CN114518608A - 一种光学传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例适用于光学传感器技术领域，提供了一种光学传感器装置，包括传感器主体，所述传感器主体上分别设置有接收透镜和发光件；所述传感器主体上设置有与所述接收透镜相对应的光电传感芯片；所述传感器主体上还设置有反光罩，所述反光罩位于所述光学传感器芯片与所述接收透镜之间。本发明实施例提供的传感器装置，通过设置的反光罩，且在反光罩的反射腔为齿状结构，相对于光滑的直壁反射腔体，光线能够稳定的传输到反射腔底部，进一步入射到光电传感芯片上的光电转换板上，其次通过多次反射，入射到反射腔底部的光线将比较均匀，满足了客户需要近距离检测物体的需求，使得该传感器适应性更好。

Description

一种光学传感器装置

技术领域

本发明实施例属于光学传感器技术领域，尤其涉及一种光学传感器装置。

背景技术

目前背景抑制型传感器普遍使用，这种传感器在检测距离之外的物体对检测不会产生影响。其原理如图1所示，具体是传感器300发出一束光束，光束如果遇到检测物体200，则在检测物体200表面上会产生反射散射光，散射光返回照射到传感器300上的接收透镜301，接收透镜301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第一光电转换板302和第二光电转换板303。由测距三角法可知，当物体移近时，光斑向第一光电转换板302移动，物体移远时，光斑向第二光电转换板303移动。从而将光电转换板信号的差值，即光电转换板第一光电转换板302减去第二光电转换板303的差值就可以判断是否存在物体。假设光信号产生正的电信号，则差值为正就是第一光电转换板302上的光强于第二光电转换板303。这样的好处是，当光斑落于第二光电转换板303上以后，对应的物体及更远的物体都产生负信号，可以认为超出距离不指示。这样超出检测距离的物体就不会干扰到距离内物体的检测，也就是只检测设定距离内的物体有无。

当物体移向传感器时，传感器的光斑朝光电转换板302移动，随着物体与传感器之间的距离减小，光斑最终会移出第一光电转换板302，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。这段距离就是光学传感器的盲区，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

本发明实施例的目的在于提供一种光学传感器装置，旨在解决传统的传感器在使用时，部分情况下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。这段距离就是光学传感器的盲区，对于较小的光电转换板尺寸来说，这个盲区将变大。

本发明实施例是这样实现的：

一种光学传感器装置，所述的光学传感器装置包括传感器主体，所述传感器主体上分别设置有接收透镜和发光件，所述接收透镜与所述发光件位于所述传感器主体的同侧；

所述传感器主体上设置有与所述接收透镜相对应的光电传感芯片，所述的光电传感芯片包括第一光电转换板和第二光电转换板；

所述传感器主体上还设置有反光罩，所述反光罩位于所述光学传感器芯片与所述接收透镜之间。

在本发明提供的一些实施例中，所述反光罩内部具有反射腔，所述反射腔上下直通，所述反射腔一侧敞口为反射腔顶部，所述反射腔的另一侧敞口为反射腔底部。

在本发明提供的一些实施例中，所述反射腔顶部大于所述反射腔底部，所述反射腔顶部朝向所述接收透镜，所述反射腔底部朝向所述光电传感芯片。

在本发明提供的一些实施例中，所述发光件为LED。

在本发明提供的一些实施例中，所述发光件为激光器。

在本发明提供的一些实施例中，所述反射罩的长度不大于接收透镜与光电传感芯片之间的距离。

在本发明提供的一些实施例中，所述反射腔顶部的口径与接收透镜相适应，所述反射腔顶部的口径为1毫米-10毫米。

在本发明提供的一些实施例中，所述反射腔底部的口径则与光电转换板的大小相适应，所述反射腔底部的口径为0.1毫米-5毫米。

在本发明提供的一些实施例中，所述反射腔的内部具有齿状结构，所述齿状结构具有圆环面A和圆锥形环面B，此时，光线渐渐扫到反射罩的侧壁时，这样那些原来移出第一光电转换板的光线经过圆环面A的反射，再经过圆锥形环面B的反射后，或者经过多次反射后，光线仍然射向光电转换板从而产生信号。由于反射是多次的，从而造成反射信号比较稳定，不会因为不同的角度而产生较大的信号变化。这样即可根据信号的大小来进行物体有无的判断，且稳定性较高。

在本发明提供的一些实施例中，每一个齿状结构的一侧为平行于光电转换板的圆环面A，一侧为倾斜朝向反射腔底部的圆锥形环面B。圆环面A和圆锥形环面B面都镀有反射膜。

与现有技术相比，本发明实施例提供的传感器装置，通过设置的反光罩，且在反光罩的反射腔为齿状结构，相对于光滑的直壁反射腔体，光线能够稳定的传输到反射腔底部，进一步入射到光电传感芯片上的光电转换板上，其次通过多次反射，入射到反射腔底部的光线将比较均匀，避免在被测物体移向传感器，传感器的光斑朝光电转换板移动，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的问题，满足了客户需要近距离检测物体的需求，使得该传感器适应性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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。

图1为现有技术中光学传感器装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光学传感器装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光学传感器装置中反光罩的的主视图；

图4为本发明实施例提供的一种光学传感器装置中反光罩的的剖视图；

图5为图4中a处的局部放大结构示意图。

附图中：100、发光件；200、被测物体；300、传感器主体；301、接收透镜；302、第一光电转换板；303、第二光电转换板；400、反光罩；401、反射腔；402、反射腔顶部；403、反射腔底部。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1所示，在本发明提供的一个优选实施方式中，一种光学传感器装置，所述的光学传感器装置包括传感器主体300，所述传感器主体300上分别设置有接收透镜301和发光件100，所述接收透镜301与所述发光件100位于所述传感器主体300的同侧。

进一步的，在本发明提供的优选实施方式中，所述传感器主体300上设置有与所述接收透镜301相对应的光电传感芯片，所述的光电传感芯片包括第一光电转换板302和第二光电转换板303。

在本发明实施例中，所述发光件100产生光束，光束如果遇到检测物体200，则在检测物体200表面上会产生反射散射光，散射光返回照射到传感器300上的接收透镜301，接收透镜301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第一光电转换板302和第二光电转换板303。由测距三角法可知，当物体移近时，光斑向第一光电转换板302移动，物体移远时，光斑向第二光电转换板303移动。从而将光电转换板信号的差值，即光电转换板第一光电转换板302减去第二光电转换板303的差值就可以判断是否存在物体。

传统的传感器在使用时，部分情况下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。这段距离就是光学传感器的盲区，对于较小的光电转换板尺寸来说，这个盲区将会变大。

为解决上述问题，如图2所示，在本发明提供的一个实施例中，所述传感器主体300上还设置有反光罩400，所述反光罩400位于所述光学传感器芯片与所述接收透镜301之间，其中，所述反光罩400内部具有反射腔401，所述反射腔401上下直通，所述反射腔401一侧敞口为反射腔顶部402，所述反射腔401的另一侧敞口为反射腔底部403，所述反射腔顶部402大于所述反射腔底部403，所述反射腔顶部402朝向所述接收透镜301，所述反射腔底部403朝向所述光电传感芯片。

优选的，在本发明实施例中，所述发光件100为LED或者激光器，具体实施时，通过LED或者激光器经过透镜进行准直出射，也可以不准直，仅仅缩小光束产生一定发散角的光束。光束射向被测物体200后，在粗糙物体的表面产生散射光斑，散射光线返回射向传感器主体300。散射光线首先经过传感器的接收透镜301进行聚焦。在接收透镜301与光电传感芯片之间，设置有反射罩400，反射罩400的长度不大于接收透镜301与光电传感芯片之间的距离。

进一步的，所述反射腔顶部402的口径与接收透镜301相适应，所述反射腔顶部402的口径一般在1毫米-10毫米左右。所述反射腔底部403的口径则与光电转换板的大小相适应，所述反射腔底部403的口径一般在0.1毫米-5毫米左右。

光线经过接收透镜301聚焦后，聚焦光斑落在光电传感芯片上。当物体较远时，聚焦的光斑位于第二光电转换板303上，产生电信号，假设为正。而第一光电转换板302的信号为0，从而信号差为负值，传感器判断无物体不动作。当物体较近时，聚焦光斑落在两个光电转换板之间，则信号差为0，刚好处于转换区拐点。物体再移近时，聚焦光斑落在第一光电转换板302上，产生信号，而第二光电转换板303上无信号，从而第一光电转换板302减去第二光电转换板303的信号的差值为正，表示有物体。在这一过程中，反射罩400基本不影响光路，因为光线经过接收透镜301后，光束呈锥形，不与反射罩400内腔作用。

如图1所示，当被测物体200渐渐移近时，聚焦光斑逐渐向上移动，离第二光电转换板303越来越远，聚焦的质量也越来越差，光斑逐渐变大，最终会移出第一光电转换板302。此时，光线会渐渐扫到反射罩400的侧壁。

因此，使用简单的锥形反光罩400，则光线看起来聚拢了，但是实际上在物体很近时，光线经过反射后不一定能够射入光电转换板，反而折回射出。其次反射光线具体射到哪个光电转换板几乎没有规律，从而无法从光电转换板的信号差值来进行判断。

为此，如图3-5所示，在本发明实施例中，所述反射腔401的内部具有齿状结构，所述齿状结构具有圆环面A和圆锥形环面B，此时，光线渐渐扫到反射罩400的侧壁时，这样那些原来移出第一光电转换板302的光线经过圆环面A的反射，再经过圆锥形环面B的反射后，或者经过多次反射后，光线仍然射向光电转换板从而产生信号，由于反射是多次的，从而造成反射信号比较稳定，不会因为不同的角度而产生较大的信号变化。这样即可根据信号的大小来进行物体有无的判断，且稳定性较高。

特别的，针对传输具体应用，对具有齿状结构的反射腔401的轮廓线可进行优化，即所述反射腔401的轮廓线包括但不限于是直锥形，也可以是曲线，类似圆形花瓶形状等。

在本发明实施例中，带有齿状结构的反射罩400的结构如图3-5所示。反射罩400总体上呈锥形，内部反射腔401总体呈锥形，但在反射腔401的具体表面上，则呈齿状结构。

在本发明实施例中，每一个齿状结构的一侧为平行于光电转换板的圆环面A，一侧为倾斜朝向反射腔底部403的圆锥形环面B。圆环面A和圆锥形环面B面都镀有反射膜，能够高效反射入射的光线。这样做的好处是，当光线入射时，很容易射向圆环面A，然后通过圆锥形环面B将光线再反射向反射腔底面。

特别的，对于传感器很近的物体所散射的光线，将以相对于反射腔轴线非常倾斜的角度射入时，光线能够经过多次反射后仍然射向反射腔底部，且能够保持到底部的光线比较均匀，不至于光电转换板之间的差值出现与入射光线角度相关的振荡变化。这样方便后期对信号进行处理。

以上各方案均只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种光学传感器装置，所述的光学传感器装置包括传感器主体，所述传感器主体上分别设置有接收透镜和发光件，所述接收透镜与所述发光件位于所述传感器主体的同侧；所述传感器主体上设置有与所述接收透镜相对应的光电传感芯片，所述的光电传感芯片包括第一光电转换板和第二光电转换板；其特征在于：

所述传感器主体上还设置有反光罩，所述反光罩位于所述光学传感器芯片与所述接收透镜之间；所述反光罩内部具有反射腔，所述反射腔的内部具有齿状结构。

2.根据权利要求1所述的光学传感器装置，其特征在于，所述反射腔上下直通，所述反射腔一侧敞口为反射腔顶部，所述反射腔的另一侧敞口为反射腔底部。

3.根据权利要求2所述的光学传感器装置，其特征在于，所述反射腔顶部大于所述反射腔底部，所述反射腔顶部朝向所述接收透镜，所述反射腔底部朝向所述光电传感芯片。

4.根据权利要求2或3所述的光学传感器装置，其特征在于，所述反射罩的长度不大于接收透镜与光电传感芯片之间的距离。

5.根据权利要求4所述的光学传感器装置，其特征在于，所述反射腔顶部的口径与接收透镜相适应，所述反射腔顶部的口径为1毫米-10毫米。

6.根据权利要求5所述的光学传感器装置，其特征在于，所述反射腔底部的口径则与光电转换板的大小相适应，所述反射腔底部的口径为0.1毫米-5毫米。

7.根据权利要求2或3所述的光学传感器装置，其特征在于，每一个所述齿状结构的一侧为平行于光电转换板的圆环面A，一侧为倾斜朝向反射腔底部的圆锥形环面B。

8.根据权利要求7所述的光学传感器装置，其特征在于，所述圆环面A和所述圆锥形环面B面都镀有反射膜。

9.根据权利要求1-3任一所述的光学传感器装置，其特征在于，所述发光件为LED。

10.根据权利要求1-3任一所述的光学传感器装置，其特征在于，所述发光件为激光器。

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