CN1553156A - 能探测光源多种物理性质的光电传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种可以同时探测被测光源多种物理性质的光电传感器，它由壳体、光学成像系统、光敏元件组、模数转换电路和数字分析电路组成，被测光源的光学图形被成像系统投射到光敏元件组上，光敏元件组上的各光敏元件感光后通过模数转换电路将其感光值送到数字分析电路中对其大小、数量、排列位置和变化规律等进行分析，最后得到被测光源的强度、发光面大小、方位、是否静止、运动方向和速度、光源数量等多种物理性质。同时它也可以进行相对固定方向的多角度探测。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种光电传感器，它不但能够探测出光源的光强度，还能探测出光源的运动方向和发光面大小等多种物理性质。
背景技术
光电传感器是我们现在广泛使用的一种将光强度转换为电信号的装置。但是现在的光电传感器几乎都是只能探测光的强度，不能同时探测光源的其它物理性质，如光源是点状发光还是面状发光，光源的方位和运动方向等。本发明的目的就是要使光源的多种物理性质同时被一个光电传感器探测出来，增加光电传感器的功能。
发明内容
为了克服现有的光电传感器只能探测光强度的不足，解决各种装置同时对光源多种物理性质如光强度、发光面大小，光源的方位、相对运动方向和运动速度的感知需求，本发明提供一种新型的光电传感器，它不仅能探测光的强度，而且还能探测出光源的方位和相对运动方向以及光源是点状发光还是面状发光等多种物理性质。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据光学成像原理，通过透镜或针孔将探测范围内的光学分布图象成像到一个由多个光敏元件紧密排列在一起的光敏元件组上，由光敏元件组上各光敏元件分别探测所成光学图象中各小区域的光强。根据光学成像原理，探测范围中每一个点的光学性质都会被投射到所成光学图象中与之对应的一个点上。如果光源是点状发光的，在所成的光学图象中它只占据一个小区域，因此只会有一个光敏元件探测到其光强；如果光源是面状发光的，在所成的光学图象中它会占据多个连续的小区域，从而会有一个以上位置连在一起的光敏元件探测到其光强，光源的发光面越大，能探测其光强的光敏元件就越多；如果探测范围内有多个光源，在所成图象上就会有多个亮点，光敏元件组上就会有多个位置彼此分离的光敏元件探测到光强。因此本发明的光电传感器可以探知光源发光面的大小和光源的数量；如果只需要探测固定几个方向的光强，那我们只需使用光敏元件组中与这几个探测方向相对应的没有紧密排列在一起的几个光敏元件即可；如果光源是静止的，那么在时间顺序里，能探知其光强的光敏元件也是固定不变地；如果光源是运动的，那么在时间顺序里，在所成光学图象中其投射点也会沿着一个相应的轨迹运动，从而使能探知其光强的光敏元件也会按其运动轨迹和时间顺序而顺序变化。因此本发明的光电传感器可以探知光源的运动方向和运动速度。本发明的光电传感器中每个光敏元件后都连接一路模数转换电路，将各光敏元件探测到的光电信号转换成各自独立的数字信号，将这些数字信号分别送到数字分析电路中进行分析。数字分析电路可以通过读出各光敏元件探知的光强值，得到光源的光强值；通过分析能探测出光强度的光敏元件的位置得到光源的方位；通过计算连续范围内能探测出光强度的光敏元件的数量来得到光源发光面的大小；通过计算能探测出光强度的不连续的范围数量来得到光源的数量；通过分析能探测出光强度的光敏元件的变化规律来得到光源相对于本发明光电传感器探测面的平面的运动方向以及运动速度。最后得出光源得多种物理性质。
本发明的有益效果是，一个光电传感器可以同时探测出光源的光强度、发光面大小、方位、光源的数量、是否运动以及其相对运动方向和速度等光源的多种物理性质，或同时做多角度探测。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的基本示意图，图2和图3是本发明其它几种应用方式的示意图，图4、图5和图6是本发明用于调整探测范围和抗杂光干扰的几种方案示意图。
图中1-传感器壳体，2-光学透镜，3-光敏元件组1，4-避光斜面，5-遮光板2，6-针孔，7光敏元件组2，8-光敏元件1，9-光敏元件2，10-避光面，11-反光面，12-喇叭口遮光罩，13-内螺纹口遮光罩，14-模数转换电路1，15-数字分析电路，
具体实施方式
在图1中，探测范围内的光学影象被透镜2成像到光敏元件组3的感光面上，光敏元件组3有n个光敏元件，具体数量与光源发光面大小和光源数量的测量精度要求成正比，如果这个精度要求不高，可只用少量几个光敏元件就可以了，如果没有这个精度要求，用一个光敏元件也可以。由于被测发光面是被透镜成像后才投射到光敏元件组3上的，因此，光敏元件组3上各光敏元件所探测的是发光面上相应各点的光强。将光敏元件组3上各光敏元件的探测信号分别送到模数转换电路14中进行转换，使连接在后面的数字分析电路15能得到多路，彼此独立的感光值进行分析。通过上面已说过的技术方案，本发明的这个光电传感器就可以探测光源的多种物理性质。
透镜的口径与探测灵敏度有关，口径越大，通光量就越大，从而使的探测的灵敏度就越高，但成本也越高。
为防止杂光的干扰，我们在传感器壳体1内设有由避光斜面4和遮光板5，探测范围外的杂光进入传感器壳体1后会被避光斜面4将其反射到光敏元件组3周围的空位里而不是被反射到光敏元件组3上，遮光板5的作用是挡住被光敏元件组3周围空位边的壳体壁反射过来杂光。
图2说明了本发明光电传感器的另一种成像方式，依据光学成像原理，除透镜外，还有针孔可以成像，因此我们可以将用于成像的透镜换成图2中的针孔6，以降低成本。针孔6的孔径与探测的精度和灵敏度有关，孔径越小，其成像的亮度越低但精度越高，从而使探测灵敏度越低，但精度越高。因此对于探测精度要求不高的时候，我们可以加大针孔的孔径以提高探测灵敏度。
依据光学成像原理，发光面的光线经过透镜或针孔后到到聚焦面的光柱是圆锥体，因此，为提高感光效果，提高探测精度，我们可以将光敏元件组做成如图2中光敏元件组7所示的球面(二维探测)或扇型(一维探测)结构。
图3是一种多角度探测实施方案，在这里没有紧密排列一起的光敏元件组，取而代之的是几个位置固定，但彼此有间距的几个光敏元件8和9等，通过光学成像原理的反向思维我们可以知道，这时本发明的光电传感器可以同时固定探测相应几个方向的光强。
如果我们只需要得到一维的探测结果，我们可以采用如图4所示的结构。在这个结构里，壳体的内壁可采用两种结构，一是避光面10，它是锯齿型面，由锯齿的斜面改变了内壁面对光的反射效果，可将对应方向所需探测面以外的杂光反射出传感器外，从而可以限制对应方向探测面的尺寸；二是反光面11，它的表面是镜面，它可以将探测范围以外对应方向上的光线反射到传感器上，从而可以延伸对应方向的探测范围。我们可以根据实际需要来选择这两种壳体内壁面。
图5和图6给出了两种遮光罩的设计。
如图5，我们可以在传感器的透镜或针孔前加一个喇叭口状的遮光罩12，由于喇叭口的开口形状，它适用于探测范围较宽，探测角度较大的传感器，根据光的反射原理，喇叭口内斜壁可将探测范围外的杂光反射出传感器，从而提高本发明光电传感器的抗干扰能力。
如图6，我们可以在传感器的透镜或针孔前加一个内壁为锯齿状或螺纹状的柱体遮光罩13，它适用于探测范围较窄，探测角度较小的传感器，根据光的反射原理，其内壁为锯齿状或螺纹状的斜面可将探测范围外的杂光反射出传感器，从而提高本发明光电传感器的抗干扰能力。
Claims (10)
1.一种光电传感器，通过光学成像将被测光的光学影象投射到传感器组上探测光强，再由数字分析电路进行分析得出被测光的多种物理性质，其特征是：被测光通过光学成像系统将其光学影象投射到由n个光敏元件组成的光敏元件组上，光敏元件组中的每个光敏元件都能将其探测到的光强值通过模数转换电路14传到数字分析电路15中进行分析，最后得到被测光的光强，发光面大小和方位等多种物理性质。
2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征是：其光学成像系统可由透镜2构成，也可由针孔6构成。它们的口径由探测灵敏度和精度要求来决定。
3.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征是：光敏元件组3由n个紧密排列在一起的光敏元件组成，其光敏元件的数量由探测精度要求来决定。
4.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征是：在只需要探测固定几个方向的光强时，光敏元件组可由几个固定在相应位置，彼此间有一定间距的光敏元件组成。
5.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征是：为改善感光效果，光敏元件组可排列成球面或扇型面。
6.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征是：壳体1内有避光斜面4和遮光板5将串入壳体1内的杂光反射到不会影响光敏元件组的空位中。
7.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征是：壳体1的相关内壁可由锯齿状的避光面10构成，以限制对应方向的探测范围。
8.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征是：壳体1的相关内壁可由镜面状的反光面11构成，以延伸对应方向的探测范围。
9.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征是：遮光罩可以是喇叭口状，以适用于大探测角度的抗干扰遮光需求。
10.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征是：遮光罩可以是其内壁为螺纹或锯齿面的柱体，以适用于小探测角度的抗干扰遮光需求。
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