Способ и устройство для приема и детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования заданной области Российский патент 2021 года по МПК G06F3/42 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[1] Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники, в частности к области технологии сенсорного ввода информации в компьютер и предназначено для использования в составе устройств интерфейса человеко-машинного взаимодействия вычислительных комплексов, систем подготовки данных и автоматизированных системах управления, эксплуатируемых в жестких условиях воздействия внешней среды, в том числе на транспортных средствах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] Из уровня техники известна система сенсорного ввода, раскрытая в патенте США №5164714 «Modulated touch entry system and method with synchronous detection», патентообладатель: Carroll Touch Inc. (Round Rock,TX), опубликовано: 17.11.1992. Система содержит множество излучателей света и множество приемников света, размещенных по периметру области сенсорного ввода, и выровненных так, что каждый излучатель света соответствует по меньшей мере одному приемнику света, средство управления, связанные с излучателями света и детекторами света для избирательной активации излучателей света и приемников света и когда излучатель света активирован, по меньшей мере, один соответствующий детектор света также активирован, средство модулирования излучателей света для формирования множества импульсов света на предварительно выбранной частоте в интервале активации каждого излучателя света, средство детектирования импульсов света на предварительной выбранной частоте на основе детектирования сигнала, обеспечиваемого, по меньшей мере, одним активированным детектором света.

[3] Недостатком данной сенсорной системы ввода является ограниченная достоверность детектирования касания, обусловленное низкой помехозащищенностью используемого в системе амплитудного модулирования оптического сигнала сканирования с обеспечением его непосредственного детектирования.

[4] Также известен способ обнаружения присутствия объекта, раскрытый в патенте США №5416316 «Optical sensor arrangement for presence detection with variable pulse repetition frequency», патентообладатель: Erwin Sick GmbH Optik-Electronik (Waldkirch,DE), опубликовано: 16.05.1995. Способ включает шаги, на которых: обеспечивают излучение множества световых сигналов от передатчика света в указанную контролируемую область, причем каждый из упомянутых световых сигналов содержит несколько импульсов, образуя последовательность импульсов, которые следуют друг за другом с частотой повторения импульсов, принимают указанные световые сигналы в приемнике света в качестве принятых световых сигналов, обрабатывают упомянутые принятые световые сигналы на стадии обработки принятого сигнала, причем упомянутая стадия обработки принятого сигнала содержит блок фильтров, проницаемый для частотных составляющих последовательности импульсов, создают сигнал обнаружения предмета, когда указанные принятые световые сигналы указывают на присутствие предмета в указанной контролируемой области.

[5] Недостатком данной системы сенсорного ввода является ограниченная достоверность детектирования касания, обусловленная низкой помехозащищенностью используемого в системе амплитудного-модулированного оптического сигнала сканирования с обеспечением его непосредственного детектирования.

[6] Другим известным техническим решением является оптическая система управления, раскрытая в патенте США №8227742 «Optical control system with modulated emitters», патентообладатель: Rapt IP Limited (Gibraltar,GI), опубликовано: 24.07.2012. Оптическая система содержит множество оптических излучателей и множество оптических приемников, определяющих между собой область оптических траекторий для передачи энергии между эмиттером и детектором, схему активации для активации оптических излучателей в соответствии со схемой модуляции, в которой каждый излучатель модулируется с различной функцией модуляции, причем указанные функции являются ортогональными относительно друг друга, средство корреляции, связанное с, по меньшей мере, одним детектором, для приема от него выходного сигнала и для корреляции указанного выходного сигнала с, по меньшей мере, теми функциями модуляции, которые управляют излучателями.

[7] Недостатком данной системы сенсорного ввода является ограниченная достоверность детектирования касания, обусловленное низкой помехозащищенностью используемого в системе амплитудного модулирования оптического сигнала сканирования с обеспечением его непосредственного детектирования.

[8] Проведенный патентный поиск не выявил аналогов заявленного технического решения

Предпосылки к созданию изобретения

[9] Технология детектирования объекта в заданной области, использующая оптический сигнал сканирования, получила широкое распространение и прежде всего в системах сенсорного ввода информации в компьютер, в том числе эксплуатируемых в жестких условиях воздействия внешней среды и на транспорте. Как правило, системы подобного рода содержат множество излучателей света инфракрасного диапазона и множество приемников света инфракрасного диапазона, размещаемых на периферии заданной области детектирования. Причем, каждый приемник света выровнен относительно противостоящего излучателя света и обеспечивает прием от противостоящего излучателя света амплитудно-модулированного луча света.

[10] Детектирование объекта, такого как указатель, в оптической сенсорной системе выполняют на основе циклического сканирования заданной области с использованием сетки инфракрасных лучей света, другими словами оптического амплитудно-модулированного сигнала сканирования, формируемого X–координатными и Y–координатными парами противостоящих излучателей света и приемников света. Блокирование лучей света интерпретируется системой детектирования как присутствие объекта в заданной области.

[11] Проблема детектирования оптического амплитудно-модулированного сигнала сканирования заключается в том, что амплитудная модуляция характеризуется относительно низкой помехоустойчивостью по сравнению с другими видами модуляции: фазовой или частотной. По этой причине необходимый уровень достоверности детектирования сигнала сканирования обеспечивают за счет высокого уровня тока активации излучателей света. Ток потребления типовой оптоэлектронной сенсорной системы составляет 200 мА и более, что в три и более раз превышает уровень потребляемого тока сенсорными системами, выполненными по альтернативным технологиям: емкостной, резистивной и акустической. При этом, несмотря на то, что в оптоэлектронной сенсорной системе используются большие токи активации излучателей света, на ее приемной стороне имеет место детектирование слаботочных сигналов, порождаемых оптическим сигналом сканирования в приемниках света. Причем, прием и детектирование оптического амплитудно-модулированного сигнала сканирования выполняют в условиях внешних помех, как высокочастотных, так и низкочастотных, вызываемых, в том числе, источниками естественного и искусственного освещения. Очевидно, что проблема обеспечения достоверности приема и детектирования оптического сигнала сканирования и связанные с ней энергия, затрачиваемая на детектирование объекта, и производительность системы становятся еще более актуальными в жестких условиях воздействия факторов внешней среды, обусловливающих возрастание уровня воздействующих на сенсорную систему внешних помех.

[12] Непосредственное изменение параметров амплитудной модуляции оптического сигнала сканирования на передающей стороне не может рассматриваться в качестве эффективного технического решения данной проблемы. Так, например, еще большее увеличение амплитуды импульсов лучей света влечет за собой увеличение тока потребления сенсорной системой. Снижение частоты модуляции, другими словами увеличение длительности импульсов света, ведет к увеличению времени отклика сенсорной системы и снижению достоверности результата детектирования объекта, характеризующегося динамикой. Кроме того, исходя из емкостных свойств фототранзисторов, как правило, используемых в системах подобного рода, чем выше коэффициент заполнения импульсной последовательности, принимаемой фототранзистором, тем ниже динамический диапазон сигнала на его выходе и соответственно ниже достоверность его приема и детектирования.

[13] В этой связи является очевидной актуальность использования технических решений, поддерживающих характеристики эффективности системы детектирования: достоверность детектирования, производительность и энергия, затрачиваемая системой на детектирование объекта, при более жестких условиях воздействия факторов внешней среды.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[14] Данное техническое решение направлено на устранение ограничений, свойственных решениям, известным из уровня техники.

[15] Технический результат - поддержание характеристик эффективности системы детектирования: достоверность детектирования, производительность и энергия, затрачиваемая системой на детектирование объекта, при более жестких условиях воздействия факторов внешней среды.

[16] Указанный технический результат достигается благодаря осуществлению способа для приема и детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования заданной области, в котором:

- избирательно активируют приемники света из множества приемников света, размещенных на периферии сканируемой области, для приема оптического манипулированного сигнала сканирования, причем оптический манипулированный сигнал сканирования имеет первую характеристику и первой характеристикой является первый вид манипулирования;

- получают манипулированный сигнал детектирования, основанный на сигнале, обеспечиваемом по меньшей мере одним приемником света при приеме оптического манипулированного сигнала сканирования, причем манипулированный сигнал детектирования имеет вторую характеристику, и второй характеристикой является второй вид манипулирования, отличный от первого вида манипулирования;

первая характеристика обеспечивает первую достоверность детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования и вторая характеристика обеспечивает вторую достоверность детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования.

[17] В некоторых вариантах осуществления технического решения первый вид манипулирования является манипулирование амплитудой сигнала.

[18] В некоторых вариантах осуществления технического решения манипулирование амплитудой является амплитудной манипуляцией.

[19] В некоторых вариантах осуществления технического решения второй вид манипулирования является манипулирование фазой сигнала.

[20] В некоторых вариантах осуществления технического решения манипулирование фазой является манипулированием, основанным на принципе расщепления фазы сигнала.

[21] В некоторых вариантах осуществления технического решения манипулирование фазой сигнала является манипулированием, основанным на принципе расщепления фазы с обеспечением получения двух однородных сигналов с различающимися фазами.

[22] В некоторых вариантах осуществления технического решения манипулирование фазой является манипулированием, основанным на принципе расщепления фазы с обеспечением получения сигнала с попеременной инверсией знака.

[23] В некоторых вариантах осуществления технического решения оптический манипулированный сигнал сканирования является по существу беспаузным оптическим амплитудно-модулированным сигналом.

[24] Указанный технический результат достигается также благодаря осуществлению устройства для приема и детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования заданной области, содержащего:

- множество приемников света, размещенных на периферии заданной области для приема расщепленного импульса света путем избирательной активации приемников света, причем, расщепленный импульс света включает множество субимпульсов, распределенных во времени и/или пространстве;

- детектор для детектирования сигнала, обеспечиваемого по меньшей мере одним приемником света при приеме расщепленного импульса света, содержащий по меньшей мере один компонент расщепления фазы детектируемого сигнала, и по меньшей мере один компонент расщепления фазы выбирают из группы, включающей расщепитель фазы, обеспечивающий получения сигнала с попеременной инверсией знака, расщепитель фазы, обеспечивающий получение двух однородных сигналов с различающимися фазами; и

- аналого-цифровой преобразователь для аналого-цифрового преобразования выходного сигнала детектора для получения его цифровых отсчетов.

[25] В некоторых вариантах осуществления технического решения детектируемый сигнал обеспечивает по меньшей мере один приемник света с использованием компонента, выбираемого из группы, включающей стабилизатор напряжения, преобразователь фототок-напряжение, преобразователь масштаба напряжения и любой подходящей комбинации перечисленных выше компонентов.

[26] В некоторых вариантах осуществления технического решения детектируемый сигнал обеспечивает по меньшей мере один приемник света дополнительно с использованием компонента, выбираемого из группы, включающей дифференциальный усилитель, компонент удаления выбросов напряжения и любой подходящей комбинации перечисленных выше компонентов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[27] Описание технического решения приводится со ссылками на фигуры, приведенные ниже. В соответствии с общепринятой практикой, различные детали графических изображений выполнены не в едином масштабе. Временные диаграммы сигналов приведены в условно принятых масштабах. Размеры различных элементов графических изображений произвольно увеличены или уменьшены, а некоторые детали идеализированы или упрощены для лучшего восприятия и понимания сущности изобретения. На фигурах приведены следующие графические иллюстрации:

[28] Фиг.1 - структурная схема оптоэлектронной системы детектирования объекта в заданной области;

[29] Фиг.2a – пример временной диаграммы фрагмента паузного расщепленного импульса света с высокой плотностью субимпульсов;

[30] Фиг.2b – пример временной диаграммы фрагмента беспаузного расщепленного импульса света;

[31] Фиг.2с – пример временной диаграммы фрагмента беспаузного расщепленного импульса света с субимпульсами, следующими внахлест;

[32] Фиг.3 - блок-схема устройства для приема и детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования;

[33] Фиг.4a – функциональная схема средства предзаданной обработки сигнала;

[34] Фиг.4b – функциональная схема расщепителя фазы;

[35] Фиг.4c – функциональная схема средства предусловленной обработки сигнала;

[36] Фиг.5a – пример временной диаграммы выходного сигнала схемы активации;

[37] Фиг.5b – пример временной диаграммы выходного сигнала средства предзаданной обработки;

[38] Фиг.5c – пример временной диаграммы выходного сигнала расщепителя фазы;

[39] Фиг.5d – пример временной диаграммы выходного сигнала средства предусловленной обработки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ

[40] Ниже приведены понятия и определения, необходимые для подробного раскрытия осуществляемого технического решения.

[41] Расщепленный импульс света (англ. split pulse) – импульс света, включающий в себя множество субимпульсов света, следующих с высокой плотностью и распределенных во времени и/или в пространстве.

[42] Сигнал с попеременной инверсией знака (англ. alternative mark inversion signal) – периодический импульсный знакопеременный сигнал, в котором отклонения «вверх» и отклонения «вниз» следуют попеременно.

[43] Предзаданная обработка (англ. predetrmining) сигнала – обработка аналогового сигнала с предварительно заданным составом операций.

[44] Предусловленная обработка (англ. preconditioning) сигнала – обработка аналогового сигнала с предварительно заданным составом операций и условиями их выполнения.

[45] pick-to-pick амплитуда сигнала – разность между наибольшим мгновенным отклонением сигнала «вверх» и наибольшим мгновенным отклонением сигнала «вниз»;

[46] pick-to-base амплитуда - наибольшее мгновенное отклонение сигнала «вверх».

Общий контекст варианта осуществления технического решения

[47] Настоящее техническое решение раскрывается на примере оптоэлектронной системы детектирования объекта в заданной области, иллюстрируемой на Фиг.1. В соответствии с Фиг.1, оптоэлектронная система детектирования объекта в заданной области 100 содержит множество 101 излучателей света, таких как инфракрасные светодиоды, множество 102 приемников света, таких как фототранзисторы, компонент 103 активации излучателей света для избирательной активации излучателей света, включающий драйверы излучателей света, компонент 104 адресации приемников света для избирательной адресации приемников света, включающий аналоговые мультиплексоры, и процессорное средство 105. Причем, множество 101 излучателей света размещено на двух смежных сторонах заданной области 100 детектирования и множество 102 приемников света размещено на противоположных двух смежных сторонах и каждый приемник света выровнен по оси с одним противостоящим излучателем света. Процессорное средство 105 выполняет детектирование сигнала, обеспечиваемого приемниками света при приеме оптического манипулированного сигнала сканирования, и управляет работой составных частей системы детектирования. Процессорное средство 105 может представлять собой произвольную комбинацию аппаратных средств, программных средств и/или программно-аппаратных средств.

[48] Сканирование заданной области 100 для детектирования объекта 106, такого как указатель, выполняют путем последовательного развертывания сетки 107 инфракрасных лучей света, другими словами последовательной активации пар излучатель света – приемник света. Отображение поступательно развертываемой сетки 107 лучей света на ось времени будем рассматривать в качестве оптического сигнала сканирования. Применительно к рассматриваемому техническому решению оптический сигнал сканирования является оптическим манипулированным сигналом, или более конкретно амплитудно-модулированным сигналом с высокой плотностью импульсов, который также может быть определен как расщепленный импульс света, включающий множество субимпульсов света, распределенных во времени и/или пространстве. Различные варианты осуществления расщепленного импульса света приведены на Фиг.2а, Фиг.2b, Фиг.2с.

[49] На Фиг.2а приведен пример временной диаграммы фрагмента паузного расщепленного импульса света, содержащего субимпульсы света, следующие с высокой плотностью и разнесенные во времени или во времени и пространстве. В первом варианте расщепленный импульс света представляет собой последовательность субимпульсов света, излучаемых одним излучателем света. Во втором варианте расщепленный импульс света включает группы субимпульсов света, получение каждой из которых обеспечивает отдельный излучатель света.

[50] На Фиг.2b приведен пример временной диаграммы фрагмента беспаузного расщепленного импульса света, содержащего две группы субимпульсов света, которые разнесены во времени и пространстве. Данный вариант может иметь место при наложении во времени разнесенных в пространстве, например, по X–координатной оси и Y–координатной оси, групп субимпульсов света. Причем, каждая из групп субимпульсов света является периодической импульсной последовательностью, в которой длительность импульсов, по существу, равна длительности паузных временных интервалов. Подобный расщепленный импульс света может быть получен с использованием двухканального X–координатного и Y–координатного устройства формирования оптического сигнала сканирования.

[51] На Фиг.2c приведен пример временной диаграммы фрагмента беспаузного расщепленного импульса света, содержащего множество субимпульсов света, следующих внахлест друг относительно друга. Подобный вариант расщепленного импульса света может быть получен в результате наложения во времени X-координатной и Y-координатной групп субимпульсов света, в которых длительность субимпульсов света превышает длительность паузных временных интервалов. Аналогично предыдущему рассмотренному варианту данный вариант расщепленного импульса света также может быть получен с использованием двухканального X–координатного и Y–координатного устройства формирования оптического сигнала сканирования.

Осуществление технического решения

[52] Настоящий вариант осуществления технического решения рассматривается на примере устройства детектирования объекта, такого как указатель, в заданной области, использующего в качестве оптического сигнала сканирования паузный расщепленный импульс света, содержащий множество субимпульсов света, распределенных во времени и пространстве. Причем, множество субимпульсов света объединены в группы. Субимпульсы света, принадлежащие одной группе, разнесены во времени, то есть их получение обеспечивает один излучатель света и принимает один приемник света. Соответственно субимпульсы света, принадлежащие различным группам, разнесены во времени и пространстве.

[53] На Фиг.3 приведена блок-схема осуществления устройства для приема и детектирования оптического сигнала сканирования заданной области в соответствии с рассматриваемым техническим решением. Согласно Фиг.3, устройство включает множество 102 приемников света, другими словами фототранзисторов, компонент 104 адресации приемников света для избирательной адресации приемников света, в том числе на основе матричного принципа, и детектор 108. Управляет компонентами устройства микроконтроллер 109, который принимает от детектора 108 детектированный сигнал 110.

[54] Как правило, в качестве составной части типовой оптоэлектронной сенсорной системы общего применения указывают выделенную в отдельный блок схему компенсации внешней освещенности. Данная схема выполняет компенсацию составной части фототока фототранзистора, порождаемой внешней освещенностью. Данная схема является известной, например, раскрыта в патенте США №4713534, не является составной частью раскрываемого технического решения и в данном случае не рассматривается.

[55] Детектор 108 включает соединенные каскадно средство 111 предзаданной обработки, расщепитель 112 фазы, средство 113 предусловленной обработки и выполняет детектирование сигнала, обеспечиваемого приемниками света при приеме оптического сигнала сканирования. Микроконтроллер 109 включает микропроцессор 114, модуль 115 интерфейса, модуль 116 аналого-цифрового преобразования и обеспечивает управление компонентами устройства. Более конкретно, микроконтроллер 109 обеспечивает избирательную адресацию приемников света, подлежащих активации, и формирует дискретные сигналы и кодовые посылки последовательного интерфейса, такого как SPI, для обеспечения согласованной работы составных частей устройства. Кроме того микроконтроллер 109 выполняет аналого-цифровое преобразование выходного сигнала 110 средства 113 предусловленной обработки.

[56] На Фиг.4a, Фиг.4b и Фиг.4c приведены соответственно функциональная схема средства 111 предзаданной обработки, функциональная схема расщепителя 112 фазы и структурная схема средства 113 предусловленной обработки.

[57] В соответствии с Фиг.4a средство 111 предзаданной обработки включает компонент 117 активации для активации приемников света, компонент 118 дифференциального усиления и аналоговый коммутатор 119, которые выполняют предварительную обработку сигнала, обеспечиваемого приемниками света при приеме субимпульсов света сигнала сканирования.

[58] Компонент 117 активации выполнен на основе прецизионного стабилизатора напряжения шунтирующего типа и обеспечивает подачу на коллектор текущего адресуемого фототранзистора 120 стабилизированного напряжения, получаемого на резисторе 121. Резистор 121 подключен к источнику положительного напряжения V+ и является нагрузочным резистором для активируемого фототранзистора. Стабилизатор напряжения включает резистор 121, операционный усилитель 122 и транзистор 123, в цепи эмиттера и коллектора которого включены резисторы 124 и 125. Инверсный вход операционного усилителя 122 подключен к источнику опорного напряжения VrefA и прямой вход соединен с резистором 121. Тем самым, операционный усилитель 122 обеспечивает на коллекторе текущего адресуемого фототранзистора 120 постоянное опорное напряжение VrefA активации. Данное напряжение стабилизирует режим активируемого фототранзистора по постоянному току и удерживает его от насыщения. Стабилизирую напряжение на резисторе 121, операционный усилитель 122 отрабатывает пульсации напряжения, обеспечиваемые на нем фототоком активируемого фототранзистора 120 и обусловленные воздействием на фототранзистор субимпульсов света при приеме оптического сигнала сканирования. Другими словами текущий активируемый фототранзистор производит фототок, который обеспечивает на резисторах 124 и 125 падения напряжения, переменные составляющие которых являются откликами на субимпульсы света и фазы которых сдвинуты друг относительно друга на 180°. Таким образом, на резисторах 124 и 125 имеет место получение двух однородных сигнала, фазы которых сдвинуты друг относительно друга на 180°. Таким образом транзистор 123 и резисторы 124 и 125 выполняют функцию расщепителя фазы. На Фиг.5a приведен пример временных диаграмм напряжений на резисторах 124 и 125.

[59] Компонент 118 дифференциального усиления выполнен на основе дифференциального усилителя 126, который обеспечивает дифференциальное усиление сигналов, получаемых на резисторах 124 и 125. Принимая во внимание, что переменные составляющие данных сигналов различаются по фазе на 180°, дифференциальный усилитель 126 выполняет их суммирование, другими словами суммирование откликов на субимпульсы света, и вычитание их постоянных составляющих.

[60] Подаваемое на вход Ref дифференциального усилителя 126 напряжение VrefB смещения обеспечивает компенсацию постоянной составляющей выходного дифференциально усиленного сигнала, получаемую при вычитании постоянных составляющих сигналов, получаемых на резисторах 124 и 125. Напряжение VrefB смещения может быть получено с использованием соединенных каскадно дифференциального усилителя, устройства выборки и хранения и инвертирующего усилителя. Причем, входные сигналы, дифференциального усилителя являются повторением входных сигналов дифференциального усилителя 126. Соответственно, режим выборки и режим хранения устройства выборки и хранения совмещены во времени соответственно с паузным временным интервалом между группами субимпульсов света и временным интервалом следования субимпульсов света.

[61] Компонент 119 аналоговой коммутации выполнен с использованием аналогового коммутатора 127 и обеспечивает удаление выбросов напряжения, возникающих при переключении адресации фототранзисторов. Управляет аналоговым коммутатором 127 импульсный сигнал 128, формируемый микроконтроллером 109. Сигнал 128 блокирует дифференциально усиленный сигнал, подаваемый на первый вход аналогового коммутатора 127, на временном интервале, предшествующем группе субимпульсов света и обеспечивает подачу на выход напряжения нулевого уровня, подаваемого на его второй вход. Соответственно на временном интервале, на котором присутствуют субимпульсы света, сигнал 128 обеспечивает прохождение на выход аналогового коммутатора 127 входного сигнала, другими словами выходного сигнала дифференциального усилителя 126. На Фиг.5b приведен пример временной диаграммы выходного сигнала 129 компонента 119 аналоговой коммутации, который является выходным сигналом средства 108 предзаданной обработки.

[62] В соответствии с Фиг.4b, функциональная схема расщепителя 112 фазы включает инвертирующий усилитель 130, неинвертирующий усилитель 131 и аналоговый коммутатор 132. Инвертирующий усилитель 130 и неинвертирующий усилитель 131 обеспечивают на двух входах аналогового коммутатора 132 сигналы, различающиеся по фазе на 180°. Исходя из чего, аналоговый коммутатор 132 поочередно транслирует элементы данных сигналов на свой выход. Управляет переключением входов налогового коммутатора 132 импульсный сигнал 133, формируемый микроконтроллером 109 и синхронизированный с субимпульсами света. Таким образом аналоговый коммутатор 132 обеспечивает получение на своем выходе сигнала с попеременной инверсией знака, в котором отклонения «вверх» и отклонения «вниз» следуют попеременно. Причем положительные импульсы имеют фазу 0°, соответственно отрицательные импульсы имеют фазу 180°. Таким образом на выходе аналогового коммутатора 132 и соответственно на выходе расщепителя 112 фазы имеет место сигнал 134, характеризующийся расщепленной фазой. На Фиг.5c приведен пример временной диаграммы выходного сигнала 134 расщепителя 112 фазы.

[63] На Фиг.4c приведена структурная схема средства 113 предусловленной обработки, выполняющего окончательную обработку, другими словами окончательное детектирование, сигнала, обеспечиваемого приемниками света. Данная обработка заключается в нормализации выходного сигнала расщепителя 112 фазы применительно к получению его цифровых отсчетов в модуле 116 аналого-цифрового преобразования микроконтроллера 109. В соответствии с Фиг.4c средство 113 предусловленной обработки включает фильтр 135 нижних частот, программируемый усилитель 136 и двухполупериодный выпрямитель 137 с функцией интегрирования.

[64] Фильтр 135 нижних частот выполняет фильтрацию выходного сигнала расщепителя 112 фазы путем удаление его высокочастотных составляющих, обусловленных высокочастотными помехами внешней среды, а также выбросов напряжения, вносимых переключающими схемами приемной части системы детектирования. Тем самым фильтр 135 нормализует форму импульсов выходного сигнала расщепителя 112 фазы.

[65] Программируемый усилитель 136 выполняет нормализацию импульсов выходного сигнала фильтра 135 нижних частот с целью приведения их амплитуд, другими словами максимального отклонения «вверх» и максимального отклонения «вниз», к амплитуде входного сигнала аналого-цифрового преобразователя 116. Нормализацию выполняют путем усиления входного сигнала с предварительно заданным коэффициентом усиления, индивидуального для каждой из групп субимпульсов, принимаемых отдельным фототранзистором. Данные программирования усиления пересылает в программируемый усилитель 136 микроконтроллер 109 с использованием интерфейсного модуля 115 посредством сигналов последовательного интерфейса 138.

[66] Двухполупериодный выпрямитель 137 выполняет нормализацию программированно усиленного сигнала по размаху, другими словами преобразование биполярного сигнала с попеременной инверсией знака, характеризующегося pick-to-pick амплитудой в униполярный сигнал, характеризующийся pick-to-base амплитудой. Дополнительно двухполупериодный выпрямитель 137 выполняет интегрирование выходного сигнала для получения на его выходе сглаженного сигнала. На Фиг.5d приведен пример временной диаграммы выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя 137, который одновременно является выходным сигналом средства 113 предусловленной обработки. Сплошной линией на Фиг.5d показан сигнал, подвергшийся двухполупериодному выпрямлению, соответственно прерывистой линией показан выходной сигнал двухполупериодного выпрямителя, подвергшийся интегрированию.

[67] Аналого-цифровое преобразование выходного сигнала двухполупериодного выпрямителя 113 для получения его цифровых отсчетов выполняют с использованием модуля 116 аналого-цифрового преобразования микроконтроллера 109.

[68] Применительно к рассматриваемому варианту осуществления технического решения, использование двухполупериодного выпрямителя с функцией интегрирования позволяет получить на выходе детектора 108 выпрямленного сигнала, основанного на группе субимпульсов света, принимаемых отдельным фототранзистором.

[69] Использование в качестве оптического манипулированного сигнала сканирования амплитудно-модулированного сигнала с повышенной плотностью импульсов и увеличение размаха сигнала детектирования, обеспечиваемого приемниками света при приеме сигнала сканирования, путем расщепления его фазы с обеспечением получения двух однородных сигналов с различающимися фазами поддерживают характеристики эффективности системы детектирования: достоверность детектирования, производительность и энергия, затрачиваемая системой на детектирование объекта при более жестких условиях воздействия факторов внешней среды.

[70] Использование в качестве оптического манипулированного сигнала сканирования амплитудно-модулированного сигнала с повышенной плотностью импульсов и увеличение размаха сигнала детектирования, основанного на сигнале, обеспечиваемом приемниками света при приеме сигнала сканирования, путем расщепления его фазы с обеспечением получения сигнала с попеременной инверсией знака поддерживают характеристики эффективности системы детектирования: достоверность детектирования, производительность и энергия, затрачиваемая системой на детектирование объекта, при более жестких условиях воздействия факторов внешней среды.

[71] Использование в качестве оптического манипулированного сигнала сканирования амплитудно-модулированного сигнала с повышенной плотностью импульсов, обеспечиваемой за счет сокращения длительности паузных временных интервалов, поддерживает характеристики эффективности системы детектирования: достоверность детектирования, производительность и энергия, затрачиваемая системой на детектирование объекта, при более жестких условиях воздействия факторов внешней среды.

[72] Необходимо понимать, что приведенные выше варианты осуществления технического решения являются иллюстративными и не могут ограничивать раскрываемое техническое решение. Для специалиста в данной области является очевидным, что могут существовать другие варианты осуществления рассматриваемого технического решения, в том числе различные модификации рассмотренных выше вариантов его осуществления.

[73] Кроме того, рассмотренное техническое решение должно толковаться расширительно, исходя из чего, возможны различные модификации и альтернативные варианты осуществления технического решения без отклонения от сущности и объема изобретения, определяемого формулой изобретения.

Настоящее изобретение относится к области технологии сенсорного ввода информации в компьютер. Технический результат заключатся в поддержании характеристик эффективности системы детектирования: достоверность детектирования, производительность и энергия, затрачиваемая системой на детектирование объекта, при более жестких условиях воздействия факторов внешней среды. Такой результат достигается за счет устройства для приема и детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования заданной области, содержащего: множество приемников света, размещенных на периферии заданной области для приема расщепленного импульса света путем избирательной активации приемников света, причем расщепленный импульс света включает множество субимпульсов, распределенных во времени и/или пространстве; детектор для детектирования сигнала, обеспечиваемого по меньшей мере одним приемником света при приеме расщепленного импульса света, содержащий по меньшей мере один компонент расщепления фазы детектируемого сигнала, и по меньшей мере один компонент расщепления фазы выбирают из группы, включающей расщепитель фазы, обеспечивающий получения сигнала с попеременной инверсией знака, расщепитель фазы, обеспечивающий получение двух однородных сигналов с различающимися фазами. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ для приема и детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования заданной области, включающий этапы, на которых:

- избирательно активируют приемники света из множества приемников света, размещенных на периферии сканируемой области, для приема оптического манипулированного сигнала сканирования, причем оптический манипулированный сигнал сканирования имеет первую характеристику и первой характеристикой является первый вид манипулирования;

- получают манипулированный сигнал детектирования, основанный на сигнале, обеспечиваемом по меньшей мере одним приемником света при приеме оптического манипулированного сигнала сканирования, причем манипулированный сигнал детектирования имеет вторую характеристику, и второй характеристикой является второй вид манипулирования, отличный от первого вида манипулирования;

первая характеристика обеспечивает первую достоверность детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования и вторая характеристика обеспечивает вторую достоверность детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования.

2. Способ по п.1, в котором:

- первый вид манипулирования является манипулированием амплитудой сигнала.

3. Способ по п.2, в котором:

- манипулирование амплитудой сигнала является амплитудной манипуляцией.

4. Способ по п.1, в котором:

- второй вид манипулирования является манипулированием фазой сигнала.

5. Способ по п.4, в котором:

- манипулирование фазой сигнала является манипулированием, основанным на принципе расщепления фазы сигнала.

6. Способ по п.5, в котором:

- манипулирование фазой сигнала является манипулированием, основанным на принципе расщепления фазы с обеспечением получения двух однородных сигналов с различающимися фазами.

7. Способ по п.5, в котором:

- манипулирование фазой сигнала является манипулированием, основанным на принципе расщепления фазы с обеспечением получения сигнала с попеременной инверсией знака.

8. Способ по п.3, в котором:

- оптический манипулированный сигнал сканирования является по существу беспаузным оптическим амплитудно-модулированным сигналом.

9. Устройство для приема и детектирования оптического манипулированного сигнала сканирования заданной области, содержащее:

- множество приемников света, размещенных на периферии заданной области для приема расщепленного импульса света путем избирательной активации приемников света, причем расщепленный импульс света включает множество субимпульсов, распределенных во времени и/или пространстве;

- детектор для детектирования сигнала, обеспечиваемого по меньшей мере одним приемником света при приеме расщепленного импульса света, содержащий по меньшей мере один компонент расщепления фазы детектируемого сигнала, и по меньшей мере один компонент расщепления фазы выбирают из группы, включающей расщепитель фазы, обеспечивающий получения сигнала с попеременной инверсией знака, расщепитель фазы, обеспечивающий получение двух однородных сигналов с различающимися фазами; и

- аналого-цифровой преобразователь для аналого-цифрового преобразования выходного сигнала детектора для получения его цифровых отсчетов.

10. Устройство по п.9, в котором:

- детектируемый сигнал обеспечивает по меньшей мере один приемник света с использованием компонента, выбираемого из группы, включающей стабилизатор напряжения, преобразователь фототок-напряжение, преобразователь масштаба напряжения и любой подходящей комбинации перечисленных выше компонентов.

11. Устройство по п.10, в котором:

- детектируемый сигнал обеспечивает по меньшей мере один приемник света дополнительно с использованием компонента, выбираемого из группы, включающей дифференциальный усилитель, компонент удаления выбросов напряжения и любой подходящей комбинации перечисленных выше компонентов.