光筆和光學(xué)觸摸板設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光筆和光學(xué)觸摸板設(shè)備。所述光筆包括：具有表面的端部，將所述表面的任意區(qū)域移動靠近或者接觸光學(xué)觸摸板設(shè)備的觸摸板上期望的位置。所述端部包括光遮蔽元件，所述光遮蔽元件用于阻擋至少部分入射光。所述光筆沿通過光遮蔽元件的重心的軸線延伸。在軸線上的光遮蔽元件的預(yù)定部分與所述任意區(qū)域之間的距離是恒定的。
【專利說明】光筆和光學(xué)觸摸板設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及光筆和光學(xué)觸摸板設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)公開了這樣的傳統(tǒng)技術(shù)(例如，見日本專利N0.4627781 )，其中，兩個發(fā)光/受光單元，其中每一個單元沿觸摸板發(fā)射光，在觸摸板上通過使用光筆指示期望的位置，當(dāng)光被光筆的末端阻擋時，在陰影(阻擋了光的圖像)上檢測位置信息，并且基于上述位置信息確定上述期望的位置的位置信息。
[0003]然而，根據(jù)在日本專利N0.4627781中公開的技術(shù)，難以以穩(wěn)定和精確的方式確定上述期望的位置的位置信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
[0005]根據(jù)一個實施例，提供了一種光筆。所述光筆包括:具有表面的端部，將所述表面的任意區(qū)域移動靠近或者接觸光學(xué)觸摸板設(shè)備的觸摸板上期望的位置。所述端部包括光遮蔽元件，所述光遮蔽元件用于阻擋至少部分入射光。所述光筆沿通過光遮蔽元件的重心的軸線延伸。在軸線上的光遮蔽元件的預(yù)定部分與所述任意區(qū)域之間的距離是恒定的。
[0006]根據(jù)另一個實施例，提供了 一種光學(xué)觸摸板設(shè)備。所述光學(xué)觸摸板設(shè)備包括:根據(jù)上述實施例的光筆；觸摸板，所述觸摸板具有矩形板形狀，并且在所述觸摸板上通過使用光筆指示期望的位置；一對發(fā)光/受光設(shè)備，每個發(fā)光/受光設(shè)備被配置為包括發(fā)光單元和受光單元，并且在所述觸摸板的兩端分開設(shè)置發(fā)光/受光設(shè)備；反向反射元件，用于將入射光反射到與入射方向相反的方向上，沿著所述觸摸板的外邊緣設(shè)置所述反向反射元件；光學(xué)系統(tǒng)，向發(fā)光/受光設(shè)備分別設(shè)置所述光學(xué)系統(tǒng)，每個光學(xué)系統(tǒng)用于將從對應(yīng)的發(fā)光/受光設(shè)備的發(fā)光單元發(fā)射的光引導(dǎo)至所述反向反射元件中，以便光沿著所述觸摸板行進，并且將所述反向反射元件反射的光引導(dǎo)至對應(yīng)的發(fā)光/受光設(shè)備的受光單元中；以及位置信息計算單元，用于響應(yīng)于通過所述光筆指示期望的位置，來通過使用關(guān)于陰影的位置信息來計算所述期望的位置的位置信息，所述陰影是當(dāng)每個發(fā)光/受光設(shè)備發(fā)射的光被所述光筆的光遮蔽元件阻擋時產(chǎn)生的。
[0007]在結(jié)合附圖考慮時，通過閱讀對本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選實施例的【具體實施方式】，將會更好地理解本發(fā)明的以上和其他目的、特點、有益效果以及技術(shù)上和工業(yè)上的重要性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是示出根據(jù)實施例的通過光學(xué)觸摸板設(shè)備執(zhí)行的控制的示例配置的框圖；
[0009]圖2是示出用于獲取關(guān)于期望的位置的位置信息的方法的示意圖，其中所述期望的位置在觸摸板上，并且通過使用指示單元指示所述期望的位置；
[0010]圖3是示出用于獲取關(guān)于期望的位置的位置信息的方法的示意圖，其中所述期望的位置在觸摸板上，并且通過使用指示單元指示所述期望的位置；
[0011]圖4是示出用于獲取關(guān)于期望的位置的位置信息的方法的示意圖，其中所述期望的位置在觸摸板上，并且通過使用指示單元指示所述期望的位置；
[0012]圖5是示出用于獲取關(guān)于期望的位置的位置信息的方法的示意圖，其中所述期望的位置在觸摸板上，并且通過使用指示單元指示所述期望的位置；
[0013]圖6是示出光學(xué)觸摸板設(shè)備中包括的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖；
[0014]圖7是示出光學(xué)觸摸板設(shè)備中包括的光筆的配置的示意圖；
[0015]圖8示出了根據(jù)實施例的處于通過使用光筆指示觸摸板上期望的位置的狀態(tài)；
[0016]圖9示出了根據(jù)比較例的處于通過使用光筆指示觸摸板上期望的位置的狀態(tài)；
[0017]圖10以簡要方式示出了根據(jù)第一變形例和第二變形例的光筆的可移動筆尖；
[0018]圖11以簡要方式示出了根據(jù)第三變形例和第四變形例的光筆的可移動筆尖；以及
[0019]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的光學(xué)觸摸板設(shè)備的硬件配置。
【具體實施方式】
[0020]以下將參照附圖對本發(fā)明的示例實施例進行詳細(xì)的說明。圖1示出了根據(jù)實施例的光學(xué)觸摸板設(shè)備100的示意配置。
[0021]如圖1所示，光學(xué)觸摸板設(shè)備100包括例如光筆10、觸摸板12 (圖1中未顯示，請見圖2)、觸摸板控制單元14、個人計算機(PC)單元16等。這里，光學(xué)觸摸板設(shè)備100被用作所謂的電子黑板。
[0022]光筆10是用于在觸摸板12上指示期望的位置的指示設(shè)備。稍后將對光筆10做出說明。
[0023]例如，觸摸板12被形成為類似矩形板的形狀。在以下，通過使用XYZ三維正交坐標(biāo)系來做出說明，在XYZ三維正交坐標(biāo)系中，觸摸板12的長度方向是X軸的方向，其寬度方向是Y軸的方向，并且垂直于X軸方向和Y軸方向的方向(觸摸板12的厚度方向)是Z軸的方向。
[0024]在觸摸板12的末端，例如其-X和+Y側(cè)提供第一發(fā)光/受光單元20a，并且在觸摸板12的末端，例如其+X和+Y側(cè)提供第二發(fā)光/受光單兀20b。這里,第一和第二發(fā)光/受光單元20a和20b基本上具有相同的配置和功能。每個發(fā)光/受光單元都包括受光/發(fā)光設(shè)備，其包括發(fā)光單兀83和受光單兀50。
[0025]在觸摸板12邊緣的+X側(cè)、-X側(cè)和-Y側(cè)提供反向反射元件24。每個反向反射元件24具有這樣的特點，使得其將入射光反射到與入射方向相反的方向(反轉(zhuǎn)方向)上而無關(guān)于入射角度。
[0026]觸摸板控制單元14包括位置信息計算單元14a和控制單元14b，位置信息計算單元14a計算關(guān)于在觸摸板12上并且通過使用光筆10指示的、期望的位置的位置信息(XY坐標(biāo));并且控制單元14b適當(dāng)?shù)貙⑽恢眯畔⑤敵龅絇C單元16上。將在稍后對位置信息計算單元14a作詳細(xì)的說明。
[0027]參照回圖1，PC單元16包括:信號輸入單元16a，其輸入來自控制單元14b的位置信息；信號處理單兀16b,其處理來自信號輸入單兀16a的信號；操作系統(tǒng)(OS) 16C,其基于信號處理單元16b處理的信號，輸出處理細(xì)節(jié)；以及應(yīng)用16d，其使用來自0S16c的處理細(xì)節(jié)。
[0028]這里，參照圖2，對光學(xué)觸摸板設(shè)備100執(zhí)行的指示位置檢測的原理示例做出說明。首先，通過使用指示單元2按壓并指示光學(xué)觸摸板設(shè)備100的觸摸板12上的期望的位置(指示位置P)，其中指示單元2諸如是用戶的手、筆或指示器，其包括光學(xué)不透明組件。檢測在指示位置上的位置信息(XY坐標(biāo))，以便最終能夠執(zhí)行應(yīng)用16d。
[0029]此外，第一發(fā)光/受光單元20a沿觸摸板12發(fā)射多個光束L1、L2、L3、……和Ln(探測光)的光通量(flux)。具體來說，探測光是從第一發(fā)光/受光單元20a行進的光波，并且沿觸摸板12以扇狀形式擴散。以相同的方式，第二發(fā)光/受光單元20b沿觸摸板發(fā)射多個光束(探測光)的光通量。
[0030]來自第一發(fā)光/受光單元20a的一個扇狀光波，即光束Lm被-Y側(cè)的反向反射元件24反射,并且反向發(fā)射的光Lm’經(jīng)過與光束Lm相同的光學(xué)路徑返回到第一發(fā)光/受光單元20a。在這種情況下，可以確定光束LI至Ln中的每一個光束的反向反射光是否返回到第一發(fā)光/受光單兀20a。以相同的方式,可以確定第二發(fā)光/受光單兀20b發(fā)射的每個光束的反向反射光是否返回到第二發(fā)光/受光單元20b。
[0031]當(dāng)用戶使用例如他/她的手指觸摸在觸摸板12上的指示位置P時，在指示位置P處，光束Lk被手指阻擋并且不能到達(dá)反向反射元件24。在這種情況下，由于第一發(fā)光/受光單元20a沒有接收到光束Lk的反向反射光，所以可以確定，在光束Lk的光學(xué)路徑(在直線L)上存在光遮蔽對象。以相同的方式，由于第二發(fā)光/受光單元20b沒有接收到第二發(fā)光/受光單兀20b發(fā)射的光束Lj的反向反射光,所以可以確定在光束Lj的光學(xué)路徑(在直線R)上存在光遮蔽對象。
[0032]在這種情況下，確定了直線L和直線R，并且計算直線的交叉點的坐標(biāo)，由此可以確定觸摸板12上的指示位置P的XY坐標(biāo)。
[0033]接下來，將對第一發(fā)光/受光單元20a的配置和檢測光筆10阻擋了光束LI至Ln當(dāng)中的哪條光束的方法做出說明。
[0034]圖3示意性地示出了第一發(fā)光/受光單元20a的配置。第一發(fā)光/受光單元20a包括上述的受光/發(fā)光設(shè)備以外，還包括光學(xué)系統(tǒng)90，其包括指示光源81和聚光透鏡51等。以下，將對使用xyz三維正交坐標(biāo)系(見圖3)給出說明，其中聚光透鏡51的光軸的方向是X軸的方向，在平行于觸摸板12的平面上、垂直于X軸方向的方向是I軸方向，并且垂直于X軸方向和y軸方向的方向是z軸的方向。此外，z軸的方向平行于Z軸的方向。
[0035]例如，在受光單元50的+X側(cè)并且在聚光透鏡51的中心附近處設(shè)置指示光源81，以便向+X側(cè)發(fā)射平行于Xy平面的扇狀光。例如，在聚光透鏡51的焦點位置附近處設(shè)置受光單元50，以便受光單元50的受光表面垂直于X軸。指示光源81發(fā)射的扇狀光是在箭頭α方向上、在箭頭β方向上以及其他方向上行進的光束的光通量。
[0036]在箭頭α方向上行進的光束被反向反射元件24反射，被聚光透鏡51聚光，并且之后到達(dá)受光單元50上的受光位置pi。此外，在箭頭β方向上行進的光束被反向反射元件24反射，被聚光透鏡51聚光，并且之后到達(dá)在受光單元50上的受光位置ρ2。
[0037]如上所述，在指示光源81發(fā)射了多個光束之后，所述多個光束被反向反射元件24反射，并且經(jīng)過對應(yīng)的光學(xué)路徑被返回。由于聚光透鏡51的作用，因此它們到達(dá)受光單元50上的不同位置。此時，當(dāng)使用指示單元2指示了在觸摸板12上的給定位置并且對應(yīng)光束被阻擋時，光不到達(dá)在受光單兀50上且對應(yīng)于光束的點。
[0038]因此，在受光單元50上進行的光強度分布檢查能夠確定哪條光束被阻擋了。
[0039]如圖4中所不,在第一發(fā)光/受光單兀20a向+x側(cè)發(fā)射了光之后，光被反向反射元件24反射，并且通過相同的光學(xué)路徑被返回給指示光源81。在從反向反射元件24返回之后，反向反射的光通過聚光透鏡51的中心，并經(jīng)過關(guān)于聚光透鏡51的中心的對稱點的光學(xué)路徑，向聚光透鏡51的-X側(cè)(受光單元50 —側(cè))行進。
[0040]這里，如果指示單元2不與觸摸板12接觸或者不靠近觸摸板12，則在受光單元50的整個區(qū)域上的光強度分布幾乎是恒定的。相反地，如圖4所示的，如果指示單元2與觸摸板12上的任意指定的配置P接觸，則從第一發(fā)光/受光單元20a朝指示位置P行進的光束被阻擋，由此在受光單元50的位置DnI生成低的光強度區(qū)域(黑點)。位置Dn對應(yīng)于被阻擋光束的外出/進入(射入/射出)角度θη，并且可以通過檢測Dn來確定θη。也就是，可以使用以下等式(I)來表示θη，作為0?的函數(shù)。
[0041]Θ n=arctan (Dn/f)(I)
[0042]此外，Dn等于受光位置pn的J坐標(biāo),其中，其原點是受光單兀50的受光表面和平行于穿過聚光透鏡51中心的X軸的直線之間的交點。
[0043]這里，特別地，使用Θ &代替圖4中的θ n，并且使用Dli代替Dn。此外，如圖5所示，由于第一發(fā)光/受光單元20a和觸摸板12的坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域(指示區(qū)域)之間的幾何位置關(guān)系的轉(zhuǎn)換g，因此X軸和 連接第一發(fā)光/受光單元20a的位置A與觸摸板12上的指示位置P的直線AP形成角度Θ ?通過使用以下等式(2)來表示角度作為通過使用上述等式(I)確定的Dli的函數(shù)。
[0044]Θ L=g ( Θ nL)，Θ ^=Brctan (Diil/f)(2)
[0045]以相同方式，對于第二發(fā)光/受光單元20b，用R代替上述等式(2)中的L，并且由于觸摸板12的坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域和第二發(fā)光/受光單元20b之間的幾何位置關(guān)系的轉(zhuǎn)換h，因此X軸和連接第二發(fā)光/受光單元20b位置B與觸摸板12上的指示位置P的直線BP形成角度θκ，通過使用以下等式(3)來表示0R。
[0046]Θ R=h ( θ ηΕ), Θ ^arctan (DnE/f)⑶
[0047]這里，在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域中，以間隔W安裝第一發(fā)光/受光單元20a，如圖5所示，并且使用以下等式(4)和(5)表示在坐標(biāo)輸入?yún)^(qū)域上的指示位置P的坐標(biāo)(X，Y)。
[0048]X=Wtan Θ R/ (tan Θ L+tan θ R)(4)
[0049]Y=wtan Θ LX tan Θ J (tan Θ L+tan Θ R) (5)
[0050]如上所述，可以將X和Y表示為Dhl和DnK的函數(shù)。在這種情況下，檢測第一和第二發(fā)光/受光單元20a和20b中受光單元50上的黑點的位置Dli和DnK，并且考慮每個發(fā)光/受光單元的幾何布置，由此可以檢測出通過使用指示單元2指示的指示位置P的坐標(biāo)。
[0051]接下來，對包括聚光透鏡51的光學(xué)系統(tǒng)90的示例做出說明。圖6示出了在觸摸板12上提供單個發(fā)光/受光單元的狀態(tài)。
[0052]這里，用作發(fā)光單元83的光源是例如激光二極管或極微小的LED，其能夠具有特定程度的方向性來發(fā)射光。發(fā)光單兀83在-Z方向上發(fā)射光。此外,可以將例如光電二極管或光電晶體管用作受光單元50。[0053]光學(xué)系統(tǒng)90包括上述聚光透鏡51以外，還包括柱面透鏡組、狹縫板82、半反射鏡87等，其中，柱面透鏡組包括三個柱面透鏡84、85和86，它們被設(shè)置在來自發(fā)光單元83的光的光學(xué)路徑上；狹縫板82被設(shè)置在通過柱面透鏡組的光的光學(xué)路徑上；而半反射鏡87被提供在通過狹縫板82的光的光學(xué)路徑上。
[0054]在通過發(fā)光單元83在-Z方向上發(fā)射了光之后，通過柱面透鏡84僅在X軸方向上校準(zhǔn)光，并且隨后通過兩個柱面透鏡85和86在Y軸方向上聚光，所述兩個柱面透鏡85和86的曲面分布與柱面透鏡84的曲率分布成正交。圖6中的Q部分是從+X側(cè)看時，發(fā)光單元83、柱面透鏡組以及狹縫板82的示意圖。由于柱面透鏡組的效果，因此以在橫截面上X軸方向上延伸的線的形式形成光，并且將光發(fā)射到柱面透鏡86的-Z側(cè)。來自柱面透鏡86的光入射到狹縫板82上，在狹縫板82上形成拉長的并且在X軸方向延伸的狹縫，由此指示光源81被形成為次級光源。在以下，為了方便，也將指示光源81稱為次級光源81。
[0055]具體來說，在狹縫板82的狹縫的位置處形成次級光源81，以便發(fā)射在橫截面中、X軸的方向上延伸的線性光。來自次級光源81的光被半反射鏡87反射到+X側(cè)，以便光不在Z軸的方向上展開，但是在平行于觸摸板12的方向上，以次級光源81為中心以扇狀形式展開。行進的光被在觸摸板12的外側(cè)邊緣提供的反向反射元件24反射，并且通過相同路徑(在圖6中箭頭C的方向上)被返回到半反射鏡87 —側(cè)。在通過半反射鏡87進行傳輸之后，平行于觸摸板12行進的光通過聚光透鏡51，并且入射到受光單元50上。
[0056]這里，次級光源81和聚光透鏡51具有相對于半反射鏡87的共軛位置關(guān)系(見圖6中的箭頭D)。此外，圖6中的部分V是從+Z方向觀看時，受光單元50和聚光透鏡51的示意圖。上述光學(xué)系統(tǒng)90可以適當(dāng)?shù)乇桓淖儭?br> [0057]接下來，對位置信息計算單元14a做出說明。位置信息計算單元14a通過使用三角測量理論、并且通過使用來自在上述光學(xué)觸摸板設(shè)備100中提供的每個發(fā)光/受光單元的受光單元的光接收信號(light received signal),來計算指示位置P的位置信息(XY坐標(biāo))，并且隨后以預(yù)定速率，經(jīng)由控制單元14b將該位置信息輸出給信號輸入單元16a。
[0058]從位置信息計算單元14a以預(yù)定速率輸出指定位置P的坐標(biāo)值和光阻擋信號(light blocked signal),并且將它們經(jīng)由信號輸入單兀16a輸入到信號處理單兀16b(驅(qū)動器)。關(guān)于光阻擋信號，當(dāng)在光學(xué)觸摸板設(shè)備100中通過光筆10阻擋了光時，那么“光阻擋信號=真(true)”;否則，“光阻擋信號=假(false)”。指示位置P的坐標(biāo)值在光阻擋信號為真時是有效值，在光阻擋信號為假時是無效值。
[0059]以下將參照圖7至圖8C對光筆10做出詳細(xì)說明。如圖7中所示，光筆10沿預(yù)定軸線延伸。如圖7中所示，光筆10包括例如把持部102、可移動筆尖104和壓力檢測單元105，其中把持部102由基本上圓柱的和伸長的元件構(gòu)成，其在上述軸線的方向上延伸；可移動筆尖104被附接在把持部102上。
[0060]例如，可移動筆尖104是由在上述軸線的方向上延伸的元件構(gòu)成，并且包括端部104a，其由球形的光遮蔽元件構(gòu)成。上述軸線通過端部104a的中心部(重心)C。也就是，端部104a (光遮蔽元件)具有相對于上述軸線對稱的形狀。在以下，為了方便起見，也將端部104a稱為光遮蔽元件104a。
[0061]在這種情況下，在中心部C和端部104a的表面(外圓周)上的任意區(qū)域之間的距離是恒定的，所述中心部C是作為光遮蔽元件104a中的在上述軸線上的預(yù)定部分。[0062]這里，“光遮蔽元件”是指阻擋至少一部分入射光的對象。在本實施例中，使用阻擋所有入射光的對象作為光遮蔽元件的示例。在這種情況下，可以以穩(wěn)定的并且精確的方式檢測入射光沒有到達(dá)的陰影的位置。
[0063]將可移動筆尖104的底部末端部分104b與在把持部102的端部表面上形成的凹陷部分102a接合。此外，經(jīng)由例如塑料元件將可移動筆尖104耦接到把持部102，以使可移動筆尖104能夠在預(yù)定筆畫上，在把持部102的軸線方向上相對于把持部102移動。
[0064]壓力檢測單兀105包括例如壓力傳感器106和處理來自壓力傳感器106的檢測信號的信號處理電路108。
[0065]將壓力傳感器106附接到凹陷部102a的底部表面上。具體來說，在可移動筆尖104和凹陷部102a的底部表面之間提供壓力傳感器106。壓力傳感器106根據(jù)所施加的壓力改變電阻值，并且壓力傳感器例如是Nitta公司制造的FlexiForce、INABA RUBBER有限公司制造的INAST0MER等。
[0066]當(dāng)可移動筆尖104的端部104a與觸摸板12進行接觸時，將可移動筆尖104朝向壓力傳感器106移動，以便按壓下壓力傳感器106。
[0067]以下，從壓力檢測單元105經(jīng)由信號輸入單元16a輸入到信號處理單元16b的真/假(true/false)信號被稱為壓力信號。具體來說，當(dāng)可移動筆尖104與觸摸板12處于物理接觸時，在信號處理單元16b中“壓力信號=真”；否則，“壓力信號=假”。
[0068]信號處理電路108包括:轉(zhuǎn)換電路，其將壓力傳感器106的電阻值的改變轉(zhuǎn)換為電壓；A/D轉(zhuǎn)換電路，其將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；存儲電路，其存儲預(yù)定閾值；閾值處理電路，其對要轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的壓力信號與存儲電路中存儲的閾值進行比較，如果壓力信號超過閾值就輸出“真”，否則，輸出“假”；以及輸出電路，其以預(yù)定速率將從閾值處理單元輸出的邏輯值經(jīng)由信號輸入單元16a發(fā)送給信號處理單元16b。
[0069]通過使作為如上述配置的光筆10端部104a (光遮蔽元件)的表面的一部分的任意區(qū)域與期望的位置進行接觸，用戶指示在觸摸板12上期望的位置(指示位置)。
[0070]這里，如上所述，光筆10的端部104a是球狀的；因此，當(dāng)端部104a與觸摸板12上的任意位置接觸時，通過每個發(fā)光/受光單元發(fā)射的阻擋光的寬度(沿觸摸板21的方向上的寬度)是恒定的，而無關(guān)于光筆10相對于觸摸板12的傾斜角度(見圖8 (A)至(C))。在這種情況下，圖4中所示的黑點的寬度和其中心位置不改變，而無關(guān)于光筆10的傾斜角度。具體來說，由于末端104a的光阻擋而產(chǎn)生的陰影(光阻擋圖像)的中心位置不根據(jù)光筆10的傾斜角度而改變。結(jié)果是，位置信息計算單元14a計算的位置信息(XY坐標(biāo))不根據(jù)光筆10的傾斜角度而改變。
[0071]以下將對上述效果做出詳細(xì)的說明。如圖8和圖9中所示，通過在例如相對于繪畫板的背面上提供的發(fā)光/受光單元發(fā)射光，在通過使用光筆10指示的指示位置上阻擋部分光并且透射其余部分的光，在相對于繪畫板的正面上提供的未描繪的反向反射元件以反向反射的方式反射光，并且將其返回給發(fā)光/受光單元。
[0072]在圖8的(A)到(C)中，wl到w3指明了根據(jù)本實施例，通過使用光筆10在觸摸板12上指示期望的位置時，可移動筆尖104的端部104a阻擋的光的寬度。在圖8中，(A)示出了光筆10的軸線垂直于觸摸板12的狀態(tài)。在圖8中，(B)示出了光筆10的軸線相對于觸摸板12傾斜了傾斜角Φ I的狀態(tài)。圖SC示出了光筆10的軸線相對于觸摸板12傾斜了傾斜角Φ2 (<Φ1)的狀態(tài)。
[0073]這里，因為光筆10的端部104a是球形的，因此被阻擋的光的寬度不根據(jù)光筆10的軸線與觸摸板12之間形成的角度而變化；因此，wl=w2=w3。此外，由于端部104a(光遮蔽元件)的中心部分(重心)的XY坐標(biāo)匹配與觸摸板12接觸的端部104a的區(qū)域的XY坐標(biāo)而無關(guān)于上述的角度，所以由于端部104a阻擋光而產(chǎn)生的陰影(光阻擋圖像)的中心位置(在受光單元50上檢測到的黑點的位置)不根據(jù)上述角度而改變。結(jié)果是，與端部104a接觸的觸摸板12上的位置的真實的XY坐標(biāo)匹配通過位置信息計算單元14a計算的XY坐標(biāo)，而無關(guān)于上述角度。也就是，可以以穩(wěn)定和精確的方式確定在與端部104a接觸的觸摸板12上的區(qū)域的XY坐標(biāo)。
[0074]在圖9的(A)到(C)中，w4至w6表明了在比較示例中，在通過使用光筆SP指示在觸摸板上的任意位置時，光筆SP的端部SPa阻擋的光的寬度。在圖9中，(A)示出了光筆SP的軸線垂直于觸摸板的狀態(tài)。在圖9中，(B)示出了光筆SP的軸線相對于觸摸板傾斜了傾斜角Φ1'的狀態(tài)。在圖9中，(C)示出了光筆SP的軸線相對于觸摸板傾斜了傾斜角Φ2’(〈Φ1')的狀態(tài)。
[0075]這里，在比較例中的光筆SP的端部SPa (光遮蔽元件)具有漸尖的并且基本上圓錐形的形狀。也就是，在比較例中，只有光筆端部的形狀與本實施例不同。在這種情況下，阻擋的光(阻擋光)的寬度根據(jù)在光筆SP的軸線和觸摸板之間形成的角度而不同，并且因此w4古w5古w6。此 外,端部SPa的重心的XY坐標(biāo)基于上述角度不同于與末端SPa接觸的觸摸板的位置的XY坐標(biāo)；所以由于端部SPa阻擋光而產(chǎn)生的陰影(光阻擋圖像)的中心位置(在受光單元上檢測的黑點的位置)基于上述角度而不同。結(jié)果是，與端部SPa接觸的觸摸板上的位置的XY坐標(biāo)與通過位置信息計算單元計算的XY坐標(biāo)基于上述角度而不同。也就是，難以以穩(wěn)定和精確的方式確定在觸摸板上并且與端部SPa接觸的區(qū)域的XY坐標(biāo)。結(jié)果是，在比較例中，盡管通過使用光筆SP指示在觸摸板上相同的位置，但是通過位置信息計算單元計算出的位置信息(XY坐標(biāo))卻根據(jù)光筆SP的傾斜角度而變化。
[0076]根據(jù)本實施例的上述光筆10是用于指示在光學(xué)觸摸板設(shè)備100中包括的觸摸板12上期望的位置的光筆。光筆10沿預(yù)定的軸線延伸，并且使作為端部104a的表面的一部分的任意區(qū)域與期望的位置接觸。端部104a包括阻擋所有入射光的光遮蔽元件104a，軸線通過光遮蔽元件104a的中心部分C，并且在光遮蔽元件104a中的軸線上的預(yù)定部分(中心部分C)與任意區(qū)域之間的距離是恒定的。
[0077]在這種情況下，關(guān)于在平行于觸摸板12的平面上的與光遮蔽元件104a的表面接觸的觸摸板12的位置的位置信息匹配關(guān)于平行于觸摸板12的平面上的光遮蔽元件104a的中心部分C的位置信息，而無關(guān)于光筆10相對于觸摸板12的傾斜角度。
[0078]結(jié)果是，可以穩(wěn)定并精確地確定在觸摸板12上并且通過使用光筆10指示的期望的位置的位置信息。
[0079]此外，由于端部104a中包括的光遮蔽元件104a具有球形的形狀，所以，與例如上述的比較例相比，更容易一眼就識別出光遮蔽元件104a，而無關(guān)于光筆10的傾斜角度，無需在光遮蔽元件104a上形成諸如刻出的標(biāo)記那樣的標(biāo)記,從而能夠輕易地使光遮蔽單元104a與在觸摸板12上期望的位置接觸。結(jié)果是，可以改善光筆10的運行性能。
[0080]盡管在上述實施例中，光筆10的端部104a由球形光遮蔽元件構(gòu)成，但是這并不是限制，并且如果在光遮蔽元件中在上述軸線上的預(yù)定區(qū)域與光筆端部表面上且與觸摸板12接觸的任意區(qū)域之間的距離是恒定的，就可以應(yīng)用。
[0081]具體來說，如同在圖10的(A)中的第一修改例中示出的，例如，相對于上述軸線對稱并且被形成為至少半球形的可移動筆尖的端部的一部分，可以由被形成為其中心與上述球形的中心相匹配的光遮蔽元件構(gòu)成。在這種情況下，在作為光遮蔽元件中的上述軸線上的預(yù)定部分的中心部分Cl與在可移動筆尖端部表面上且與觸摸板12接觸的任意區(qū)域之間的距離是恒定的。
[0082]此外，如同在圖10的(B)中的第二修改例中所示的，例如，相對于上述軸線對稱并且被形成為至少半球形的可移動筆尖的端部的一部分，可以由被形成為其中心與上述球形的中心匹配且相對于上述軸線對稱的至少半球形的光遮蔽元件構(gòu)成。在這種情況下，在光遮蔽元件中在上述軸線上的預(yù)定部分C2與在可移動筆尖端部表面上且與觸摸板12接觸的任意區(qū)域之間的距離是恒定的。
[0083]此外，如同在圖11的(A)和(B)中的第三修改例(I和2)中所示的，例如，相對于上述軸線對稱且被形成為至少半球形的可移動筆尖的端部的至少一部分，可以由被形成為其中心與上述球形的中心相匹配且相對于上述軸線對稱的至少半球形的光遮蔽元件構(gòu)成。在這種情況下，在光遮蔽元件中在上述軸線上的預(yù)定部分C3 (C4)與可移動筆尖端部表面上且與觸摸板12接觸的任意區(qū)域之間的距離是恒定的。
[0084]此外，在上述實施例和每個修改例中，光遮蔽元件是六邊形的(由一個表面形成的輪廓)或至少半個球形形成的二面體；然而，其還可以是具有三個或更多面的多面體(例如正規(guī)的多面體)。在這種情況下，優(yōu)選以上描述的軸線通過光遮蔽元件的重心，并且在光遮蔽元件中在上述軸線上的預(yù)定區(qū)域與光筆端部表面上且與觸摸板12接觸的任意區(qū)域之間的距離是恒定的。
[0085]此外，在以上描述的實施例和每個修改例中，使光筆10的端部104a與觸摸板12上期望的位置接觸，以便指示該期望的位置；額外地或者替選地，例如，光筆的端部可以位于靠近觸摸板上的期望的位置(無需接觸)，以便指示期望的位置。在這種情況下，可以不提供壓力檢測單元105。
[0086]此外，在以上描述的實施例和每個修改例中，使用了阻擋所有入射光的光遮蔽元件；然而，代替這個，還可以使用阻擋部分入射光的光遮蔽元件。
[0087]此外,在以上描述的實施例和每個修改例中，光筆端部具有使得將端部表面的一部分作為任意區(qū)域與觸摸板12上的期望的位置進行接觸的形狀；然而，光筆端部還可以具有使得將整個表面作為任意區(qū)域與觸摸板12上的期望的位置進行接觸的形狀(例如半球形形狀)。
[0088]此外，在以上描述的實施例和每個修改例中，通過光遮蔽元件的重心的軸線與光筆的軸線匹配；然而它們也可以不匹配。
[0089]此外，在以上描述的實施例中，包括大尺寸的觸摸板的電子黑板被用作光學(xué)觸摸板設(shè)備100 ;然而這不是限定，并且例如，可以使用包括小尺寸的觸摸板的平板終端。
[0090]圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的光學(xué)觸摸板設(shè)備的硬件配置的示意圖。光學(xué)觸摸板設(shè)備1100是已經(jīng)被發(fā)展用于坐標(biāo)檢測系統(tǒng)的信息處理裝置。光學(xué)觸摸板設(shè)備1100包括CPUl 101、ROMl 102、RAMl 103、SSDl 104、網(wǎng)絡(luò)控制器1105、外部存儲器控制器1106、傳感器控制器1114、GPU1112和捕捉設(shè)備1111，它們經(jīng)由諸如地址總線或數(shù)據(jù)總線的總線1118彼此電連接。
[0091]CPU1101執(zhí)行應(yīng)用，以便控制光學(xué)觸摸板設(shè)備1110的整體運作，所述光學(xué)觸摸板設(shè)備1110是坐標(biāo)檢測系統(tǒng)。R0M1102存儲IPL等，并且最初存儲在開始階段由CPU1101執(zhí)行的程序。RAMl 103是CPUl 101執(zhí)行應(yīng)用的工作區(qū)域。SSD1104是非易失性存儲器，存儲用于坐標(biāo)檢測系統(tǒng)的應(yīng)用1119或者多種類型的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)控制器1105經(jīng)由未描繪的網(wǎng)絡(luò)在與服務(wù)器進行通信的期間執(zhí)行基于通信協(xié)議的處理。網(wǎng)絡(luò)是LAN、其中連接有多個LAN的WAN (例如互聯(lián)網(wǎng))等。
[0092]外部存儲器控制器1106向可附接和可移除的外部存儲器1117寫入或者從其中讀取。外部存儲器1117是例如USB存儲器或SD卡。捕捉設(shè)備1111取得(捕捉)通過PC1300顯示在顯示設(shè)備上的圖像。GPUl112是專用于繪畫和計算顯示器1200的每個像素的像素值的處理器。顯示控制器1113將GPU1112生成的圖像輸出給顯示器1200。
[0093]傳感器控制器1114連接到四個檢測單元1011上，并且通過使用三角測量方法來檢測坐標(biāo)，所述三角測量方法使用紅外光阻擋或者筆發(fā)射方法。
[0094]在本實施例中，光學(xué)觸摸板設(shè)備1100具有與光筆10通信的功能。光筆10具有用于將信號發(fā)送給光學(xué)觸摸板設(shè)備1100的單元。如圖12中所示，光學(xué)觸摸板設(shè)備1100具有光筆控制器1116，以便從光筆10接收壓力信號。這樣，光學(xué)觸摸板設(shè)備1110能夠檢測是否按壓了光筆10的端部。
[0095]可以將用于坐標(biāo)檢測系統(tǒng)的應(yīng)用存儲在外部存儲器1117中或者可以從未描繪的服務(wù)器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)控制器1105下載所述應(yīng)用來進行分發(fā)。應(yīng)用可以處于壓縮狀態(tài)或者處于可執(zhí)行格式。
[0096]因此，可以穩(wěn)定地和精確地確定在觸摸板上的且通過使用光筆指示的期望的位置的位置信息。
[0097]盡管為了完整和清楚公開的目的，已經(jīng)結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明，但是所附權(quán)利要求并不限制于此，而是被構(gòu)造為體現(xiàn)了對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠想到的所有修改和替換構(gòu)造均落入本文中闡述的基本教導(dǎo)。
【權(quán)利要求】
1.一種光筆，包括: 具有表面的端部，將所述表面的任意區(qū)域移動靠近或者接觸光學(xué)觸摸板設(shè)備的觸摸板上期望的位置，所述端部包括光遮蔽元件，所述光遮蔽元件用于阻擋至少部分入射光， 其中，所述光筆沿通過光遮蔽元件的重心的軸線延伸，并且 在軸線上的光遮蔽元件的預(yù)定部分與所述任意區(qū)域之間的距離是恒定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光筆，其中，所述光遮蔽元件具有相對于軸線對稱的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光筆，其中，所述光遮蔽元件被形成為至少半球形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的光筆，其中，所述端部被形成為至少半球形，所述至少半球形具有相對于軸線對稱的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光筆，其中，由所述光遮蔽元件形成所述端部的內(nèi)部部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的光筆，還包括壓力檢測單元，用于檢測在所述任意區(qū)域與期望的位置相接觸時，施加在所述端部上的壓力。
7.一種光學(xué)觸摸板設(shè)備，包括: 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光筆； 觸摸板，所述觸摸板具有矩形板形狀，并且在所述觸摸板上通過使用光筆指示期望的位置； 一對發(fā)光/受光設(shè)備，每個發(fā)光/受光設(shè)備被配置為包括發(fā)光單兀和受光單兀，并且在所述觸摸板的兩端分開設(shè)置發(fā)光/受光設(shè)備； 反向反射元件，用于將入射光反射到與入射方向相反的方向上，沿著所述觸摸板的外邊緣設(shè)置所述反向反射元件； 光學(xué)系統(tǒng)，向發(fā)光/受光設(shè)備分別設(shè)置所述光學(xué)系統(tǒng)，每個光學(xué)系統(tǒng)用于將從對應(yīng)的發(fā)光/受光設(shè)備的發(fā)光單元發(fā)射的光引導(dǎo)至所述反向反射元件中，以便光沿著所述觸摸板行進，并且將所述反向反射元件反射的光引導(dǎo)至對應(yīng)的發(fā)光/受光設(shè)備的受光單元中；以及 位置信息計算單元，用于響應(yīng)于通過所述光筆指示期望的位置，來通過使用關(guān)于陰影的位置信息來計算所述期望的位置的位置信息，所述陰影是當(dāng)每個發(fā)光/受光設(shè)備發(fā)射的光被所述光筆的光遮蔽元件阻擋時產(chǎn)生的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)觸摸板設(shè)備，其中，每個光學(xué)系統(tǒng)被用于以在橫截面上與所述觸摸板的垂直方向上延伸的線的形式形成光，所述光沿所述觸摸板行進。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的光學(xué)觸摸板設(shè)備，其中，發(fā)光單元用于發(fā)射定向光。
【文檔編號】G06F3/042GK104035594SQ201410079600
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】大村克之, 川口敦生 申請人:株式會社理光