有源平面接觸的光學感應器的製造方法
2023-09-16 18:32:30 1
有源平面接觸的光學感應器的製造方法
【專利摘要】一種有源平面接觸的光學感應器，光學感應器包括筆管、光電器電路板和信號線，筆管的周圍封閉且底部為平面開口，筆管的內腔安裝光感器電路板，光感器電路板上安裝雷射二極體，光感器電路板上設置用以採集平面開口處圖像的光電傳感器、用以計算圖像的色調直方圖，如果色調直方圖出現優勢單峰則判定平面開口與桌面無縫接觸狀態，否則判定平面開口於桌面懸離狀態的圖像亮度分析模塊和用以將判定結果按照信號線編碼傳輸的控制晶片，光電傳感器靠近開口處，光電傳感器與圖像亮度分析模塊連接，圖像亮度分析模塊與控制晶片連接，控制晶片與信號線連接。本發明不依賴於表面接觸的壓力、不存在機械振蕩、使用壽命較長、應用到書寫筆時書寫流暢性良好。
【專利說明】有源平面接觸的光學感應器
【技術領域】
[0001]本發明涉及傳感器領域，尤其是一種光學感應器。
【背景技術】
[0002]當前觸覺傳感器，常常把接觸壓力作為一個感應量之一輸出，例如，一些手寫板技術引入壓感參數後可以設計成書寫筆跡有粗細的風格；又例如，在在線手寫識別中，把筆端的接觸壓力變化作為書寫者重要的個性化特徵。對兩個物體表面平面之間的無縫隙接觸的感知，從不基於壓力測量的方式解決的話，早期的方法有微動開關方式。具體做法是由彈簧和觸頭構成微動開關。觸頭接觸外界物體後離開基板，造成信號通路斷開，從而測到與外界物體的接觸。這種常閉式(未接觸時一直接通)微動開關的優點是使用方便、結構簡單，缺點是易產生機械振蕩和觸頭易氧化。另外，這種裝置無法使用到書寫滑鼠(滑鼠筆)的設計裡。按照目前公開的技術文獻，其餘的觸覺傳感器解決方案無一不是藉助於接觸時的壓力來感知的，這雖然可以提供額外的壓感定量信息，但至少需要接觸表面一端的設備的專門設計的配合，而這樣的設計是無法兼容在目前主流的光電滑鼠的解決方案中的。
【發明內容】
[0003]為了克服已有壓力式觸覺傳感器的依賴於壓力、存在機械振蕩和觸頭易氧化、使用壽命較短、應用到書寫筆時書寫流暢性較差的不足，本發明提供一種不依賴於表面接觸的壓力、不存在機械振蕩、使用壽命較長、應用到書寫筆時書寫流暢性良好的有源平面接觸的光學感應器。
[0004]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0005]一種有源平面接觸的光學感應器，所述光學感應器包括筆管、光電器電路板和信號線，所述筆管的周圍封閉且底部為平面開口，所述筆管的內腔安裝所述光感器電路板，所述光感器電路板上安裝雷射二極體，所述光感器電路板上設置用以採集平面開口處圖像的光電傳感器、用以計算圖像的色調直方圖，根據色調直方圖，如果色調直方圖出現優勢單峰則判定平面開口與桌面無縫接觸狀態，否則判定平面開口於桌面懸離狀態的圖像亮度分析模塊和用以將判定結果按照信號線編碼傳輸的控制晶片，所述光電傳感器靠近所述開口處，所述光電傳感器與所述圖像亮度分析模塊連接，所述圖像亮度分析模塊與所述控制晶片連接，所述控制晶片與所述信號線連接。
[0006]進一步，所述信號線伸出所述筆管的頂部。該結構方式適用於應用到書寫筆的情況，當然，根據不同場合，也可以為其他方式。
[0007]所述圖像亮度分析模塊為數位訊號處理晶片。
[0008]所述信號線為USB信號線。或者是其他數據線。
[0009]再進一步，所述雷射二極體為紅光二極體或藍光二極體。
[0010]本發明的技術構思為:接觸光感器不依賴於表面接觸的壓力，在觸頭表面機械形狀的配合下從光電信號分析的角度偵測兩個物體表面是否有無縫接觸。該設計提供有源光感方式，可以支持一種光電筆的新穎電腦外設產品，其不同於傳統的手寫板和手寫筆。帶平面接觸感知的書寫筆工作時可以通過筆尖懸空來停止書寫，而接觸桌面移動就可以繼續書寫，不需要像滑鼠那樣拖動(即按住一個滑鼠按鍵移動滑鼠)，也不需要像手寫筆那樣依賴手寫板或觸控螢幕。
[0011]本發明的有益效果主要表現在:不依賴於表面接觸的壓力、不存在機械振蕩、使用壽命較長、應用到書寫筆時書寫流暢性良好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是有源平面接觸的光學感應器的示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明作進一步描述。
[0014]參照圖1，一種有源平面接觸的光學感應器，所述光學感應器包括筆管1、光電器電路板2和信號線3，所述筆管I的周圍封閉且底部為平面開口 4，所述筆管I的內腔安裝所述光感器電路板2，所述光感器電路板2上安裝雷射二極體5，所述光感器電路板2上設置用以採集平面開口處圖像的光電傳感器、用以計算圖像的色調直方圖，根據色調直方圖，如果色調直方圖出現優勢單峰則判定平面開口與桌面無縫接觸狀態，否則判定平面開口於桌面懸離狀態的圖像亮度分析模塊和用以將判定結果按照信號線編碼傳輸的控制晶片，所述光電傳感器靠近所述平面開口 4處，所述光電傳感器與所述圖像亮度分析模塊連接，所述圖像亮度分析模塊與所述控制晶片連接，所述控制晶片與所述信號線3連接。
[0015]進一步，所述信號線3伸出所述筆管I的頂部。該結構方式適用於應用到書寫筆的情況，當然，根據不同場合，也可以為其他方式。
[0016]所述圖像亮度分析模塊為數位訊號處理晶片。
[0017]所述信號線3為USB信號線。或者是其他數據線。
[0018]再進一步，所述雷射二極體5為紅光二極體或藍光二極體。
[0019]有源平面接觸光感器包括雷射二極體5，其形狀呈圓柱形，周圍封閉留一側柱底為開口，柱形外殼內部含有一個光感器電路板，電路板上有控制晶片、圖像亮度分析模塊(採用DSP核)、光電感應器(攝像頭)，電路板有USB信號輸出口。整個結構如圖1所示。
[0020]當光感器開口平面與物體表面平面有無縫接觸時，光電傳感器採集的圖像為接近純色的紅光或藍光圖像；當懸離於接觸面時，必然有照明燈光、或自然光注入，從而採集的圖像色調有混合的汙染。圖像亮度分析模塊(採用DSP核)計算圖像的色調直方圖，如果直方圖出現優勢單峰意味著開口與表面平面是無縫接觸，如果直方圖出現多峰、或弱勢單峰則表示開口已經懸離表面平面。
[0021]當被接觸物體表面平面為紅色或藍色時，判別機制的精確度會受到影響。
[0022]這一判別機制可以用到改造、升級目前的光電滑鼠系統中，在光電滑鼠的圖像分析模塊裡加上以上的判別機制，並且升級光電滑鼠的操作類型數目，把「懸離接觸面」也作為一個物理操作(類似按鍵點擊、移動等常規滑鼠操作那樣)，做到這一點需要驅動軟體和作業系統的相應升級支持。而且這個機制是接近兼容傳統光電滑鼠的，可以將滑鼠的書寫自然性提高到和握筆書寫相仿的程度。
[0023]本實施例的方案只是圍繞開口平面與物體表面平面之間的接觸或懸離的這個基於光電機制進行智能自動識別的裝置的設計，倘若該裝置用於書寫勢必還要加上類似移動位置定位等光電滑鼠具備的功能模塊。所以這裡的應用舉例只是就應用而舉例，並沒有把應用到的產品的設計完整寫出。
[0024]以有源平面接觸光感器為基礎，設計一種無按鍵配設的筆狀滑鼠，如前述按鍵設計主要使用在滑鼠的拖動書寫上，增加一個滑鼠懸離桌面的操作功能，懸離表示書寫停止，接觸表示書寫繼續，這樣的操作很像傳統的手持筆進行書寫的方式，其自然性較佳。
[0025]要實現滑鼠懸離操作功能需要在硬體、軟體上增加設計模塊，首先，光電滑鼠電路板的圖像分析處理模塊增加一個功能模塊。原來的圖像處理模塊主要做幀差分析實現運動定位估計，現在增加一個算法處理模塊，主要實現圖像的色調分析，當筆尖和物體表面平面無縫接觸時，光電傳感器採集的圖像信號是純度較高的紅色(或藍色)；當筆尖懸離物體表面時，採集的圖像色調純度會較低，以此可以區分滑鼠的懸離或接觸狀態；
[0026]再者，這一類功能的滑鼠必須開發其相應的驅動軟體，其並不與目前的USB光電滑鼠通訊機制完全兼容；上位機的作業系統(例如Windows)也必須升級其滑鼠操作類型等部分。
[0027]上述方案是最接近兼容傳統光電滑鼠的，因為光感判斷筆尖的接觸或懸離是通過雷射二極體的作為光源的，可以將滑鼠的書寫自然性提高到和握筆書寫相仿的程度。
[0028]當筆尖與物體表面平面有無縫接觸時，光電傳感器採集的圖像為接近純色的紅光或藍光圖像；當懸離於接觸面時，必然有照明燈光、或自然光注入，從而採集的圖像色調有混合的汙染。圖像分析處理DSP核計算圖像的色調直方圖，如果直方圖出現優勢單峰意味著開口與表面平面是無縫接觸，如果直方圖出現多峰、或弱勢單峰則表示開口已經懸離表面平面。
[0029]當筆尖接觸的物體表面平面為紅色或藍色時，判別機制的精確度、穩定性會受到影響。
【權利要求】
1.一種有源平面接觸的光學感應器，其特徵在於:所述光學感應器包括筆管、光電器電路板和信號線，所述筆管的周圍封閉且底部為平面開口，所述筆管的內腔安裝所述光感器電路板，所述光感器電路板上安裝雷射二極體，所述光感器電路板上設置用以採集平面開口處圖像的光電傳感器、用以計算圖像的色調直方圖，根據色調直方圖，如果色調直方圖出現優勢單峰則判定平面開口與桌面無縫接觸狀態，否則判定平面開口於桌面懸離狀態的圖像亮度分析模塊和用以將判定結果按照信號線編碼傳輸的控制晶片，所述光電傳感器靠近所述開口處，所述光電傳感器與所述圖像亮度分析模塊連接，所述圖像亮度分析模塊與所述控制晶片連接，所述控制晶片與所述信號線連接。
2.如權利要求1所述的有源平面接觸的光學感應器，其特徵在於:所述信號線伸出所述筆管的頂部。
3.如權利要求1或2所述的有源平面接觸的光學感應器，其特徵在於:所述圖像亮度分析模塊為數位訊號處理晶片。
4.如權利要求1或2所述的有源平面接觸的光學感應器，其特徵在於:所述信號線為USB信號線。
5.如權利要求1或2所述的有源平面接觸的光學感應器，其特徵在於:所述雷射二極體為紅光二極體或藍光二極體。
【文檔編號】G06F3/042GK104360777SQ201410659652
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】陸成剛 申請人:浙江工業大學