CN104360777A - 有源平面接触的光学感应器 - Google Patents

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Abstract

一种有源平面接触的光学感应器，光学感应器包括笔管、光电器电路板和信号线，笔管的周围封闭且底部为平面开口，笔管的内腔安装光感器电路板，光感器电路板上安装激光二极管，光感器电路板上设置用以采集平面开口处图像的光电传感器、用以计算图像的色调直方图，如果色调直方图出现优势单峰则判定平面开口与桌面无缝接触状态，否则判定平面开口于桌面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，光电传感器靠近开口处，光电传感器与图像亮度分析模块连接，图像亮度分析模块与控制芯片连接，控制芯片与信号线连接。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

有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有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：
一种有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激光二极管，所述光感器电路板上设置用以采集平面开口处图像的光电传感器、用以计算图像的色调直方图，根据色调直方图，如果色调直方图出现优势单峰则判定平面开口与桌面无缝接触状态，否则判定平面开口于桌面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。
再进一步，所述激光二极管为红光二极管或蓝光二极管。
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。该设计提供有源光感方式，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是有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1，一种有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板2，所述光感器电路板2上安装激光二极管5，所述光感器电路板2上设置用以采集平面开口处图像的光电传感器、用以计算图像的色调直方图，根据色调直方图，如果色调直方图出现优势单峰则判定平面开口与桌面无缝接触状态，否则判定平面开口于桌面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。
再进一步，所述激光二极管5为红光二极管或蓝光二极管。
有源平面接触光感器包括激光二极管5，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。
当光感器开口平面与物体表面平面有无缝接触时，光电传感器采集的图像为接近纯色的红光或蓝光图像；当悬离于接触面时，必然有照明灯光、或自然光注入，从而采集的图像色调有混合的污染。图像亮度分析模块(采用DSP核)计算图像的色调直方图，如果直方图出现优势单峰意味着开口与表面平面是无缝接触，如果直方图出现多峰、或弱势单峰则表示开口已经悬离表面平面。
当被接触物体表面平面为红色或蓝色时，判别机制的精确度会受到影响。
这一判别机制可以用到改造、升级目前的光电鼠标系统中，在光电鼠标的图像分析模块里加上以上的判别机制，并且升级光电鼠标的操作类型数目，把“悬离接触面”也作为一个物理操作(类似按键点击、移动等常规鼠标操作那样)，做到这一点需要驱动软件和操作系统的相应升级支持。而且这个机制是接近兼容传统光电鼠标的，可以将鼠标的书写自然性提高到和握笔书写相仿的程度。
本实施例的方案只是围绕开口平面与物体表面平面之间的接触或悬离的这个基于光电机制进行智能自动识别的装置的设计，倘若该装置用于书写势必还要加上类似移动位置定位等光电鼠标具备的功能模块。所以这里的应用举例只是就应用而举例，并没有把应用到的产品的设计完整写出。
以有源平面接触光感器为基础，设计一种无按键配设的笔状鼠标，如前述按键设计主要使用在鼠标的拖动书写上，增加一个鼠标悬离桌面的操作功能，悬离表示书写停止，接触表示书写继续，这样的操作很像传统的手持笔进行书写的方式，其自然性较佳。
要实现鼠标悬离操作功能需要在硬件、软件上增加设计模块，首先，光电鼠标电路板的图像分析处理模块增加一个功能模块。原来的图像处理模块主要做帧差分析实现运动定位估计，现在增加一个算法处理模块，主要实现图像的色调分析，当笔尖和物体表面平面无缝接触时，光电传感器采集的图像信号是纯度较高的红色(或蓝色)；当笔尖悬离物体表面时，采集的图像色调纯度会较低，以此可以区分鼠标的悬离或接触状态；
再者，这一类功能的鼠标必须开发其相应的驱动软件，其并不与目前的USB光电鼠标通讯机制完全兼容；上位机的操作系统(例如Windows)也必须升级其鼠标操作类型等部分。
上述方案是最接近兼容传统光电鼠标的，因为光感判断笔尖的接触或悬离是通过激光二极管的作为光源的，可以将鼠标的书写自然性提高到和握笔书写相仿的程度。
当笔尖与物体表面平面有无缝接触时，光电传感器采集的图像为接近纯色的红光或蓝光图像；当悬离于接触面时，必然有照明灯光、或自然光注入，从而采集的图像色调有混合的污染。图像分析处理DSP核计算图像的色调直方图，如果直方图出现优势单峰意味着开口与表面平面是无缝接触，如果直方图出现多峰、或弱势单峰则表示开口已经悬离表面平面。
当笔尖接触的物体表面平面为红色或蓝色时，判别机制的精确度、稳定性会受到影响。

Claims (5)

1.一种有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激光二极管，所述光感器电路板上设置用以采集平面开口处图像的光电传感器、用以计算图像的色调直方图，根据色调直方图，如果色调直方图出现优势单峰则判定平面开口与桌面无缝接触状态，否则判定平面开口于桌面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所述的有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所述的有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所述的有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。
5.如权利要求1或2所述的有源平面接触的光学感应器，其特征在于：所述激光二极管为红光二极管或蓝光二极管。
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