专利名称：一种光电感应装置及其实现方法
技术领域：
本发明涉及计算机输入设备，尤其是涉及一种光电感应装置及其实现方法。
背景技术：
光电技术广泛应用于工业控制、计算机输入输出设备等领域。如运用光笔进行信息录入、光电鼠标、红外光电传感开关等。近年来出现了一种通过光笔在计算机投影屏幕上进行虚拟书写和计算机操作的技术及产品。现有的光传感器能够感知光线，从而导通电路，进而配合发光器件，则可完成物体检测功能。目前在计算机输入设备及互动投影领域，跟踪发光物体的运动轨迹即可实现计算机的输入。由于计算机输入设备通过检测发光光源是否存在来实现输入，发光光源本身的发光控制系统采取非光电检测的方式，以防止对计算机系统采集的光源信息形成干扰。随着光子白板以及互动投影技术的发展，通过检测光点位置来实现计算机输入与交互的设备逐步推出，目前不少投影机厂商也推出了互动投影机系统，但互动投影机系统所使用的光笔或光指示器一般通过按钮控制发射信号，不能自动感知工作面而发射信号，这给书写带来不便。目前也出现了通过压力触控而发射信号的光笔，但此种方式需要按压压力维持发光，专利申请CN200510041357.5公开的一种压力触发发光笔、CN200480034i^8.6公开的发光触控笔以及使用该发光触控笔的用户输入设备及 CN01269831. 8公开的光学手写笔笔头均采用压力触控而发光。但通过压力触控的光笔结构需要一定压力才能导通电路，在投影幕等柔性工作面上不能书写则无法进行，这限制了光笔的应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构简单、成本低廉、不受工作屏幕限制且抗干扰能力强的光电感应装置及其实现方法。为达上述目的，本发明的一种光电感应装置，其包括本体、发射管、接收装置、电路板及电池单元，所述发射管、接收装置、电路板及电池单元容置在所述本体内，所述发射管及接收装置与所述电路板电性连接，所述电池单元与所述电路板电性连接，所述本体的底端面设有通孔，所述本体上设置有电源按钮，所述电源按钮控制所述电池单元导通，所述发射管装设于所述本体的通孔内侧并发出红外光线，所述接收装置设置于所述通孔两侧，所述电路板设置有光控电路。进一步地，所述发射管发射端垂直朝向所述通孔处，所述接收装置斜插设置于所述通孔两侧，所述本体底端接触或接近反射面，所述接收装置接收通过所述反射面反射回来的红外光线信号。进一步地，所述反射面为柔性幕布。进一步地，所述本体为中空笔型结构或指戴式装置结构。进一步地，所述光控电路包括电源电路单元、脉冲单元及开关电路单元，所述电源电路单元与所述脉冲单元及所述开关电路单元电性连接，所述脉冲单元设置有振荡电路单元、与振荡电路单元电性连接的衰减电路单元及电子开关，所述电子开关与所述发射管电性连接，所述开关电路单元与所述电子开关电性连接，所述开关电路单元对所述接收装置接收的红外光线信号进行处理并控制所述电子开关通断。进一步地，所述电子开关设置有常闭触点及常开触点，所述常闭触点与所述衰减电路单元电性连接，所述常开触点与所述电源电路单元电性连接；所述开关电路单元依次电性连接设置有放大电路单元、带通滤波单元、积分电路单元及比较器，所述放大电路单元与所述接收装置电性连接；所述比较器输出端与所述电子开关电性连接，所述比较器输入端与所述积分电路单元输出端连接，所述比较器驱动所述电子开关。本发明一种光电感应装置的实现方法，包括如下步骤
①、按下电源按钮，所述振荡电路单元发出一频率脉冲信号，所述衰减电路单元将脉冲信号进行衰减处理后提供给发射管发出该频率红外光线信号；
②、所述本体底端接触或接近反射面时，所述发射管发出的该频率红外光线信号通过反射面的漫反射作用被所述接收装置接收；
③、所述接收装置接收的该频率红外光线信号在所述放大电路单元中进行放大处理后传送到带通滤波单元，所述带通滤波单元对非该频率的脉冲信号进行隔离；
④、所述接收装置接收的从反射面反射的该频率红外光线信号对所述积分电路单元进行充电，经过第一时间段后，所述积分电路单元的输出电压达到比较器的导通电压，所述比较器驱动所述电子开关的常开触点接通，常闭触点断开；此时所述发射管与所述电源电路单元导通连接，所述发射管发出强红外光线信号；
⑤、所述发射管停止发出该频率红外光线信号，所述积分电路单元停止接收红外光线信号并进行放电，经过第二时间段后，所述积分电路单元输出电压低于比较器维持电压时， 所述比较器驱动所述电子开关的常闭触点接通，常开触点断开，所述发射管停止发出强红外光线信号，进而发出该频率红外光线信号；
⑥、重复操作步骤② ⑤，所述发射管发出该频率红外光线信号，本体底端未离开反射面，所述发射管在一周期轮流发出该频率红外光线信号及强红外光线信号，计算机输入设备检测判断发射管发射强红外光线信号。进一步地，所述该频率红外光线信号为37KHz，所述周期为第一时间段和第二时间段之和。综上所述，本发明一种光电感应装置通过在本体内安装发射管、接收装置及电路板，接收装置接收从反射面反射回来的红外光线信号，利用所述电路板上的光控电路电性连接所述发射管及接收装置，并控制所述发射管在不同时间段发出不同的红外光线信号， 从而让计算机输入设备检测判断本发明的运动轨迹，结构简单、成本低廉、不受工作屏幕限制且抗干扰能力强。本发明一种光电感应装置的实现方法通过光控电路的带通滤波单元隔离脉冲信号，积分电路单元进行充电或放电控制积分电路单元的输出电压，所述积分电路单元输出电压所述比较器的导通电压及维持电压比较后，进而驱动所述电子开关在常闭触点及常开触点间接通或断开，从而控制所述发射管发射不同的红外光线信号，本发明的运动轨迹即可被计算机输入设备检测判断而实现书写功能。
图1为本发明一种光电感应装置的结构示意图。图2为图1所示本发明的光控电路的原理框图。图3为图1所示本发明发射管发出的红外光线信号波形图。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。请参阅图1至图3，本发明一种光电感应装置包括本体1、发射管2、接收装置3、电路板4及电池单元5，所述发射管2、接收装置3、电路板4及电池单元5容置在所述本体1 内，所述发射管2及接收装置3与所述电路板4电性连接，所述电池单元5与所述电路板4 电性连接，用以提供所述电路板4运行电源。所述本体1为中空笔型结构，也可以根据需要设计成指戴式装置结构，所述本体1的底端面设有通孔10，所述本体1上端面设置有电源按钮20，所述电源按钮20控制所述电池单元5导通以提供电源。所述发射管2装设于所述本体1的通孔10内侧，所述发射管2发出红外光线，所述发射管2发射端垂直朝向所述通孔10处，所述发射管2发出的红外光线通过通孔10射
出ο 所述接收装置3斜插设置于所述通孔10两侧，用以接收从发射管2发出的红外光线通过反射面30反射回来的红外光线信号，所述反射面30可为柔性幕布。所述电路板4设置有光控电路40，所述光控电路40包括电源电路单元41、脉冲单元42及开关电路单元43，所述电源电路单元41与所述脉冲单元42及所述开关电路单元 43电性连接，用以提供所述脉冲单元42及所述开关电路单元43的工作电压。所述脉冲单元42设置有振荡电路单元421、与振荡电路单元421电性连接的衰减电路单元422及电子开关K，所述电子开关K与所述发射管2电性连接，所述电子开关K设置有常闭触点Kl及常开触点K2，所述常闭触点Kl与所述衰减电路单元422电性连接，所述常开触点K2与所述电源电路单元41电性连接，所述振荡电路单元421发出37KHz脉冲信号，所述衰减电路单元 422对所述振荡电路单元421发出的37KHz脉冲信号进行衰减处理，用以提供所述发射管2 发出37KHz红外光线信号。所述开关电路单元43依次电性连接设置有放大电路单元431、带通滤波单元432、 积分电路单元433及比较器434，所述放大电路单元431与所述接收装置3电性连接，用以对所述接收装置3接收的红外光线信号进行放大处理；所述带通滤波单元432允许37KHz 频段的脉冲信号通过，所述接收装置3接收的红外光线信号通过滤波处理后对所述积分电路单元433进行充电，所述积分电路单元433的输出电压随之变化；所述比较器434输出端与所述电子开关K电性连接，所述比较器434设置有导通电压及维持电压，所述比较器 434输入端与所述积分电路单元433输出端连接，所述导通电压及维持电压与积分电路单元433输出电压进行比较，所述比较器434驱动所述电子开关K在常闭触点Kl及常开触点 K2间导通，进而控制所述电源电路单元41与所述发射管2的电路通断。本发明按下电源按钮20，所述振荡电路单元421发出37KHz脉冲信号，所述衰减电路单元422将37KHz脉冲信号进行衰减处理后提供给发射管2发出37KHz红外光线信号，所述本体1底端接触或接近反射面30时，所述发射管2发出的37KHz红外光线信号通过反射面30的漫反射作用被所述接收装置3接收，所述接收装置3接收的37KHz红外光线信号在所述放大电路单元431中进行放大处理后传送到带通滤波单元432，所述带通滤波单元 432对非37KHz频段的脉冲信号进行隔离，所述接收装置3接收的从反射面30反射的37KHz 红外光线信号对所述积分电路单元433进行充电，所述积分电路单元433输出电压达到比较器434的导通电压，所述比较器434驱动所述电子开关K的常开触点K2接通，常闭触点 Kl断开。此时所述发射管2与所述电源电路单元41导通连接，所述发射管2发出强红外光线信号，以供计算机输入设备检测判断本发明的运动轨迹。同时，所述发射管2停止发出 37KHz红外光线信号，所述积分电路单元433停止接收红外光线信号并进行放电，当所述积分电路单元433输出电压低于比较器434维持电压时，所述比较器434驱动所述电子开关K 的常闭触点Kl接通，常开触点K2断开，所述发射管2停止发出强红外光线信号，进而发出 37KHz红外光线信号，此时计算机输入设备无法检测判断。重复操作，本发明的运动轨迹即可被计算机输入设备检测判断进而实现书写功能。所述一种光电感应装置的实现方法步骤如下
①、按下电源按钮20，所述振荡电路单元421发出37KHz脉冲信号，所述衰减电路单元 422将37KHz脉冲信号进行衰减处理后提供给发射管2发出37KHz红外光线信号。②、所述本体1底端未接近反射面30时，所述发射管2发出的37KHz红外光线信号无法进行反射被所述接收装置3接收，所述电子开关K的的常闭触点Kl继续接通。所述本体1底端接触或接近反射面30时，所述发射管2发出的37KHz红外光线信号通过反射面30的漫反射作用被所述接收装置3接收。③、所述接收装置3接收的37KHz红外光线信号在所述放大电路单元431中进行放大处理后传送到带通滤波单元432，所述带通滤波单元432对非37KHz频段的脉冲信号进行隔离。④、所述接收装置3接收的从反射面30反射的37KHz红外光线信号对所述积分电路单元433进行充电，经过第一时间段Tl后，所述积分电路单元433的输出电压达到比较器434的导通电压，所述比较器434驱动所述电子开关K的常开触点K2接通，常闭触点Kl 断开。此时所述发射管2与所述电源电路单元41导通连接，所述发射管2发出强红外光线信号，以供计算机输入设备检测判断本发明的运动轨迹。⑤、所述发射管2停止发出37KHz红外光线信号，所述积分电路单元433停止接收红外光线信号并进行放电，经过第二时间段T2后，所述积分电路单元433输出电压低于比较器434维持电压时，所述比较器4；34驱动所述电子开关K的常闭触点Kl接通，常开触点 K2断开，所述发射管2停止发出强红外光线信号，进而发出37KHz红外光线信号，此时计算机输入设备无法检测判断。⑥、重复操作步骤② ⑤，所述发射管2发出37KHz红外光线信号，本体1底端未离开反射面30，所述发射管2在周期T内轮流发出37KHz红外光线信号及强红外光线信号， 计算机输入设备检测判断发射管2发射强红外光线信号时本发明的运动轨迹。所述周期T 由积分电路单元433的时间常数R*C计算确定，所述周期T为第一时间段Tl和第二时间段 T2之和。综上所述，本发明一种光电感应装置通过在本体1内安装发射管2、接收装置3及电路板4，接收装置3接收从反射面30反射回来的红外光线信号，利用所述电路板4上的光控电路40电性连接所述发射管2及接收装置3，并控制所述发射管2在不同时间段发出不同的红外光线信号，从而让计算机输入设备检测判断本发明的运动轨迹，结构简单、成本低廉、不受工作屏幕限制且抗干扰能力强。本发明一种光电感应装置的实现方法通过光控电路40的带通滤波单元432隔离脉冲信号，积分电路单元433进行充电或放电控制积分电路单元433的输出电压，所述积分电路单元433输出电压所述比较器434的导通电压及维持电压比较后，进而驱动所述电子开关K在常闭触点Kl及常开触点K2间接通或断开，从而控制所述发射管2发射不同的红外光线信号，本发明的运动轨迹即可被计算机输入设备检测判断而实现书写功能。 以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种光电感应装置，包括本体(1)、发射管(2)、接收装置(3)、电路板(4)及电池单元 (5)，所述发射管(2)、接收装置(3)、电路板(4)及电池单元(5)容置在所述本体(1)内，所述发射管(2 )及接收装置(3 )与所述电路板(4 )电性连接，所述电池单元(5 )与所述电路板 (3)电性连接，所述本体(1)的底端面设有通孔(10)，其特征在于所述本体(1)上设置有电源按钮(20 )，所述电源按钮(20 )控制所述电池单元(5 )导通，所述发射管(2 )装设于所述本体(1)的通孔(10)内侧并发出红外光线，所述接收装置(3)设置于所述通孔(10)两侧，所述电路板(4 )设置有光控电路(40 )。
2.根据权利要求1所述的一种光电感应装置，其特征在于所述发射管(2)发射端垂直朝向所述通孔(10)处，所述接收装置(3)斜插设置于所述通孔(10)两侧，所述本体(1)底端接触或接近反射面(30)，所述接收装置(3)接收通过所述反射面(30)反射回来的红外光线信号。
3.根据权利要求2所述的一种光电感应装置，其特征在于所述反射面(30)为柔性幕布。
4.根据权利要求1所述的一种光电感应装置，其特征在于所述本体(1)为中空笔型结构或指戴式装置结构。
5.根据权利要求1所述的一种光电感应装置，其特征在于所述光控电路(40)包括电源电路单元(41)、脉冲单元(42)及开关电路单元(43)，所述电源电路单元(41)与所述脉冲单元(42)及所述开关电路单元(43)电性连接，所述脉冲单元(42)设置有振荡电路单元 (421)、与振荡电路单元(421)电性连接的衰减电路单元(422)及电子开关(K)，所述电子开关(K)与所述发射管(2)电性连接，所述开关电路单元(43)与所述电子开关(K)电性连接， 所述开关电路单元(43)对所述接收装置(3)接收的红外光线信号进行处理并控制所述电子开关(K)通断。
6.根据权利要求5所述的一种光电感应装置，其特征在于所述电子开关(K)设置有常闭触点(Kl)及常开触点(K2)，所述常闭触点(Kl)与所述衰减电路单元(422)电性连接，所述常开触点(K2 )与所述电源电路单元(41)电性连接；所述开关电路单元(43 )依次电性连接设置有放大电路单元(431)、带通滤波单元(432)、积分电路单元(433)及比较器(434)， 所述放大电路单元(431)与所述接收装置(3)电性连接；所述比较器(434)输出端与所述电子开关(K)电性连接，所述比较器(434)输入端与所述积分电路单元(433)输出端连接，所述比较器(434 )驱动所述电子开关(K)。
7.根据权利要求1所述的一种光电感应装置，其特征在于所述振荡电路单元(421)发出37KHz脉冲信号。
8.根据权利要求1-7所述的一种光电感应装置的实现方法，其特征在于，包括如下步骤①、按下电源按钮(20)，所述振荡电路单元(421)发出一频率脉冲信号，所述衰减电路单元(422)将脉冲信号进行衰减处理后提供给发射管(2)发出该频率红外光线信号；②、所述本体(1)底端接触或接近反射面(30)时，所述发射管(2 )发出的该频率红外光线信号通过反射面(30)的漫反射作用被所述接收装置(3)接收；③、所述接收装置(3)接收的该频率红外光线信号在所述放大电路单元(431)中进行放大处理后传送到带通滤波单元(432)，所述带通滤波单元(432)对非该频率的脉冲信号进行隔离；④、所述接收装置(3)接收的从反射面(30)反射的该频率红外光线信号对所述积分电路单元(433)进行充电，经过第一时间段(Tl)后，所述积分电路单元(433)的输出电压达到比较器(434)的导通电压，所述比较器(434)驱动所述电子开关(K)的常开触点(K2)接通， 常闭触点(Kl)断开；此时所述发射管(2)与所述电源电路单元(41)导通连接，所述发射管 (2)发出强红外光线信号；⑤、所述发射管(2)停止发出该频率红外光线信号，所述积分电路单元(433)停止接收红外光线信号并进行放电，经过第二时间段(T2)后，所述积分电路单元(433)输出电压低于比较器(434)维持电压时，所述比较器(434)驱动所述电子开关(K)的常闭触点(Kl)接通，常开触点(K2)断开，所述发射管(2)停止发出强红外光线信号，进而发出该频率红外光线信号；⑥、重复操作步骤② ⑤，所述发射管(2)发出该频率红外光线信号，本体(1)底端未离开反射面(30)，所述发射管(2)在一周期(T)内轮流发出该频率红外光线信号及强红外光线信号，计算机输入设备检测判断发射管(2 )发射强红外光线信号。
9.根据权利要求8所述的一种光电感应装置的实现方法，其特征在于所述该频率红外光线信号为37KHz，所述周期(T)为第一时间段(Tl)和第二时间段(T2)之和。
全文摘要
本发明公开了一种光电感应装置及其实现方法，属于计算机输入设备技术领域。一种光电感应装置，包括本体、容置在所述本体内的发射管、接收装置、电路板及电池单元，所述发射管及接收装置与所述电路板电性连接，所述电池单元与所述电路板电性连接，所述本体的底端面设有通孔，所述本体上设置有电源按钮，所述电源按钮控制所述电池单元导通，所述发射管装设于所述本体的通孔内侧并发出红外光线，所述接收装置设置于所述通孔两侧，所述电路板设置有光控电路。本发明利用所述电路板上的光控电路电性连接所述发射管及接收装置，从而让计算机输入设备检测判断本发明的运动轨迹，结构简单、成本低廉、不受工作屏幕限制且抗干扰能力强。
文档编号G06F3/033GK102360252SQ201110314169
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者严星汉, 叶素娜, 施松新, 李浩治, 王石, 郭建文, 黄慧 申请人:东莞华中科技大学制造工程研究院, 东莞迅科信息技术有限公司, 王石