CN114355472A - 一种带有导光柱的光电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于传感器技术领域，提供了一种带有导光柱的光电传感器，包括：发光部，用于向外部发射光束，光束能够射向由远处移动靠近传感器的物体，光束在物体的表面产生散射光线，散射光线返回射向传感器；接收透镜，用于将返回的散射光线会聚并产生光斑于光电传感芯片上，光电传感芯片包括相邻的光电转换板一和光电转换板二；至少一根导光柱，用于将返回的散射光线导向光电转换板一或光电转换板二；本发明设有发光部、接收透镜和导光柱，在距离传感器非常近的区域，光线能够射入导光柱，经过导光柱的多次内反射，进而在光电转换板一和光电转换板二上产生有效的信号，这为距离光电传感器特别近的物体的散射光线提供了光通路，消除了盲区。

Description

一种带有导光柱的光电传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种带有导光柱的光电传感器。

背景技术

目前背景抑制型传感器普遍使用，这种传感器在设定检测距离之外的物体对检测不会产生影响。其原理是传感器发出一束光束，光束如果遇到检测物体，则在物体表面上会产生反射散射光，散射光返回照射到传感器上，通过接收透镜聚焦散射光产生光斑于光电传感芯片上。光电传感芯片一般包括两个紧挨在一起的光电转换板；接收透镜的轴线与发射光束有一个距离，从而由测距三角法可知，当物体移近或移远时，光斑会从一块光电转换板向另一块光电转换板移动，从而通过两块光电转换板信号的差值，可以判断是否存在物体。

当物体移近传感器时，光斑发生移动，随着物体与传感器之间的距离减小，光斑最终会移出光电转换板，从而造成差值为零，这时传感器将无法检测出是否有物体，而传感器使用客户很多时候需要这时候能够检测是否有物体，因为传送带上的物体有可能离传感器很近。

特别的，当物体靠近传感器在毫米量级时，光线射向聚焦透镜后，在聚焦透镜的后表面由于入射角度太大，这时将发生聚焦透镜内部的全反射，使得光线全部反射回去，从聚焦透镜的前表面或者侧面溢出，根本无法射向光电传感芯片。

物体所处的这段距离就是光电传感器的盲区，对于较小的光电转换板尺寸来说，这个盲区将变大。如何避免或者减少这种情况是设计中非常重要的一环。

发明内容

本发明提供一种带有导光柱的光电传感器，旨在解决现有的光电传感器存在盲区的问题。

本发明是这样实现的，一种带有导光柱的光电传感器，包括：

发光部，用于向外部发射光束，所述光束能够射向由远处移动靠近传感器的物体，光束在物体的表面产生散射光线，散射光线返回射向传感器；

接收透镜，用于将返回的散射光线会聚并产生光斑于光电传感芯片上，所述接收透镜的轴线与所述光束之间设有间距，所述光电传感芯片包括相邻的光电转换板一和光电转换板二，用于将光信号转换为电信号；

至少一根导光柱，用于将返回的散射光线导向光电转换板一或光电转换板二；

所述发光部、接收透镜和光电传感芯片均安装于传感器外壳内。

优选地，所述发光部包括发光源和透镜二，发光源发出的光线经透镜二会聚形成光束。

优选地，所述发光源为LED或激光器。

优选地，还包括有传感器入射窗，其安装于传感器外壳上且位于散射光线返回至接收透镜的路径上，所述传感器入射窗上设有与接收透镜正对的透镜入射窗。

优选地，所述透镜入射窗的两侧表面均为光滑面。

优选地，所述传感器入射窗的外侧面为磨砂面，内侧面为磨砂面或光滑面。

优选地，所述导光柱一端延伸至传感器入射窗位于透镜入射窗下方的部分，另一端延伸靠近光电转换板一或光电转换板二。

优选地，所述导光柱靠近光电传感芯片的一端的尺寸小于另一端的尺寸。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：

本发明设有发光部、接收透镜和导光柱，在距离传感器非常近的区域，光线能够射入导光柱，经过导光柱的多次内反射，进而在光电转换板一和光电转换板二上产生有效的信号，这为距离光电传感器特别近的物体的散射光线提供了光通路，消除了盲区。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中传感器入射窗的结构示意图。

图3是本发明实施例中导光柱与传感器入射窗的俯视结构示意图。

图4是本发明实施例一种状态下的结构示意图。

图5是本发明实施例另一种状态下的结构示意图。

附图标记注释：1-光束、11-发光部、111-发光源、112-透镜二、2-物体、3-传感器外壳、31-接收透镜、32-光电转换板一、33-光电转换板二、35-传感器入射窗、36-透镜入射窗、41-导光柱。

具体实施方式

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申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请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，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例提供了一种带有导光柱41的光电传感器，如图1-3所示，包括：

发光部11，用于向外部发射光束1，所述光束1能够射向由远处移动靠近传感器的物体2，光束1在物体2的表面产生散射光线，散射光线返回射向传感器，本实施例中，优选物体2的移动方向与光束1的方向正对，具体的，所述发光部11包括发光源111和透镜二112，发光源111发出的光线经透镜二112会聚形成光束1，所述发光源111为LED或激光器，LED或激光器发出的光经过透镜进行准直发射，也可以不准直，产生一定发散角的光束1；

接收透镜31，用于将返回的散射光线会聚并产生光斑于光电传感芯片上，所述接收透镜31的轴线与所述光束1之间设有间距，本实施例中，优选接收透镜31位于发光部11上方，所述光电传感芯片包括相邻的光电转换板一32和光电转换板二33，用于将光信号转换为电信号，具体的，光电转换板一32和光电转换板二33紧挨着且光电转换板一32位于光电转换板二33上方；

至少一根导光柱41，用于将返回的散射光线导向光电转换板一32或光电转换板二33，本实施例中，优选导光柱41的数量为两根，两根导光柱41呈V形布设，导光柱41一端靠近光电转换板一32；

所述发光部11、接收透镜31和光电传感芯片均安装于传感器外壳3内，可以采用螺丝、卡接等方式安装；

使用时，如图4所示，发光部11发射光束1，光束1如果遇到检测物体2，则在物体2表面上会产生反射散射光线，散射光线返回照射到传感器上，进入接收透镜31，接收透镜31会聚散射光先产生光斑于光电传感芯片上，接收透镜31的轴线与发射光束1有一个间距，从而由测距三角法可知，当物体2移近时，光斑由向光电转换板二33向光电转换板一32方向移动，物体2移远时，光斑由光电转换板一32向光电转换板二33方向移动。从而通过光电转换板一32减去光电转换板二33的差值就可以判断是否存在物体2，假设光信号产生正的电信号，则差值为正就是光电转换板一32上的光强于光电转换板二33；

当物体2在远处时，散射光线聚焦后，主要光通量在光电转换板二33上，电路对光电转换板一32减去光电转换板二33上的光通量的差值来作比较，差值为负，则表明没有物体2或者物体2处于远处，处于检测范围之外，从而超出检测距离的物体2就不会干扰到距离内物体2的检测，也就是只检测设定距离内的物体2有无；

当物体2移动靠近传感器时，散射光线形成的聚焦光斑在光电传感芯片上，从光电转换板二33向光电转换板一32移动，当光电转换板一32上的光通量大于光电转换板二33上的光通量时，电路对光电转换板一32减去光电转换板二33上的光通量的差值来作比较，差值为正，则认为存在物体2。

如图5所示，当物体2继续移动向传感器时，光斑移出光电转换板一32，当物体2距离传感器几个厘米或者几个毫米时，光线进入导光柱41，在导光柱41中，光线连续反射多次或者不反射后照亮光电转换板，本实施例中导光柱41靠近光电转换板一32，从而光电转换板一32上的光强要强一些，光电转换板一32和光电转换板二33的差值为正，从而判断有物体2存在，也就消除了物体2移动范围中最靠近光电传感器的这部分盲区。

本发明进一步较佳实施例中，还包括有传感器入射窗35，其安装于传感器外壳3上且位于散射光线返回至接收透镜31的路径上，所述传感器入射窗35上设有与接收透镜31正对的透镜入射窗36，散射光线返回时透过透镜入射窗36进入接收透镜31；本实施例中，所述光束1经过传感器入射窗35；进一步的，所述透镜入射窗36的两侧表面均为光滑面，所述传感器入射窗35的外侧面为磨砂面，内侧面为磨砂面或光滑面。

优选地，所述导光柱41一端延伸至传感器入射窗35位于透镜入射窗36下方的部分，另一端延伸靠近光电转换板一32或光电转换板二33，本实施例中，导光柱41另一端延伸至光电转换板一32，当物体2距离传感器几个厘米或者几个毫米时，光线经传感器入射窗35后进入导光柱41，在导光柱41中，光线连续反射多次或者不反射后照亮光电转换板，优选地，所述导光柱41靠近光电传感芯片的一端的尺寸小于另一端的尺寸。

综上所述，本发明的工作原理为：光束1射向物体2后，在物体2的粗糙表面产生散射光线，散射光线返回射向传感器，散射光线首先经过传感器的接收透镜31进行聚焦，聚焦后的光束1在光电传感芯片上产生光斑，当物体2在远处时，散射光线聚焦后，主要光通量在光电转换板二33上，电路对光电转换板二32减去光电转换板一33上的光通量的差值来作比较，当差值为负，则表明没有物体2或者物体2处于远处，处于检测范围之外，当物体2移近时，光斑从光电转换板二33向光电转换板一32移动，当光电转换板一32上的光通量大于光电转换板二33上的光通量时，则认为存在物体2，当物体2继续移动向传感器时，光斑移出光电转换板一32，当物体2距离传感器几个厘米或者几个毫米时，光线经传感器入射窗35后进入导光柱41，在导光柱41中，光线连续反射多次或者不反射后照亮光电转换板，由于导光柱41离光电转换板一32比较近，从而光电转换板一32上的光强要强一些，光电转换板一32和光电转换板二33的差值为正，从而判断有物体2存在，也就消除了物体2移动范围中最靠近光电传感器的这部分盲区。

需要说明的是，对于前述的各实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可能采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元之间的间接耦合或通信连接，可以是电信或者其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对发明的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，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，都属于本发明所要保护的范围。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本发明各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本发明的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本发明所要保护的范围。

Claims (8)

1.一种带有导光柱的光电传感器，其特征在于，包括：

发光部，用于向外部发射光束，所述光束能够射向由远处移动靠近传感器的物体，光束在物体的表面产生散射光线，散射光线返回射向传感器；

接收透镜，用于将返回的散射光线会聚并产生光斑于光电传感芯片上，所述接收透镜的轴线与所述光束之间设有间距，所述光电传感芯片包括相邻的光电转换板一和光电转换板二，用于将光信号转换为电信号；

至少一根导光柱，用于将返回的散射光线导向光电转换板一或光电转换板二；

所述发光部、接收透镜和光电传感芯片均安装于传感器外壳内。

2.如权利要求1所述的带有导光柱的光电传感器，其特征在于，所述发光部包括发光源和透镜二，发光源发出的光线经透镜二会聚形成光束。

3.如权利要求2所述的带有导光柱的光电传感器，其特征在于，所述发光源为LED或激光器。

4.如权利要求1-3任一所述的带有导光柱的光电传感器，其特征在于，还包括有传感器入射窗，其安装于传感器外壳上且位于散射光线返回至接收透镜的路径上，所述传感器入射窗上设有与接收透镜正对的透镜入射窗。

5.如权利要求4所述的带有导光柱的光电传感器，其特征在于，所述透镜入射窗的两侧表面均为光滑面。

6.如权利要求5所述的带有导光柱的光电传感器，其特征在于，所述传感器入射窗的外侧面为磨砂面，内侧面为磨砂面或光滑面。

7.如权利要求6所述的带有导光柱的光电传感器，其特征在于，所述导光柱一端延伸至传感器入射窗位于透镜入射窗下方的部分，另一端延伸靠近光电转换板一或光电转换板二。

8.如权利要求7所述的带有导光柱的光电传感器，其特征在于，所述导光柱靠近光电传感芯片的一端的尺寸小于另一端的尺寸。

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