中一个，优选的，感测元件106为PSD。

本实施例中，当一物体107位于分光元件104和感测元件106之间(图1A所示)或者，一物体107位于分光元件104和光学元件102之间(如图1B所示)时，物体107遮蔽一部分的该些平行光线105，物体107允许另一部分的该些平行光线105投射至感测元件106，投射到感测元件106上的平行光线105使得感测元件106产生一光线感测，当物体107在分光元件104及感测元件106之间移动时或当物体107在分光元件104及光学元件102之间移动时，依据物体移动的位置、速度及位移、光线被物体遮蔽的范围以及其余未被物体遮蔽的光线范围，感测元件106会感测出不同的光线感测变化，这样根据物体107位移时所对应产生的光线感测变化测量物体107的位移，即本实施例中，通过感测元件106感测到的光线感测测量物体107的位移，与现有技术相比，本实施例中，由于设置分光元件104，通过分光元件104使得平行光束112划分为多个平行光线105，这样各个平行光线105与感测元件106的感光区可以相对应，物体107移动时，物体107对其中的平行光线105遮挡时，感测元件106的感光区根据与平行光线105的对应关系可以准确地感测出光线变化，而且由于平行光线105与感测元件106的感光区相对应，所以即使物体107进行微小移动、震动或偏移状态，感测元件106也可以感测到，所以本实施例提供的位移侦测装置通过感测元件106与光源搭配二次光学调整的平行光线105，大大提高了位移侦测装置的灵敏度，实现了位移侦测装置对物体107位移变化的高精度及时采集监测的目的，从而使得物体107位移测量更加准确和安全，更方便快捷的获得物体107位置的变化。

因此，本实施例提供的位移侦测装置，通过包含一发光元件101、一光学元件102、一分光元件104以及一感测元件106，其中，分光元件104可以平行光束112分割为多个平行光线105，而多个平行光线105可以与感测元件106的感光区一一对应，这样物体107在分光元件104的其中一侧移动时，将其中一些光线遮挡时，感测元件106根据与平行光线105的对应关系可以准确地感测到光线变化，这样根据光线变化便可以测量出物体107的位移变化，与现有技术相比，本申请中的位移侦测装置通过感测元件106与光源搭配二次光学调整的平行光线105，大大提高了位移侦测装置的灵敏度，实现了位移侦测装置对物体107位移变化的高精度及时采集监测的目的，从而使得物体107位移测量更加准确和安全，更方便快捷的获得物体107位置的变化，解决了现有技术中位移检测装置对物体107位移的测量精度不高的技术问题。

进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中，为了方便物体107在分光元件104及感测元件106之间移动，分光元件104及感测元件106之间具有一物体位移测量空间，这样物体107可以在物体位移测量空间中进行移动，或者，本实施例中，由于物体107也可以分光元件104及光学元件102之间移动，所以，可以在分光元件104及光学元件102之间具有一物体位移测量空间，这样物体107便可以在分光元件104及光学元件102之间的物体位移测量空间中进行移动。

进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中，如图1A所示，为了对发光元件101、光学元件102、分光元件104和感测元件106进行支撑，还包括：一固定架108，其中，固定架108包括两端，且两端之间具有可供物体107移动的空间，具体的，如图1A所示，发光元件101、光学元件102和分光元件104位于固定架108的其中一端中，感测元件106位于固定架108的另一端中，且感测元件106与分光元件104相对，感测元件106和分光元件104之间具有可供物体107移动的空间，即发光元件101、光学元件102和分光元件104位于固定架108的同一侧，感测元件106位于固定架108的另一侧，或者，本实施例中，还可以将发光元件101和光学元件102位于固定架108的其中一端中，分光元件104和感测元件106位于固定架108的另一端中，且光学元件102与分光元件104之间具有可供物体107移动的空间，即发光元件101和光学元件102位于固定架108的同一侧，分光元件104和感测元件106位于固定架108的另一侧中，本实施例中，发光元件101、光学元件102、分光元件104和感测元件106通过固定架108组装成一个整体部件。

其中，本实施例中，固定架108具体为U型结构，这样U型结构之间的空间可供物体107进行移动。

其中，本实施例中，固定架108的材料具体可以为硅胶、热固性胶体、或者环氧树脂，或者也可以为硅胶、热固性胶体和环氧树脂中至少两种的组合，例如可以为硅胶和热固性胶体制成固定架108，或者也可以为硅胶、热固性胶体和环氧树脂三种材料制成的固定架108。

进一步的，本实施例中，固定架108具有一出光面110，这样平行光束112或平行光线105可以从出光面110射出，同时，固定架108还具有一收光面111，这样光线射入收光面111上时，收光面111可以接收该些光线，本实施例中，固定架108的出光面110和收光面111相对设置，且出光面110和收光面111之间具有可供为物体107移动的物体位移测量空间。

进一步的，本实施例中，为了对感测元件106感测到的光线进行处理，本实施例中，还包括：一处理元件301，处理元件301与感测元件106电性相连，处理元件301用于处理感测元件106的光线感测变化，并产生物体107的位移数值，其中，本实施例中，还包括通讯元件303和存储元件305，如图4所示，通讯元件303和存储元件305分别与处理元件301相连，处理元件301将获得位移数值置于存储元件305进行存储。

进一步的，本实施例中，还包括：一显示元件302，显示元件302与处理元件301电性连接，用于显示物体107的位移数值。

进一步的，本实施例中，为了使得分光元件104将平行光束112划分为多个平行光线105，具体的，分光元件104包括多个透光口109或透光窗，即光线透过透光口109或透光窗形成多个平行光线105，其中多个透光口109或透光窗相互平行且间隔均匀，其中，多个透光口109或透光窗可以横向平行设置，或者也可以竖向平行设置，只要能将光束分割为相互平行的多个光线即可。

本实施例中，具体的，如图2A所示，分光元件204设在固定架208的一端上，感测元件106位于固定架208的另一端上，分光元件204上开设的多个透光口209沿着X轴方向间隔排成一排，分光元件204的透光口209发出的平行光线投射到感测元件106，当物体207置于平行光线中并沿着X轴方向移动时(如图2B所示)，平行光线在物体207的遮挡下只有部分平行光线照射到感测元件106上,感测元件106感测光线的变化并将得到的脉冲类比电信号传输给处理元件301，处理元件301对得到的电信号经过放大、波形处理后转化为数位信号，然后根据量测公式计算得到物体的位移，同时，处理元件301可将测量结果输出给显示单元302以直观显示出，并可同时输出给存储元件305进行存储保存。

其中，分光元件204上开设的多个透光口209除了如图2A所示的排成多列外，还可以如图3A所示，分光元件304上的多个透光口309沿着Y轴排成一列，分光元件304设在固定架308的一端上，感测元件106位于固定架308的另一端上，如图3A，物体307置于平行光线中并沿着Y轴方向移动时(如图3B所示)，平行光线在物体307的遮挡下只有部分平行光线照射到感测元件106上，感测元件106感测光线的变化并将得到的脉冲类比电信号传输给处理元件301，处理元件301对得到的电信号经过放大、波形处理后转化为数位信号，然后根据量测公式计算得到物体的位移，同时，处理元件301可将测量结果输出给显示单元302以直观显示出，并可同时输出给存储元件305进行存储保存。

其中，需要说明的是，分光元件304上的多个透光口309还可以排成十字型，这样物体不管沿着X轴移动或者Y轴移动，感测元件106均可以感测到物体的位移变化。

实施例二

图5是本发明实施例二提供的物体位移的测量方法的流程示意图。

本实施例提供一种物体位移的测量方法，具体使用上述实施例一的位移侦测装置对物体的位移进行测量，测量方法如图5所示，包括如下步骤：

步骤21)：提供一发光元件101，用于提供一光线；

其中，发光元件101具体为发光二极管、镭射二极管、固态镭射、液态镭射、气态镭射、准分子镭射及光纤镭射的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组，本实施例中，光线包括可见光及不可见光，即发光元件101发出的光线可以为可见光，也可以为不可见光，例如激光。

步骤22)：提供一光学元件102，用于将光线转换成一平行光束112；

其中，光学元件102具体可以为单凸光学元件或透镜，或者，光学元件102为双凸光学元件或透镜。

步骤23)：提供一分光元件104，用于将平行光束112划分为多个平行光线105；

其中，分光元件104包括一光栅、一分光镜、一棱镜、一分光光学膜、一光纤耦合器、一光子晶体元件的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组，例如，分光元件104可以由分光镜、光栅和光子晶体元件组成。

步骤24)：提供一感测元件106，当一物体107位于分光元件104及感测元件106之间或位于分光元件104及光学元件102之间时，物体107遮蔽一部分的该些平行光线105，物体107允许另一部分的该些平行光线105投射至感测元件106，感测元件106产生一光线感测；

其中，感测元件106具体可以为位置感测器(PSD)、光耦合感测元件106(CCD)、场效应半导体感测元件106(CMOS)、半导体感测元件106的其中一个，本实施例中，优选的，感测元件106为位置感测器(PSD)，其中，PSD是将光点转成连续位置数据的光电元件，可以提供极佳的解析度，快速响应和极佳线性度特性，可以适用宽范围的光墙，这样使得物体的位移检测精度更高。

其中，本实施例中，光学元件102位于发光元件101及分光元件104之间，分光元件104位于光学元件102及感测元件106之间，这样发光元件101发出的光线经过光学元件102装成平行光束112，平行光束112经过分光元件104分割为多个平行光束112，平行光束112在没有物体107遮挡时可以射到感测元件106上，感测元件106产生一光线感测。

步骤25)：当物体107在分光元件104及感测元件106之间移动时或当物体107在分光元件104及光学元件102之间移动时，感测元件106会反应出不同的光线感测变化，以及通过物体107位移时所对应产生的感测元件106的光线感测变化测量物体107的位移。

其中，本实施例中，通过分光元件104将平行光束112分割为多个平行光线105，这样物体107移动过程中，感测元件106可以感测到平行光线105的变化，根据光线的变化测量处出物体107的位移，本实施例中，由于平行光线105可以与感测元件106的感光区进行对应，这样物体107即使微小移动，感测元件106也可以进行感测，所以，本实施例中，通过位移侦测装置对物体107位移测量时，感测元件106与光源搭配二次光学调整的平行光线105配合，实现了对物体107位移变化的高精度及时采集监测的目的，从而使得物体107位移测量更加准确和安全，更方便快捷的获得物体107位置的变化，解决了现有技术中位移检测装置对物体107位移的测量精度不高的技术问题。

进一步的，本实施例中，为了对感测元件106感测到的光线进行处理，本实施例中，还包括：提供一处理元件301，处理元件301与感测元件106电性相连，处理元件301用于处理感测元件106的光线感测变化，并产生物体107的位移数值，

进一步的，本实施例中，还包括：提供一显示元件302，显示元件302与处理元件301电性连接，用于显示物体107的位移数值。

为了方便物体107在分光元件104及感测元件106之间移动，分光元件104及感测元件106之间具有一物体位移测量空间，这样物体107可以在物体位移测量空间中进行移动，或者，本实施例中，由于物体107也可以分光元件104及光学元件102之间移动，所以，可以在分光元件104及光学元件102之间具有一物体位移测量空间，这样物体107便可以在分光元件104及光学元件102之间的物体位移测量空间中进行移动。

进一步的，本实施例中，为了使得分光元件104将平行光束112划分为多个平行光线105，具体的，分光元件104包括多个透光口109或透光窗，即光线透过透光口109或透光窗形成多个平行光线105，其中多个透光口109或透光窗相互平行且间隔均匀，其中，多个透光口109或透光窗可以横向平行设置，或者也可以竖向平行设置，只要能将光束分割为相互平行的多个光线即可。

实施例三

本实施例中提供一种位移侦测装置，具体的，位移侦测装置包含：一发光二极管、一透镜、一光栅和一PSD，即发光元件101为发光二级管，光学元件102为透镜，分光元件104为光栅，感测元件106为PSD，其中，发光二极管用于提供一光线，透镜设置于发光二极管的一侧，透镜用于将光线转换成一平行光束112，光栅设置于透镜的一侧，光栅用于将平行光束112划分为多个平行光线105，PSD设置于光栅的一侧，具体的，透镜位于发光二极管及光栅之间，光栅位于透镜及位置感测器之间，其中，发光二极管、透镜、光栅和PSD之间的位置关系可以上述实施例一中的发光元件101、光学元件102、分光元件104和感测元件106的位置关系，光栅及位置感测器之间具有一物体位移测量空间，这样可以方便物体107在光栅和位置感测器之间移动，或者本实施例中，也可以在光栅及透镜之间具有一物体位移测量空间，这样物体107可以在光栅及透镜之间的物体位移测量空间移动，其中，本实施例中，当一物体107位于光栅及位置感测器之间或位于光栅及透镜之间时，物体107遮蔽一部分的该些平行光线105，物体107允许另一部分的该些平行光线105投射至位置感测器，位置感测器产生一光线感测，具体的，PSD的靶面上会产生一条阴影带或光线感测带，当物体107在光栅及位置感测器之间移动时或当物体107在光栅及透镜之间移动时，位置感测器会反应出不同的光线感测变化，其中，通过物体107位移时所对应产生的位置感测器的光线感测变化测量物体107的位移，具体的，通过测量阴影在PSD靶面上的左右偏移来反映物体107位置的变化。

与现有技术相比，本实施例中，通过光栅使得平行光束112划分为多个平行光线105，这样各个平行光线105与PSD的感光区可以相对应，物体107移动时，物体107对其中的平行光线105遮挡时，PSD的感光区根据与平行光线105的对应关系可以准确地感测出光线变化，而且由于平行光线105与PSD的感光区相对应，所以即使物体107进行微小移动、震动或偏移状态，PSD也可以感测到平行光线105变化，所以本实施例提供的位移侦测装置通过PSD与光源搭配二次光学调整的平行光线105，大大提高了位移侦测装置的灵敏度，实现了位移侦测装置对物体107位移变化的高精度及时采集监测的目的，从而使得物体107位移测量更加准确和安全，更方便快捷的获得物体107位置的变化。

其中，本实施例中，PSD具体可以通过镀膜涂布或胶材选用，进行选择性波长透过，这样PSD可以只对发光二极管发出的光线进行感测，达到抗干扰功能。

其中，本实施例中，PSD中的感测元件的排列方式与光栅的方向保持一致，可以根据PSD中的感测元件的排列方式调整光栅的方向。

其中，本实施例中，PSD具体可以为一维或二维PSD，而且，PSD可采用线阵PSD，用DSP实现PSD的程式控制驱动、信号处理和识别、细分、计算及通信等功能。PSD可设置在一个电路板上，电路板可包括处理元件和通讯单元，PSD可通过处理单元和通讯单元与一个远端监测中心采用无线或有线方式实现同步光接收及传递即时位移监测。

进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中，为了对发光二极管、透镜、光栅和PSD进行支撑，还包括：一固定架108，其中，固定架108包括两端，且两端之间具有可供物体107移动的空间，具体的，发光二极管、透镜和光栅位于固定架108的其中一端中，PSD位于固定架108的另一端中，且PSD与光栅相对，PSD和光栅之间具有可供物体107移动的空间，即发光二极管、透镜和光栅位于固定架108的同一侧，PSD位于固定架108的另一侧，或者，本实施例中，还可以将发光二极管和透镜位于固定架108的其中一端中，光栅和PSD位于固定架108的另一端中，且透镜与光栅之间具有可供物体107移动的空间，即发光二极管和透镜位于固定架108的同一侧，光栅和PSD位于固定架108的另一侧中，本实施例中，发光二极管、透镜、光栅和PSD通过固定架108组装成一个整体部件。

其中，本实施例中，固定架108具体为U型结构，这样U型结构之间的空间可供物体107进行移动。

其中，本实施例中，固定架108的材料具体可以为硅胶、热固性胶体、或者环氧树脂，或者也可以为硅胶、热固性胶体和环氧树脂中至少两种的组合，例如可以为硅胶和热固性胶体制成固定架108，或者也可以为硅胶、热固性胶体和环氧树脂三种材料制成的固定架108。

进一步的，本实施例中，固定架108具有一出光面110，这样平行光束112或平行光线105可以从出光面110射出，同时，固定架108还具有一收光面111，这样光线射入收光面111上时，收光面111可以接收该些光线，本实施例中，固定架108的出光面110和收光面111相对设置，且出光面110和收光面111之间具有可供为物体107移动的物体位移测量空间。

进一步的，本实施例中，为了对PSD感测到的光线进行处理，本实施例中，还包括：一处理元件301，处理元件301与PSD电性相连，处理元件301用于处理PSD的光线感测变化，并产生物体107的位移数值，即本实施例中，PSD将得到的脉冲类比电信号传输给处理元件301，处理元件301对得到的电信号经过放大、波形处理后转化为数位信号，然后根据量测公式计算得到物体107的位移。

进一步的，本实施例中，还包括：一显示元件302，显示元件302与处理元件301电性连接，用于显示物体107的位移数值，这样处理元件301可将测量结果输出给显示单元以直观显示出，并可同时输出给存储元件进行存储保存。

进一步的，本实施例中，发光二极管发出的光线包括可见光及不可见光，即发光二极管发出的光线可以为可见光，也可以为不可见光，例如激光。

进一步的，本实施例中，透镜具体可以为单凸透镜，或者，透镜为双凸透镜。

进一步的，本实施例中，为了使得光栅将平行光束112划分为多个平行光线105，具体的，光栅包括多个透光口109或透光窗，即光线透过透光口109或透光窗形成多个平行光线105，其中多个透光口109或透光窗相互平行且间隔均匀，其中，多个透光口109或透光窗可以横向平行设置，或者也可以竖向平行设置，只要能将光束分割为相互平行的多个光线即可，举例来说，光栅包括相互平行的5个透光口109或透光窗，此时，PSD上的感光区的长度为x，则通过输出电流值判断，若为1/5或其倍数可得知目前状态，通过PSD晶片特性可达到模拟信号和数字信号的输出。

实施例四

图6是本发明实施例四提供的物体位移的测量方法的流程示意图。

本实施例提供一种物体位移的测量方法，具体使用上述实施例三的位移侦测装置对物体107的位移进行测量，测量方法，如图6所示，包括如下步骤：

步骤41)：提供一发光二级管，用于提供一光线；

步骤42)：提供一透镜，用于将光线转换成一平行光束112；

步骤43)：提供一光栅，用于将平行光束112划分为多个平行光线105；

步骤44)：提供一PSD，当一物体107位于光栅及PSD之间或位于光栅及透镜之间时，物体107遮蔽一部分的该些平行光线105，物体107允许另一部分的该些平行光线105投射至PSD，PSD产生一光线感测；

其中，本实施例中，透镜位于发光二级管及光栅之间，光栅位于透镜及PSD之间，这样发光二级管发出的光线经过透镜装成平行光束112，平行光束112经过光栅分割为多个平行光束112，平行光束112在没有物体107遮挡时可以射到PSD上，PSD产生一光线感测。

步骤45)：当物体107在光栅及PSD之间移动时或当物体107在光栅及透镜之间移动时，PSD会反应出不同的光线感测变化，以及通过物体107位移时所对应产生的PSD的光线感测变化测量物体107的位移。

其中，本实施例中，通过光栅将平行光束112分割为多个平行光线105，这样物体107移动过程中，PSD可以感测到平行光线105的变化，根据光线的变化测量处出物体107的位移，本实施例中，由于平行光线105可以与PSD的感光区进行对应，这样物体107即使微小移动，PSD也可以进行感测，所以，本实施例中，通过位移侦测装置对物体107位移测量时，PSD与光源搭配二次光学调整的平行光线105配合，实现了对物体107位移变化的高精度及时采集监测的目的，从而使得物体107位移测量更加准确和安全，更方便快捷的获得物体107位置的变化，解决了现有技术中位移检测装置对物体107位移的测量精度不高的技术问题。

进一步的，本实施例中，为了对PSD感测到的光线进行处理，本实施例中，还包括：提供一处理元件301，处理元件301与PSD电性相连，处理元件301用于处理PSD的光线感测变化，并产生物体107的位移数值，

进一步的，本实施例中，还包括：提供一显示元件302，显示元件302与处理元件301电性连接，用于显示物体107的位移数值。

进一步的，本实施例中，光线包括可见光及不可见光，即发光二级管发出的光线可以为可见光，也可以为不可见光，例如激光。

进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中，为了方便物体107在光栅及PSD之间移动，光栅及PSD之间具有一物体位移测量空间，这样物体107可以在物体位移测量空间中进行移动，或者，本实施例中，由于物体107也可以光栅及透镜之间移动，所以，可以在光栅及透镜之间具有一物体位移测量空间，这样物体107便可以在光栅及透镜之间的物体位移测量空间中进行移动。

进一步的，本实施例中，透镜具体可以为单凸透镜，或者，透镜为双凸透镜。

进一步的，本实施例中，为了使得光栅将平行光束112划分为多个平行光线105，具体的，光栅包括多个透光口109或透光窗，即光线透过透光口109或透光窗形成多个平行光线105，其中多个透光口109或透光窗相互平行且间隔均匀，其中，多个透光口109或透光窗可以横向平行设置，或者也可以竖向平行设置，只要能将光束分割为相互平行的多个光线即可。

进一步的，本实施例中，发光二极管发出的光线包括可见光及不可见光，即发光二极管发出的光线可以为可见光，也可以为不可见光，例如激光。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个组件内部的连通或两个组件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (22)

1.一种位移侦测装置，其特征在于，包括：

一发光元件，用于提供一光线；

一光学元件，设置于所述发光元件的一侧，用于将所述光线转换成一平行光束；

一分光元件，设置于所述光学元件的一侧，用于将所述平行光束划分为多个平行光线；

以及一感测元件，设置于所述分光元件的一侧；

其中，当一物体位于所述分光元件及所述感测元件之间或位于所述分光元件及所述光学元件之间时，所述物体遮蔽一部分的该些平行光线，所述物体允许另一部分的该些平行光线投射至所述感测元件，所述感测元件产生一光线感测；

其中，当所述物体在所述分光元件及所述感测元件之间移动时或当所述物体在所述分光元件及所述光学元件之间移动时，所述感测元件会反应出不同的光线感测变化；其中，通过所述物体位移时所对应产生的所述感测元件的光线感测变化测量所述物体的位移。

2.根据权利要求1所述的位移侦测装置，其特征在于，所述发光元件为发光二极管、镭射二极管、固态镭射、液态镭射、气态镭射、准分子镭射及光纤镭射的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组。

3.根据权利要求1所述的位移侦测装置，其特征在于，还包括一固定架，其中所述发光元件、所述光学元件及所述分光元件设置在所述固定架的同一侧，所述感测元件设置在所述固定架的另一同侧面上，或者

所述发光元件、所述光学元件设置在所述固定架的同一侧，所述分光元件和所述感测元件设置在所述固定架的另一同侧面上。

4.根据权利要求1所述的位移侦测装置，其特征在于，还包括一固定架，其中所述固定架为U型结构。

5.根据权利要求1所述的位移侦测装置，其特征在于，还包括一固定架，其中所述固定架具有一出光面和一收光面，且所述出光面和所述收光面之间具有一物体位移测量空间。

6.根据权利要求1所述的位移侦测装置，其特征在于，还包括：

一处理元件，用于处理所述感测元件的光线感测变化，并产生所述物体的位移数值，以及，

一显示元件，与所述处理元件电性连接，用于显示所述物体的位移数值。

7.根据权利要求1所述的位移侦测装置，其特征在于，所述光学元件为单凸光学元件或透镜，或者，所述光学元件为双凸光学元件或透镜。

8.根据权利要求1所述的位移侦测装置，其特征在于，所述分光元件包括一光栅、一分光镜、一棱镜、一分光光学膜、一光纤耦合器、一光子晶体元件的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组。

9.根据权利要求1所述的位移侦测装置，其特征在于，所述分光元件包括多个透光口或透光窗。

10.根据权利要求1所述的位移侦测装置，其特征在于，所述感测元件包括位置感测器PSD、光耦合感测元件CCD、场效应半导体感测元件CMOS、半导体感测元件的其中一者。

11.一种物体位移的测量方法，其特征在于，包括：

提供一发光元件，用于提供一光线；

提供一光学元件，用于将所述光线转换成一平行光束；

提供一分光元件，用于将所述平行光束划分为多个平行光线；

提供一感测元件；

当一物体位于所述分光元件及所述感测元件之间或位于所述分光元件及所述光学元件之间时，所述物体遮蔽一部分的该些平行光线，所述物体允许另一部分的该些平行光线投射至所述感测元件，所述感测元件产生一光线感测；

当所述物体在所述分光元件及所述感测元件之间移动时或当所述物体在所述分光元件及所述光学元件之间移动时，所述感测元件会反应出不同的光线感测变化；以及通过所述物体位移时所对应产生的所述感测元件的光线感测变化测量所述物体的位移。

12.根据权利要求11所述的物体位移的测量方法，其特征在于，还包括：提供一处理元件，用于处理所述感测元件的光线感测变化，而产生所述物体的位移数值。

13.根据权利要求12所述的物体位移的测量方法，其特征在于，还包括：

提供一显示元件，与所述处理元件电性连接，用于显示所述物体的位移数值。

14.根据权利要求11所述的物体位移的测量方法，其特征在于，所述分光元件包括一光栅、一分光镜、一棱镜、一分光光学膜、一光纤耦合器、一光子晶体元件的其中一者或至少二者以上所任意组合的群组。

15.根据权利要求11所述的物体位移的测量方法，其特征在于，所述分光元件包括多个透光口或透光窗。

16.根据权利要求11所述的物体位移的测量方法，其特征在于，所述感测元件包括位置感测器PSD、光耦合感测元件CCD、场效应半导体感测元件CMOS、半导体感测元件的其中一者。

17.一种位移侦测装置，其特征在于，包括：

一发光二极管，用于提供一光线；

一透镜，设置于所述发光二极管的一侧，用于将所述光线转换成一平行光束；

一光栅，设置于所述透镜的一侧，用于将所述平行光束划分为多个平行光线；以及

一位置感测器，设置于所述光栅的一侧；

其中，当一物体位于所述光栅及所述位置感测器之间或位于所述光栅及所述透镜之间时，所述物体遮蔽一部分的该些平行光线，所述物体允许另一部分的该些平行光线投射至所述位置感测器，所述位置感测器产生一光线感测；

其中，当所述物体在所述光栅及所述位置感测器之间移动时或当所述物体在所述光栅及所述透镜之间移动时，所述位置感测器会反应出不同的光线感测变化；

其中，通过所述物体位移时所对应产生的所述位置感测器的光线感测变化测量所述物体的位移。

18.根据权利要求17所述的位移侦测装置，其特征在于，还包括一固定架，其中所述发光二极管、所述透镜及所述光栅设置在所述固定架的同一侧，所述位置感测器设置在所述固定架的另一同侧面上，或者，

所述发光二极管、所述透镜设置在所述固定架的同一侧，所述光栅和所述位置感测器设置在所述固定架的另一同侧面上。

19.根据权利要求17所述的位移侦测装置，其特征在于，还包括一固定架，其中所述固定架为U型结构。

20.根据权利要求17所述的位移侦测装置，其特征在于，还包括一固定架，其中所述固定架具有一出光面和一收光面，且所述出光面和所述收光面之间具有一物体位移测量空间。

21.根据权利要求17所述的位移侦测装置，其特征在于，还包括一处理元件，用于处理所述位置感测器的光线感测变化，并产生所述物体的位移数值。

22.根据权利要求21所述的位移侦测装置，其特征在于，还包括：

一显示元件，与所述处理元件电性连接，用于显示所述物体的位移数值。