TWI666422B - 一種位移偵測裝置及物體位移的測量方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種位移偵測裝置及物體位移的測量方法，位移偵測裝置包括：一發光元件、一光學元件、一分光元件以及一感測元件，其中，當該物體在該分光元件及該感測元件之間移動時或當該物體在該分光元件及該光學元件之間移動時，該感測元件會反應出不同的光線感測變化；其中，透過該物體位移時所對應產生之該感測元件的光線感測變化測量該物體之位移，本實施例提供之位移偵測裝置，實現了位移偵測裝置對物體位移變化的高精度即時採集監測之目的，解決了現有技術中位移檢測裝置測量物體位移的精度不高的技術問題。

Description

一種位移偵測裝置及物體位移的測量方法

本發明係關於一種發光感測領域，特別是一種位移偵測裝置及物體位移的測量方法。

位置檢測感測器是一種對物體位置進行檢測的裝置，透過對物體的位置的檢測從而獲得物體的狀態，進而根據物體的狀態執行相應的控制操作，位置檢測感測器可以應用於工件的位移、尺寸、表面狀態及振動、偏心、間隙、衝程等運動狀態的線上檢測以及空間三維位移檢測和機器人測距等方面。

目前，位置檢測感測器主要包括：發光元件和受光元件，受光元件具體為光電二級管(photodiode)，其中，發光元件將電轉為光，光投射到受光元件，由受光元件將光轉為電信號，控制單元根據電信號判斷出外接物的存在或接近等狀態，具體的，當發光元件和受光元件之間沒有遮擋物體時，則發光元件發出的光線會全部射到受光元件上，當有一被測物體位於發光元件和受光元件之間時被測物體會擋住一部分光線，這時受光元件根據檢測到的光線感測出有物體通過，此時控制單元根據受光元件的信號判斷出發光元件和受光元件之間有物體通過或接近。

然而，上述位置檢測感測器只能檢測出物體是否通過或接近等狀態，無法對物體移動過程中的位移變化進行檢測。

鑒於上述問題，本發明之目的在於提供一種位移偵測裝置及物體位移的測量方法，實現了對物體位移變化的高精度測量目的。

為達上述目的，本發明提供一種位移偵測裝置，該位移偵測裝置包括：一發光元件，用於提供一光線；一光學元件，設置於該發光元件的一側，用於將該光線轉換成一平行光束；一分光元件，設置於該光學元件的一側，用於將該平行光束劃分為多個平行光線；以及一感測元件，設置於該分光元件的一側；其中，當一物體位於該分光元件及該感測元件之間或位於該分光元件及該光學元件之間時，該物體遮蔽一部分的該些平行光線，該物體允許另一部分的該些平行光線投射至該感測元件，該感測元件產生一光線感測；其中，當該物體在該分光元件及該感測元件之間移動時或當該物體在該分光元件及該光學元件之間移動時，該感測元件會反應出不同的光線感測變化；其中，透過該物體位移時所對應產生的該感測元件的光線感測變化測量該物體的位移。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架。

較佳地，該發光元件為發光二極體、鐳射二極體、固態鐳射、 液態鐳射、氣態鐳射、准分子鐳射及光纖鐳射的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該發光元件、該光學元件及該分光元件設置在該固定架的同一側。

較佳地，還包括一固定架，其中該感測元件設置在該固定架的另一同側面上。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該發光元件、該光學元件及該分光元件設置在該固定架的同一側，該感測元件設置在該固定架的另一同側面上，或者， 該發光元件、該光學元件設置在該固定架的同一側，該分光元件和該感測元件設置在該固定架的另一同側面上。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一處理元件，用於處理該感測元件的光線感測變化，並產生該物體的位移數值。

較佳地，該光線包括可見光及不可見光。

較佳地，該光學元件為單凸光學元件或透鏡，或者，該光學元件為雙凸光學元件或透鏡。

較佳地，該分光元件包括一光柵、一分光鏡、一棱鏡、一分光光學膜、一光纖耦合器、一光子晶體元件的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組。

較佳地，該分光元件包括多個透光口或透光窗。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該固定架為U型結構。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該固定架的材料為矽膠、熱固性膠體、環氧樹脂中的任意一種或者至少兩種的組合。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該固定架具有一出光面。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該固定架具有一收光面。

較佳地，該出光面和該收光面之間具有一物體位移測量空間。

較佳地，該感測元件包括位置感測器(PSD)、光耦合感測元件(CCD)、場效應半導體感測元件(CMOS)、半導體感測元件的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組。

較佳地，該位移偵測裝置還包括：一處理元件，與該感測元件電性連接，用於處理該感測元件的光線感測變化，並產生該物體的位移數值；以及一顯示元件，與該處理元件電性連接，用於顯示該物體的位移數值。

較佳地，該光學元件位於該發光元件及該分光元件之間。

較佳地，該分光元件位於該光學元件及該感測元件之間。

較佳地，該分光元件及該感測元件之間具有一物體位移測量空間。

較佳地，該分光元件及該光學元件之間具有一物體位移測量空間。

本發明還提供一種物體位移的測量方法，包括： 提供一發光元件，用於提供一光線；提供一光學元件，用於將該光線轉換成一平行光束；提供一分光元件，用於將該平行光束劃分為多個平行光線；提供一感測元件；當一物體位於該分光元件及該感測元件之間或位於該分光元件及該光光學件之間時，該物體遮蔽一部分的該些平行光線，該物體允許另一部分的該些平行光線投射至該感測元件，該感測元件產生一光線感測；當該物體在該分光元件及該感測元件之間移動時或當該物體在該分光元件及該光學元件之間移動時，該感測元件會反應出不同的光線感測變化；以及透過該物體位移時所對應產生的該感測元件的光線感測變化測量該物體的位移。

較佳地，該發光元件為發光二極體、鐳射二極體、固態鐳射、液態鐳射、氣態鐳射、准分子鐳射及光纖鐳射的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組。

較佳地，該物體位移的測量方法還包括：提供一處理元件，用於處理該感測元件的光線感測變化，而產生該物體的位移數值。

較佳地，該光線包括可見光及不可見光。

較佳地，該光學元件為單凸光學元件或透鏡，或者，該光學元件為雙凸光學元件或透鏡。

較佳地，該分光元件包括一光柵、一分光鏡、一棱鏡、一分光光學膜、一光纖耦合器、一光子晶體元件的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組。

較佳地，該分光元件包括多個透光口或透光窗。

較佳地，該感測元件包括位置感測器(PSD)、光耦合感測元件(CCD)、場效應半導體感測元件(CMOS)、半導體感測元件的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組。

較佳地，該物體位移的測量方法還包括：提供一處理元件，與該感測元件電性連接，用於處理該感測元件的光線感測變化，並產生該物體的位移數值；以及提供一顯示元件，與該處理元件電性連接，用於顯示該物體的位移數值。

較佳地，該光學元件位於該發光元件及該分光元件之間。

較佳地，該分光元件位於該光學元件及該感測元件之間。

較佳地，該分光元件及該感測元件之間具有一物體位移測量空間。

較佳地，該分光元件及該光學元件之間具有一物體位移測量空間。

本發明還提供一種位移偵測裝置，包括：一發光二極體，用於提供一光線；一透鏡，設置於該發光二極體的一側，用於將該光線轉換成一平行光束；一光柵，設置於該透鏡的一側，用於將該平行光束劃分為多個平行光線；以及一位置感測器(PSD)，設置於該光柵的一側； 其中，當一物體位於該光柵及該位置感測器之間或位於該光柵及該透鏡之間時，該物體遮蔽一部分的該些平行光線，該物體允許另一部分的該些平行光線投射至該位置感測器，該位置感測器產生一光線感測；其中，當該物體在該光柵及該位置感測器之間移動時或當該物體在該光柵及該透鏡之間移動時，該位置感測器會反應出不同的光線感測變化；其中，透過該物體位移時所對應產生的該位置感測器的光線感測變化測量該物體的位移。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該發光二極體、該透鏡及該光柵設置在該固定架的同一側，該位置感測器設置在該固定架的另一同側面上，或者，該發光二極體、該透鏡設置在該固定架的同一側，該光柵和該位置感測器設置在該固定架的另一同側面上。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一處理元件，用於處理該位置感測器的光線感測變化，並產生該物體的位移數值。

較佳地，該光線包括可見光及不可見光。

較佳地，該透鏡為單凸透鏡或雙凸透鏡。

較佳地，該光柵包括多個透光口或透光窗。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該固定架為U型結構。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該固定架的材料為矽膠、熱固性膠體、環氧樹脂中的任意一種或者至少兩種的組合。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該固定架具 有一出光面。

較佳地，該位移偵測裝置還包括一固定架，其中該固定架具有一收光面。

較佳地，該出光面和該收光面之間具有一物體位移測量空間。

較佳地，該位移偵測裝置還包括：一處理元件，與該位置感測器電性連接，用於處理該位置感測器的光線感測變化，並產生該物體的位移數值；以及一顯示元件，與該處理元件電性連接，用於顯示該物體的位移數值。

較佳地，該透鏡位於該發光二極體及該光柵之間。

較佳地，該光柵位於該透鏡及該位置感測器之間。

較佳地，該光柵及該位置感測器之間具有一物體位移測量空間。

較佳地，該光柵及該透鏡之間具有一物體位移測量空間。

本發明還提供一種物體位移的測量方法，包括：提供一發光二極體，用於提供一光線；提供一透鏡，用於將該光線轉換成一平行光束；提供一光柵，用於將該平行光束劃分為多個平行光線；提供一位置感測器；當一物體位於該光柵及該位置感測器之間或位於該光柵及該透鏡之間時，該物體遮蔽一部分的該些平行光線，該物體允許另一部分的該些平行光線投射至該位置感測器，該位置感測器產生一光線感測； 當該物體在該光柵及該位置感測器之間移動時或當該物體在該光柵及該透鏡之間移動時，該位置感測器會反應出不同的光線感測變化；以及透過該物體位移時所對應產生的該位置感測器的光線感測變化測量該物體的位移。

本發明還提供一種位移偵測裝置，包括：一發光元件，用以提供多個平行光線；以及一感測元件，設置於該發光元件的一側；其中，當一物體遮蔽一部分的該些平行光線，該物體允許另一部分的該些平行光線投射至該感測元件，該感測元件產生一光線感測；其中，當該物體移動時，該感測元件會反應出不同的光線感測變化；其中，透過該物體位移時所對應產生的該感測元件的光線感測變化，用以量測該物體的位移/速度/大小。

本發明還提供一種位移偵測裝置，包括：一發光二極體，用以提供多個平行光線；以及一位置感測器，設置於該發光二極體的一側；其中，當一物體遮蔽一部分的該些平行光線，該物體允許另一部分的該些平行光線投射至該位置感測器，該位置感測器產生一光線感測；其中，當該物體移動時，該位置感測器會反應出不同的光線感測變化；其中，透過該物體位移時所對應產生的該位置感測器的光線感測變化，用以量測該物體的位移/速度/大小。

本實施例提供的位移偵測裝置，透過包括一發光元件、一光 學元件、一分光元件以及一感測元件，這樣分光元件可以平行光束分割為多個平行光線，而多個平行光線可以與感測元件的感光區一一對應，這樣物體在分光元件的其中一側移動時，將其中一些光線遮擋時，感測元件根據與平行光線的對應關係可以準確地感測到光線變化，這樣根據光線變化便可以測量出物體的位移變化，與現有技術相比，本申請中的位移偵測裝置透過感測元件與光源搭配二次光學調整的平行光線，大大提高了位移偵測裝置的靈敏度，實現了位移偵測裝置對物體位移變化的高精度及時採集監測的目的，從而使得物體位移測量更加準確和安全，更方便快捷的獲得物體位置的變化，解決了現有技術中位移檢測裝置對物體位移的測量精度不高的技術問題。

為讓上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文是以較佳的實施例配合所附圖式進行詳細說明。

101‧‧‧發光元件

102‧‧‧光學元件

103‧‧‧光線

104‧‧‧分光元件

105‧‧‧平行光線

106‧‧‧感測元件

107‧‧‧物體

108‧‧‧固定架

109‧‧‧透光口

110‧‧‧出光面

111‧‧‧收光面

112‧‧‧平行光束

301‧‧‧處理元件

302‧‧‧顯示元件

303‧‧‧通訊元件

304‧‧‧記憶元件

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1A是本發明實施例一提供的位移偵測裝置中物體位於分光元件和感測元件之間的剖面結構示意圖；圖1B是本發明實施例一提供的位移偵測裝置中物體位於分光元件和光學元件之間的剖面結構示意圖； 圖2A-2B是本發明實施例一提供的位移偵測裝置在測量物體沿著X方向的位移的立體結構示意圖；圖3A-3B是本發明實施例一提供的位移偵測裝置在測量物體沿著Y方向位移的立體結構示意圖；圖4是本發明實施例一提供的位移偵測裝置的電路方框結構示意圖；圖5是本發明實施例二提供的物體位移的測量方法的流程示意圖；圖6是本發明實施例四提供的物體位移的測量方法的流程示意圖。

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例一

圖1A是本發明實施例一提供的位移偵測裝置中物體位於分光元件和感測元件之間的剖面結構示意圖，圖1B是本發明實施例一提供的位移偵測裝置中物體位於分光元件和光學元件之間的剖面結構示意圖，圖2A-2B是本發明實施例一提供的位移偵測裝置在測量物體沿著X方向的位移的立體結構示意圖，圖3A-3B是本發明實施例一提供的位移偵測裝置在測量物體沿著Y方向位移的立體結構示意圖，圖4是本發明實施例一提供的位移偵測裝置的電路方框結構示意圖。

本實施例提供的位移偵測裝置用於對物體的位移進行測量，其中，位移偵測裝置可以應用在洗衣機、印表機、掃描器以及投影機等設備中，該些設備根據位移偵測裝置檢測到的部件位移變化控制設備執行相應的操作。其中，位移偵測裝置也可應用於任何用於偵測物體位移的電子裝置、設備或系統上。

請參見圖1A圖至圖4所示，本實施例中，位移偵測裝置包括：一發光元件101、一光學元件102、一分光元件104以及一感測元件106，其中，發光元件101用於提供光源，發光元件101具體為發光二極體、鐳射二極體、固態鐳射、液態鐳射、氣態鐳射、准分子鐳射及光纖鐳射的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組，發光元件101發出的光線包括可見光及不可見光，即發光元件101發出的光線可以為可見光，也可以為不可見光，例如鐳射。其中，光學元件102設在發光元件101的一側，光學元件102用於將發光元件101發出的光線103轉換成一平行光束112，光學元件102具體可以為單凸光學元件或透鏡，或者，光學元件102為雙凸光學元件或透鏡。其中，分光元件104設置於光學元件102的一側，具體的，發光元件101位於光學元件102的一側，分光元件104位於光學元件102的另一側，即光學元件102位於發光元件101及分光元件104之間，分光元件104用於將光學元件102轉換的平行光束112劃分為多個平行光線105，分光元件104包括一光柵、一分光鏡、一棱鏡、一分光光學膜、一光纖耦合器、一光子晶體元件的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組，例如，分光元件104可以由分光鏡、光柵和光子晶體元件組成。其中，感測元件106設置於分光元件104的一側，具體的，光學元件102位於分光元件104的一側，感測元件106位於 分光元件104的另一側，即分光元件104位於光學元件102及感測元件106之間，其中，感測元件106正對分光元件104，這樣便於分光元件104劃分出的多個平行光線105投射到感測元件106，感測元件106可以為位置感測器(PSD)、光耦合感測元件106(Charge-Coupled Device，CCD)、場效應半導體感測元件106(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)、半導體感測元件106(Photo Detector)的其中一個，優選的，感測元件106為PSD。

本實施例中，當一物體107位於分光元件104和感測元件106之間(圖1A所示)，或者，一物體107位於分光元件104和光學元件102之間(如圖1B所示)時，物體107遮蔽一部分的該些平行光線105，物體107允許另一部分的該些平行光線105投射至感測元件106，投射到感測元件106上的平行光線105使得感測元件106產生一光線感測，當物體107在分光元件104及感測元件106之間移動時或當物體107在分光元件104及光學元件102之間移動時，依據物體移動的位置、速度及位移、光線被物體遮蔽的範圍以及其餘未被物體遮蔽的光線範圍，感測元件106會感測出不同的光線感測變化，這樣根據物體107位移時所對應產生的光線感測變化測量物體107的位移，即本實施例中，透過感測元件106感測到的光線感測測量物體107的位移，與現有技術相比，本實施例中，由於設置分光元件104，透過分光元件104使得平行光束112劃分為多個平行光線105，這樣各個平行光線105與感測元件106的感光區可以相對應，物體107移動時，物體107對其中的平行光線105遮擋時，感測元件106的感光區根據與平行光線105的對應關係可以準確地感測出光線變化，而且由於平行光線105與感測元件106的感光區相對應，所以即使物體107進行微小移動、震動或偏移狀態，感測元件106也可 以感測到，所以本實施例提供的位移偵測裝置透過感測元件106與光源搭配二次光學調整的平行光線105，大大提高了位移偵測裝置的靈敏度，實現了位移偵測裝置對物體107位移變化的高精度及時採集監測的目的，從而使得物體107位移測量更加準確和安全，更方便快捷的獲得物體107位置的變化。

因此，本實施例提供的位移偵測裝置，透過包括一發光元件101、一光學元件102、一分光元件104以及一感測元件106，其中，分光元件104可以平行光束112分割為多個平行光線105，而多個平行光線105可以與感測元件106的感光區一一對應，這樣物體107在分光元件104的其中一側移動時，將其中一些光線遮擋時，感測元件106根據與平行光線105的對應關係可以準確地感測到光線變化，這樣根據光線變化便可以測量出物體107的位移變化，與現有技術相比，本申請中的位移偵測裝置透過感測元件106與光源搭配二次光學調整的平行光線105，大大提高了位移偵測裝置的靈敏度，實現了位移偵測裝置對物體107位移變化的高精度及時採集監測的目的，從而使得物體107位移測量更加準確和安全，更方便快捷的獲得物體107位置的變化，解決了現有技術中位移檢測裝置對物體107位移的測量精度不高的技術問題。

進一步的，在上述實施例的基礎上，本實施例中，為了方便物體107在分光元件104及感測元件106之間移動，分光元件104及感測元件106之間具有一物體位移測量空間，這樣物體107可以在物體位移測量空間中進行移動，或者，本實施例中，由於物體107也可以分光元件104及光學元件102之間移動，所以，可以在分光元件104及光學元件102之間具有一物體位移測量空間，這樣物體107便可以在分光元件104及光學元件102之間的 物體位移測量空間中進行移動。

進一步的，在上述實施例的基礎上，本實施例中，如圖1A所示，為了對發光元件101、光學元件102、分光元件104和感測元件106進行支撐，還包括：一固定架108，其中，固定架108包括兩端，且兩端之間具有可供物體107移動的空間，具體的，如圖1A所示，發光元件101、光學元件102和分光元件104位於固定架108的其中一端中，感測元件106位於固定架108的另一端中，且感測元件106與分光元件104相對，感測元件106和分光元件104之間具有可供物體107移動的空間，即發光元件101、光學元件102和分光元件104位於固定架108的同一側，感測元件106位於固定架108的另一側，或者，本實施例中，還可以將發光元件101和光學元件102位於固定架108的其中一端中，分光元件104和感測元件106位於固定架108的另一端中，且光學元件102與分光元件104之間具有可供物體107移動的空間，即發光元件101和光學元件102位於固定架108的同一側，分光元件104和感測元件106位於固定架108的另一側中，本實施例中，發光元件101、光學元件102、分光元件104和感測元件106透過固定架108組裝成一個整體部件。

其中，本實施例中，固定架108具體為U型結構，這樣U型結構之間的空間可供物體107進行移動。

其中，本實施例中，固定架108的材料具體可以為矽膠、熱固性膠體、或者環氧樹脂，或者也可以為矽膠、熱固性膠體和環氧樹脂中至少兩種的組合，例如可以為矽膠和熱固性膠體製成固定架108，或者也可以為矽膠、熱固性膠體和環氧樹脂三種材料製成的固定架108。

進一步的，本實施例中，固定架108具有一出光面110，這樣 平行光束112或平行光線105可以從出光面110射出，同時，固定架108還具有一收光面111，這樣光線射入收光面111上時，收光面111可以接收該些光線，本實施例中，固定架108的出光面110和收光面111相對設置，且出光面110和收光面111之間具有可供為物體107移動的物體位移測量空間。

進一步的，本實施例中，為了對感測元件106感測到的光線進行處理，本實施例中，還包括：一處理元件301，處理元件301與感測元件106電性相連，處理元件301用於處理感測元件106的光線感測變化，並產生物體107的位移數值，其中，本實施例中，還包括通訊元件303和記憶元件304，如圖4所示，通訊元件303和記憶元件304分別與處理元件301相連，處理元件301將獲得位移數值置於記憶元件304進行存儲。

進一步的，本實施例中，還包括：一顯示元件302，顯示元件302與處理元件301電性連接，用於顯示物體107的位移數值。

進一步的，本實施例中，為了使得分光元件104將平行光束112劃分為多個平行光線105，具體的，分光元件104包括多個透光口109或透光窗，即光線透過透光口109或透光窗形成多個平行光線105，其中多個透光口109或透光窗相互平行且間隔均勻，其中，多個透光口109或透光窗可以橫向平行設置，或者也可以豎向平行設置，只要能將光束分割為相互平行的多個光線即可。

本實施例中，具體的，如圖2A所示，分光元件204設在固定架208的一端上，感測元件106位於固定架208的另一端上，分光元件204上開設的多個透光口209沿著X軸方向間隔排成一排，分光元件204的透光口209發出的平行光線投射到感測元件106，當物體207置於平行光線中並沿著X軸方向移動時(如圖2B所示)，平行光線在物體207的遮擋下只有部分平行光線照射到感測元件106上，感測元件106感測光線的變化並將得到的脈衝類比電信號傳輸給處理元件301，處理元件301對得到的電信號經過放大、波形處理後轉化為數位信號，然後根據量測公式計算得到物體的位移，同時，處理元件301可將測量結果輸出給顯示單元302以直觀顯示出，並可同時輸出給記憶元件304進行存儲保存。

其中，分光元件204上開設的多個透光口209除了如圖2A所示的排成多列外，還可以如圖3A所示，分光元件304上的多個透光口309沿著Y軸排成一列，分光元件304設在固定架308的一端上，感測元件106位於固定架308的另一端上，如圖3A，物體307置於平行光線中並沿著Y軸方向移動時(如圖3B所示)，平行光線在物體307的遮擋下只有部分平行光線照射到感測元件106上，感測元件106感測光線的變化並將得到的脈衝類比電信號傳輸給處理元件301，處理元件301對得到的電信號經過放大、波形處理後轉化為數位信號，然後根據量測公式計算得到物體的位移，同時，處理元件301可將測量結果輸出給顯示單元302以直觀顯示出，並可同時輸出給記憶元件304進行存儲保存。

其中，需要說明的是，分光元件304上的多個透光口309還可以排成十字型，這樣物體不管沿著X軸移動或者Y軸移動，感測元件106均可以感測到物體的位移變化。

實施例二

圖5是本發明實施例二提供的物體位移的測量方法的流程示 意圖。

本實施例提供一種物體位移的測量方法，具體使用上述實施例一的位移偵測裝置對物體的位移進行測量，測量方法如圖5所示，包括如下步驟：

步驟21)：提供一發光元件101，用於提供一光線；其中，發光元件101具體為發光二極體、鐳射二極體、固態鐳射、液態鐳射、氣態鐳射、准分子鐳射及光纖鐳射的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組，本實施例中，光線包括可見光及不可見光，即發光元件101發出的光線可以為可見光，也可以為不可見光，例如鐳射。

步驟22)：提供一光學元件102，用於將光線轉換成一平行光束112；其中，光學元件102具體可以為單凸光學元件或透鏡，或者，光學元件102為雙凸光學元件或透鏡。

步驟23)：提供一分光元件104，用於將平行光束112劃分為多個平行光線105；其中，分光元件104包括一光柵、一分光鏡、一棱鏡、一分光光學膜、一光纖耦合器、一光子晶體元件的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組，例如，分光元件104可以由分光鏡、光柵和光子晶體元件組成。

步驟24)：提供一感測元件106，當一物體107位於分光元件104及感測元件106之間或位於分光元件104及光學元件之間時，物體107遮蔽一部分的該些平行光線105，物體107允許另一部分的該些平行光線105投射至感測元件106，感測元件106產生一光線感測；其中，感測元件106具體可以為位置感測器(PSD)、光耦合感測元件106(CCD)、場效應半導體感測元件106(CMOS)、半導體感測元件106的其中一個，本實施例中，優選的，感測元件106為位置感測器(PSD)，其中，PSD是將光點轉成連續位置資料的光電元件，可以提供極佳的解析度，快速回應和極佳線性度特性，可以適用寬範圍的光牆，這樣使得物體的位移檢測精度更高。

其中，本實施例中，光學元件102位於發光元件101及分光元件104之間，分光元件104位於光學元件102及感測元件106之間，這樣發光元件101發出的光線經過光學元件102裝成平行光束112，平行光束112經過分光元件104分割為多個平行光束112，平行光束112在沒有物體107遮擋時可以射到感測元件106上，感測元件106產生一光線感測。

步驟25)：當物體107在分光元件104及感測元件106之間移動時或當物體107在分光元件104及光學元件102之間移動時，感測元件106會反應出不同的光線感測變化，以及透過物體107位移時所對應產生的感測元件106的光線感測變化測量物體107的位移。

其中，本實施例中，透過分光元件104將平行光束112分割為多個平行光線105，這樣物體107移動過程中，感測元件106可以感測到平行光線105的變化，根據光線的變化測量處出物體107的位移，本實施例中，由於平行光線105可以與感測元件106的感光區進行對應，這樣物體107即使微小移動，感測元件106也可以進行感測，所以，本實施例中，透過位移偵測裝置對物體107位移測量時，感測元件106與光源搭配二次光學調整的平行光線105配合，實現了對物體107位移變化的高精度及時採集監測的目 的，從而使得物體107位移測量更加準確和安全，更方便快捷的獲得物體107位置的變化，解決了現有技術中位移檢測裝置對物體107位移的測量精度不高的技術問題。

進一步的，本實施例中，為了對感測元件106感測到的光線進行處理，本實施例中，還包括：提供一處理元件301，處理元件301與感測元件106電性相連，處理元件301用於處理感測元件106的光線感測變化，並產生物體107的位移數值，

進一步的，本實施例中，還包括：提供一顯示元件302，顯示元件302與處理元件301電性連接，用於顯示物體107的位移數值。

為了方便物體107在分光元件104及感測元件106之間移動，分光元件104及感測元件106之間具有一物體位移測量空間，這樣物體107可以在物體位移測量空間中進行移動，或者，本實施例中，由於物體107也可以分光元件104及光學元件102之間移動，所以，可以在分光元件104及光學元件102之間具有一物體位移測量空間，這樣物體107便可以在分光元件104及光學元件102之間的物體位移測量空間中進行移動。

進一步的，本實施例中，為了使得分光元件104將平行光束112劃分為多個平行光線105，具體的，分光元件104包括多個透光口109或透光窗，即光線透過透光口109或透光窗形成多個平行光線105，其中多個透光口109或透光窗相互平行且間隔均勻，其中，多個透光口109或透光窗可以橫向平行設置，或者也可以豎向平行設置，只要能將光束分割為相互平行的多個光線即可。

實施例三

本實施例中提供一種位移偵測裝置，具體的，位移偵測裝置包括：一發光二極體、一透鏡、一光柵和一PSD，即發光元件101為發光二級管，光學元件102為透鏡，分光元件104為光柵，感測元件106為PSD，其中，發光二極體用於提供一光線，透鏡設置於發光二極體的一側，透鏡用於將光線轉換成一平行光束112，光柵設置於透鏡的一側，光柵用於將平行光束112劃分為多個平行光線105，PSD設置於光柵的一側，具體的，透鏡位於發光二極體及光柵之間，光柵位於透鏡及位置感測器之間，其中，發光二極體、透鏡、光柵和PSD之間的位置關係可以上述實施例一中的發光元件101、光學元件102、分光元件104和感測元件106的位置關係，光柵及位置感測器之間具有一物體位移測量空間，這樣可以方便物體107在光柵和位置感測器之間移動，或者，本實施例中，也可以在光柵及透鏡之間具有一物體位移測量空間，這樣物體107可以在光柵及透鏡之間的物體位移測量空間移動，其中，本實施例中，當一物體107位於光柵及位置感測器之間或位於光柵及透鏡之間時，物體107遮蔽一部分的該些平行光線105，物體107允許另一部分的該些平行光線105投射至位置感測器，位置感測器產生一光線感測，具體的，PSD的靶面上會產生一條陰影帶或光線感測帶，當物體107在光柵及位置感測器之間移動時或當物體107在光柵及透鏡之間移動時，位置感測器會反應出不同的光線感測變化，其中，透過物體107位移時所對應產生的位置感測器的光線感測變化測量物體107的位移，具體的，透過測量陰影在PSD靶面上的左右偏移來反映物體107位置的變化。

與現有技術相比，本實施例中，透過光柵使得平行光束112 劃分為多個平行光線105，這樣各個平行光線105與PSD的感光區可以相對應，物體107移動時，物體107對其中的平行光線105遮擋時，PSD的感光區根據與平行光線105的對應關係可以準確地感測出光線變化，而且由於平行光線105與PSD的感光區相對應，所以即使物體107進行微小移動、震動或偏移狀態，PSD也可以感測到平行光線105變化，所以本實施例提供的位移偵測裝置透過PSD與光源搭配二次光學調整的平行光線105，大大提高了位移偵測裝置的靈敏度，實現了位移偵測裝置對物體107位移變化的高精度及時採集監測的目的，從而使得物體107位移測量更加準確和安全，更方便快捷的獲得物體107位置的變化。

其中，本實施例中，PSD具體可以透過鍍膜塗布或膠材選用，進行選擇性波長透過，這樣PSD可以只對發光二極體發出的光線進行感測，達到抗干擾功能。

其中，本實施例中，PSD中的感測元件的排列方式與光柵的方向保持一致，可以根據PSD中的感測元件的排列方式調整光柵的方向。

其中，本實施例中，PSD具體可以為一維或二維PSD，而且，PSD可採用線陣PSD，用DSP實現PSD的程式控制驅動、信號處理和識別、細分、計算及通信等功能。PSD可設置在一個電路板上，電路板可包括處理元件和通訊單元，PSD可透過處理單元和通訊單元與一個遠端監測中心採用無線或有線方式實現同步光接收及傳遞即時位移監測。

進一步的，在上述實施例的基礎上，本實施例中，為了對發光二極體、透鏡、光柵和PSD進行支撐，還包括：一固定架108，其中，固定架108包括兩端，且兩端之間具有可供物體107移動的空間，具體的，發 光二極體、透鏡和光柵位於固定架108的其中一端中，PSD位於固定架108的另一端中，且PSD與光柵相對，PSD和光柵之間具有可供物體107移動的空間，即發光二極體、透鏡和光柵位於固定架108的同一側，PSD位於固定架108的另一側，或者，本實施例中，還可以將發光二極體和透鏡位於固定架108的其中一端中，光柵和PSD位於固定架108的另一端中，且透鏡與光柵之間具有可供物體107移動的空間，即發光二極體和透鏡位於固定架108的同一側，光柵和PSD位於固定架108的另一側中，本實施例中，發光二極體、透鏡、光柵和PSD透過固定架108組裝成一個整體部件。

其中，本實施例中，固定架108具體為U型結構，這樣U型結構之間的空間可供物體107進行移動。

其中，本實施例中，固定架108的材料具體可以為矽膠、熱固性膠體、或者環氧樹脂，或者也可以為矽膠、熱固性膠體和環氧樹脂中至少兩種的組合，例如可以為矽膠和熱固性膠體製成固定架108，或者也可以為矽膠、熱固性膠體和環氧樹脂三種材料製成的固定架108。

進一步的，本實施例中，固定架108具有一出光面110，這樣平行光束112或平行光線105可以從出光面110射出，同時，固定架108還具有一收光面111，這樣光線射入收光面111上時，收光面111可以接收該些光線，本實施例中，固定架108的出光面110和收光面111相對設置，且出光面110和收光面111之間具有可供為物體107移動的物體位移測量空間。

進一步的，本實施例中，為了對PSD感測到的光線進行處理，本實施例中，還包括：一處理元件301，處理元件301與PSD電性相 連，處理元件301用於處理PSD的光線感測變化，並產生物體107的位移數值，即本實施例中，PSD將得到的脈衝類比電信號傳輸給處理元件301，處理元件301對得到的電信號經過放大、波形處理後轉化為數位信號，然後根據量測公式計算得到物體107的位移。

進一步的，本實施例中，還包括：一顯示元件302，顯示元件302與處理元件301電性連接，用於顯示物體107的位移數值，這樣處理元件301可將測量結果輸出給顯示單元以直觀顯示出，並可同時輸出給記憶元件進行存儲保存。

進一步的，本實施例中，發光二極體發出的光線包括可見光及不可見光，即發光二極體發出的光線可以為可見光，也可以為不可見光，例如鐳射。

進一步的，本實施例中，透鏡具體可以為單凸透鏡，或者，透鏡為雙凸透鏡。

進一步的，本實施例中，為了使得光柵將平行光束112劃分為多個平行光線105，具體的，光柵包括多個透光口109或透光窗，即光線透過透光口109或透光窗形成多個平行光線105，其中多個透光口109或透光窗相互平行且間隔均勻，其中，多個透光口109或透光窗可以橫向平行設置，或者也可以豎向平行設置，只要能將光束分割為相互平行的多個光線即可，舉例來說，光柵包括相互平行的5個透光口109或透光窗，此時，PSD上的感光區的長度為x，則透過輸出電流值判斷，若為1/5或其倍數可得知目前狀態，透過PSD晶片特性可達到類數位的信號輸出。

實施例四

圖6是本發明實施例四提供的物體位移的測量方法的流程示意圖。

本實施例提供一種物體位移的測量方法，具體使用上述實施例三的位移偵測裝置對物體107的位移進行測量，測量方法，如圖6所示，包括如下步驟：

步驟41)：提供一發光二級管，用於提供一光線；

步驟42)：提供一透鏡，用於將光線轉換成一平行光束112；

步驟43)：提供一光柵，用於將平行光束112劃分為多個平行光線105；

步驟44)：提供一PSD，當一物體107位於光柵及PSD之間或位於光柵及光光元件之間時，物體107遮蔽一部分的該些平行光線105，物體107允許另一部分的該些平行光線105投射至PSD，PSD產生一光線感測；其中，本實施例中，透鏡位於發光二級管及光柵之間，光柵位於透鏡及PSD之間，這樣發光二級管發出的光線經過透鏡裝成平行光束112，平行光束112經過光柵分割為多個平行光束112，平行光束112在沒有物體107遮擋時可以射到PSD上，PSD產生一光線感測。

步驟45)：當物體107在光柵及PSD之間移動時或當物體107在光柵及透鏡之間移動時，PSD會反應出不同的光線感測變化，以及透過物體107位移時所對應產生的PSD的光線感測變化測量物體107的位移。

其中，本實施例中，透過光柵將平行光束112分割為多個平行光線105，這樣物體107移動過程中，PSD可以感測到平行光線105的變化，根據光線的變化測量處出物體107的位移，本實施例中，由於平行光 線105可以與PSD的感光區進行對應，這樣物體107即使微小移動，PSD也可以進行感測，所以，本實施例中，透過位移偵測裝置對物體107位移測量時，PSD與光源搭配二次光學調整的平行光線105配合，實現了對物體107位移變化的高精度及時採集監測的目的，從而使得物體107位移測量更加準確和安全，更方便快捷的獲得物體107位置的變化，解決了現有技術中位移檢測裝置對物體107位移的測量精度不高的技術問題。

進一步的，本實施例中，為了對PSD感測到的光線進行處理，本實施例中，還包括：提供一處理元件301，處理元件301與PSD電性相連，處理元件301用於處理PSD的光線感測變化，並產生物體107的位移數值， 進一步的，本實施例中，還包括：提供一顯示元件302，顯示元件302與處理元件301電性連接，用於顯示物體107的位移數值。

進一步的，本實施例中，光線包括可見光及不可見光，即發光二級管發出的光線可以為可見光，也可以為不可見光，例如鐳射。

進一步的，在上述實施例的基礎上，本實施例中，為了方便物體107在光柵及PSD之間移動，光柵及PSD之間具有一物體位移測量空問，這樣物體107可以在物體位移測量空間中進行移動，或者，本實施例中，由於物體107也可以光柵及透鏡之間移動，所以，可以在光柵及透鏡之間具有一物體位移測量空間，這樣物體107便可以在光柵及透鏡之間的物體位移測量空間中進行移動。

進一步的，本實施例中，透鏡具體可以為單凸透鏡，或者，透鏡為雙凸透鏡。

進一步的，本實施例中，為了使得光柵將平行光束112劃分為多個平行光線105，具體的，光柵包括多個透光口109或透光窗，即光線透過透光口109或透光窗形成多個平行光線105，其中多個透光口109或透光窗相互平行且間隔均勻，其中，多個透光口109或透光窗可以橫向平行設置，或者也可以豎向平行設置，只要能將光束分割為相互平行的多個光線即可。

進一步的，本實施例中，發光二極體發出的光線包括可見光及不可見光，即發光二極體發出的光線可以為可見光，也可以為不可見光，例如鐳射。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水準」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，本文中使用的術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限於清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對於這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等應做廣義理解，例如可以是固定連接，也可以是可拆卸連接， 或成為一體；可以是直接相連，也可以透過中間媒介間接相連，可以使兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。

最後應說明的是：以上各實施例僅用於說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。

Claims (22)

1. 一種位移偵測裝置，包括：一發光元件，用於提供一光線；一光學元件，設置於該發光元件的一側，用於將該光線轉換成一平行光束；一分光元件，設置於該光學元件相對該發光元件之另一側，用於將該平行光束劃分為多個平行光線；以及一感測元件，設置於該分光元件相對該光學元件之另一側；其中，當一物體位於該分光元件及該感測元件之間或位於該分光元件及該光學元件之間時，該物體遮蔽一部分的該些平行光線，該物體允許另一部分的該些平行光線投射至該感測元件，該感測元件產生一光線感測；其中，當該物體在該分光元件及該感測元件之間移動時或當該物體在該分光元件及該光學元件之間移動時，該感測元件會反應出不同的光線感測變化；其中，透過該物體位移時所對應產生的該感測元件的光線感測變化測量該物體的位移。
2. 如請求項1所述的位移偵測裝置，其中該發光元件為發光二極體、鐳射二極體、固態鐳射、液態鐳射、氣態鐳射、准分子鐳射及光纖鐳射的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組。
3. 如請求項1所述的位移偵測裝置，還包括一固定架，其中該發光元件、該光學元件及該分光元件設置在該固定架的同一側，該感測元件設置在該固定架的另一同側面上，或者，該發光元件、該光學元件設置在該固定架的同一側，該分光元件和該感測元件設置在該固定架的另一同側面上。
4. 如請求項1所述的位移偵測裝置，還包括一固定架，其中該固定架為U型結構。
5. 如請求項1所述的位移偵測裝置，還包括一固定架，其中該固定架具有一出光面和一收光面，且該出光面和該收光面之間具有一物體位移測量空間。
6. 如請求項1所述的位移偵測裝置，還包括：一處理元件，用於處理該感測元件的光線感測變化，並產生該物體的位移數值，以及，一顯示元件，與所述處理元件電性連接，用於顯示該物體的位移數值。
7. 如請求項1所述的位移偵測裝置，其中該光學元件為單凸光學元件或透鏡，或者，該光學元件為雙凸光學元件或透鏡。
8. 如請求項1所述的位移偵測裝置，其中該分光元件包括一光柵、一分光鏡、一棱鏡、一分光光學膜、一光纖耦合器、一光子晶體元件的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組。
9. 如請求項1所述的位移偵測裝置，其中該分光元件包括多個透光口或透光窗。
10. 如請求項1所述的位移偵測裝置，其中該感測元件包括位置感測器PSD、光耦合感測元件CCD、場效應半導體感測元件CMOS、半導體感測元件的其中一者。
11. 一種物體位移的測量方法，包括：提供一發光元件，用於提供一光線；提供一光學元件，用於將該光線轉換成一平行光束；提供一分光元件，用於將該平行光束劃分為多個平行光線；提供一感測元件；當一物體位於該分光元件及該感測元件之間或位於該分光元件及該光學元件之間時，該物體遮蔽一部分的該些平行光線，該物體允許另一部分的該些平行光線投射至該感測元件，該感測元件產生一光線感測；當該物體在該分光元件及該感測元件之間移動時或當該物體在該分光元件及該光學元件之間移動時，該感測元件會反應出不同的光線感測變化；以及透過該物體位移時所對應產生的該感測元件的光線感測變化測量該物體的位移。
12. 如請求項11所述的物體位移的測量方法，還包括：提供一處理元件，用於處理該感測元件的光線感測變化，而產生該物體的位移數值。
13. 如請求項12所述的物體位移的測量方法，還包括：提供一顯示元件，與該處理元件電性連接，用於顯示該物體的位移數值。
14. 如請求項11所述的物體位移的測量方法，其中該分光元件包括一光柵、一分光鏡、一棱鏡、一分光光學膜、一光纖耦合器、一光子晶體元件的其中一者或至少二者以上所任意組合的群組。
15. 如請求項11所述的物體位移的測量方法，其中該分光元件包括多個透光口或透光窗。
16. 如請求項11所述的物體位移的測量方法，其中該感測元件包括位置感測器PSD、光耦合感測元件CCD、場效應半導體感測元件CMOS、半導體感測元件的其中一者。
17. 一種位移偵測裝置，包括：一發光二極體，用於提供一光線；一透鏡，設置於該發光二極體的一側，用於將該光線轉換成一平行光束；一光柵，設置於該透鏡的一側，用於將該平行光束劃分為多個平行光線；以及一位置感測器，設置於該光柵的一側；其中，當一物體位於該光柵及該位置感測器之間或位於該光柵及該透鏡之間時，該物體遮蔽一部分的該些平行光線，該物體允許另一部分的該些平行光線投射至該位置感測器，該位置感測器產生一光線感測；其中，當該物體在該光柵及該位置感測器之間移動時或當該物體在該光柵及該透鏡之間移動時，該位置感測器會反應出不同的光線感測變化；其中，透過該物體位移時所對應產生的該位置感測器的光線感測變化 測量該物體的位移。
18. 如請求項17所述的位移偵測裝置，還包括一固定架，其中該發光二極體、該透鏡及該光柵設置在該固定架的同一側，該位置感測器設置在該固定架的另一同側面上，或者，該發光二極體、該透鏡設置在該固定架的同一側，該光柵和該位置感測器設置在該固定架的另一同側面上。
19. 如請求項17所述的位移偵測裝置，還包括一固定架，其中該固定架為U型結構。
20. 如請求項17所述的位移偵測裝置，還包括一固定架，其中該固定架具有一出光面和一收光面，且該出光面和該收光面之間具有一物體位移測量空間。
21. 如請求項17所述的位移偵測裝置，還包括一處理元件，用於處理該位置感測器的光線感測變化，並產生該物體的位移數值。
22. 如請求項21所述的位移偵測裝置，還包括一顯示元件，與該處理元件電性連接，用於顯示該物體的位移數值。