CN101727277A - 手写输入的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手写输入的装置和方法，该装置包括激光笔和太阳能电池板，所述太阳能电池板分别连接充电/供电模块和电流/电压转换放大电路，太阳能电池板的顶电极设置有光电流检测点，所述电流/电压转换放大电路连接模数变换模块，模数变换模块连接微处理器，微处理器连接显示驱动模块，显示驱动模块连接显示屏，所述充电/供电模块分别连接电流/电压转换放大电路、模数变换模块、微处理器、显示驱动模块和显示屏，所述激光笔内设有发光二极管。本发明手写输入的方法是将检测到的光电流转换放大为数字信号后，通过微处理器得到一系列随时间变化的光点坐标位置，并转换为手写输入的图案，从而实现用激光笔在太阳能电池板上手写输入。

Description

手写输入的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种手写输入的装置和方法，尤其是一种利用太阳能电池实现手写输入的装置和方法。

背景技术

上世纪五十年代，美国贝尔实验室研制成功第一个实用的硅太阳能电池，并于其后不久正式用于人造卫星。太阳能是可再生的清洁能源，近几年来太阳能市场发展极其迅速，太阳能电池被广泛应用于并网发电、家庭供电、便携电子设备供电和充电。晶体硅太阳电池是光伏市场的主导产品，1997年占国际市场的份额在80％以上。20世纪70年代以来，业界发展了许多薄膜型太阳电池，如：a-SI:H(氢化非晶硅)，CIGS(铜铟镓硒)、CdTe(碲化镉)薄膜电池等等。近年来太阳能电池也被越来越多应用于便携电子设备中，如：太阳能计算器、太阳能手机、太阳能充电器等等，这些设备都具备供电方便不需经常充电的好处。同时人们在使用电子产品时也希望交互界面更人性化，其中手写输入法能够提高输入字符的效率给人带来极大的方便，目前手写输入已经广泛应用于PDA、手机、电纸书、电脑等电子设备中。

目前商用产品的手写输入主要采用触摸屏方式或电子笔感应方式。触摸屏主要是利用压力导致的屏幕电学参量如电容发生变化，通过检测这些变化来感知输入信号。电子笔方法包括射频信号的发送和接收装置，笔内部设有阻容电感电路，电子笔的运动会引起射频接收信号强度和相位的变化，检测这些信号就可以感知电子笔位置的变化。

但是上述现有技术，太阳能电池只是起到供电或充电的作用，而手写输入使用的是另外的装置和方法，两者如果需要结合使用，就需要配备两套相应的设备和附加装置，不仅设备复杂、成本高，而且不便于使用，也不利于太阳能技术的推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种手写输入的装置和方法，要解决的技术问题是使电子设备在使用太阳能电池供电或充电的同时还可以通过电池表面实现手写输入。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种手写输入的装置，包括激光笔和太阳能电池板，所述太阳能电池板分别连接充电/供电模块和电流/电压转换放大电路，太阳能电池板的顶电极设置有光电流检测点，所述电流/电压转换放大电路连接模数变换模块，模数变换模块连接微处理器，微处理器连接显示驱动模块，显示驱动模块连接显示屏，所述充电/供电模块分别连接电流/电压转换放大电路、模数变换模块、微处理器、显示驱动模块和显示屏，所述激光笔内设有发光二极管。

本发明所述太阳能电池板的顶电极采用的是在整块透明导电氧化物薄膜设置4个对称光电流检测点的结构。

本发明所述太阳能电池板的顶电极采用的是设置为网格状的透明导电氧化物薄膜，并在网格周边节点设置光电流检测点的结构。

本发明所述显示屏为透明的LCD或OLED显示屏，所述显示屏层叠设置在太阳能电池板上。

本发明所述发光二极管串接有电源和弹力触压开关，所述弹力触压开关设置在激光笔的笔尖，所述发光二极管的波长设置在太阳能电池板的响应光谱范围内。

本发明所述发光二极管的波长为575nm。

本发明手写输入的方法是：使用激光笔的光点照射太阳能电池板的表面，经过太阳能电池板顶电极的光电流检测点收集光电流，通过电流/电压转换放大电路把电流转换为电压信号并放大，放大后的信号由模数变换模块转换为数字信号，数字信号经微处理器处理得到一系列随时间变化的光点坐标位置，微处理器根据这些坐标位置信息控制显示驱动模块在显示屏上显示这些位置信息，显示手写输入的图案。

本发明所述太阳能电池板的顶电极表面设置有4个对称的光电流检测点，所述光电流与光点坐标位置关系公式为：

$X=\frac{I4-I3}{I4+I3}\×\frac{L}{2}+\frac{L}{2}$ $Y=\frac{I2-I1}{I2+I1}\×\frac{L}{2}+\frac{L}{2}$

式中：X、Y为光点坐标位置，L为太阳能电池板顶电极的边长，I1、I2、I3、I4为在顶电极四个边中央设置的P1、P2、P3、P4四个电流检测点检测到的光电流的电流值。

本发明所述太阳能电池板设置有网格状的顶电极，并在网格周边节点设置光电流检测点。

本发明所述微处理器还运行手写字符识别软件，识别这些位置信息代表的字符，然后再在显示屏上显示印刷体字符。

本发明与现有技术相比，利用激光笔在太阳能电池板上实现手写输入，克服了当前太阳能供电电子设备须使用其他附加装置实现手写输入的缺点，减少了设备复杂度，降低了成本，对推广太阳能技术、节能减排起到了促进作用。

附图说明

图1为本发明的装置示意图。

图2为本发明激光笔的结构示意图。

图3为太阳能电池光生电子/空穴运动机理图。

图4为本发明顶电极电流分布与光点位置坐标关系示意图。

图5为本发明网格状顶电极的结构示意图。

图6为本发明层叠式太阳能显示屏的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明手写输入的装置包括激光笔1和太阳能电池板2，所述太阳能电池板分别连接充电/供电模块和电流/电压(I/V)转换放大电路，太阳能电池板的顶电极设置有光电流检测点，电流/电压转换放大电路连接模数(A/D)变换模块，模数变换模块连接微处理器，微处理器连接显示驱动模块，显示驱动模块连接显示屏3，所述充电/供电模块通过供电总线分别连接电流/电压转换放大电路、模数变换模块、微处理器和显示驱动模块，充电/供电模块同时连接显示屏3，所述激光笔1内设有发光二极管21。

本发明的太阳能电池连接充电/供电模块给可充电电池充电，也可以通过该模块的处理直接给其它模块供电。由于便携设备耗电量较小，设计力求小型化，所以通常采用比较轻薄的薄膜型太阳能电池板。在太阳能电池板接受外界光照把光能转换为电能的同时，激光笔在太阳能电池表面进行书写活动，光点的轨迹即为书写的笔迹。激光笔的结构如图2所示，激光笔1内的发光二极管21串接有电源22和弹力触压开关23，弹力触压开关23设置在激光笔1的笔尖。激光笔1通过发光二极管21发出光线，发光二极管21的波长选择太阳能电池响应灵敏的波段范围，太阳能电池的光谱响应特性因采用的半导体材料和PN节的结构不同而各不相同，但对于某一类型的太阳能电池其光谱响应特性是确定的。例如常用的非晶硅型薄膜太阳能电池的光谱响应峰值在550nm-600nm之间，这时激光笔发光二极管的波长最好选择在575nm。通过笔尖对太阳能电池板表面的接触压力压缩弹簧导通弹力触压开关23使发光二极管21发出光线F。激光笔的发光因为在太阳能电池板的响应光谱范围内，激光笔的光能量也会被转换为电子和空穴形成光电流。而太阳能电池板在顶电极形成电流分布，这种分布与激光笔的光点照射位置相关。这一过程如图3所示：太阳能电池板自上而下由顶电极31、P型半导体材料32、N型半导体材料33、背电极34和基底35层叠组成，顶电极31上通常还覆盖保护玻璃。太阳能电池中的半导体化合物吸收光子，产生光生电子和空穴，光生电子和空穴在PN节内建电势的驱动下，空穴向背电极运动，电子向顶电极运动。电子在顶电极表面形成的电流分布与光照位置和顶电极的电阻分布有关。薄膜型太阳能电池板一般采用透明导电氧化物(TCO，Transparent Conductive Oxide)作为顶电极，比较常见的做顶电极的材料是铟锡金属氧化物(ITO，Indium Tin Oxides)，在理想情况下顶电极的电阻率是均匀的。

如图4所示，本发明的实施例一采用的是边长为L的太阳能电池板顶电极结构，分别在四个边的中央设置P1、P2、P3、P4四个电流检测点；I1、I2、I3、I4表示检测到的电流值。对坐标位置为X，Y的光点产生的光电流会流向四个电流检测点。如果光点位于电极中央，则I1、I2、I3、I4的电流值应该是相等的，任意位置的关系公式可以做一个线性近似，得到光点坐标X，Y与I1、I2、I3、I4的关系公式(1)为：

$X=\frac{I4-I3}{I4+I3}\×\frac{L}{2}+\frac{L}{2},Y=\frac{I2-I1}{I1+I1}\×\frac{L}{2}+\frac{L}{2}---\left(1\right)$

其中，顶电极的电流I1、I2、I3、I4通过电流/电压(I/V)转换放大电路把电流转换为电压信号并放大，放大倍数根据模数变换模块的输入要求和检测电流的范围进行选择。放大后的信号由模数变换(A/D)模块进行模拟向数字信号转换，采样频率根据书写输入速度的特点选择大于1MHZ已经足够。采样得到的数字信号输入微处理器按照上述公式(1)计算X，Y坐标的位置，得到一系列随时间变化的光点坐标位置X，Y。微处理器根据这些位置坐标信息控制显示驱动模块在显示屏上显示这些位置信息，显示手写输入的图案。通常微处理器还运行手写字符识别软件，识别这些位置信息代表的字符，然后再在显示屏上显示印刷体字符，如图1中用激光笔在太阳能电池板上写下“中”字，显示屏相应显示手写的“中”字，然后通过识别软件转换为印刷体的“中”字并显示出来。

如上所述，本发明手写输入的方法是：使用激光笔的光点照射太阳能电池板的表面，经过太阳能电池板顶电极的光电流检测点收集光电流，通过电流/电压转换放大电路把电流转换为电压信号并放大，放大后的信号由模数变换模块转换为数字信号，数字信号经微处理器运用上述公式(1)处理得到一系列随时间变化的光点坐标位置，微处理器根据这些坐标位置信息控制显示驱动模块在显示屏上显示这些位置信息，显示手写输入的图案。

由于在正常情况下环境光照是基本稳定的，或相比激光笔光点变化比较缓慢的，因此微处理器得到数据计算时需要去除背景光照的部分，取激光笔光点导致的电流变化的差值。激光笔的输出功率可以取几毫瓦，按照10％的转化效率计算可以得到几百微安(uA)级别的光电流。

本发明的装置可以转换周边环境的太阳或照明光为电能给可充电电池充电或经过转换后给装置内的其它模块供电，同时它还能够转换激光笔光点的光能为电能，通过检测光电流的变化实现手写输入检测。这两者同时作用互相不影响，而且激光笔照射光电池转化的电能还可用来给电子设备供电。同时，图1所示的装置，显示的是一块太阳能电池板的情形，在实际应用中为了获得较大的工作电压和电流，可以通过串联多块太阳能电池板得到较高的电压，然后再通过并联来增加输出电流。

本发明实施例一的顶电极结构，采用的是整块TCO薄膜设置4个对称光电流检测点的结构。因为TCO薄膜可以通过激光精密加工刻成各种形状的图案，为了更精确的检测与光点位置相关的光电流，可以采用其他结构的顶电极来完成光电流检测。如图5所示，本发明实施例二采用的是网格状顶电极：即太阳能电池板的顶电极采用的是把透明导电氧化物(TCO)薄膜设置为网格状光电结构，在周边交叉节点设置I1、I2...Ix...Iy...Iz...多个光电流检测点，检测周边检测点的电流值，找出横向和纵向电流值最大的点，从而确定光点的网格位置，再根据网格周边的光电流大小比例修正光点在网格内的精确位置，目前的加工精度可以将TCO制成100um宽度的微带线。

此外，图1所示的装置中太阳能电池板与显示屏可以是分离的，这样会使太阳能电池板接收更多光能。现在已经有透明的LCD、OLED显示屏，这样就可以把显示屏3层叠放置到太阳能电池板2上面，使它们紧密结合在一起，在激光笔1书写的同时仍然可以根据前面描述的方法检测光点的位置，同时显示屏沿着激光笔经过的轨迹显示书写轨迹，这样会更符合人的书写习惯，如图6所示，激光笔在显示屏上书写“大”字，显示屏即时显示手写的“大”字，同时也直接显示出经识别软件识别后的印刷体“大”字，使用非常方便，也符合人们通常的使用习惯。目前薄膜型的显示屏和太阳能电池板都可以做得非常薄，所以这样的层叠结构可以非常轻薄。

本发明的太阳能电池板同时具备充电供电和手写输入检测功能，丰富了太阳能电池的功用，可以促进可再生能源的利用，而且商用太阳能电池成本低廉，用它在便携设备上实现手写输入功能只需添加很少的辅助器件，实现成本低廉，推广应用前景广阔。

Claims (10)

1.一种手写输入的装置，包括激光笔和太阳能电池板，其特征在于：所述太阳能电池板分别连接充电/供电模块和电流/电压转换放大电路，太阳能电池板的顶电极设置有光电流检测点，所述电流/电压转换放大电路连接模数变换模块，模数变换模块连接微处理器，微处理器连接显示驱动模块，显示驱动模块连接显示屏，所述充电/供电模块分别连接电流/电压转换放大电路、模数变换模块、微处理器、显示驱动模块和显示屏，所述激光笔内设有发光二极管。

2.根据权利要求1所述的手写输入的装置，其特征在于：所述太阳能电池板的顶电极采用的是在整块透明导电氧化物薄膜设置4个对称光电流检测点的结构。

3.根据权利要求1所述的手写输入的装置，其特征在于：所述太阳能电池板的顶电极采用的是设置为网格状的透明导电氧化物薄膜，并在网格周边节点设置光电流检测点的结构。

4.根据权利要求1所述的手写输入的装置，其特征在于：所述显示屏为透明的LCD或OLED显示屏，所述显示屏层叠设置在太阳能电池板上。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的手写输入的装置，其特征在于：所述发光二极管串接有电源和弹力触压开关，所述弹力触压开关设置在激光笔的笔尖，所述发光二极管的波长设置在太阳能电池板的响应光谱范围内。

6.根据权利要求5所述的手写输入的装置，其特征在于：所述发光二极管的波长为575nm。

7.一种手写输入的方法，其特征在于：使用激光笔的光点照射太阳能电池板的表面，经过太阳能电池板顶电极的光电流检测点收集光电流，通过电流/电压转换放大电路把电流转换为电压信号并放大，放大后的信号由模数变换模块转换为数字信号，数字信号经微处理器处理得到一系列随时间变化的光点坐标位置，微处理器根据这些坐标位置信息控制显示驱动模块在显示屏上显示这些位置信息，显示手写输入的图案。

8.根据权利要求7所述的手写输入的方法，其特征在于：所述太阳能电池板的顶电极表面设置有4个对称的光电流检测点，所述光电流与光点坐标位置关系公式为： $X=\frac{I4-I3}{I4+I3}\×\frac{L}{2}+\frac{L}{2}$ $Y=\frac{I2-I1}{I2+I1}\×\frac{L}{2}+\frac{L}{2}$

式中：X、Y为光点坐标位置，L为太阳能电池板顶电极的边长，I1、I2、I3、I4为在顶电极四个边中央设置的P1、P2、P3、P4四个光电流检测点检测到的光电流的电流值。

9.根据权利要求7所述的手写输入的方法，其特征在于：所述太阳能电池板设置有网格状的顶电极，并在网格周边节点设置光电流检测点。

10.根据权利要求7所述的手写输入的方法，其特征在于：所述微处理器还运行手写字符识别软件，识别这些位置信息代表的字符，然后再在显示屏上显示印刷体字符。

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