CN218239818U - 一种漫反射光学传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种漫反射光学传感器，涉及光学传感器技术领域，包括外壳，外壳内并排设置有发射腔体和接收腔体；发射腔体内设置有光发射单元，用于发射检测光束到检测对象上；接收腔体内设置有光接收单元，用于接收检测对象反射检测光束得到的反射光；光发射单元包括光源、发射透镜和第一移动支架，发射透镜安装在第一移动支架上，第一移动支架用于在竖直方向上调节接收透镜的位置。竖直方向垂直于发射透镜的光轴，并且由发射腔体指向接收腔体。本实用新型提供的漫反射光学传感器能够适用于不同应用场景，不仅能够检测透明的待测物体，还能保持较大的监控区域。

Description

一种漫反射光学传感器

技术领域

本实用新型涉及光学传感器技术领域，尤其涉及一种漫反射光学传感器。

背景技术

漫反射光学传感器，是一种发射器和接收器置于一体的光学传感器，常态下接收器无法接收到发射器发出的光信号，当待测物体进入监控区域，发射器发射的检测光束垂直照射在待测物体表面，形成漫反射效应，部分光线反射回传感器，检测器接收到光信号，输出电信号。

但漫反射光学传感器依赖于漫反射光线的强度，当待测物体为透明物体时，垂直照射在待测物体表面的光线基本会透射过待测物体，而无法反射。此时漫反射光学传感器无法检测到待测物体。

实用新型内容

为解决背景技术中的问题，本实用新型提供了一种漫反射光学传感器，包括外壳，外壳内并排设置有发射腔体和接收腔体；发射腔体内设置有光发射单元，用于发射检测光束到检测对象上；接收腔体内设置有光接收单元，用于接收检测对象反射检测光束得到的反射光。

光发射单元包括光源、发射透镜和第一移动支架，发射透镜安装在第一移动支架上，第一移动支架用于在竖直方向上调节发射透镜的位置，用于在竖直方向上使发射透镜与光源产生位置差，调节检测光束与发射透镜的光轴的夹角大小；竖直方向垂直于发射透镜的光轴，并且由发射腔体指向接收腔体。

本实用新型能够通过第一移动支架在竖直方向上调节发射透镜的位置，调节检测光束与发射透镜的光轴的夹角大小。当待测物体为透明物体时，本申请提供的漫反射光学传感器能够通过调节检测光束与发射透镜的光轴的夹角，使检测光束倾斜照射在待测物体上，防止检测光束完全透射过检测对象，从而检测到透明的待测物体。当检测对象不透明时，本申请提供的漫反射光学传感器能够通过调节检测光束与发射透镜的光轴的夹角大小，使检测光束垂直照射在待测物体上，从而提高漫反射光的光强，扩大监控区域。

本申请提供的漫反射光学传感器能够适用于不同应用场景，不仅能够检测透明的待测物体，还能保持较大的监控区域。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中漫反射光学传感器的检测光路图；

图2为本实用新型实施例1中检测对象为透明物体时的光路图；

图3为本实用新型实施例1中检测透明物体时的实际检测光路图；

图4为本实用新型实施例1中当检测对象过近时的检测光路图；

图5为本实用新型实施例2中漫反射光学传感器的结构示意图；

图6为本实用新型实施例3中检测对象距离改变的检测光路图；

图7为本实用新型实施例4中接收透镜倾斜布置的结构示意图。

其中，1：外壳；4：检测对象；5：检测窗口；6：滤光片；7：柔性遮光袋；8：双向驱动机构；11：发射腔体；12：接收腔体；13：遮光板；21：光源；22：发射透镜；23：第一移动支架；24：第一驱动机构；31：探测器；32：接收透镜；33：第二移动支架；34：第三移动支架；a：检测光束；b：反射光。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

实施例1

在本实施例中，提供了一种漫反射光学传感器，如图1所示，为漫反射光学传感器的检测光路图，包括外壳1，外壳1内并排设置有发射腔体11和接收腔体12；发射腔体11内设置有光发射单元，用于发射检测光束a到检测对象4上；接收腔体12内设置有光接收单元，用于接收检测对象4反射检测光束a得到的反射光b。

其中，外壳1可以是遮光材料制成，防止杂散光对光发射单元和光接收单元的影响。

光发射单元包括光源21、发射透镜22和第一移动支架23，发射透镜22安装在第一移动支架23上，第一移动支架23用于在竖直方向上调节发射透镜22的位置。竖直方向垂直于发射透镜22的光轴，并且由发射腔体11指向接收腔体12。其中第一移动支架23与外壳1连接，能够在竖直方向上移动，从而使发射透镜22与光源21产生位置差，调节检测光束a与发射透镜22的光轴的夹角大小。光接收单元包括：探测器31、接收透镜32，接收透镜32用于将检测对象4反射检测光束a得到的反射光b聚焦到探测器31的检测区域。

本实施例中光源21是散射光源，发射透镜22用于对光源21发射的散射光聚焦为检测光束a，如图1所示，当检测对象4在检测光束a的焦点上时，检测精度最高。本实施例中发射腔体11和接收腔体12通过遮光板13隔开，防止光源21发射的散射光对光接收单元产生影响。

如图2所示，为检测对象4为透明物体时的检测光路图。此时光源21中心设置在发射透镜22的光轴线上，检测光束a垂直照射在检测对象4的表面。当检测对象4为透明物体时，检测光束a大部分透射穿过检测对象4，少部分被镜面反射，并且反射角过小，光接收单元无法接收到反射光b，需要调整检测光束a与发射透镜22的光轴的夹角大小。其中，透明物体一般表面较为光滑，产生的镜面反射会强于漫反射，因此主要考虑透明物体表面的镜面反射。

发射腔体11内设置有第一移动轨道，第一移动支架23安装在第一移动轨道内，沿第一移动轨道移动，第一移动支架23与外壳1通过第一驱动机构24连接。第一驱动机构24为直线型运动机构，优选地可以是丝杆螺母机构、气缸或电缸机构、直线滑轨机构、齿轮齿条机构。

本实施例中，第一驱动机构24为调节螺栓，调节螺栓通过螺纹与第一移动支架23连接，第一移动支架23安装在第一移动轨道内，沿第一移动轨道移动。第一移动轨道的方向与调节螺栓的轴线平行，均平行于竖直方向。

如图3所示，为检测透明物体时的实际检测光路图，本实施例通过旋转调节螺栓能够移动发射透镜22的位置，在竖直方向上使发射透镜22的光轴与光源21产生位置差，此时检测光束a不再沿着发射透镜22的光轴传播，而是与光轴存在一定角度出射，从而调整检测光束a与发射透镜22的光轴的夹角大小。以一束光为例，发射透镜22向接收腔体12移动后，检测光束a与发射透镜22的光轴的夹角θ，检测光束a照射到检测对象4的入射角α，一般漫反射光学传感器与检测对象4平行布置，因此夹角θ和入射角α相等。

如图3所示，检测光束a倾斜照射在透明的检测对象4后，部分被镜面反射回漫反射光学传感器，光接收单元检测到这部分光后，发出电信号。

随着在竖直方向上发射透镜22和光源21的位置差变大，检测光束a与发射透镜22的光轴的夹角变大，而检测光束a能够传播的距离是有限的，因此监控区域会相应减小。

本实施例中，第一驱动机构24能够在竖直方向上使发射透镜22和光源21的相对位置连续可调，因此检测光束a与发射透镜22的光轴的夹角也是连续变换的，从而使本实施例提供的漫反射光学传感器可以适用于不同的应用场景，不仅能够检测透明的待测物体，还能保持较大的监控区域。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，如图4所示，为实施例1中当检测对象过近时的检测光路图，反射光b会被遮光板13遮挡，光路阻断后接收透镜32无法将反射光b聚焦探测器31上，因此距离漫反射光学传感器较近的位置会有监控盲区。本实施例提供了一种漫反射光学传感器，如图5所示，为本实施例漫反射光学传感器的结构示意图，漫反射光学传感器中外壳1内的发射腔体11和接收腔体12相互连通，检测光束a从外壳1的出射面射出，出射面上设置有一检测窗口5，检测窗口5平行于竖直方向，且横跨发射腔体11和接收腔体12，检测窗口5上安装有滤光片6。还包括柔性遮光袋7，柔性遮光袋7套设在光发射单元上，使检测光束a从检测窗口5发射到监控区域中。

其中，如图5所示，检测窗口5设置在发射腔体11的出光面，并且也在接收腔体12的入光面，从而横跨发射腔体11和接收腔体12，能够尽可能扩大发射腔体11的出光角度，以及反射光b进入接收腔体12的角度。滤光片6的透射波长与检测光束a的波长相同。柔性遮光袋7套设在光发射单元上，即如图5所示，柔性遮光袋7为柔性遮光材料制成，第一移动支架23的边缘与柔性遮光袋7粘接，光源21设置在其中。检测光束a能够发射出漫反射光学传感器，并且防止光源21发射的光学从外壳1内部照射到光接收单元。

设置柔性遮光袋7后，无需在发射腔体11和接收腔体12之间再设置挡光板，检测窗口5横跨发射腔体11和接收腔体12。当检测对象4与漫反射光学传感器的距离较近时，反射光b能够如图5所示，从检测窗口5上安装的滤光片6直接进入接收腔体12内，不会被挡光板阻断。

本实施例中，通过柔性遮光袋7隔离光源21，无需遮光板13，能够使光接收单元的受光角度更广，防止因为反射光b被遮挡而产生检测盲区。

实施例3

本实施例是对实施例2的进一步改进，提供了一种漫反射光学传感器，如图6所示，为检测对象4距离改变的检测光路图，图6中省略柔性遮光袋7。本实施例中光接收单元还包括：第二移动支架33、第三移动支架34和双向驱动机构8。光源21为线光源21，发射透镜22将光源21发射的光束准直后得到检测光束a。

其中，探测器31可以选自光电二极管、PSD、CCD、CMOS等各类光电传感元件。优选地，探测器31为具有分区的光电二极管，当接收透镜32将反射光b聚焦在探测器31检测区域中点时检测精度最高。当检测对象4过近时，接收透镜32聚焦的光斑会在探测器31检测区域上产生偏移，检测精度降低。

接收透镜32安装在第二移动支架33上，接收腔体12内设置有第二移动轨道，第二移动支架33安装在第二移动轨道内，沿第二移动轨道移动，第二移动支架33带动接收透镜32在竖直方向上移动，从而调节接收透镜32对反射光b的聚焦角度。其中，聚焦角度为接收透镜32聚焦的反射光b的反射角β，当检测对象4靠近漫反射光学传感器时，反射角β变大，探测器31上的光斑在竖直方向远离发射腔体11的方向偏移，造成检测精度降低的问题。此时需要将接收透镜32在竖直方向上向发射腔体11移动，减小反射角度β，从而使光斑位置移动回探测器31检测区域的中点。

探测器31安装在第三移动支架34上，接收腔体12内设置有第三移动轨道，第三移动轨道与第二移动轨道平行，第三移动支架34安装在第三移动轨道内，沿第三移动轨道移动；第三移动支架34带动探测器31在竖直方向上移动，从而调节反射光b照射到探测器31上形成的光斑的位置。如图6所示，当光斑向远离发射腔体11的方向移动，此时需要使探测器31在竖直方向远离发射腔体11，使光斑回到探测器31的中间位置，从而提高检测精度。

双向驱动机构8同时与第二移动支架33和第三移动支架34连接，用于驱动第二移动支架33和第三移动支架34相向移动。如图6所示，双向驱动机构8包括一杠杆和一个与第一移动支架23相同的调节螺栓。第二移动支架33和第三移动支架34同时铰接在杠杆的两端，杠杆中部铰接在外壳1的外壳1上。调节螺栓安装在第二移动支架33上，调节螺栓通过螺纹与第二移动支架33连接，调节螺栓的轴线与第二移动轨道的方向平行。

在本实施例中，当通过调节螺栓使第二移动支架33向发射腔体11靠近时，第三移动支架34在杠杆的作用下会远离发射腔体11。相较于单独移动接收透镜32或探测器31，本实施例通过双向驱动机构8同时移动接收透镜32和探测器31，能够移动更小的距离就使光斑回到探测器31检测区域的中点。在接收透镜32的移动范围相同的情况下，本实施例能够减少漫反射光学传感器的盲区，保证检测精度。

实施例4

本实施例提供了一种漫反射光学传感器，为了增强探测器31检测区域上的光斑所携带的能量，在接收透镜32上镀有增透膜。增透膜的中心波长与光源21波长一致。

如图7所示，为接收透镜倾斜布置的结构示意图，本实施例中接收透镜32采用倾斜的布置方法，接收透镜32的光轴与发射透镜22的光轴具有一夹角ω，倾斜的布置方法能够使接收透镜32朝向检测光束a在检测对象4上的反射点，能够更好地将反射点向各个方向漫反射的反射光b聚焦于探测器31的检测区域上。其中探测器31的布置方向与接收透镜32的方向相同。图7中省略了柔性遮光袋7、第一移动支架23、第一驱动机构24。其中第一移动支架23能够沿竖直方向移动。

本实施例中，接收透镜32倾斜布置，使接收透镜32朝向检测光束a在检测对象4上的反射点，能够更好的聚焦检测对象4漫反射产生的反射光b，从而提高探测器31上光斑携带的能量，提高检测精度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种漫反射光学传感器，其特征在于，包括外壳（1），所述外壳（1）内并排设置有发射腔体（11）和接收腔体（12）；所述发射腔体（11）内设置有光发射单元，用于发射检测光束（a）到检测对象（4）上；所述接收腔体（12）内设置有光接收单元，用于接收所述检测对象（4）反射所述检测光束（a）得到的反射光（b）；

所述光发射单元包括光源（21）、发射透镜（22）和第一移动支架（23），所述发射透镜（22）安装在所述第一移动支架（23）上，所述第一移动支架（23）用于在竖直方向上调节所述发射透镜（22）的位置；所述竖直方向垂直于所述发射透镜（22）的光轴，并且由所述发射腔体（11）指向所述接收腔体（12）。

2.根据权利要求1所述的漫反射光学传感器，其特征在于，所述发射腔体（11）内设置有第一移动轨道，所述第一移动支架（23）安装在所述第一移动轨道内，沿所述第一移动轨道移动，所述第一移动支架（23）与所述外壳（1）通过第一驱动机构（24）连接。

3.根据权利要求2所述的漫反射光学传感器，其特征在于，所述第一驱动机构（24）为直线型运动机构。

4.根据权利要求1所述的漫反射光学传感器，其特征在于，所述检测光束（a）从所述外壳（1）的出射面射出，所述出射面上设置有一检测窗口（5），所述检测窗口（5）平行于所述竖直方向，且横跨所述发射腔体（11）和所述接收腔体（12），所述检测窗口（5）上安装有滤光片（6）。

5.根据权利要求4所述的漫反射光学传感器，其特征在于，还包括柔性遮光袋（7），所述柔性遮光袋（7）套设在所述光发射单元上。

6.根据权利要求5所述的漫反射光学传感器，其特征在于，所述外壳（1）内的所述发射腔体（11）和所述接收腔体（12）相互连通。

7.根据权利要求1所述的漫反射光学传感器，其特征在于，所述光接收单元包括：接收透镜（32）和第二移动支架（33）；

所述接收透镜（32）安装在所述第二移动支架（33）上，所述接收腔体（12）内设置有第二移动轨道，所述第二移动支架（33）安装在所述第二移动轨道内，沿所述第二移动轨道移动，所述第二移动支架（33）带动所述接收透镜（32）在所述竖直方向上移动。

8.根据权利要求7所述的漫反射光学传感器，其特征在于，还包括探测器（31）和第三移动支架（34）；

所述探测器（31）安装在所述第三移动支架（34）上，所述接收腔体（12）内设置有第三移动轨道，所述第三移动轨道与所述第二移动轨道平行，所述第三移动支架（34）安装在所述第三移动轨道内，沿所述第三移动轨道移动；所述第三移动支架（34）带动所述探测器（31）在所述竖直方向上移动。

9.根据权利要求8所述的漫反射光学传感器，其特征在于，还包括双向驱动机构（8）；

所述双向驱动机构（8）同时与所述第二移动支架（33）和所述第三移动支架（34）连接，用于驱动所述第二移动支架（33）和所述第三移动支架（34）相向移动。

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