CN220322561U - 颜色传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了颜色传感器，涉及光学传感器技术领域，包括沿投光光轴方向依次排列的光源、透镜、发射光纤和离轴抛物面反射镜，以及沿受光光轴方向依次排列的接收光纤和接收探测器。透镜将光源发射的光线耦合进入发射光纤。光线经过发射光纤传输并发射至离轴抛物面反射镜。离轴抛物面反射镜对经过发射光纤传输的光线进行聚焦，并发射至待测物体表面。接收光纤接收待测物体表面漫反射的光线，并传输至接收探测器，在接收探测器的检测面上形成光斑。最后接收探测器检测光斑的RGB三色光强，得到待测物体表面的颜色信息。本申请通过使用单个离轴抛物面反射镜替代双胶合消色差透镜，能够取得较好的聚焦效果，并且简化了颜色传感器的结构。

Description

颜色传感器

技术领域

本实用新型涉及光学传感器技术领域，尤其涉及颜色传感器。

背景技术

随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展，生产过程中长期以来由人眼起主要作用的颜色识别工作将越来越多地被相应的颜色传感器所替代，当前颜色传感器已被大量用于工业机器及打印机中，以实现高速自动化的制造校正和检查。

颜色传感器的光源一般使用RGB三色光源或者白光LED，由于此类光源发出的光线为混合光，其中包含的各色光线的波长存在差异，因此难以通过普通透镜获得较好的聚焦效果。为了获得较好的聚焦效果，在颜色传感的检测头中安装两个双胶合消色差透镜分别对发射光和漫反射返回的光进行消色差聚焦。现有的颜色传感器结构较为复杂，生产时的安装难度较高。

实用新型内容

为了解决背景技术中的技术问题，本实用新型提供了一种颜色传感器，包括沿投光光轴方向依次排列的光源、透镜、发射光纤和离轴抛物面反射镜，以及沿受光光轴方向依次排列的接收光纤和接收探测器。

光源，用于发射光线。

透镜，用于将光源发射的光线耦合进入发射光纤。

发射光纤，用于传输经过耦合的光线，并发射至离轴抛物面反射镜。

离轴抛物面反射镜，用于对经过发射光纤传输的光线进行聚焦，并发射至待测物体表面。

接收光纤，用于接收待测物体表面漫反射的光线，并传输至接收探测器，在接收探测器的检测面上形成光斑。

接收探测器，用于检测光斑的RGB三色光强。

进一步地，还包括安装光源、透镜和接收探测器的传感器壳体。

传感器壳体中设置有一个隔板，隔板将传感器壳体的内腔分隔为两个空腔，光源和透镜设置在第一空腔中，接收探测器设置在第二空腔内中。

进一步地，还包括安装离轴抛物面反射镜的检测头壳体；检测头壳体上开设有出光口和收光口，出光口用于发射离轴抛物面反射镜聚焦后的光线；接收光纤的接收端安装在收光口处，接收光纤的发射端安装在传感器壳体中并且与接收探测器对接。

进一步地，检测头壳体上开设有一个进出光口，设置在离轴抛物面反射镜和待测物体之间；发射光纤的发射端与接收光纤的接收端同轴装配，同轴装配后的光纤端面与离轴抛物面反射镜对接。

进一步地，发射光纤为单芯光纤；接收光纤为光纤合束器，接收光纤的接收端为光纤合束器的多芯光纤束端。

进一步地，还包括光纤环形器，光纤环形器包括三个端口，分别为第一端口、第二端口和第三端口；发射光纤的发射端与第一端口连接，接收光纤的接收端与第三端口连接；第二端口连接有一光纤合束器，光纤合束器的多芯光纤束端与离轴抛物面反射镜对接。

进一步地，第一空腔中还设置有参考探测器，用于检测光源发射的光线的RGB三色光强。

进一步地，检测探测器选自光电二极管、位置探测器、电荷耦合元件或互补金属氧化物半导体中的任意一种。

更进一步地，透镜选自球面镜、非球面镜、抛物面镜或全内反射透镜中的任意一种。

本实用新型通过离轴抛物面反射镜替代现有技术中的双胶合消色差透镜，通过反射对光源发出的检测光线进行聚焦，不仅能够取得较好的聚焦效果，并且能够简化颜色传感器的结构，降低安装难度。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中颜色传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2中颜色传感器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3中颜色传感器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例4中颜色传感器的结构示意图。

其中，1：光源；2：透镜；3：发射光纤；4：离轴抛物面反射镜；5：接收光纤；6：接收探测器；7：待测物体；8：传感器壳体；9：检测头壳体；10：光纤环形器；11：光纤合束器；12：参考探测器；31：发射光纤的接收端；32：发射光纤的发射端；51：接收光纤的接收端；52：接收光纤的发射端；81：隔板；91：出光口；92：收光口；93：进出光口；101：第一端口；102：第二端口；103：第三端口。

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

如图1所示，为本实施例提供的颜色传感器的结构示意图。本实施例提供的颜色传感器，包括沿投光光轴方向依次排列的光源1、透镜2、发射光纤3和离轴抛物面反射镜4，以及沿受光光轴方向依次排列的接收光纤5和接收探测器6。

其中，光源1为白光二极管，透镜2为球面镜。接收探测器6为光电二极管（PD），用于检测光斑的RGB三色光强，RGB三色为三基色，分别代表红（Red）、绿（Green）和蓝（Blue）。本实施例提供的颜色传感器可以连接信号处理装置，将接收探测器6检测的RGB三色光强信号转换为颜色信号进行输出。

本实施例提供的颜色传感器还包括安装光源1、透镜2和接收探测器6的传感器壳体8，以及安装离轴抛物面反射镜4的检测头壳体9。传感器壳体8中设置有一个隔板81，隔板81将传感器壳体8的内腔分隔为两个空腔，光源1和透镜2设置在第一空腔中，接收探测器6设置在第二空腔内中。

其中，颜色传感器通过发射光纤3和接收光纤5将传感器的壳体和检测头壳体9连接，减少检测头的体积，因此能够增加颜色传感器的应用场景。隔板81将传感器壳体8的内腔分隔开，能够减少接收探测器6受到杂光的影响，提高检测精度。

第一空腔中还设置有参考探测器12，用于检测光源1发射的光线的RGB三色光强。

其中，参考探测器12设置在第一空腔中，能够实时监测光源1发射的光线，通过控制装置对光源1进行控制，保持光源1发射的光线的光强稳定，从而使检测结果更加准确。

检测头壳体9上开设有出光口91和收光口92，出光口91用于发射离轴抛物面反射镜4聚焦后的光线；接收光纤的接收端51安装在收光口92处，接收光纤的发射端52安装在传感器壳体8中并且与接收探测器6对接。

其中，相较于其它用于聚焦的透镜，离轴抛物面反射镜4可以确保不同波长的光线聚焦于同一焦平面，从而消除检测色差。优选地，出光口91和收光口92设置在检测头壳体9的同一侧面，可以设置滤光片过滤杂光，以提高检测结果的准确度。

在本实施例中，白光二极管发射出光线后经过透镜2照射到发射光纤的接收端31，然后进入发射光纤3中进行传输，发射光纤3为玻璃材质的光纤制成的单芯光纤。光线从发射光纤的发射端32入射到离轴抛物面反射镜4上，光线经过离轴抛物面反射镜4的聚焦并投射至待测物体7的表面。光线在待测物体7表面产生漫反射，反射回的光线被接收光纤5接收并传递至接收探测器6。

其中，接收光纤5为聚合物材质的8×1光纤合束器，接收光纤的接收端51为光纤合束器的多芯光纤束端。光纤合束器的多芯光纤束端为光纤合束器较粗的一端，在本实施例中光纤合束器的多芯光纤束端为8芯光纤束；光纤合束器的另一端为单芯光纤端；8×1光纤合束器即为将8芯光纤合束为单芯光纤的光纤合束器。

在本实施例中，接收光纤的接收端51具有较大的光接收面积，以及较高的收光效率，可以增大颜色传感器的工作距离。同时接收光纤的发射端52由单芯光纤组成，发射面积远小于光接收面积，经接收光纤的发射端52照射在接收探测器6上的光斑面积小，采用小面积的探测器即可满足颜色传感器的工作要求，因此能够降低设备成本。

实施例2

如图2所示，为本实施例提供的颜色传感器的结构示意图。在本实施例中，检测头壳体9上开设有一个进出光口93，用于同时发射和接收光线；发射光纤的发射端32与接收光纤的接收端51同轴装配，同轴装配后的光纤端面与离轴抛物面反射镜4对接。

其中，发射光纤3为单芯光纤，接收光纤5为8芯光纤，同轴装配后的光纤端面安装在检测头壳体9中，与离轴抛物面反射镜4对接。离轴抛物面反射镜4不仅对发射光纤3发射的光线进行聚焦，还同时对漫反射返回的光进行聚焦并使其耦合进入接收光纤5。本实施例将发射光纤的发射端32与接收光纤的接收端51进行同轴装配，能够使受光光轴垂直于待检测物体的表面，从而提高的接收光纤5的收光效率，增大颜色传感器的工作距离。

实施例3

如图3所示，为本实施例提供的颜色传感器的结构示意图。本实施例是实施例2的进一步改进，在本实施例中发射光纤3为单芯光纤，接收光纤5为8×1光纤合束器，接收光纤的接收端51为光纤合束器的多芯光纤束端。发射光纤的发射端32与接收光纤的接收端51同轴装配，实现颜色传感器的收发同轴。

相较于实施例2中采用8芯光纤作为接收光纤5，本实施方式中接收光纤的发射端52截面更小，在接收探测器6上形成的光斑也更小，采用小面积的探测器即可满足颜色传感器的工作要求，能够减少设备成本。

实施例4

如图4所示，为本实施例提供的颜色传感器的结构示意图。在本实施例中，检测头壳体9上开设有一个进出光口93，用于通过离轴抛物面反射镜4向待测物体7的表面发射和接收光线；还包括光纤环形器10，光纤环形器10包括三个端口，分别为第一端口101、第二端口102和第三端口103；发射光纤的发射端32与第一端口101连接，接收光纤的接收端51与第三端口103连接；第二端口102连接有一光纤合束器11，光纤合束器11的多芯光纤束端端与离轴抛物面反射镜4对接。

其中，接收光纤5和发射光纤3均为单芯光纤，光纤环形器10为三端口光纤环形器，第二端口102与光纤合束器11的单芯光纤束端连接。在光纤环形器10中光线只能按照第一端口101-第二端口102-第三端口103的方向顺时针单向传播，从而能够实现光纤合束器11中光线的双向传输，使受光光轴能够垂直于待检测物体的表面，从而提高的光纤合束器11的收光效率，增大颜色传感器的工作距离。

在本实施例中，光源1发出的光线经透镜2耦合至发射光纤3，再由发射光纤的发射端32通过第一端口101进入光纤环形器10。光线在光纤环形器10中顺时针传递，由第一端口101传输至第二端口102。光线在第二端口102进入光纤合束器11，并由光纤合束器11的多芯光纤束端发射至离轴抛物面反射镜4上。离轴抛物面反射镜4对光线聚焦后照射至待测物体7表面，经待测物体7表面漫反射返回的光线重新照射至离轴抛物面反射镜4上。反射的光线被离轴抛物面反射镜4耦合至光纤合束器11的多芯光纤束端，随后经光纤合束器11的单芯光纤束端传输至第二端口102并进入光纤环形器10中。光线在光纤环形器10中顺时针传播至第三端口103，然后进入到与第三端口103连接的接收光纤5中，由接收光纤的发射端52传递至接收探测器6上，从而实现对待测物体7表面颜色的辨别。

以上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.颜色传感器，其特征在于，包括沿投光光轴方向依次排列的光源（1）、透镜（2）、发射光纤（3）和离轴抛物面反射镜（4），以及沿受光光轴方向依次排列的接收光纤（5）和接收探测器（6）；

所述光源（1），用于发射光线；

所述透镜（2），用于将所述光源（1）发射的所述光线耦合进入所述发射光纤（3）；

所述发射光纤（3），用于传输经过耦合的所述光线，并发射至所述离轴抛物面反射镜（4）；

所述离轴抛物面反射镜（4），用于对经过所述发射光纤（3）传输的所述光线进行聚焦，并发射至待测物体（7）表面；

所述接收光纤（5），用于接收所述待测物体（7）表面漫反射的光线，并传输至所述接收探测器（6），在所述接收探测器（6）的检测面上形成光斑；

所述接收探测器（6），用于检测所述光斑的RGB三色光强。

2.根据权利要求1所述的颜色传感器，其特征在于，还包括安装所述光源（1）、所述透镜（2）和所述接收探测器（6）的传感器壳体（8）；

所述传感器壳体（8）中设置有一个隔板（81），所述隔板（81）将所述传感器壳体（8）的内腔分隔为两个空腔，所述光源（1）和所述透镜（2）设置在第一空腔中，所述接收探测器（6）设置在第二空腔内中。

3.根据权利要求2所述的颜色传感器，其特征在于，还包括安装所述离轴抛物面反射镜（4）的检测头壳体（9）；所述检测头壳体（9）上开设有出光口（91）和收光口（92），所述出光口（91）用于发射所述离轴抛物面反射镜（4）聚焦后的光线；接收光纤的接收端（51）安装在所述收光口（92）处，接收光纤的发射端（52）安装在所述传感器壳体（8）中并且与所述接收探测器（6）对接。

4.根据权利要求3所述的颜色传感器，其特征在于，所述检测头壳体（9）上开设有一个进出光口（93），设置在所述离轴抛物面反射镜（4）和所述待测物体（7）之间；发射光纤的发射端（32）与所述接收光纤的接收端（51）同轴装配，同轴装配后的光纤端面与所述离轴抛物面反射镜（4）对接。

5.根据权利要求3或4所述的颜色传感器，其特征在于，所述发射光纤（3）为单芯光纤；所述接收光纤（5）为光纤合束器，所述接收光纤的接收端（51）为所述光纤合束器的多芯光纤束端。

6.根据权利要求2所述的颜色传感器，其特征在于，还包括光纤环形器（10），所述光纤环形器（10）包括三个端口，分别为第一端口（101）、第二端口（102）和第三端口（103）；所述发射光纤的发射端（32）与所述第一端口（101）连接，所述接收光纤的接收端（51）与所述第三端口（103）连接；所述第二端口（102）连接有一光纤合束器（11），所述光纤合束器（11）的多芯光纤束端与所述离轴抛物面反射镜（4）对接。

7.根据权利要求2所述的颜色传感器，其特征在于，所述第一空腔中还设置有参考探测器（12），用于检测所述光源（1）发射的光线的RGB三色光强。

8.根据权利要求1所述的颜色传感器，其特征在于，所述接收探测器（6）选自光电二极管、位置探测器、电荷耦合元件或互补金属氧化物半导体中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的颜色传感器，其特征在于，所述透镜（2）选自球面镜、非球面镜、抛物面镜或全内反射透镜中的任意一种。