CN102736748A - 电子笔、使用电子笔的输入方法及其显示设备 - Google Patents

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Abstract

使用电子笔在显示器上输入用户命令的方法包括使用电子笔的光源在显示器方向上发射光并利用电子笔的摄像头捕获显示器。该方法包括在所捕获的图像中识别显示器的黑矩阵(BM)图案，并且通过比较所识别的BM图案和预存储的图案来检测光源的光发射到显示器上的位置。

Description

电子笔、使用电子笔的输入方法及其显示设备
技术领域
本发明一般涉及在电子设备中使用的输入系统，更具体地，涉及电子笔、使用电子笔的输入方法、以及用于电子笔输入的显示设备。
背景技术
除了诸如键盘(keyboard)、辅助键盘(keypad)、鼠标的现有输入方法，已经越来越多的使用触摸屏输入方法，其允许用户通过直接用手指或触摸笔触摸便携式电子设备的屏幕来执行输入。这些触摸屏输入方法要求在显示器(display)上进行手写输入或手势输入。现有的电阻式触摸输入方法可以允许通过使用输入装置(诸如手写笔)进行精细的手写输入。然而，现在主要使用能够多点触摸的电容式触摸输入方法，这导致难以执行精细输入，诸如手写输入。
一种触摸屏输入方法是使用用于通过在显示器上识别预定图案来执行输入的电子笔的输入方法。这种输入方法通过使用具有摄像头(camera)的电子笔来识别在显示器上形成的图案、基于所识别的图案来检测电子笔的位置、并依赖于所检测的位置执行输入。在这种输入方法中，利用摄像头捕获在由电子笔指示的区域中所形成的显示。摄像头捕获电子笔的笔头方向，并通过检测所捕获的图像中的预定图案来识别电子笔所指示的位置或命令。
图1A至1D示出了在用于电子笔输入方法的显示器上形成的图案。已经使用各种图案来执行使用图案识别的电子笔输入方法。图1A示出了在具有吸收红外(IR)射线的色素的数字纸张(digital paper)上通过以预定形式(form)排列圆(circle)101所形成的图案。当使用该数字纸张时，不能在除了其上印刷有图案的数字纸张以外的表面上使用电子笔。图1B示出了图案102，该图案102通过沿水平或垂直方向在数字纸张上排列成直线而形成、印在透明膜上、并通过将透明膜附在显示器表面来使用。使用透明膜也存在缺点，因为显示面板变厚且显示器的亮度下降。此外，当在数字纸张的图案产生过程中使用反射IR射线的材料来代替IR吸收色素时，除了亮度下降以外，显示器的对比度也可能下降。
图1C示出了通过修改液晶显示器(LCD)像素并将利用数字形成的预定图案103添加到每个像素的子像素来为每个像素形成的图案。图1D示出了摄像头可识别的、印在显示器的黑矩阵(Black Matrix，BM)上的图案104。然而，由于图1C所示的使用显示器的子像素的方法使用了显示器的像素，因此亮度和清晰度二者都可能下降，从而导致显示器性能下降。此外，由于在图1D所示的方法中将图案印在BM上要求用于图案印刷的单独过程，因此要求在狭窄BM上形成图案的精确排列技术。
发明内容
因此，已经做出本发明以解决发生在现有技术中的上述问题，而且本发明提供了使用电子笔输入的显示设备，而没有增加将导致显示器的亮度或对比度退化的、用于形成图案的单独过程或部件。
根据本发明的实施例，提供了一种使用电子笔在显示器上输入用户命令的方法。该方法包括使用所述电子笔的光源在显示器方向上发射光并利用所述电子笔的摄像头捕获在所述显示器的方向上捕获图像。该方法包括在所捕获的图像中识别所述显示器的黑矩阵(BM)图案并且通过比较所识别的BM图案和预存储的图案来检测所述光源的光发射到所述显示器上的位置。
根据本发明的实施例，提供了一种用于在显示器上输入用户命令的电子笔。该电子笔包括：光源，其用于在显示器方向上发射光；摄像头，其用于在所述显示器的方向上捕获图像；以及通信单元，其用于与控制所述显示器的电子设备通信。该电子笔包括控制器，其用于在由所述摄像头捕获的图像中识别所述显示器的黑矩阵(BM)图案，并且通过比较所识别的BM图案和预存储的图案来检测所述光源的光发射到所述显示器上的位置。
根据本发明的实施例，提供了一种用于使用电子笔来输入用户命令的显示器。该显示器包括：滤色器，其为所述显示器的每个像素形成；以及黑矩阵(BM)，其形成每个像素的子像素的边界，并且通过修改所述边界中的至少一部分的形状来为所述显示器的每个区域形成预定图案。
根据本发明的实施例，提供了一种用于在显示器上输入用户命令的电子笔。该电子笔包括：光源，其用于在显示器方向上发射光；摄像头，其用于在所述显示器的方向上捕获图像；以及通信单元，其用于与控制所述显示器的电子设备通信。该电子笔包括控制器，其用于在由所述摄像头捕获的图像中识别所述显示器的黑矩阵(BM)图案，并且经由所述通信单元将所识别的BM图案发送给所述电子设备，其中，所述电子设备通过比较所识别的BM图案和预存储的图案来检测所述光源的光发射到所述显示器上的位置。
附图说明
从结合附图的以下详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中：
图1A至1D示出了在用于传统电子笔输入方法的显示器上形成的图案的示例；
图2示出了根据本发明的实施例的显示器的剖面图；
图3是示出根据本发明的实施例的电子笔输入系统的概念图；
图4示出了根据本发明的实施例的电子笔输入系统中的显示器的黑矩阵(BM)图案；
图5A至5D示出了根据本发明的实施例的电子笔输入系统中的显示器的BM图案；
图6是示出了根据本发明的实施例的电子笔输入操作中的电子笔的操作的流程图；以及
图7是示出根据本发明的实施例的电子笔的框图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。在以下描述中，虽然示出和描述了许多特定项，但是这些特定项仅被提供以助于全面理解本发明，而且本领域普通技术人员将理解的是，可以在本发明的精神和范围内对这些特定项进行修改或改变。在以下描述和附图中，由于公知功能或结构的详细描述会以不必要的细节模糊本发明，因此将省去其详细描述。
这里提供了使用电子笔的输入方法，该输入方法可以用于具有显示屏幕的电子设备中，诸如移动电话、个人计算机(PC)、电子板(electronic board)、平板计算机、和电子书。该输入方法可以用作电子笔输入方法，其通过识别通过改变显示器(诸如液晶显示器(LCD)、等离子显示器面板(PDP)、有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器、或电子纸张)的黑矩阵(BM)的形式所形成的图案来检测电子笔的输入位置，从而执行输入。
因此，提供了电子笔和显示器，电子笔用于经由摄像头检测在显示器的BM上形成的图案并且基于所检测的图案来解释输入位置和手势信息，显示器包括以预定图案形成的BM。
应用了本发明的实施例的显示器具有与现有显示器相同的结构。也就是说，本发明适用于各种类型的显示器，包括LCD、PDP、有机发光显示器(OLED)、或电子纸张。
图2示出了根据本发明的实施例的显示器的液晶面板200的剖面图
前偏光板202布置在液晶面板200的前表面，滤色器基板211布置在前偏光板202的下面，而且BM 201和滤色器204布置在滤色器基板211的下面。
薄膜晶体管(TFT)基板220布置在BM 201和滤色器204的下面。如图2所示，通过包括公共电极(铟锡氧化物(ITO))210、像素电极(ITO)207、TFT阵列基板208、以及位于公共电极210与像素电极207之间的两个相对膜(confronting film)205、隔离物203、密封层209、以及存储电容(SC)206，来形成TFT基板220。后偏光板212布置在TFT阵列基板208的下面。
根据本发明的实施例，BM 201表示滤色器204之间的边界，并且包括能够吸收或选择性地反射光的材料或结构。如果电子笔的光源发射红外(IR)射线，则BM 201可以由诸如炭黑的红外吸收体形成。根据本发明的实施例，通过修改BM 201的格式(format)来形成预定的图案。
图3是示出根据本发明的实施例的电子笔输入系统的示图。电子笔310包括光源304以及能够在笔头311方向(即，显示器方向)上捕获图像的摄像头305。摄像头305包括图像传感器301、透镜302、和光学滤波器303。
显示器包括LCD模块，其包括液晶面板200，液晶面板200包括前偏光板202、TFT基板220、滤色器基板211、BM 201、滤色器204、以及后偏光板212。背光组件20包括光片(optical sheet)21、导光板22、反射片23、和灯单元(lamp unit)24。模架(mold frame)30支撑液晶面板200和背光组件20，并且金属支架40包围模架30的外周界(outer circumference)。液晶面板200包括以矩阵形式排列的液晶晶元，每个液晶晶元形成像素单元。液晶面板200通过基于从控制器(未示出)接收到的图像信号信息调整液晶晶元的透光率来形成图像。
背光组件20包括布置成平行于液晶面板200的后表面的导光板22。灯单元24沿着导光板22的至少一侧布置以提供光。光片21布置在导光板22的前表面以扩散定向到液晶显示面板200的光和收集定向到液晶显示面板200的光。反射片23排列在导光板22的后表面的下面。
根据本发明的实施例，提供了对显示器上的电子笔310的输入位置的检测。电子笔310的摄像头305在显示器方向上捕获由光源304发射的光。电子笔310的摄像头305与电子笔310固定组装在一起，以在显示器方向上捕获图像。
显示器的每个BM 201包括吸收由电子笔310的光源304发射的光的材料或结构，而且当光源304朝向显示器发射光并且通过摄像头305执行捕获时，与每个BM 201相对应的部分吸收光，从而捕获到图像，在该图像中BM201部分以黑色表示。
通过电子笔310的控制器(未示出)或者与电子笔310通信的其他电子设备(未示出)处理所捕获的图像，而且控制器检测由BM所形成的图案。由于所检测的图案是在显示器与电子笔310、或者与电子笔310通信或预存储在电子笔310中的其他电子设备(未示出)、或者与电子笔310通信的其他电子设备(未示出)之间预定义的图案之一，因此基于所检测的图案可以知道所捕获的图像属于显示器上的哪个区域。此外，可以基于所检测的图案提取预设命令。控制器可以通过比较所检测的图案和预存储的图案来检测所检测的图案对应于预存储图案中的哪一个。
图4示出了根据本发明的实施例的电子笔输入系统中的显示器的BM图案。如图4所示，通过使预设形状的图案与形成像素400(包括滤色器的子像素401中的至少一个)的边界的四边形的角重叠来形成显示器的BM图案402。
图5A至5D示出了根据本发明的实施例的电子笔输入系统中的显示器的BM图案。通过改变在显示器上的子像素500之间形成边界的BM 501～504的形状来形成图案，而且每个区域的BM图案可以用作信息。图5A至5D显示了根据本发明实施例的各种形式的可用图案。通过考虑显示器和电子笔的光学系统的孔径比，以适当大小和形式形成每个BM图案501～504。
图5A和5B示出了通过在每个像素交叉点的顶部、底部、左侧、或右侧处分别排列四边形图案501和三角形图案502所形成的BM图案。图5C示出了通过调整每两个子像素之间的BM线503的宽度(而不是在每个像素交叉点排列单独的图形形状)所形成的图案。图5D示出了用于补偿孔径比的图案格式504，其通过使一些BM线变窄来防止图5A的BM格式中的显示器的孔径比下降。如图5A至5D所示，根据本发明的实施例，由于通过改变现有显示器中使用的BM格式来形成图案，因此本发明适用于使用BM的所有显示方法。
为了通过识别BM图案确定输入位置，根据通过电子笔的摄像头捕获的特定BM区域所识别的图案优选地是唯一的图案。相应地，每个BM图案优选地在摄像头所识别的所有区域中不要重复。因此，根据摄像头可识别的BM区域大小，为每个像素形成的BM图案可以具有不同形状，或者可以形成为对于由特定数量的像素形成的、具有规则四边形的每个像素组具有不同形状。
图6是示出了根据本发明的实施例的电子笔输入操作中的电子笔的操作的流程图。参照图6，在步骤610，电子笔通过光源发射光。根据本发明的实施例，发射IR射线的光源在笔头311方向(即，显示器方向)发射IR射线。可以通过包括在电子笔中的开关或按钮发射光。在步骤620，电子笔的摄像头在显示器方向上捕获图像。在步骤630，根据所捕获的图像，通过处理所捕获的图像来识别BM图案。在步骤640，通过比较所识别的BM图案和所有预定义的BM图案以及确定所识别的BM图案对应于整个图像的哪一区域来检测电子笔的输入位置。此外，通过确定预定义的命令是否被设置为所识别的BM图案，可以检测预定义的命令。在步骤650，输出在步骤640所检测的输入位置。当检测到预定义的命令时，输出所检测的命令。
图7是示出根据本发明的实施例的电子笔310的框图。参照图7，电子笔310包括通信单元307、控制器306、光源304和摄像头305。
通信单元307与外部电子设备进行通信。外部电子设备表示使用电子笔310的输入信号的设备，即，输入了输入信号的设备或控制显示器的设备。因此，外部电子设备可以是包括显示器的电子设备，诸如移动电话、智能电话、便携式多媒体播放器(PMP)、平板计算机、台式计算机、或笔记本计算机。
根据本发明的实施例，通信单元307可以根据诸如蓝牙和Zigbee的短距离无线通信技术或者一般有线通信技术向外部电子设备发送数据/从外部电子设备接收数据。
此外，通信单元307可以向外部电子设备发送由摄像头305捕获的图像或者由控制器306从所捕获的图像中检测到的BM图案。当使用由控制器306检测到的BM图案来检测输入位置时，通信单元307可以将关于所检测的输入位置的信息发送给外部电子设备。
光源304在电子笔310的笔头311的方向上发射光。具体地，当用户使用握在手中的电子笔310在显示器上执行输入时，电子笔310的光源304在执行输入的显示器的方向上发射光。根据本发明的实施例，光源304可以发射IR射线。
摄像头305捕获朝向电子笔310的笔头311定向的图像。也就是说，摄像头305捕获通过电子笔310定向的显示区域。
控制器306控制电子笔310的部件。根据本发明的实施例，控制器306可以根据由摄像头305所捕获的图像来检测BM图案。此外，控制器306可以通过根据由摄像头305所捕获的图像来检测BM图案并比较所检测的BM图案和预存储在存储器中(未示出)的显示器的BM图案来检测电子笔310的输入位置。
根据本发明的实施例，可以通过电子笔310的控制器306或通过外部电子设备来执行检测图像中的BM图案的操作。
从以上描述中明显的是，本发明的实施例提供的优点在于，由于是修改显示器中所使用的BM格式而不是在现有的显示器制造过程中增加单独过程或层，因此不会发生显示器的厚度的增加或显示器的性能的下降。
根据本发明的实施例，当实施使用图案识别的电子笔输入方法时，可以实施用于电子笔输入的显示设备而无需增加用于形成图案的单独过程或部件，并且可以使显示器的亮度或对比度的预期退化最小化。
虽然已经参照本发明的特定实施例显示并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解的是，可以在其中进行各种形式和细节上的变化，而不会偏离所附权利要求及其等效物所限定的本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种使用电子笔在显示器上输入用户命令的方法，该方法包括：
使用所述电子笔的光源在所述显示器的方向上发射光；
利用所述电子笔的摄像头在所述显示器的方向上捕获图像；
在所捕获的图像中识别所述显示器的黑矩阵(BM)图案；以及
通过比较所识别的BM图案和预存储的图案来检测所述光源的光发射到所述显示器上的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中，形成所述BM图案，从而在所述BM中形成所述显示器的子像素的边界的四边形中的至少一个角具有预设图形的形状。
3.如权利要求1所述的方法，其中，通过修改所述BM中形成所述显示器的子像素的边界中的至少一条线的宽度来形成所述BM图案。
4.如权利要求1所述的方法，其中，从所述光源发射的光是红外(IR)射线。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述BM包括炭黑。
6.一种用于在显示器上输入用户命令的电子笔，该电子笔包括：
光源，其用于在所述显示器的方向上发射光；
摄像头，其用于在所述显示器的方向上捕获图像；
通信单元，其用于与控制所述显示器的电子设备通信；以及
控制器，其用于在由所述摄像头捕获的图像中识别所述显示器的黑矩阵(BM)图案，并且通过比较所识别的BM图案和预存储的图案来检测所述光源的光发射到所述显示器上的位置。
7.如权利要求6所述的电子笔，其中，形成所述BM图案，从而在所述BM中形成所述显示器的子像素的边界的四边形中的至少一个角具有预设图形的形状。
8.如权利要求6所述的电子笔，其中，通过修改所述BM中形成所述显示器的子像素的边界中的至少一条线的宽度来形成所述BM图案。
9.如权利要求6所述的电子笔，其中，从所述光源发射的光是红外(IR)射线。
10.一种用于使用电子笔来输入用户命令的显示器，该显示器包括：
滤色器，其为所述显示器的每个像素形成；以及
黑矩阵(BM)，其形成每个像素的子像素的边界，并且通过修改所述边界中的至少一部分的形状来为所述显示器的每个区域形成预定图案。
11.如权利要求10所述的显示器，其中，形成所述BM图案，从而在所述BM中形成所述显示器的子像素的边界的四边形中的至少一个角具有预设图形的形状。
12.如权利要求10所述的显示器，其中，通过修改所述BM中形成所述显示器的子像素的边界中的至少一条线的宽度来形成所述BM图案。
13.如权利要求10所述的显示器，其中，所述BM包括炭黑。
14.一种用于在显示器上输入用户命令的电子笔，该电子笔包括：
光源，其用于在所述显示器的方向上发射光；
摄像头，其用于在所述显示器的方向上捕获图像；
通信单元，其用于与控制所述显示器的电子设备通信；以及
控制器，其用于在由所述摄像头捕获的图像中识别所述显示器的黑矩阵(BM)图案，并且经由所述通信单元将所识别的BM图案发送给所述电子设备，
其中，所述电子设备通过比较所识别的BM图案和预存储的图案来检测所述光源的光发射到所述显示器上的位置。
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