CN112797905B - 光学检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学检测装置，用来检测光学导航设备的抬升高度。该光学检测装置包括传感模块以及处理器。该传感模块包括传感数组以及检测条。该传感数组用来检测亮区以取得该光学导航设备相对于工作表面的导航信息。该检测条的检测区跨过该亮区的边界。该处理器电连接该传感模块，用来根据该检测条的检测结果计算该光学导航设备相对于该工作表面的该抬升高度。本发明的光学检测装置可利用检测条实时且精准地检测到光学导航设备的小幅抬升高度。

Description

光学检测装置
技术领域
本发明涉及一种光学检测装置，特别是有关一种能够检测到光学导航设备小幅度抬升的光学检测装置。
背景技术
传统光学鼠标利用单区的画素数组检测投射到工作表面的亮区。画素数组所取得图像用来分析判断导航信息以及抬升信息。当光学鼠标在工作表面平移时，图像内任意图点的移动可转换为导航信息；当光学鼠标相对于工作表面抬升时，亮区的边界开始移动，亮区的图像质量下降，因此边界和图像质量的变化会被转换为抬升信息。然而，传统的抬升检测算法在光学鼠标的抬升高度低于一毫米时，无法正确辨识出边界变化，故如何设计出一种能检测光学鼠标微幅抬升的光学检测装置即为相关产业的重点发展目标之一。
发明内容
本发明涉及一种能够检测到光学导航设备小幅度抬升的光学检测装置。
本发明进一步公开一种光学检测装置，用来检测光学导航设备的抬升高度。该光学检测装置包括传感模块以及处理器。该传感模块包括传感数组以及检测条。该传感数组用来检测亮区以取得该光学导航设备相对于工作表面的导航信息。该检测条的检测区跨过该亮区的边界。该处理器电连接该传感模块，用来根据该检测条的检测结果计算该光学导航设备相对于该工作表面的该抬升高度。该光学检测装置进一步包括光源，用来将该亮区投射到该工作表面。该检测条具有多个检测单元，该多个检测单元排列为条状并且交错于该亮区的该边界。
本发明还进一步公开当该传感数组的中心对齐该亮区的中心时，该多个检测单元的一部分检测单元朝向该亮区，而该多个检测单元的其它部分检测单元朝向该工作表面不具该亮区的范围。该检测条的长度大于该传感数组的长度、或大于该亮区的尺寸。当该光学导航设备抬升时，其检测区跨过该亮区的检测单元的数量相应减少。
本发明还进一步公开该处理器分析该检测结果的参数变化以判断该抬升高度。该检测结果的参数为该检测条所生成的亮度、电压或电流值。该光学检测装置进一步包括比较电路，用来比较该检测结果与参考信号以判断该抬升高度。该比较电路的数量对应于该检测条内的检测单元的数量。
本发明还进一步公开该检测条间隔于该传感数组、或是结合于该传感数组。检测条连接该传感模块的侧边、或是被该传感数组所围绕。该检测条是直线形式或是曲线形式。该传感模块包括多个检测条，分别设置在该传感数组的不同侧边。
本发明的检测单元优选地可为具有低噪声值的光电二极管，然实际应用不限于此。检测条内检测单元所产生的信号可进行加总，并且信号可为检测条的亮度、电压或电流值转换得来的检测结果，故光学检测装置可分析检测结果以判断光学导航设备的抬升高度。除此之外，所以检测单元都会被个别分析以找出那个或那些检测单元检测到亮度变化，据此判断亮区的边界位置，并且相应计算出光学导航设备的抬升高度。光学检测装置可通过缩短检测条内相邻检测单元的间距来提高检测精度。本发明的检测条长度大于光源所投射形成的亮区尺寸，检测条可包括紧密排列的多个检测单元；即使光学导航设备的高度只有些微抬升，对齐于亮区边界的检测单元仍然能正确检测到边界的移动。换句话说，本发明的光学检测装置可利用检测条实时且精准地检测到光学导航设备的小幅抬升高度。
附图说明
图1为本发明实施例的光学检测装置的功能方块图。
图2与图3为本发明实施例的光学导航设备抬升到不同高度的示意图。
图4为图2所示光学导航设备的传感模块与亮区之相对关系的上视图。
图5为图3所示光学导航设备的传感模块与亮区之相对关系的上视图。
图6至图10为本发明不同实施例的传感模块的示意图。
图11为本发明实施例的光学检测装置的比较电路的电路图。
图12为本发明实施例的比较电路所产生信号的波形图。
图13为本发明实施例的比较电路所提供计数参数的分布图。
其中，附图标记说明如下：
10 光学检测装置
12 光学导航设备
14 传感模块
16 光源
18 处理器
20 传感数组
22 检测条
24 检测单元
26 比较电路
Pc 计数参数
Vd 检测结果
Vramp 斜波信号
Vref 参考信号
V1 第一输入电压
V2 第二输入电压
Vout 输出信号
A 亮区
C1、C2 曲线
具体实施方式
请参阅图1至图3，图1为本发明实施例的光学检测装置10的功能方块图，图2与图3为本发明实施例的光学导航设备12抬升到不同高度的示意图。光学导航设备12可具有光学检测装置10。光学导航设备12可相对于工作表面S抬升或平移。光学检测装置10可用来检测光学导航设备12相对于工作表面S的垂直移动与水平移动。光学检测装置10可包括传感模块14、光源16以及处理器18。处理器18可电连接传感模块14，并且还能选择性电连接光源16。
光源16可投射光线以在工作表面S形成亮区A。传感模块14可包括传感数组20以及检测条22。检测条22的数量可以是一个或多个。传感模块14可利用传感数组20与检测条22检测亮区A，据此取得光学导航设备12的导航信息和抬升信息。处理器18可以接收传感数组20的检测结果以计算水平移动，并且进一步取得检测条22的检测结果来计算垂直移动以取得光学导航设备12的抬升高度。
请参阅图4与图5，图4为图2所示光学导航设备12的传感模块14与亮区A之相对关系的上视图，图5为图3所示光学导航设备12的传感模块14与亮区A之相对关系的上视图。在本发明中，传感数组20可设计为矩形样式；当光学导航设备12放置在工作表面S时，传感数组20的检测区优选地可位于亮区A内。检测条22可包括多个检测单元24，并且多个检测单元24排列成一个或多个条状形式。检测条22的检测区可突出亮区A的范围；换句话说，检测区会跨越亮区A，意即检测条22交错于亮区A的边界。
条状排列的检测单元24的数量可以是一个或多个。只要多个检测单元24的两部分各自朝向亮区A内与亮区A外部，不论检测条22包括几个条状排列的检测单元24、也不论检测单元24排列成条状的长度为何，都符合本发明的设计需求。光学导航设备12放置在工作表面S时，传感数组20的中心可对齐亮区A的中心，检测条22的左区段朝向亮区A，但是检测条22的右区段则朝向工作表面S上不具亮区A的范围，如图4所示。若光学导航设备12抬升，检测条22的左区段(其长度略短于图4所示的左区段)仍然朝向亮区A，检测条22的右区段(其长度略长于图4所示的右区段)会朝向工作表面S上不具亮区A的范围，如图5所示。
检测条22的长度可大于传感数组20的长度、或大于亮区A的尺寸。当光学导航设备12抬升时，其检测区跨越亮区A的检测单元24的数量会相应减少；当光学导航设备12下降时，其检测区跨越亮区A的检测单元24的数量则相应增加。若检测单元24从面向亮区A的情况切换到远离亮区A的情况，检测单元24的检测结果会改变，因此处理器18可分析单个或多个检测单元24的检测结果的参数变化，从而判断检测条22的垂直移动，并且还能相应取得光学导航设备12的抬升高度。本发明中，检测结果的参数可以是检测条22所产生的亮度、电压或电流值，然实际应用不限于此。
请参阅图6至图10，图6至图10为本发明不同实施例的传感模块14的示意图。在图6所示实施例中，传感数组20与检测条22可以是彼此分开的两个独立单元。检测条22可间隔于传感数组20，处理器18可区分传感数组20与检测条22的检测结果，进一步分析检测条22的检测结果以判断光学导航设备12的抬升高度。在图7所示实施例中，检测条22可连结在传感数组20的侧边。处理器18可辨识传感模块14的部分单元属于检测条22的检测单元，并且分析受辨识单元的检测结果以判断光学导航设备12的抬升高度。
在图8所示实施例中，检测条22可为传感数组20所环绕。检测条22可从传感数组20的任意侧边突出来，以使检测条22能在光学导航设备12抬升或下降时早于传感数组20检测到参数变化。前揭实施例的检测条22都是直线形式；然而如图9所示实施例，检测条22还能设计成曲线形式。曲线检测条22的曲率会依照实际需求而定。在图10所示实施例中，传感模块14可包括单个传感数组20和多个检测条22。多个检测条22可分别设置在传感数组20的不同侧边。若光学导航设备12倾斜地向上抬升，传感模块14能够通过检测条22设置在传感模块14各方位的设计而立即取得检测结果的参数变化。
请参阅图11至图13，图11为本发明实施例的光学检测装置10的比较电路26的电路图，图12为本发明实施例的比较电路26所应用信号的波形图，图13为本发明实施例的比较电路26所提供计数参数Pc的分布图。光学检测装置10可包括多个比较电路26，分别电连接到检测条22的对应检测单元24，意即比较电路26的数量相当于检测单元24的数量。比较电路26可用来将第一输入电压V1(例如检测单元24的检测结果Vd加上斜波信号Vramp)相比于第二输入电压V2(例如参考信号Vref)。第一输入电压V1大于第二输入电压V2时，比较电路26的输出信号Vout会发生变化；随着各检测单元24检测到的亮度改变，每一个比较电路26的计数参数Pc会不同于其它比较电路26的计数参数Pc。
斜波信号Vramp启动时可相应致发计时机构(没有绘制在图中)，并且在第一输入电压V1大于第二输入电压V2时停止计数。在检测条22的所有检测单元24中，对齐亮区A内的清晰亮部位的检测单元24可具有较高的计数参数Pc，对齐亮区A内的黯淡或模糊部位或亮区A外的暗部位的检测单元24会具有较低的计数参数Pc，故能分析各比较电路26的计数参数Pc以找出亮区A的边界。
如图13所示，光学导航设备12放置在工作表面S时，检测条22可用来检测以实线绘制的亮区A，这时检测条22的比较电路26所提供计数参数Pc的分布如曲线C1；光学导航设备12自工作表面S往上抬升时，检测条22会检测到以虚线绘制的亮区A，此时检测条22的比较电路26所提供计数参数Pc的分布如曲线C2。若检测单元24对齐到实线亮区A的边界和虚线亮区A的边界之间范围，其计数参数Pc会随着光学导航设备12的抬升而降低，因此计数参数Pc的分布会从曲线C1变化为曲线C2。处理器18可监测曲线C1与曲线C2的变化来找出亮区A的边界。
综上所述，本发明的检测单元优选地可为具有低噪声值的光电二极管，然实际应用不限于此。检测条内检测单元所产生的信号可进行加总，并且信号可为检测条的亮度、电压或电流值转换得来的检测结果，故光学检测装置可分析检测结果以判断光学导航设备的抬升高度。除此之外，所以检测单元都会被个别分析以找出那个或那些检测单元检测到亮度变化，据此判断亮区的边界位置，并且相应计算出光学导航设备的抬升高度。光学检测装置可通过缩短检测条内相邻检测单元的间距来提高检测精度。相比于现有技术，本发明的检测条长度大于光源所投射形成的亮区尺寸，检测条可包括紧密排列的多个检测单元；即使光学导航设备的高度只有些微抬升，对齐于亮区边界的检测单元仍然能正确检测到边界的移动。换句话说，本发明的光学检测装置可利用检测条实时且精准地检测到光学导航设备的小幅抬升高度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种光学检测装置，用来检测光学导航设备的抬升高度，其特征在于，该光学检测装置包括：
传感模块，包括传感数组以及检测条，该检测条的长度大于该传感数组的长度，该检测条具有多个检测单元，该传感数组用来检测亮区以取得该光学导航设备相对于工作表面的导航信息，该检测条的检测区跨过该传感数组检测的亮区的边界；以及
处理器，电连接该传感模块，以及用于集成由多个检测单元中的位于该亮区的一些减少或增加的检测单元提供的信号，以用来根据该检测条的检测结果计算该光学导航设备相对于该工作表面的该抬升高度。
2.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该光学检测装置进一步包括光源，用来将该亮区投射到该工作表面。
3.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该多个检测单元排列为条状并且交错于该亮区的该边界。
4.如权利要求3所述的光学检测装置，其特征在于，当该传感数组的中心对齐该亮区的中心时，该多个检测单元的一部分检测单元朝向该亮区，而该多个检测单元的其它部分检测单元朝向该工作表面不具该亮区的范围。
5.如权利要求3所述的光学检测装置，其特征在于，当该光学导航设备抬升时，其检测区跨过该亮区的检测单元的数量相应减少。
6.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该处理器用于分析该检测结果的参数变化以判断该抬升高度。
7.如权利要求6所述的光学检测装置，其特征在于，该检测结果的参数为该检测条所生成的亮度、电压或电流值。
8.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该光学检测装置进一步包括比较电路，用来比较该检测结果与参考信号以判断该抬升高度。
9.如权利要求8所述的光学检测装置，其特征在于，该比较电路的数量对应于该检测条内的检测单元的数量。
10.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该检测条间隔于该传感数组、或是结合于该传感数组。
11.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该检测条连接该传感模块的侧边、或是被该传感数组所围绕。
12.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该检测条是直线形式或是曲线形式。
13.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该传感模块包括多个检测条，分别设置在该传感数组的不同侧边。
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