有源平面接觸的光學(xué)感應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】一種有源平面接觸的光學(xué)感應(yīng)器，光學(xué)感應(yīng)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(nèi)腔安裝光感器電路板，光感器電路板上安裝激光二極管，光感器電路板上設(shè)置用以采集平面開口處圖像的光電傳感器、用以計算圖像的色調(diào)直方圖，如果色調(diào)直方圖出現(xiàn)優(yōu)勢單峰則判定平面開口與桌面無縫接觸狀態(tài)，否則判定平面開口于桌面懸離狀態(tài)的圖像亮度分析模塊和用以將判定結(jié)果按照信號線編碼傳輸?shù)目刂菩酒怆妭鞲衅骺拷_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芯片連接，控制芯片與信號線連接。本發(fā)明不依賴于表面接觸的壓力、不存在機械振蕩、使用壽命較長、應(yīng)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(xué)感應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其是一種光學(xué)感應(yīng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]當前觸覺傳感器，常常把接觸壓力作為一個感應(yīng)量之一輸出，例如，一些手寫板技術(shù)引入壓感參數(shù)后可以設(shè)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征。對兩個物體表面平面之間的無縫隙接觸的感知，從不基于壓力測量的方式解決的話，早期的方法有微動開關(guān)方式。具體做法是由彈簧和觸頭構(gòu)成微動開關(guān)。觸頭接觸外界物體后離開基板，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(guān)的優(yōu)點是使用方便、結(jié)構(gòu)簡單，缺點是易產(chǎn)生機械振蕩和觸頭易氧化。另外，這種裝置無法使用到書寫鼠標(鼠標筆)的設(shè)計里。按照目前公開的技術(shù)文獻，其余的觸覺傳感器解決方案無一不是借助于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(shè)備的專門設(shè)計的配合，而這樣的設(shè)計是無法兼容在目前主流的光電鼠標的解決方案中的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服已有壓力式觸覺傳感器的依賴于壓力、存在機械振蕩和觸頭易氧化、使用壽命較短、應(yīng)用到書寫筆時書寫流暢性較差的不足，本發(fā)明提供一種不依賴于表面接觸的壓力、不存在機械振蕩、使用壽命較長、應(yīng)用到書寫筆時書寫流暢性良好的有源平面接觸的光學(xué)感應(yīng)器。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種有源平面接觸的光學(xué)感應(yīng)器，所述光學(xué)感應(yīng)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(nèi)腔安裝所述光感器電路板，所述光感器電路板上安裝激光二極管，所述光感器電路板上設(shè)置用以采集平面開口處圖像的光電傳感器、用以計算圖像的色調(diào)直方圖，根據(jù)色調(diào)直方圖，如果色調(diào)直方圖出現(xiàn)優(yōu)勢單峰則判定平面開口與桌面無縫接觸狀態(tài)，否則判定平面開口于桌面懸離狀態(tài)的圖像亮度分析模塊和用以將判定結(jié)果按照信號線編碼傳輸?shù)目刂菩酒?，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芯片連接，所述控制芯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(jié)構(gòu)方式適用于應(yīng)用到書寫筆的情況，當然，根據(jù)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(shù)字信號處理芯片。
[0008]所述信號線為USB信號線。或者是其他數(shù)據(jù)線。
[0009]再進一步，所述激光二極管為紅光二極管或藍光二極管。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:接觸光感器不依賴于表面接觸的壓力，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(shè)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(shè)產(chǎn)品，其不同于傳統(tǒng)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(xù)書寫，不需要像鼠標那樣拖動(即按住一個鼠標按鍵移動鼠標)，也不需要像手寫筆那樣依賴手寫板或觸摸屏。
[0011]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:不依賴于表面接觸的壓力、不存在機械振蕩、使用壽命較長、應(yīng)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(xué)感應(yīng)器的示意圖。

【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0014]參照圖1，一種有源平面接觸的光學(xué)感應(yīng)器，所述光學(xué)感應(yīng)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(nèi)腔安裝所述光感器電路板2，所述光感器電路板2上安裝激光二極管5，所述光感器電路板2上設(shè)置用以采集平面開口處圖像的光電傳感器、用以計算圖像的色調(diào)直方圖，根據(jù)色調(diào)直方圖，如果色調(diào)直方圖出現(xiàn)優(yōu)勢單峰則判定平面開口與桌面無縫接觸狀態(tài)，否則判定平面開口于桌面懸離狀態(tài)的圖像亮度分析模塊和用以將判定結(jié)果按照信號線編碼傳輸?shù)目刂菩酒龉怆妭鞲衅骺拷銎矫骈_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芯片連接，所述控制芯片與所述信號線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(jié)構(gòu)方式適用于應(yīng)用到書寫筆的情況，當然，根據(jù)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(shù)字信號處理芯片。
[0017]所述信號線3為USB信號線?；蛘呤瞧渌麛?shù)據(jù)線。
[0018]再進一步，所述激光二極管5為紅光二極管或藍光二極管。
[0019]有源平面接觸光感器包括激光二極管5，其形狀呈圓柱形，周圍封閉留一側(cè)柱底為開口，柱形外殼內(nèi)部含有一個光感器電路板，電路板上有控制芯片、圖像亮度分析模塊(采用DSP核)、光電感應(yīng)器(攝像頭)，電路板有USB信號輸出口。整個結(jié)構(gòu)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，光電傳感器采集的圖像為接近純色的紅光或藍光圖像；當懸離于接觸面時，必然有照明燈光、或自然光注入，從而采集的圖像色調(diào)有混合的污染。圖像亮度分析模塊(采用DSP核)計算圖像的色調(diào)直方圖，如果直方圖出現(xiàn)優(yōu)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(xiàn)多峰、或弱勢單峰則表示開口已經(jīng)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、升級目前的光電鼠標系統(tǒng)中，在光電鼠標的圖像分析模塊里加上以上的判別機制，并且升級光電鼠標的操作類型數(shù)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(guī)鼠標操作那樣)，做到這一點需要驅(qū)動軟件和操作系統(tǒng)的相應(yīng)升級支持。而且這個機制是接近兼容傳統(tǒng)光電鼠標的，可以將鼠標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于光電機制進行智能自動識別的裝置的設(shè)計，倘若該裝置用于書寫勢必還要加上類似移動位置定位等光電鼠標具備的功能模塊。所以這里的應(yīng)用舉例只是就應(yīng)用而舉例，并沒有把應(yīng)用到的產(chǎn)品的設(shè)計完整寫出。
[0024]以有源平面接觸光感器為基礎(chǔ)，設(shè)計一種無按鍵配設(shè)的筆狀鼠標，如前述按鍵設(shè)計主要使用在鼠標的拖動書寫上，增加一個鼠標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(xù)，這樣的操作很像傳統(tǒng)的手持筆進行書寫的方式，其自然性較佳。
[0025]要實現(xiàn)鼠標懸離操作功能需要在硬件、軟件上增加設(shè)計模塊，首先，光電鼠標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(xiàn)運動定位估計，現(xiàn)在增加一個算法處理模塊，主要實現(xiàn)圖像的色調(diào)分析，當筆尖和物體表面平面無縫接觸時，光電傳感器采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，采集的圖像色調(diào)純度會較低，以此可以區(qū)分鼠標的懸離或接觸狀態(tài)；
[0026]再者，這一類功能的鼠標必須開發(fā)其相應(yīng)的驅(qū)動軟件，其并不與目前的USB光電鼠標通訊機制完全兼容；上位機的操作系統(tǒng)(例如Windows)也必須升級其鼠標操作類型等部分。
[0027]上述方案是最接近兼容傳統(tǒng)光電鼠標的，因為光感判斷筆尖的接觸或懸離是通過激光二極管的作為光源的，可以將鼠標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，光電傳感器采集的圖像為接近純色的紅光或藍光圖像；當懸離于接觸面時，必然有照明燈光、或自然光注入，從而采集的圖像色調(diào)有混合的污染。圖像分析處理DSP核計算圖像的色調(diào)直方圖，如果直方圖出現(xiàn)優(yōu)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(xiàn)多峰、或弱勢單峰則表示開口已經(jīng)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(wěn)定性會受到影響。
【權(quán)利要求】
1.一種有源平面接觸的光學(xué)感應(yīng)器，其特征在于:所述光學(xué)感應(yīng)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(nèi)腔安裝所述光感器電路板，所述光感器電路板上安裝激光二極管，所述光感器電路板上設(shè)置用以采集平面開口處圖像的光電傳感器、用以計算圖像的色調(diào)直方圖，根據(jù)色調(diào)直方圖，如果色調(diào)直方圖出現(xiàn)優(yōu)勢單峰則判定平面開口與桌面無縫接觸狀態(tài)，否則判定平面開口于桌面懸離狀態(tài)的圖像亮度分析模塊和用以將判定結(jié)果按照信號線編碼傳輸?shù)目刂菩酒?，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芯片連接，所述控制芯片與所述信號線連接。
2.如權(quán)利要求1所述的有源平面接觸的光學(xué)感應(yīng)器，其特征在于:所述信號線伸出所述筆管的頂部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的有源平面接觸的光學(xué)感應(yīng)器，其特征在于:所述圖像亮度分析模塊為數(shù)字信號處理芯片。
4.如權(quán)利要求1或2所述的有源平面接觸的光學(xué)感應(yīng)器，其特征在于:所述信號線為USB信號線。
5.如權(quán)利要求1或2所述的有源平面接觸的光學(xué)感應(yīng)器，其特征在于:所述激光二極管為紅光二極管或藍光二極管。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】陸成剛 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)