CN110617843B - 一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器及调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器及调节方法，其技术方案要点是：一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器及调节方法，包括呈固定设置光源、聚光透镜，固定于光源与聚光透镜之间的平板调节补偿模块、平板厚度调节轴、固定连接于平板厚度调节轴的平板调节模块，平板调节模块与平板调节补偿模块相背离的端面呈平行且垂直于光源与聚光透镜所在直线，平板调节模块与平板调节补偿模块相向的端面相互平行且呈螺旋状设置，且平板调节模块朝向平板调节补偿模块的端面螺旋圈数小于或等于一圈。本发明通过透光介质的厚度可随意调整，成像位置可以调整到任意位置，调节光斑大小及定焦位置。

Description

一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器及调节方法
技术领域
本发明涉及光电传感领域，尤其涉及到一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器及调节方法。
背景技术
现如今，随着工业自动化的逐步落实，作为自动化的感知器-传感器也得到了广泛的应用，由于用户需求的多样化，传感器也需要不断创新以满足不同的应用场景。
在工业自动化中，有一类检测需要很小的光斑尺寸进行非接触检测，如透过尺寸很小的光孔检测物体的有无，待检测物体尺寸很小等，针对这种应用需要用到合适的光电传感器。
现有的光电传感器光斑大小大多是固定的。在遇到不同尺寸的检测目标时，现有的解决方法一般是重新设计传感器光源1：更换发射管或者聚焦透镜，待客户验证通过后再导入量产。
少数的传感器会在光路中加入不同厚度的透明介质，介质的厚度是固定的几个，通过改变介质厚度来改变光斑大小。
通常，激光三角测距产品的量程和测量分辨率不可调节。而且，由于激光成像光斑的位置与物体位移成非线性关系，分辨率与位移也成非线性关系。用户在选择的过程中，常常出现量程和分辨率不全能满足要求的情况。
重新设计光源，企业需要重新投入人力、物力，而对于企业的来说，技术上收益不大。重新设计的方案需要交付给用户验证后再投入量产，整体的效率也大打折扣。
少数的传感器会在光路中加入不同厚度的透明介质，但是由于介质的厚度是固定的几个，通过改变介质厚度来改变光斑大小的效果也受到限制，用户只能在现有的几个效果中权衡取舍。
因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器及调节方法，通过透光介质的厚度可随意调整，成像位置可以调整到任意位置，调节光斑大小及定焦位置。
本发明的上述技术目的是用过以下技术方案实现的：一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器，包括呈固定设置光源、聚光透镜，还包固定于光源与聚光透镜之间的平板调节补偿模块、呈转动设置的平板厚度调节轴、固定连接于所述平板厚度调节轴的平板调节模块，所述平板厚度调节轴转动轴向平行于所述光源与聚光透镜所在直线，所述平板调节模块与所述平板调节补偿模块相背离的端面呈平行且垂直于所述光源与聚光透镜所在直线，所述平板调节模块与所述平板调节补偿模块相向的端面相互平行且呈螺旋状设置，且所述平板调节模块朝向平板调节补偿模块的端面螺旋圈数小于或等于一圈，所述光源产生的光穿设平板调节模块及平板调节补偿模块后进入聚光透镜。
本发明的进一步设置为：所述平板调节模块及平板调节补偿模块的两端面均镀设有增透膜。
本发明的进一步设置为：所述平板调节模块与所述平板调节补偿模块相向端面的螺距为4.05mm。
本发明的进一步设置为：所述平板调节补偿模块呈扇形设置，且所述平板调节补偿模块的扇形张角为60°，所述平板调节补偿模块外径为10mm，所述平板调节补偿模块两端面之间最窄边缘后端为0.33mm。
本发明的进一步设置为：一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器的调节方法，在光源与聚光透镜之间设置有一透明介质，设平行透光板的厚度和折射率为n，可求得等效光源的偏移量：光源的一束光，入射角为a，从光源射出，从空气进入折射率为n的平行透光板，折射角为i，则有
sina＝nsini
Figure BDA0002207238050000031
在平行透光板中传播一定距离后，出射到空气中，则有
S＝L/sini
＝L·sina/n
其中S为在平行透光板中传播距离，L为平行透光板的厚度；
根据i、a，可求得等效光源相对与实际光源的位移，在三角形中，根据正弦定理：
Figure BDA0002207238050000032
可求得：
Figure BDA0002207238050000033
其中D为等效光源相对与实际光源的位移；
通过在光路中引入透明介质，以改变光源相对于聚焦透镜的位置，由透镜成像公式
Figure BDA0002207238050000041
其中l为光源相对于聚光透镜之间的距离；
可知，在焦距f不变的情况下，当等效光源s’与透镜的距离D改变，对应的像距l'也会发生变化；
通过调节透明介质的厚度L调节像距l'的大小。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1)当使用时，光源产生光线，光线依次穿过平板调节补偿模块、平板调节模块后穿入聚光透镜，由于调节补偿模块与平板调节模块相向的端面平行，因此调节补偿模块、平板调节模块可等效成一个透明介质，进而改变光源的成像位置；
2)当转动平板厚度调节轴后，使平板调节模块转动一定角度后，光线穿过平板调节模块两端之间的距离相应改变，即调节光源与聚光透镜之间透明介质的厚度，透光介质的厚度可随意调整，成像位置可以调整到任意位置，成像尺寸在一定范围内可调；从而达到调节光电传感器的光斑大小即定焦位置；
3)本发明能够应用于对光斑大小和成像位置有要求的光电传感检测领域，扩展光电传感器的能力边界。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图一；
图2是实施例1的结构示意图二；
图3是实施例2中原理部分的等效光源示意图；
图4是应用例1的示意图；
图5是应用例2的示意图。
图中数字所表示的相应部件名称：1、光源；2、平板调节补偿模块；3、平板调节模块；4、聚光透镜；5、平板厚度调节轴。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1：如图1和图2所示，本发明提出的一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器光源部分，包括光源1、聚光透镜4，光源1与聚光透镜4之间固定安装有平板调节补偿模块2，还包括可相对于光源1、聚光透镜4转动设置的平板厚度调节轴5，平板厚度调节轴5转动轴向平行于光源1与聚光透镜4所在直线，且平板厚度调节轴5固定连接有平板调节模块3。光源1产生的光依次穿设平板调节模块3及平板调节补偿模块2后进入聚光透镜4，并且平板调节模块3与平板调节补偿模块2相背离的端面呈平行且垂直于光源1与聚光透镜4所在直线，平板调节模块3与平板调节补偿模块2相向的端面相互平行且呈螺旋状设置，且平板调节模块3与平板调节补偿模块2相向端面的螺距均为4.05mm。
平板调节补偿模块2呈扇形设置，且平板调节补偿模块2的扇形张角为60°，平板调节补偿模块2外径为10mm，平板调节补偿模块2两端面之间最窄边缘后端为0.33mm。
平板调节模块3外径与平板调节补偿模块2外径一致，也为10mm，且平板调节模块3朝向平板调节补偿模块2的端面螺旋圈数为一圈。
在平板调节模块3及平板调节补偿模块2的两端面均镀设有增透膜，即在平板调节模块3及平板调节补偿模块2的光线入射面及出射面均镀设增透膜。
当使用时，光源1产生光线，光线依次穿过平板调节补偿模块2、平板调节模块3后穿入聚光透镜4，由于调节补偿模块与平板调节模块3相向的端面平行，因此调节补偿模块、平板调节模块3可等效成一个透明介质，进而改变光源1的成像位置；当转动平板厚度调节轴5后，使平板调节模块3转动一定角度后，光线穿过平板调节模块3两端之间的距离相应改变，即调节光源1与聚光透镜4之间透明介质的厚度，透光介质的厚度可随意调整，成像位置可以调整到任意位置，成像尺寸在一定范围内可调；从而达到调节光电传感器的光斑大小即定焦位置。
实施例2，一种可调节的光电传感器的像距调节方法：如图3所示，通过在光路中引入透明介质，以改变光源1相对于聚焦透镜的位置，在光源1与透镜之间设置有一透明介质。
设平行透光板的厚度和折射率为n，可求得等效光源的偏移量：光源1的一束光，入射角为a，从光源1射出，从空气进入折射率为n的平行透光板，折射角为i，则有
sina＝nsini
Figure BDA0002207238050000061
在平行透光板中传播一定距离后，出射到空气中，则有
S＝L/sini
＝L·sina/n
其中S为在平行透光板中传播距离，L为平行透光板的厚度；
根据i、a，可求得等效光源相对与实际光源1的位移，在三角形中，根据正弦定理：
Figure BDA0002207238050000062
可求得：
Figure BDA0002207238050000071
其中D为等效光源相对与实际光源的位移；
通过在光路中引入透明介质，以改变光源1相对于聚焦透镜的位置，由透镜成像公式
Figure BDA0002207238050000072
其中l为光源1相对于聚光透镜4之间的距离；
可知，在焦距f不变的情况下，当等效光源s’与透镜的距离D改变，对应的像距l'也会发生变化；
通过调节透明介质的厚度L调节相距l'的距离。
应用例1：如图4所示，平板调节补偿模块2、平板调节模块3等效成一个透明介质，等效为平行透光平板，厚度为4mm，光源1产生的光线透过透明介质射出后，光基本呈平行，成像位置在聚光透镜4后1.5m位置处。
应用例2：如图5所示，调节补偿模块、平板调节模块3等效成一个透明介质，其厚度为0.7mm，光源1产生的光线透过透明介质射出后，光线汇聚于聚光透镜4后后方，成像位置在聚光透镜4后30m位置处。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器，包括呈固定设置光源(1)、聚光透镜(4)，其特征在于：还包固定于光源(1)与聚光透镜(4)之间的平板调节补偿模块(2)、呈转动设置的平板厚度调节轴(5)、固定连接于所述平板厚度调节轴(5)的平板调节模块(3)，所述平板厚度调节轴(5)转动轴向平行于所述光源(1)与聚光透镜(4)所在直线，所述平板调节模块(3)与所述平板调节补偿模块(2)相背离的端面呈平行且垂直于所述光源(1)与聚光透镜(4)所在直线，所述平板调节模块(3)与所述平板调节补偿模块(2)相向的端面相互平行且呈螺旋状设置，且所述平板调节模块(3)朝向平板调节补偿模块(2)的端面螺旋圈数小于或等于一圈，所述光源(1)产生的光穿设平板调节模块(3)及平板调节补偿模块(2)后进入聚光透镜(4)。
2.根据权利要求1所述的一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器，其特征在于：所述平板调节模块(3)及平板调节补偿模块(2)的两端面均镀设有增透膜。
3.根据权利要求1所述的一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器，其特征在于：所述平板调节模块(3)与所述平板调节补偿模块(2)相向端面的螺距为4.05mm。
4.根据权利要求3所述的一种光斑大小及定焦位置可调节的光电传感器，其特征在于：所述平板调节补偿模块(2)呈扇形设置，且所述平板调节补偿模块(2)的扇形张角为60°，所述平板调节补偿模块(2)外径为10mm，所述平板调节补偿模块(2)两端面之间最窄边缘后端为0.33mm。
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