CN115877392A - 自适应近接感测装置 - Google Patents

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萧朝阳
李盛城
林文胜
林智伟
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Abstract

本发明提供一种自适应近接感测装置，包含：一数字处理器；一发光模块，包含一发光元件以及一驱动器，驱动器耦接发光元件以及数字处理器之间，驱动器接受从数字处理器输出具一第一脉冲时间或一第一脉冲功率的一第一光控制信号，驱动发光元件发出一第一检测光；一感光元件，接收第一检测光经一待测物反射的一第一反射光并产生一第一光感测模拟信号；以及一模拟数字转换器，耦接至感光元件与数字处理器之间，用以将第一光感测模拟信号转换为一第一光感测数字信号并输出至数字处理器；可依当下待测物与近接感测装置的距离自动调整发光元件的发光时间或功率，或常态化感测信号数值，使感测信号强度维持在适当范围内，得以维持距离判读的功能。

Description

自适应近接感测装置
技术领域
发明涉及一种近接感测装置，特别是具自适应发光时间或功率的近接感测装置。
背景技术
近接感测装置通常利用红外线发光元件发射红外线至外部待测物，反射光被感光元件接收并转换为电信号，再由控制单元判读所述信号以完成特定感测功能。例如距离感测器常用发光二极管(LED)或垂直共振腔面射激光(Vertical Cavity Surface EmittingLaser,VCSEL)作为发光元件，以及光二极管(photodiode)作为感光元件。
通常待测物与近接感测装置之间的距离随时发生改变，如发光强度固定时，待测物与近接感测装置距离越近，则近接感测装置接收反射光强度越大，当光感测信号强度达到上限，使近接感测装置无法进行距离判读。
反之，待测物与近接感测装置距离越远，则近接感测装置接收反射光强度越小，当光感测信号强度趋近于零，仍会使近接感测装置无法进行距离判读。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种自适应近接感测装置，可依当下待测物与近接感测装置的距离自动调整发光元件的发光时间(或称脉冲时间，Pulse time)或发光功率(或称脉冲功率，Pulse power)，避免感测信号数值过高或过低，维持距离判读的功能。
本发明提供一种自适应近接感测装置，包含：
一数字处理器；
一发光模块，包含一发光元件以及一驱动器，所述驱动器耦接所述发光元件以及所述数字处理器之间，所述驱动器接受从所述数字处理器输出具一第一脉冲时间或一第一脉冲功率的一第一光控制信号，驱动所述发光元件发出一第一检测光；
一感光元件，接收所述第一检测光经一待测物反射的一第一反射光并产生一第一光感测模拟信号；以及
一模拟数字转换器，耦接至所述感光元件与所述数字处理器之间，用以将所述第一光感测模拟信号转换为一第一光感测数字信号并输出至所述数字处理器；其中
所述数字处理器判断所述第一光感测数字信号的数值高于一高临界值或低于一低临界值，则根据一调整比例调整所述第一脉冲时间或所述第一脉冲功率以得到一第二脉冲时间或一第二脉冲功率，并设定具所述第二脉冲时间或所述第二脉冲功率的一第二光控制信号。
本发明另提供一种自适应近接感测装置，包含：
一数字处理器；
一发光模块，包含一发光元件以及一驱动器，所述驱动器耦接所述发光元件以及所述数字处理器之间，所述驱动器接受从所述数字处理器输出具一光控制信号，驱动所述发光元件发出一检测光；
一感光元件，接收所述检测光经一待测物反射的一反射光并产生一光感测模拟信号；以及
一模拟数字转换器，耦接至所述感光元件与所述数字处理器之间，用以将所述光感测模拟信号转换为一光感测数字信号并输出至所述数字处理器；其中
所述数字处理器根据一调整比例常态化所述光感测数字信号的数值。
附图说明
图1为本发明近接感测装置的元件配置图。
图2为本发明近接感测装置进行自适应调整的流程图。
【符号说明】
10 本发明近接测装置
101 数字处理器
102 驱动器
103 发光元件
104 感光元件
105 直流偏置减法器
106 模拟数字转换器
20 待测物
30 第一检测光、第二检测光
31 第一反射光、第二反射光
S201～S210 步骤
具体实施方式
以下各实施例配合图式，用以说明本发明的精神，让本技术领域的人士能清楚理解本发明的技术，但非用以限制本发明的范围，本发明的专利权范围应由权利要求界定。特别强调，图式仅为示意的用，并非代表元件实际的尺寸或数量，部份细节可能也不完全绘出，以求图式的简洁。
本发明自适应近接感测装置，可依当下待测物与近接感测装置的距离自动调整发光元件的脉冲时间或脉冲功率，当近接感测装置与待测物的距离较近而造成所接收的感测信号强度(数值)过高时，则自动降低脉冲时间或脉冲功率，当近接感测装置与待测物的距离较远而造成所接收的感测信号强度过低时，则自动增加脉冲时间或脉冲功率，以及近接感测装置常态/正规化(Normalization)感测信号以维持感测信号强度与距离的线性关系。
请参阅图1，为本发明近接感测装置的元件配置图。近接感测装置10包含数字处理器101、发光模块、感光元件104、直流偏置减法器(DC offset subtractor)105以及模拟数字转换器(ADC)106。其中，发光模块包含发光元件103以及驱动器102。
在其他实施例中，可更包含数字模拟转换器(DAC，图未示)，耦接于数字处理器101与驱动器102之间，用以将数字控制信号转换为模拟控制信号。或者，数字处理器101可直接输出模拟控制信号。
驱动器102耦接发光元件103以及数字处理器101之间，驱动器102接受从数字处理器101输出具第一脉冲时间或第一脉冲功率的第一光控制信号，驱动发光元件103发出第一检测光30。
感光元件104接收第一检测光30经待测物20反射的第一反射光31，并产生第一光感测模拟信号，透过耦接于感光元件104与模拟数字转换器105之间的直流偏置减法器105将信号放大，输出至连接于数字处理器101的模拟数字转换器106，将第一光感测模拟信号转换为第一光感测数字信号并输出至数字处理器101。
在特定时间或功率的发光强度，感测信号强度与待测物的距离具有线性关系。本发明的发光强度采用变功率扩大感测距离，感测强度与物体距离透过正规化即可维持感测强度与物体距离的线性关系。
接着参阅图2，为本发明近接感测装置进行自适应调整的流程图。数字处理器在初始设置下或重新启动时，输出具第一脉冲时间或第一脉冲功率的第一光控制信号至驱动器，经上述电路回馈取得第一光感测数字信号的数值，如步骤S201～S202。
接着数字处理器判断第一光感测数字信号的数值是否需调整脉冲时间或脉冲功率，如步骤S203，如第一光感测数字信号的数值高于高临界值或低于低临界值，则判断需调整脉冲时间或脉冲功率，其中高临界值为70％～90％的信号上限值，低临界值为10％～30％的信号上限值。数字处理器根据调整比例减少或增加第一脉冲时间或第一脉冲功率以得到第二脉冲时间或第二脉冲功率，并设定具第二脉冲时间或第二脉冲功率的第二光控制信号，如步骤S204～S205，即可完成脉冲时间或脉冲功率的调整，如步骤S209。
其中，调整比例为预设光感测数字信号的数值与第一光感测数字信号的数值的比值，如以下式(1)，预设光感测数字信号的数值介于高临界值与低临界值之间。因此，第二脉冲时间或第二脉冲功率可由以下式(2)得到：
调整比例＝(预设光感测数字信号的数值)/(第一光感测数字信号的数值)………………………………………………………………………(1)
第二脉冲时间或第二脉冲功率＝(调整比例)×(第一脉冲时间或第一脉冲功率)…………………………………………………………………(2)
接续步骤S203，如第一光感测数字信号的数值介于高临界值与低临界值之间，则判断不需调整脉冲时间或脉冲功率，即可完成脉冲时间或脉冲功率的调整，如步骤S209。
接续步骤S209，当近接感测装置与待测物的距离有变动，使光感测数字信号数值改变，如步骤S210，再次依序执行脉冲时间或脉冲功率的调整步骤S203～S205，可理解地，此时的调整比例为预设光感测数字信号的数值与当前取得的光感测数字信号的数值的比值。
接续步骤S202，数字处理器更根据调整比例常态化第一光感测数字信号的数值，如步骤S207以及以下式(3)。
常态化数值＝(调整比例)×(第一光感测数字信号的数值)………………………………………………………………………………(3)
接续步骤S205，数字处理器101输出具第二脉冲时间或第二脉冲功率的第二光控制信号至驱动器102，驱动发光元件103发出第二检测光30，感光元件104接收第二检测光30经待测物20反射的第二反射光31，并产生第二光感测模拟信号，透过耦接于感光元件104与模拟数字转换器105之间的直流偏置减法器105将信号放大，输出至连接于数字处理器101的模拟数字转换器106，将第二光感测模拟信号转换为第二光感测数字信号并输出至数字处理器101，如步骤S206。
接续步骤S206，数字处理器更可根据常态化比例常态化第一光感测数字信号的数值及第二光感测数字信号的数值总和，如步骤S208以及以下式(5)。其中，第二调整比例为预设光感测数字信号的数值与第一光感测数字信号的数值及第二光感测数字信号的数值总和的比值，如以下式(4)。
常态化比例＝(预设光感测数字信号的数值)/(第一光感测数字信号的数值+第二光感测数字信号的数值)……………………………………(4)
常态化数值＝(常态化比例)×(第一光感测数字信号的数值+第二光感测数字信号的数值)………………………………………………………(5)
在其他实施例中，常态化比例可为预设光感测数字信号的数值与调整前的光感测数字信号的数值及多个调整后的光感测数字信号的数值总和的比值，并以所述常态化比例常态化光感测数字信号的数值总和。
在其他实施例中，数字处理器可选择地根据调整比例或常态化比例常态化所取得的光感测数字信号的数值(总和)。
综上，本发明具自适应发光强度的近接感测装置可依与待测物的距离调整发光强度，避免接收信号的数值达上限或趋于零而限制装置判断与待测物实际相对距离。

Claims (10)

1.一种自适应近接感测装置，其特征在于，包含：
一数字处理器；
一发光模块，包含一发光元件以及一驱动器，所述驱动器耦接所述发光元件以及所述数字处理器之间，所述驱动器接受从所述数字处理器输出具一第一脉冲时间或一第一脉冲功率的一第一光控制信号，驱动所述发光元件发出一第一检测光；
一感光元件，接收所述第一检测光经一待测物反射的一第一反射光并产生一第一光感测模拟信号；以及
一模拟数字转换器，耦接至所述感光元件与所述数字处理器之间，用以将所述第一光感测模拟信号转换为一第一光感测数字信号并输出至所述数字处理器；其中
所述数字处理器判断所述第一光感测数字信号的数值高于一高临界值或低于一低临界值，则根据一调整比例调整所述第一脉冲时间或所述第一脉冲功率以得到一第二脉冲时间或一第二脉冲功率，并设定具所述第二脉冲时间或所述第二脉冲功率的一第二光控制信号。
2.根据权利要求1所述的近接感测装置，其特征在于，更包含一直流偏置减法器，耦接至所述感光元件与所述模拟数字转换器之间，用以放大所述第一光感测模拟信号。
3.根据权利要求1所述的近接感测装置，其特征在于，所述调整比例为一预设光感测数字信号的数值与所述第一光感测数字信号的数值的比值。
4.根据权利要求3所述的近接感测装置，其特征在于，所述预设光感测数字信号的数值介于所述高临界值与所述低临界值之间。
5.根据权利要求1所述的近接感测装置，其特征在于，所述数字处理器更根据所述调整比例常态化所述第一光感测数字信号的数值。
6.根据权利要求1所述的近接感测装置，其特征在于，所述数字处理器对应所述第二光控制信号更取得一第二光感测数字信号，其中所述第二光感测数字信号的数值介于所述高临界值与所述低临界值之间。
7.根据权利要求6所述的近接感测装置，其特征在于，所述数字处理器更根据一常态化比例常态化所述第一光感测数字信号的数值及所述第二光感测数字信号的数值总和。
8.根据权利要求7所述的近接感测装置，其特征在于，所述常态化比例为一预设光感测数字信号的数值与所述第一光感测数字信号的数值及所述第二光感测数字信号的数值总和的比值。
9.一种自适应近接感测装置，其特征在于，包含：
一数字处理器；
一发光模块，包含一发光元件以及一驱动器，所述驱动器耦接所述发光元件以及所述数字处理器之间，所述驱动器接受从所述数字处理器输出具一光控制信号，驱动所述发光元件发出一检测光；
一感光元件，接收所述检测光经一待测物反射的一反射光并产生一光感测模拟信号；以及
一模拟数字转换器，耦接至所述感光元件与所述数字处理器之间，用以将所述光感测模拟信号转换为一光感测数字信号并输出至所述数字处理器；其中
所述数字处理器根据一调整比例常态化所述光感测数字信号的数值。
10.根据权利要求9所述的近接感测装置，其特征在于，所述调整比例为一预设光感测数字信号的数值与所述光感测数字信号的数值的比值。
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