CN218068282U - 光电传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光电传感器。该光电传感器包括：投光电路，其发送投光信号；受光电路，其包括位置敏感检测器，所述位置敏感检测器包括第一受光元件和第二受光元件，所述第一受光元件输出第一信号，所述第二受光元件输出第二信号；以及控制电路，其包括输入接口，所述第一信号和所述第二信号输入到所述输入接口，所述控制电路根据所述第一信号和所述第二信号生成用于对所述投光信号的功率进行负反馈控制的控制信号。由此，能够可靠地控制光电传感器的投光功率。

Description

光电传感器

技术领域

本申请实施例涉及光电技术领域，尤其涉及一种光电传感器。

背景技术

目前，光电传感器被广泛的应用于各个领域。一种常见的应用是在光电检测系统中用于检测物体的距离。例如，光电传感器的发光部发射光信号，且受光部接收由检测对象反射的光信号，根据接收的光信号的参数确定检测对象的距离。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本实用新型的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

发明人发现，光电传感器接收的光信号的强弱对检测精度有较大的影响。例如，如果接收的光信号的功率过低，会导致光信号的信噪比减小，检测精度降低；如果接收的光信号的功率过高，会导致光信号饱和，同样影响检测精度。尤其是在采用PSD(PositionSensitive Detector，位置敏感检测器)进行位置检测时，如何将PSD接收到的光信号的功率保持在合适的水平是亟需解决的问题。

为了解决上述问题中的至少一个或其他类似问题，本实用新型实施例提供了一种光电传感器，能够将PSD接收到的光信号的功率保持在合适的水平，进而能够保证光电传感器的检测精度。

根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种光电传感器，所述光电传感器包括：投光电路，其发送投光信号；受光电路，其包括位置敏感检测器，所述位置敏感检测器包括第一受光元件和第二受光元件，所述第一受光元件输出第一信号，所述第二受光元件输出第二信号；以及控制电路，其包括输入接口，所述第一信号和所述第二信号输入到所述输入接口，所述控制电路根据所述第一信号和所述第二信号生成用于对所述投光信号的功率进行负反馈控制的控制信号。

根据本实用新型实施例的第二方面，提供一种如第一方面所述的光电传感器，所述控制电路还包括：第一电路，其根据从所述输入接口输入的所述第一信号和所述第二信号生成受光电压信号；第二电路，其对所述受光电压信号和预设电压信号(Vref2)进行比较，并输出所述控制信号，以对所述投光信号的功率进行控制，其中，所述预设电压信号与所述受光电压信号的差值越小，所述控制信号的电压变化值越小，所述投光信号的功率变化值越小，所述预设电压与所述受光电压信号的差值越大，所述控制信号的电压变化值越大，所述投光信号的功率变化值越大。

根据本实用新型实施例的第三方面，提供一种如第二方面所述的光电传感器，所述预设电压信号小于所述第一信号和/或所述第二信号进入饱和状态时所述受光电压信号。

根据本实用新型实施例的第四方面，提供一种如第二方面所述的光电传感器，所述第二电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端输入所述受光电压信号，所述第一运算放大器的同相输入端输入所述预设电压信号，所述第一运算放大器的输出端输出所述控制信号。

根据本实用新型实施例的第五方面，提供一种如第四方面所述的光电传感器，所述第二电路还包括并联连接的第一电容和第一电阻，其中，所述第一电容的两端的极板分别与所述第一运算放大器的所述反相输入端口和所述输出端口连接。

根据本实用新型实施例的第六方面，提供一种如第四方面所述的光电传感器，所述第一电路对所述第一信号和所述第二信号进行加法计算和信号放大，得到所述受光电压信号。

根据本实用新型实施例的第七方面，提供一种如第六方面所述的光电传感器，所述第一电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端输入所述第一信号的电压信号和所述第二信号的电压信号，所述第二运算放大器的反相输入端经由第三电阻被输入预设电压信号，所述第二运算放大器的输出端输出所述受光电压信号。

根据本实用新型实施例的第八方面，提供一种如第七方面所述的光电传感器，所述第一电路还包括并联连接的第二电容和第二电阻，其中，所述第二电容的两端的极板分别与所述第二运算放大器的所述反相输入端口和所述输出端口连接。

根据本实用新型实施例的第九方面，提供一种如第四方面所述的光电传感器，所述控制电路还包括：第一开关，其设置在所述第一运算放大器和所述投光电路之间，通过所述第一开关的导通或断开控制所述投光电路的形成投光脉冲。

根据本实用新型实施例的第十方面，提供一种如第六方面所述的光电传感器，所述控制电路还包括：第二开关，其设置在所述第一运算放大器和所述第一电路之间，所述第二开关在所述受光电压信号超过规定阈值的情况下导通。

本实用新型实施例的有益效果之一在于：通过将PSD的第一信号和第二信号输入到控制电路的输入接口，能够使控制电路根据该第一信号和第二信号生成用于对投光信号的功率进行负反馈控制的控制信号，由此，能够将PSD接收到的光信号的功率保持在合适的水平，进而能够保证光电传感器的检测精度。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施方式，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施方式在范围上并不因此而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本实用新型的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施方式，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。在附图中：

图1是本实用新型实施例的光电传感器的一个示意图；

图2是本实用新型实施例的光电传感器的另一个示意图；

图3是本实用新型实施例的第一开关、第二开关和受光电压信号的时序的一个示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本实用新型的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本实用新型的特定实施方式，其表明了其中可以采用本实用新型的原理的部分实施方式，应了解的是，本实用新型不限于所描述的实施方式，相反，本实用新型包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

另外，在以下的说明所使用的各图中，由于使各结构要素为能够在图面上识别的程度的大小，因此比例尺根据每个结构要素而不同，本实用新型不仅限于这些图中所记载的结构要素的数量、结构要素的形状、结构要素的大小的比例以及各结构要素的相对的位置关系。

在本实用新型实施例中，术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。

在本实用新型实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。

下面结合附图对本实用新型实施例的光电传感器进行说明。

第一方面的实施例

本实用新型实施例提供了一种光电传感器。

图1是本实用新型实施例的光电传感器的一个示意图。如图1所示，光电传感器100包括：投光电路1、受光电路2和控制电路3。其中，投光电路1发送投光信号。受光电路2包括位置敏感检测器(PSD)20，PSD 20包括第一受光元件21和第二受光元件22，第一受光元件21输出第一信号，第二受光元件22输出第二信号。控制电路3包括输入接口31，第一信号和第二信号输入到输入接口31，控制电路3根据第一信号和第二信号生成用于对投光信号的功率进行负反馈控制的控制信号。

根据上述实施例，通过将PSD的第一信号和第二信号输入到控制电路的输入接口，能够使控制电路根据该第一信号和第二信号生成用于对投光信号的功率进行负反馈控制的控制信号，由此，能够将PSD接收到的光信号的功率保持在合适的水平，进而能够保证光电传感器的检测精度。

在一些实施例中，光电传感器100可以是各种类型的光电传感器，例如，其可以是一维PSD传感器、二维PSD传感器，等等。另外，光电传感器100可以用于各种用途，例如，其可以用于检测物体、测量距离和角度、测量位移和振动、激光对中和准直等等。

在一些实施例中，光电传感器100可以通过PSD的第一受光元件21和第二受光元件22接收由检测对象反射的光信号，该光信号落在PSD的不同位置，第一受光元件21和第二受光元件22输出不同比例的第一信号和第二信号。例如，在一维PSD或二维PSD中，光斑(光信号)落在一维PSD的长度方向的不同位置，或者，光斑落在二维PSD的平面的不同位置，第一受光元件21和第二受光元件22输出的第一信号和第二信号的比例不同。通过对第一信号和第二信号进行相应的处理，光电传感器100能够实现测量、检测等功能。例如，通过三角测距光学系的设计，利用第一信号和第二信号实现测距的功能。

在一些实施例中，控制电路3的输入接口31可以与第一受光元件21的输出端子(未图示)和第二受光元件22的输出端子(未图示)连接，从而接收第一受光元件21和第二受光元件22输出的第一信号和第二信号。由此，控制电路3能够根据第一信号和第二信号控制投光电路1的发射功率，从而将第一信号和第二信号的功率保持在合适的水平，并使第一信号和第二信号这两路信号均不发生饱和。

在一些实施例中，控制电路3的输入接口31可以是各种类型的能够传递电压等电信号的部件。

在一些实施例中，控制电路3可以采用硬件的方式根据第一信号和第二信号对投光信号的功率进行控制。与通过软件方式控制投光信号功率的方式相比，通过硬件方式进行控制，不需要软件运算时间，能够提高功率调整的速度，从而可以在光电传感器的检测期间，进行实时的调整；并且，能够提高受光信号的稳定性；此外，通过硬件方式进行控制，不需要设置内置有数模转换器(DAC)的微控制单元(MCU)等部件，能够降低传感器成本。

在一些实施例中，控制电路3可以通过第一电路32和第二电路33对投光信号的功率进行控制。其中，第一电路32根据从输入接口31输入的第一信号和第二信号生成受光电压信号；第二电路33对受光电压信号和预设电压信号进行比较，并输出控制信号，以对投光信号的功率进行控制。其中，预设电压信号与受光电压信号的差值越小，控制信号的电压变化值越小，投光信号的功率变化值越小；预设电压与受光电压信号的差值越大，控制信号的电压变化值越大，投光信号的功率变化值越大。

由此，通过控制电路3对投光电路1的投光信号的功率进行负反馈控制，能够将受光电压信号稳定在预设电压信号的水平，从而，能够避免第一信号和第二信号发生饱和。

在一些实施例中，可以根据第一信号和第二信号以各种方式生成受光电压信号。例如，受光电压信号可以是第一信号和第二信号的电压之和；或者，受光电压信号也可以是第一信号的电压或第二信号的电压中较大的一者，等等。

在一些实施例中，预设电压信号可以是小于第一信号和/或第二信号进入饱和状态时的受光电压信号。由此，能够避免第一信号和第二信号发生饱和。例如，在受光电压信号为第一信号和第二信号的电压之和时，预设电压信号可以为第一信号和/或第二信号进入饱和状态时的第一信号和第二信号的电压之和的80％。但是，本申请不限于此，预设电压信号也可以为其他值。

在一些实施例中，预设电压信号可以在光电传感器出厂前进行设置，或者也可以在光电传感器使用过程中进行调试。

在一些实施例中，控制电路3可以根据对受光电压信号和预设电压信号进行比较的结果生成并输出控制信号，即，控制信号能够反映受光电压信号和预设电压信号的大小关系，从而，投光电路1能够根据该控制信号调整投光信号的功率。

例如，在受光电压信号与预设电压信号相同时，控制信号使投光电路1以预设功率进行投光。在受光电压信号比预设电压信号大时，控制信号使投光电路1以比预设功率低的投光功率进行投光，并且，受光电压信号比预设电压信号大的越多，投光电路1的投光功率比预设功率低的越多。在受光电压信号比预设电压信号小时，控制信号使投光电路1以比预设功率高的投光功率进行投光，并且，受光电压信号比预设电压信号小的越多，投光电路1的投光功率比预设功率高的越多。

图2是本实用新型实施例的光电传感器100的一个示意图。图2示例性的示出了光电传感器100的硬件结构。

在一些实施例中，如图2所示，在投光电路1中，投光电路1可以包括，发光二极管D1、三极管TR1，其中，第二电路33输出的控制信号施加在三极管TR1的基极，控制三极管TR1的工作状态(例如，三极管TR1是否导通，以及导通电流的大小等)，从而调整发光二极管D1的投光功率。此外，三极管TR1发射极串联有电阻R12。

在一些实施例中，如图2所示，在受光电路2中，第一受光元件可以是光电二极管PSD 2/2，其输出F信号(第一信号)，第二受光元件可以是光电二极管PSD 1/2，其输出N信号(第二信号)。

在一些实施例中，如图2所示，第二电路33包括第一运算放大器A1，第一运算放大器A1的反相输入端输入受光电压信号，第一运算放大器A1的同相输入端输入预设电压信号Vref2，第一运算放大器A1的输出端输出控制信号。由此，能够通过第一运算放大器A1生成反应受光电压信号和预设电压信号Vref2的大小关系的控制信号，电路结构简单。

在一些实施中，如图2所示，第二电路33还可以包括并联连接的第一电容C4和第一电阻R11，其中，第一电容C4的两端的极板分别与第一运算放大器A1的反相输入端口和输出端口连接。通过设置第一电容C4和第一电阻R11，能够调整不同频率的信号的放大倍数，例如，使光电传感器100的工作频率的信号的放大倍数最大。由此，能够提高控制信号的可靠性。

在一些实施例中，第一电路32可以对第一信号和第二信号进行加法计算和信号放大，从而得到受光电压信号。例如，如图2所示，第一电路32包括第二运算放大器A2，第二运算放大器A2的同相输入端输入第一信号的电压信号和第二信号的电压信号，第二运算放大器A2的反相输入端经由电阻R9被输入预设电压信号Vref1。第二运算放大器A2的输出端输出受光电压信号。由此，能够通过第二运算放大器A2生成受光电压信号，电路结构简单。其中，该预设电压信号Vref1可以为地电压。但是，本申请不限于此，该预设电压信号Vref1也可以为其他值。

在一些实施例中，如图2所示，第一电路32还包括并联连接的第二电容C3和第二电阻R10，其中，第二电容C3的两端的极板分别与第二运算放大器A2的反相输入端口和输出端口连接。通过设置第二电容C3和第二电阻R10，能够调整不同频率的信号的放大倍数，由此，能够提高受光电压信号的可靠性。

在一些实施例中，在受光电压信号(例如，N信号和F信号的电压之和)较大的情况下(例如，检测对象距离投光电路1较近，导致反射光较强)，通过第二电路33的反馈控制，第二电路33输出的控制信号变小，从而投光电路1的发光二极管D1的发光强度变小，使得反射光减弱，从而受光电压信号减小；反之亦然。由此，能够将受光电压信号维持在合理范围内。

在一些实施例中，如图2所示，控制电路3还可以包括第一开关SW1。第一开关SW1设置在第一运算放大器A1和投光电路1之间，通过第一开关控制信号gate1控制第一开关SW1的导通或断开，从而控制投光电路1形成投光脉冲。

在一些实施例中，如图2所示，控制电路3还可以包括第二开关SW2。第二开关SW2设置在第一运算放大器A1的反相输入端口和第一电路32之间，第二开关控制信号gate2控制第二开关SW2的导通或断开。例如，第二开关SW2在受光电压信号超过规定阈值的情况下导通。例如，在受光电压信号稳定在最高点后，第二开关控制信号gate2使第二开关SW2导通。

图3是本实用新型实施例的第一开关SW1、第二开关SW2和受光电压信号N+F的时序的一个示意图。如图3所示，在SW1闭合后，投光电路1发射投光脉冲，第一电路32根据受光电路2输出的第一光信号和第二光信号生成受光电压信号N+F。受光电压信号N+F在起始阶段呈逐渐上升的趋势，经过一定时间后，受光电压信号N+F达到最高点。在受光电压信号N+F达到最高点后，第二开关控制信号gate2使第二开关SW2导通。

由于起始阶段的受光电压信号N+F不稳定，如果根据此时的受光电压信号N+F控制投光电路1的投光功率，将导致投光电路1的投光功率产生较大的波动。通过使第二开关SW2在受光电压信号N+F达到最高点后导通，能够稳定、可靠地控制投光电路1的发射功率。

此外，如图2所示，光电传感器100还可以包括电容C5，通过电容C5构成采样保持电路。由此，在SW1导通、SW2断开的这段时间内，可以根据电容C5的电压控制投光电路1的投光功率。由于电容C5的电压为上一次投光后的受光电压信号，因此，根据电容C5的电压也可以稳定、可靠地控制投光电路1的投光功率。

在一些实施中，如图2所示，光电传感器100还可以包括第一放大回路4和第一模数转换器(ADC)采样电路5、第二放大回路6和第二ADC采样电路7。其中，通过第一放大回路4对F信号进行放大，第一ADC采样电路5对放大后的F信号进行采样；通过第二放大回路6对N号进行放大，第二ADC采样电路7对放大后的N信号进行采样，从而根据处理后的F信号和N信号输出检测结果。其中，第一放大回路4可以包括电阻R1、R3、R5、R7、电容C1以及功率放大器，第二放大回路6还包括电阻R2、R4、R4、R6、电容C2以及功率放大器。第一放大回路4和第一ADC采样电路5、第二放大回路6和第二ADC采样电路7以及根据F信号和N信号输出检测结果可以参考相关技术。

值得注意的是，图1和图2仅示意性地对本申请实施例进行了说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个部件之间的连接关系，此外还可以增加其他的一些部件或者减少其中的某些部件。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于图1和图2的记载。

根据上述实施例，通过将PSD的第一信号和第二信号输入到控制电路的输入接口，能够使控制电路根据该第一信号和第二信号生成用于对投光信号的功率进行负反馈控制的控制信号，由此，能够将PSD接收到的光信号的功率保持在合适的水平，进而能够保证光电传感器的检测精度。

以上结合具体的实施方式对本实用新型进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本实用新型的精神和原理对本实用新型做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本实用新型的范围内。

Claims (10)

1.一种光电传感器，其特征在于，所述光电传感器包括：

投光电路，其发送投光信号；

受光电路，其包括位置敏感检测器，所述位置敏感检测器包括第一受光元件和第二受光元件，所述第一受光元件输出第一信号，所述第二受光元件输出第二信号；以及

控制电路，其包括输入接口，所述第一信号和所述第二信号输入到所述输入接口，所述控制电路根据所述第一信号和所述第二信号生成用于对所述投光信号的功率进行负反馈控制的控制信号。

2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述控制电路还包括：

第一电路，其根据从所述输入接口输入的所述第一信号和所述第二信号生成受光电压信号；

第二电路，其对所述受光电压信号和预设电压信号进行比较，并输出所述控制信号，以对所述投光信号的功率进行控制，其中，所述预设电压信号与所述受光电压信号的差值越小，所述控制信号的电压变化值越小，所述投光信号的功率变化值越小，所述预设电压与所述受光电压信号的差值越大，所述控制信号的电压变化值越大，所述投光信号的功率变化值越大。

3.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，

所述预设电压信号小于所述第一信号和/或所述第二信号进入饱和状态时所述受光电压信号。

4.根据权利要求2所述的光电传感器，其特征在于，

所述第二电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端输入所述受光电压信号，所述第一运算放大器的同相输入端输入所述预设电压信号，所述第一运算放大器的输出端输出所述控制信号。

5.根据权利要求4所述的光电传感器，其特征在于，

所述第二电路还包括并联连接的第一电容和第一电阻，其中，所述第一电容的两端的极板分别与所述第一运算放大器的所述反相输入端和所述输出端连接。

6.根据权利要求4所述的光电传感器，其特征在于，

所述第一电路对所述第一信号和所述第二信号进行加法计算和信号放大，得到所述受光电压信号。

7.根据权利要求6所述的光电传感器，其特征在于，

所述第一电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端输入所述第一信号的电压信号和所述第二信号的电压信号，所述第二运算放大器的反相输入端经由第三电阻被输入预设电压信号，所述第二运算放大器的输出端输出所述受光电压信号。

8.根据权利要求7所述的光电传感器，其特征在于，

所述第一电路还包括并联连接的第二电容和第二电阻，其中，所述第二电容的两端的极板分别与所述第二运算放大器的所述反相输入端和所述输出端连接。

9.根据权利要求4所述的光电传感器，其特征在于，所述控制电路还包括：

第一开关，其设置在所述第一运算放大器和所述投光电路之间，通过所述第一开关的导通或断开控制所述投光电路的形成投光脉冲。

10.根据权利要求6所述的光电传感器，其特征在于，所述控制电路还包括：

第二开关，其设置在所述第一运算放大器和所述第一电路之间，所述第二开关在所述受光电压信号超过规定阈值的情况下导通。

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