CN113281765A - 背景抑制光电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种背景抑制光电传感器，包括壳体、信号发射装置、图像传感器、接收透镜以及处理器，信号发射装置设置在壳体上，信号发射装置用于向目标物发射光信号；图像传感器设置在壳体内，接收信号发射装置发射的光信号照射目标物后反射的光信号；接收透镜设置在壳体上，并与图像传感器对应，信号发射装置发射的光信号照射目标物后反射的光信号经接收透镜射向图像传感器；处理器设置在壳体上，处理器与信号发射装置和图像传感器电连接，处理器能够控制信号发射装置发射光信号，以及处理器能够接收并处理图像传感器所反馈的信息。由于不同颜色背景反射到接收的位置是一样的，检测黑白差几乎为0，能够做到真正的背景抑制，提高了检测精度。

Description

背景抑制光电传感器

技术领域

本发明涉及光电传感器的技术领域，尤其涉及一种背景抑制光电传感器。

背景技术

传统的漫反射光电传感器由于目标物体的反射率不一样而导致感应距离相差非常大，在一些在工业自动化及设备里无法正常使用。背景抑制光电传感器由于其检测所有颜色距离基本相同，重复精度高，响应快等优点，得到了广泛应用。

相关技术中的背景抑制光电传感器主要采用PSD接收管接收光信号，PSD接收管的内部含有两个接收管，一般上半区是远距离区，下半区是近距离区，不同距离目标物反射到远距离区与近距离区的能量不同，当远距离区接收能量大于近距离区时，进而能够检测到物体，但是由于不同背景反射能量不一样，远距离时的深黑色物体与白色物体存在至少10％以上的黑白差，不能真正的做到背景抑制，影响检测精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背景抑制更佳的背景抑制光电传感器。

根据本发明的一方面，提供一种背景抑制光电传感器，所述背景抑制光电传感器包括：

壳体；

信号发射装置，其设置在所述壳体上，所述信号发射装置用于向目标物发射光信号；

图像传感器，其设置在所述壳体内，接收所述信号发射装置发射的光信号照射目标物后反射的光信号；

接收透镜，其设置在所述壳体上，并与所述图像传感器对应，所述信号发射装置发射的光信号照射目标物后反射的光信号经所述接收透镜射向所述图像传感器；以及

处理器，其设置在所述壳体上，所述处理器与所述信号发射装置和所述图像传感器电连接，所述处理器能够控制所述信号发射装置发射光信号，以及所述处理器能够接收并处理所述图像传感器所反馈的信息。

作为本发明的一个实施例，所述图像传感器为CMOS图像传感器。

作为本发明的一个实施例，所述信号发射装置包括发射模块以及发射透镜，所述发射模块设置在所述壳体内，所述发射模块用于发射光信号；所述发射透镜设置在所述壳体上，并与所述发射模块对应，所述发射模块发射的光信号经所述发射透镜射向目标物，所述发射模块与所述处理器电连接。

作为本发明的一个实施例，所述壳体包括外框体以及可拆卸地安装在所述外框体上的安装板，所述外框体的一端开设有窗口，所述安装板与所述窗口平行且间隔设置，所述接收透镜和所述发射透镜固设在所述外框体的内侧壁上且与所述窗口对应，所述发射模块设置在所述安装板上与所述发射透镜对应的位置处，所述图像传感器设置在所述安装板上与所述接收透镜对应的位置处。

作为本发明的一个实施例，所述处理器包括模拟数字转换器，所述模拟数字转换器与所述图像传感器电连接，所述模拟数字转换器能够接收并处理所述图像传感器所反馈的信息。

作为本发明的一个实施例，所述背景抑制光电传感器还包括距离调节模块，所述距离调节模块能够调节所述背景抑制光电传感器感应目标物的距离范围。

作为本发明的一个实施例，所述距离调节模块包括电位器和连接在所述电位器上的旋钮，转动所述旋钮可以调节所述电位器的电阻，所述电位器与所述处理器电连接，所述处理器能够根据所述电位器的电阻变化调节所述信号发射装置和所述图像传感器的输出电压，以调节所述背景抑制光电传感器感应目标物的距离范围。

作为本发明的一个实施例，所述壳体包括外框体以及卡设在所述外框体内侧上的隔板，所述隔板与所述外框体间隔设置并围合形成安装腔，所述电位器设置在所述安装腔内，所述外框体上开设有与所述安装腔连通的开口，所述旋钮可转动地安装在所述开口上且至少部分延伸出所述外框体。

作为本发明的一个实施例，所述距离调节模块包括可转动地设置在所述壳体上的螺纹旋钮以及与所述螺纹旋钮螺纹连接的悬臂，所述接收透镜设置在所述悬臂上。

作为本发明的一个实施例，所述背景抑制光电传感器还包括电源，所述电源分别与所述信号发射装置、所述图像传感器以及所述处理器电连接，以向所述信号发射装置、所述图像传感器以及所述处理器电连接提供电能。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

本实施例中的背景抑制光电传感器，由于其通过图像传感器进行接收光信号，由于图像传感器本身具有上万个像素点，光信号经目标物反射后至少会射向其中一个像素点，进而实现对目标物距离的检测，由于相邻两像素点的距离非常小，进而能够使该图像传感器的精度大大提高，进而使得该背景抑制光电传感器的检测精度极高。另外，由于光的反射原理，同一位置，不同颜色背景反射到接收的位置是一样的，所以检测不同的目标，同一位置处的目标物反射到图像传感器的位置是固定的，检测黑白差几乎为0，进而能够做到真正的背景抑制，进一步提高了检测精度。

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

图1为本发明一实施例所述的背景抑制光电传感器的结构示意图；

图2为本发明一实施例所述的背景抑制光电传感器的结构框图；

图3为本发明一实施例所述的背景抑制光电传感器的工作原理图；

图4为目标物在a处时的CMOS图像传感器输出波形图；

图5为目标物在b处时的CMOS图像传感器输出波形图；

其中：10、目标物；100、壳体；110、外框体；111、窗口；120、隔板；121、安装腔；130、安装板；200、信号发射装置；210、发射透镜；220、发射模块；310、图像传感器；320、接收透镜；400、处理器；410、模拟数字转换器；500、距离调节模块；510、电位器；520、旋钮；600、电源。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以容许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1-图5，本发明一实施例提供了一种背景抑制光电传感器，本实施例中的背景抑制光电传感器是一种检测距离不受背景颜色影响或影响非常小的光电传感器。

本实施例中的背景抑制光电传感器包括壳体100、信号发射装置200、图像传感器310、接收透镜320以及处理器400，信号发射装置200设置在壳体100上，信号发射装置200用于向目标物10发射光信号；图像传感器310设置在壳体100内，接收信号发射装置200发射的光信号照射目标物10后反射的光信号；接收透镜320设置在壳体100上，并与图像传感器310对应，信号发射装置200发射的光信号照射目标物10后反射的光信号经接收透镜320射向图像传感器310；处理器400设置在壳体100上，处理器400与信号发射装置200和图像传感器310电连接，处理器400能够控制信号发射装置200发射光信号，以及处理器400能够接收并处理图像传感器310所反馈的信息。

本实施例中的背景抑制光电传感器的工作原理是：首先通过信号发射装置200向目标物10发射光信号，发射向目标物10的光信号在经过反射后射向接收透镜320，然后穿过接收透镜320射向图像传感器310，由于图像传感器310本身具有上万个像素点，光信号经目标物10反射后至少会射向其中一个像素点，进而实现对目标物10距离的检测，由于相邻两像素点的距离非常小，从而能够使该图像传感器310的精度大大提高，进而使得该背景抑制光电传感器的检测精度极高。另外，由于光的反射原理，同一位置，不同颜色背景反射到接收的位置是一样的，所以检测不同的目标，同一位置处的目标物10反射到图像传感器310的位置是固定的，检测黑白差几乎为0，进而能够做到真正的背景抑制，进一步提高了检测精度。

需要说明的是，本实施例中的图像传感器310为本领域技术人员所能够获知的图像传感器310，其具有上万甚至数十万个像素点，由于图像传感器310为现有技术，故在此不对其具体结构做详细的赘述。

关于图像传感器310，该图像传感器310优选为CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)图像传感器310，更具体地，图像传感器310为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)或主动式像素传感器(AcTIve Pixel Sensor CMOS)，CMOS图像传感器310具有加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成等，进而使背景抑制光电传感器的整体性能更佳。

当然，该图像传感器310也可以是CCD图像传感器310。

参考图2，在一实施例中，处理器400包括模拟数字转换器410(Analog-to-DigitalConverter)，模拟数字转换器410与图像传感器310电连接，模拟数字转换器410能够接收并处理图像传感器310所反馈的信息。

参考图1以及图2，在一实施例中，信号发射装置200包括发射模块220以及发射透镜210，发射模块220设置在壳体100内，发射模块220用于发射光信号；发射透镜210设置在壳体100上，并与发射模块220对应，发射模块220发射的光信号经发射透镜210射向目标物10，发射模块220与处理器400电连接，进而通过处理器400能够控制发射模块220向外发射光信号。

以下为基于图像传感器310为CMOS图像传感器310时，该背景抑制光电传感器的具体工作原理：

参考图3以及图4：当目标物10放在距离a的位置，发射模块220发射光束经过发射透镜210，照射在目标物10上，目标物10由于漫反射将光信号反射到接收透镜320并进入CMOS图像传感器310的某个像素点A，图像传感器310经过处理输出如图2的输出波形图，从中可以得到最高电平像素点A与其对应的时间，进而实现对a处目标物10的检测。

参考图3以及图5：当目标物10放在距离b的位置，发射模块220发射光束经过发射透镜210，照射在目标物10上，目标物10由于漫反射将光信号反射到接收透镜320并进入CMOS图像传感器310的某个像素点B，图像传感器310经过处理输出如图4的输出波形图，从中可以得到最高电平像素点B与其对应的时间，进而实现对b处目标物10的检测。

同理，该背景抑制光电传感器还能够在其它位置处的目标物10进行检测，只要该目标物10在该背景抑制光电传感器的检测范围内。

为了进一步提高该背景抑制光电传感器的实用性，参考图1以及图2，在一实施例中，背景抑制光电传感器还包括距离调节模块500，距离调节模块500能够调节背景抑制光电传感器感应目标物10的距离范围，进而满足不同用户对不同距离内目标物10检测的需求。

参考图1，在一具体的实施例中，距离调节模块500包括电位器510和连接在电位器510上的旋钮520，转动旋钮520可以调节电位器510的电阻，电位器510与处理器400电连接，处理器400能够根据电位器510的电阻变化调节信号发射装置200和图像传感器310的输出电压，以调节背景抑制光电传感器感应目标物10的距离范围。该实施例中，通过调节电位器510的电阻即可调节背景抑制光电传感器感应目标物10的距离范围，调节方便且快捷，而且在调节时，由于无需调节发射透镜210或接收透镜320的位置，因此可以将发射透镜210和接收透镜320固设在壳体100上，从而在旋转旋钮520的时候，以及移动该背景抑制光电传感器的时候，发射透镜210和接收透镜320不会因为振动而使其位置发生偏移，从而其精准度不会因为振动而降低，稳定性更高。

优选地，发射透镜210和接收透镜320固设在壳体100上。从而提高该背景抑制光电传感器的稳定性。当然，发射透镜210和接收透镜320也可以是可拆卸地固设在壳体100上，以方便进行更换。

具体地，可通过查表法找到目前旋钮520调节的电压值所对应的时间参数，然后与当前CMOS图像传感器310输出数据的AD值进行比较，即可判定目标物10是否在设定距离范围内。

另外，该实施例中采用电位器510的背景抑制光电传感器，在大批量生产时候还可以进行批量校准，使出产的产品一致性非常好。

在另一具体的实施例中(图中未示出)，距离调节模块500包括可转动地设置在壳体100上的螺纹旋钮以及与螺纹旋钮螺纹连接的悬臂，接收透镜320设置在悬臂上。该实施例中，通过旋转螺纹旋钮能够驱动悬臂沿螺纹旋钮的轴向移动，而接收透镜320设置在悬臂上，进而使接收透镜320能够沿螺纹旋钮的轴向移动，从而完成对背景抑制光电传感的检测距离的调节。

为了更合理的装配该背景抑制光电传感器，参考图1，在一实施例中，壳体100包括外框体110以及卡设在外框体110内侧上的隔板120，隔板120与外框体110间隔设置并围合形成安装腔121，电位器510设置在安装腔121内，外框体110上开设有与安装腔121连通的开口(图中未示出)，旋钮520可转动地安装在开口上且至少部分延伸出外框体110，进而用户可以方便的旋转旋钮520，以调节电位器510。

进一步地，壳体100还包括可拆卸地安装在外框体110上的安装板130，外框体110的一端开设有窗口111，安装板130与窗口111平行且间隔设置，接收透镜320和发射透镜210固设在外框体110的内侧壁上且与窗口111对应，发射模块220设置在安装板130上与发射透镜210对应的位置处，图像传感器310设置在安装板130上与接收透镜320对应的位置处。

需要说明的是，壳体100的具体结构并非仅指代上述实施例中的结构形式，还可以根据需求设置为其它形状。

参考图2，在一实施例中，背景抑制光电传感器还包括电源600，电源600分别与信号发射装置200、图像传感器310以及处理器400电连接，以向信号发射装置200、图像传感器310以及处理器400电连接提供电能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种背景抑制光电传感器，其特征在于，所述背景抑制光电传感器包括：

壳体；

信号发射装置，其设置在所述壳体上，所述信号发射装置用于向目标物发射光信号；

图像传感器，其设置在所述壳体内，接收所述信号发射装置发射的光信号照射目标物后反射的光信号；

接收透镜，其设置在所述壳体上，并与所述图像传感器对应，所述信号发射装置发射的光信号照射目标物后反射的光信号经所述接收透镜射向所述图像传感器；以及

处理器，其设置在所述壳体上，所述处理器与所述信号发射装置和所述图像传感器电连接，所述处理器能够控制所述信号发射装置发射光信号，以及所述处理器能够接收并处理所述图像传感器所反馈的信息。

2.根据权利要求1所述的背景抑制光电传感器，其特征在于，所述图像传感器为CMOS图像传感器。

3.根据权利要求1所述的背景抑制光电传感器，其特征在于，所述信号发射装置包括发射模块以及发射透镜，所述发射模块设置在所述壳体内，所述发射模块用于发射光信号；所述发射透镜设置在所述壳体上，并与所述发射模块对应，所述发射模块发射的光信号经所述发射透镜射向目标物，所述发射模块与所述处理器电连接。

4.根据权利要求3所述的背景抑制光电传感器，其特征在于，所述壳体包括外框体以及可拆卸地安装在所述外框体上的安装板，所述外框体的一端开设有窗口，所述安装板与所述窗口平行且间隔设置，所述接收透镜和所述发射透镜固设在所述外框体的内侧壁上且与所述窗口对应，所述发射模块设置在所述安装板上与所述发射透镜对应的位置处，所述图像传感器设置在所述安装板上与所述接收透镜对应的位置处。

5.根据权利要求1所述的背景抑制光电传感器，其特征在于，所述处理器包括模拟数字转换器，所述模拟数字转换器与所述图像传感器电连接，所述模拟数字转换器能够接收并处理所述图像传感器所反馈的信息。

6.根据权利要求1所述的背景抑制光电传感器，其特征在于，所述背景抑制光电传感器还包括距离调节模块，所述距离调节模块能够调节所述背景抑制光电传感器感应目标物的距离范围。

7.根据权利要求6所述的背景抑制光电传感器，其特征在于，所述距离调节模块包括电位器和连接在所述电位器上的旋钮，转动所述旋钮可以调节所述电位器的电阻，所述电位器与所述处理器电连接，所述处理器能够根据所述电位器的电阻变化调节所述信号发射装置和所述图像传感器的输出电压，以调节所述背景抑制光电传感器感应目标物的距离范围。

8.根据权利要求7所述的背景抑制光电传感器，其特征在于，所述壳体包括外框体以及卡设在所述外框体内侧上的隔板，所述隔板与所述外框体间隔设置并围合形成安装腔，所述电位器设置在所述安装腔内，所述外框体上开设有与所述安装腔连通的开口，所述旋钮可转动地安装在所述开口上且至少部分延伸出所述外框体。

9.根据权利要求6所述的背景抑制光电传感器，其特征在于，所述距离调节模块包括可转动地设置在所述壳体上的螺纹旋钮以及与所述螺纹旋钮螺纹连接的悬臂，所述接收透镜设置在所述悬臂上。

10.根据权利要求1所述的背景抑制光电传感器，其特征在于，所述背景抑制光电传感器还包括电源，所述电源分别与所述信号发射装置、所述图像传感器以及所述处理器电连接，以向所述信号发射装置、所述图像传感器以及所述处理器电连接提供电能。

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