CN104317432A - 无源平面接触的光学感应器 - Google Patents

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陆成刚
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Abstract

一种无源平面接触的光学感应器，包括笔管、光电器电路板和信号线，所述笔管的周围封闭且底部为平面开口，所述笔管的内腔安装所述光感器电路板，所述光感器电路板上安装用以采集平面开口处图像的光电传感器、用以将采集的图像计算亮度值并根据预定义的亮度阈值判定平面开口与桌面是接触或悬离状态的图像亮度分析模块和用以将判定结果按照信号线编码传输的控制芯片，所述光电传感器靠近所述开口处，所述光电传感器与所述图像亮度分析模块连接，所述图像亮度分析模块与所述控制芯片连接，所述控制芯片与所述信号线连接。本发明不依赖于表面接触的压力、不存在机械振荡、使用寿命较长、应用到书写笔时书写流畅性良好。

Description

无源平面接触的光学感应器
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其是一种光学感应器。
背景技术
当前触觉传感器，常常把接触压力作为一个感应量之一输出，例如，一些手写板技术引入压感参数后可以设计成书写笔迹有粗细的风格；又例如，在在线手写识别中，把笔端的接触压力变化作为书写者重要的个性化特征。对两个物体表面平面之间的无缝隙接触的感知，从不基于压力测量的方式解决的话，早期的方法有微动开关方式。具体做法是由弹簧和触头构成微动开关。触头接触外界物体后离开基板，造成信号通路断开，从而测到与外界物体的接触。这种常闭式(未接触时一直接通)微动开关的优点是使用方便、结构简单，缺点是易产生机械振荡和触头易氧化。另外，这种装置无法使用到书写鼠标(鼠标笔)的设计里。按照目前公开的技术文献，其余的触觉传感器解决方案无一不是借助于接触时的压力来感知的，这虽然可以提供额外的压感定量信息，但至少需要接触表面一端的设备的专门设计的配合，而这样的设计是无法兼容在目前主流的光电鼠标的解决方案中的。
发明内容
为了克服已有压力式触觉传感器的依赖于压力、存在机械振荡和触头易氧化、使用寿命较短、应用到书写笔时书写流畅性较差的不足，本发明提供一种不依赖于表面接触的压力、不存在机械振荡、使用寿命较长、应用到书写笔时书写流畅性良好的无源平面接触的光学感应器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无源平面接触的光学感应器，所述光学感应器包括笔管、光电器电路板和信号线，所述笔管的周围封闭且底部为平面开口，所述笔管的内腔安装所述光感器电路板，所述光感器电路板上安装用以采集平面开口处图像的光电传感器、用以将采集的图像计算亮度值并根据预定义的亮度阈值判定平面开口与桌面是接触或悬离状态的图像亮度分析模块和用以将判定结果按照信号线编码传输的控制芯片，所述光电传感器靠近所述开口处，所述光电传感器与所述图像亮度分析模块连接，所述图像亮度分析模块与所述控制芯片连接，所述控制芯片与所述信号线连接。
进一步，所述信号线伸出所述笔管的顶部。该结构方式适用于应用到书写笔的情况，当然，根据不同场合，也可以为其他方式。
所述图像亮度分析模块为数字信号处理芯片。
所述信号线为USB信号线。或者是其他数据线。
本发明的技术构思为：接触光感器不依赖于表面接触的压力，在触头表面机械形状的配合下从光电信号分析的角度侦测两个物体表面是否有无缝接触。可以支持一种光电笔的新颖电脑外设产品，其不同于传统的手写板和手写笔。带平面接触感知的书写笔工作时可以通过笔尖悬空来停止书写，而接触桌面移动就可以继续书写，不需要像鼠标那样拖动(即按住一个鼠标按键移动鼠标)，也不需要像手写笔那样依赖手写板或触摸屏。
本发明的有益效果主要表现在：不依赖于表面接触的压力、不存在机械振荡、使用寿命较长、应用到书写笔时书写流畅性良好。
附图说明
图1是无源平面接触的光学感应器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1，一种无源平面接触的光学感应器，所述光学感应器包括笔管1、光电器电路板2和信号线3，所述笔管1的周围封闭且底部为平面开口4，所述笔管1的内腔安装所述光感器电路2板，所述光感器电路板2上安装用以采集平面开口处图像的光电传感器、用以将采集的图像计算亮度值并根据预定义的亮度阈值判定平面开口与桌面是接触或悬离状态的图像亮度分析模块和用以将判定结果按照信号线编码传输的控制芯片，所述光电传感器靠近所述平面开口4处，所述光电传感器与所述图像亮度分析模块连接，所述图像亮度分析模块与所述控制芯片连接，所述控制芯片与所述信号线3连接。
进一步，所述信号线3伸出所述笔管1的顶部。该结构方式适用于应用到书写笔的情况，当然，根据不同场合，也可以为其他方式。
所述图像亮度分析模块为数字信号处理芯片。
所述信号线3为USB信号线。或者是其他数据线。
无源平面接触光感器不含照明光源，其形状呈圆柱形，周围封闭留一侧柱底为开口，柱形外壳内部含有一个光感器电路板，电路板上有控制芯片、图像亮度分析模块(采用DSP核)、光电感应器(摄像头)，电路板有USB信号输出口。整个结构如图1所示。
无源平面接触光感器的工作过程如下：当光感器开口平面与桌面平面无缝接触时，光电传感器采集的图像亮度值很低；当开口悬离桌面时由于自然光、或室内照明灯光的注入，光电传感器采集的图像亮度值较高。图像亮度分析模块是一个数字信号处理芯片(DSP)，能计算图像的亮度值，并根据预定义的亮度阈值做出开口平面是接触、还是悬离桌面的判断，控制芯片将判断结果按照USB信号进行编码传输。
当设备置于无照明的黑暗环境(例如无照明的黑夜)时，光感器判断物体表面平面接触的机制可能失效。
物体表面平面无压力接触的无源光感判决机制可用于电脑外设——USB光电笔的设计和制造。这种笔类似鼠标的工作原理，与电脑通过USB连接，通过专门的驱动软件支持，在windows系统下替代手写板、手写笔进行书写或绘画。主要优势是：一、和手写笔相比，不依赖于手写板、触摸屏，系统组成比较简单；二、和鼠标书写相比，书写可以通过笔尖的悬离来停止、笔尖的接触而继续，没有拖动书写的手指的不自然性。

Claims (4)

1.一种无源平面接触的光学感应器，其特征在于：所述光学感应器包括笔管、光电器电路板和信号线，所述笔管的周围封闭且底部为平面开口，所述笔管的内腔安装所述光感器电路板，所述光感器电路板上安装用以采集平面开口处图像的光电传感器、用以将采集的图像计算亮度值并根据预定义的亮度阈值判定平面开口与桌面是接触或悬离状态的图像亮度分析模块和用以将判定结果按照信号线编码传输的控制芯片，所述光电传感器靠近所述开口处，所述光电传感器与所述图像亮度分析模块连接，所述图像亮度分析模块与所述控制芯片连接，所述控制芯片与所述信号线连接。
2.如权利要求1所述的无源平面接触的光学感应器，其特征在于：所述信号线伸出所述笔管的顶部。
3.如权利要求1或2所述的无源平面接触的光学感应器，其特征在于：所述图像亮度分析模块为数字信号处理芯片。
4.如权利要求1或2所述的无源平面接触的光学感应器，其特征在于：所述信号线为USB信号线。
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