CN110567578A - 一种适用于弱光检测的光电传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于弱光检测的光电传感装置，所述装置包括散光部件、光电传感器组件、基座和曲面反射镜；所述散光部件安装在基座顶部，所述曲面反射镜安装在基座的底部，所述散光部件用于将装置外侧入射光线折射后发散至曲面反射镜；所述光电传感器组件固定安装在装置的内部，所述光电传感器组件的安装位置能够让所述曲面反射镜将光汇聚于光电传感器组件的光电传感器感光面。本发明能够将光线从相对较大的区域面积转换成相当小的面积上，可达到节省材料，增大光电转换率的效果。
Description
技术领域
本发明涉及光电元器件技术领域，具体涉及一种适用于弱光检测的光电传感装置。
背景技术
光电传感及其相关技术的迅速发展，满足了各类控制装置及系统的更高要求，使得各领域的自动化程度越来越高，同时光电传感器的重要性不断提高。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，具有非接触、响应快、精度高、性能可靠等特点，传感器的结构简单、形式灵活多样，因此在检测和控制等方面获得广泛应用。
然而现有的光电传感器需要一定的光照度才能发挥作用，对于微弱光信号的捕捉能力较差，在弱光环境中对光信号没有检测能力。而且，现有的光电传感器较难取得对某特定波段光波的响应。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种适用于弱光检测的光电传感装置，能够将光线从相对较大的区域面积转换成相当小的面积上，可达到节省材料，增大光电转换率的效果。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种适用于弱光检测的光电传感装置，所述装置包括散光部件、光电传感器组件、基座和曲面反射镜；所述散光部件安装在基座顶部，所述曲面反射镜安装在基座的底部，所述散光部件用于将装置外侧入射光线折射后发散至曲面反射镜；所述光电传感器组件固定安装在装置的内部，所述光电传感器组件的安装位置能够让所述曲面反射镜将光汇聚于光电传感器组件的光电传感器感光面。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述散光部件包括有布置在顶部的滤光片。
进一步，所述散光部件包括凹形透镜。
优选的，所述凹形透镜为凹透镜或者凹透镜组。
进一步，所述光电传感器组件还包括电信号输出端口和连接光电传感器与电信号输出端口的电信号输出线。
进一步，所述基座包括底座和安装在底座上的支架。
优选的，所述散光部件和光电传感器组件安装在支架上，所述曲面反射镜安装在底座上。
进一步，所述光电传感器组件的光电传感器布置在曲面反射镜的焦点处。
本发明的有益效果是：1、通过聚光的方式把环境中尽可能多的光通过聚光系统会聚在一个狭小的区域，光电传感器仅需聚焦后面积的大小即可，从而大幅减少了传感器的用量。通过聚焦光信号，该技术亦有效地减少了传感器中半导体材料的用量。2、相对用昂贵的大口径聚光透镜聚光，利用易制作的凹透镜和较便宜的曲面反射镜将光线汇聚，其经济成本更低。3、将滤光片与聚光部件相结合，可实现对所需波段光线的选择，使得光电传感器更能精准地对感应波段的光线响应。4、光电传感器能灵活更换；5、效率高，损耗低；6、可回收利用部分增加，利于环保。7、容易实现大面积、工业化生产，易实现小型化与集成化应用。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为平行光源照射下聚光部件对光线的汇聚效果图；
图3、图4为光电传感器的光照度分析图；
图中：1、散光部件，11、滤光片，12、凹形透镜，2、光电传感组件，21、光电传感器，22、电信号输出端口，23、电信号输出线，3、基座，31、支架，32、底座，4、曲面反射镜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是管路连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明设计的一种适用于弱光检测的光电传感装置，所述装置包括散光部件1、光电传感器组件2、基座3和曲面反射镜4。所述散光部件1安装在基座3顶部，所述曲面反射镜4安装在基座3的底部。
所述基座3可以包括两部分，支架31和底座32，底座32上可以设置与曲面反射镜4形状相适配的安装槽，曲面反射镜4可以安装在底座32上。而散光部件1和光电传感器组件2可以安装在支架31上。
所述散光部件1用于将装置外侧入射光线折射后发散至曲面反射镜4，其安装位置和透镜参数需要满足能够将入射光线尽可能全部散射至曲面反射镜4上。所述光电传感器组件2固定安装在装置的内部，所述光电传感器组件2的安装位置能够让所述曲面反射镜4将光汇聚于光电传感器组件2的光电传感器21感光面。
上述元器件和其安装位置是本发明较为核心的发明点，目的是将微弱光信号聚光后汇聚至光电传感器21。所述各元器件可以是多种形式的，不拘泥于图1中的形状。
比如，所述散光部件1可以为凹形透镜12，也可以是其它散光透镜或透镜组合。只要能够实现将光折射发散到曲面反射镜4的现有透镜或透镜组合均可。凹形透镜12可以是凹透镜，也可以是凹透镜组。
如图1所示，本发明的光电传感器组件2还包括电信号输出端口22和连接光电传感器21与电信号输出端口22的电信号输出线23。所述光电传感器21接收光信号，而后转化为电信号，电信号经电信号输出线23由电路输出端口22输出。
为了进一步提高聚光效率，本发明还提供了改进的技术方案，在改进的技术方案中，所述光电传感器组件2的光电传感器21布置在曲面反射镜4的焦点处。
如图1所示，为了实现对取得对特定波段光波的响应，本发明还提供了改进的技术方案，在改进的技术方案中，所述散光部件1包括有布置在顶部的滤光片11。滤光片11可以依据需要测定的特定波长的光波参数，选择能够将所需参数之外的光波滤除的滤光材料制作。
实施例
本实施例的适用于弱光检测的光电传感装置，所述装置包括散光部件1、光电传感器组件2、基座3和曲面反射镜4。
所述基座3包括两部分，支架31和底座32。底座32上设置有与曲面反射镜4形状相适配的安装槽，曲面反射镜4安装在底座32上。而散光部件1和光电传感器组件2安装在支架31上。
所述散光部件1包括顶部的滤光片11和凹形透镜12，凹形透镜12选用凹透镜。所述凹形透镜12和曲面反射镜4的安装位置和透镜参数需要满足凹形透镜12能够将入射光线尽可能全部散射至曲面反射镜4上。
所述光电传感器组件2固定安装在装置的内部，所述光电传感器组件2的光电传感器21感光面位于曲面反射镜4的焦点处。
采用光线模拟软件(Tracepro试用版)，模拟实施例的聚光效果，并对到达光电传感器21表面的辐射照度进行估算。在此次光学模拟中，圆形格点光源的外半径为10mm，其波长为0.5461μm，总光通量为3165W；光电传感器的下表面surface2为一正方形(2mm*2mm)。入射光选择平行光。
由图2可看出，平行光线经散光部件1的折射和发散，散射至曲面反射镜4上，由曲面反射镜4聚光汇聚于光电传感器21感光面(surface2)上。
图3为光电传感器21的下表面2(surface2)所接收光线的照度图(黑色面板为光线接收面板，即下表面2，surface2)。黑色面板周边的数值表示面板横向和纵向的位置，以面板中心为原点，单位为毫米建立横纵坐标。左侧格状亮度条为光照度大小所对应的亮度参考，光照度越大，白色光线在黑色面板上显示越亮)，由图-a可知：光辐射照度的最小值为0.012652W/m2，最大值为6.8665×109W/m2平均值为：7.8798×108W/m2；总光通量为3151.9W；下表面2(surface2)所接收光通量/光源发射光通量为99.903％。
图4中纵坐标为光照度，横坐标为下表面2(surface2)的纵横向的位置坐标。该图显示了从面板的边缘平视时，所观察的光照度大小在下表面2(surface2)上的分布。可知：光照度由边缘到中心位置均有峰值。越趋于中心，峰值愈高。且分别在-0.2mm～-0.05mm和0.05mm～0.2mm区域内峰值突增达到最高。
综上所述，外半径为10mm的光源可经过所设计的聚光部件汇聚于光电传感器的下表面surface2上(正方形，2mm*2mm)。由光线汇聚的照度图3、4可知：surface2表面接收的光通量(3151.9W)与总发射光通量(3165W)的比值可达99.903％，可见聚光率较高，光线汇聚效果理想。且位于surface2表面中心位置的光通量密度最大值为6.8665×109W/m2，可强烈激发光电传感器的光电转换机制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (8)
1.一种适用于弱光检测的光电传感装置，其特征在于：所述装置包括散光部件(1)、光电传感器组件(2)、基座(3)和曲面反射镜(4)；所述散光部件(1)安装在基座(3)顶部，所述曲面反射镜(4)安装在基座(3)的底部，所述散光部件(1)用于将装置外侧入射光线折射后发散至曲面反射镜(4)；所述光电传感器组件(2)固定安装在装置的内部，所述光电传感器组件(2)的安装位置能够让所述曲面反射镜(4)将光汇聚于光电传感器组件(2)的光电传感器(21)感光面。
2.根据权利要求1所述的一种适用于弱光检测的光电传感装置，其特征在于：所述散光部件(1)包括有布置在顶部的滤光片(11)。
3.根据权利要求1所述的一种适用于弱光检测的光电传感装置，其特征在于：所述散光部件(1)包括凹形透镜(12)。
4.根据权利要求3所述的一种适用于弱光检测的光电传感装置，其特征在于：所述凹形透镜(12)为凹透镜或者凹透镜组。
5.根据权利要求1所述的一种适用于弱光检测的光电传感装置，其特征在于：所述光电传感器组件(2)还包括电信号输出端口(22)和连接光电传感器(21)与电信号输出端口(22)的电信号输出线(23)。
6.根据权利要求1所述的一种适用于弱光检测的光电传感装置，其特征在于：所述基座(3)包括底座(32)和安装在底座(32)上的支架(31)。
7.根据权利要求6所述的一种适用于弱光检测的光电传感装置，其特征在于：所述散光部件(1)和光电传感器组件(2)安装在支架(31)上，所述曲面反射镜(4)安装在底座(32)上。
8.根据权利要求1所述的一种适用于弱光检测的光电传感装置，其特征在于：所述光电传感器组件(2)的光电传感器(21)布置在曲面反射镜(4)的焦点处。
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