CN103354920B - 用于执行在使用触摸屏的信息输入模式和使用超声波信号的信息输入模式之间的自动切换的信息输入设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种能够通过使用触摸屏和电子笔向便携电子设备输入信息的信息输入设备和信息输入方法。在该信息输入设备和信息输入方法中，包括触摸屏的便携电子设备与用于接收超声波信号和参考信号的接收器结合，因而可以通过使用触摸屏来输入信息并且通过使用用于发射超声波信号的电子笔来准确输入信息。另外可以检查用户的意图，并且根据用户意图在使用触摸屏的信息输入方法和使用超声波的信息输入方法之间自动切换。另外，用于输入信息的电子笔被配置成只朝着触摸屏发射超声波，因而可以将与便携电子设备结合的接收器模块的高度最小化。

Description

用于执行在使用触摸屏的信息输入模式和使用超声波信号的信息输入模式之间的自动切换的信息输入设备和方法

技术领域

本发明涉及一种信息输入设备和一种信息输入方法，并且尤其涉及一种能够使用触摸屏以及电子笔来输入信息的信息输入方法和信息输入设备。

背景技术

随着信息和通信技术得到发展，便携电子设备的性能得到快速改善。在过去的时间里，移动电话主要用于电话通信。近来，能够访问互联网执行高速计算以执行各种应用程序的智能电话得以快速并且广泛的普及。此外，为了克服智能电话的狭窄的显示区域，便携的和重量轻的平板PC也得以普及。

为了改善便携电子设备的便携性，有必要减少便携电子设备的体积和重量。因此，相关技术中，能够显示并且输入信息的触摸屏逐步取代笔记本电脑和移动电话中采用的键盘和触摸板。近来，主要用于便携电子设备的是电容式触摸屏，而非电阻式触摸屏。

然而，在电容式触摸屏中，只有当以人体的一部分触摸屏时，信息才能被输入。因此，存在的问题在于精妙的输入几乎是不可能的。话句话说，在用户通过用手指触摸触摸屏来执行手写输入的情况中，手指针对触摸屏的触摸区域是比较宽，所以精细的手写输入是不可能的。另外，在用户在显示在网页上的各种选择按键之间选择具体按键的情况中，手指的触摸区域可能与用户希望选择的按键所相邻的另一个按键重叠。因此，存在非期望项目可能被选择的问题。

发明内容

本发明提供将一种信息输入设备和一种信息输入方法，在该信息输入方法中，将包括触摸屏的便携电子设备与能够通过使用超声波信号来准确地输入信息的信息输入设备结合，以便可以同时在相关技术中使用触摸屏来执行输入信息并且通过使用超声波信号来准确地输入信息。

本发明将提供一种能够识别用户意图并且根据用户意图而在使用触摸屏的信息输入方法和使用超声波信号的信息输入方法之间自动切换的信息输入方法和信息输入设备。

根据本发明的一个方案，提供有一种信息输入设备，包括：超声波接收单元，该超声波接收单元接收由电子笔生成的超声波信号；参考信号接收单元，该参考信号接收单元接收到由该电子笔生成的参考信号；位置测量单元，该位置测量单元通过使用由该参考信号接收单元接收到的参考信号的接收时间和由该超声波接收单元接收超声波信号的接收时间之间的时间差来测量该电子笔的位置并且输入指示该电子笔位置的第二位置信息；以及输入装置选择单元，该输入装置选择单元输出从触摸屏输入的第一位置信息，该输入装置选择单元感测用户的接触并且根据用户的使用意图输出第一位置信息或第二位置信息。

另外，输入装置选择单元可以通过使用第一位置信息确定用户在触摸屏上的触摸面积，如果触摸面积超过预定第一阈值，则输出第二位置信息，并且如果触摸面积未超过第一阈值，则输出第一位置信息。

另外，输入装置选择单元可以通过使用第二位置信息来检查电子笔是否位于触摸屏上，并且在电子笔位于触摸屏上的情况下，输出第二位置信息。

另外，位置测量单元可以测量电子笔的三维位置并且将第二位置信息输出至输入装置选择单元，并且该输入装置选择单元可以在该电子笔位于触摸屏上以及该电子笔位于该距触摸屏的预定高度内的情况下输出第二位置信息。

另外，信息输入设备可以进一步包括靠近指示信号接收单元，该靠近指示信号接收单元从电子笔接收靠近指示信号，并且输入装置选择单元可以在由该靠近指示信号接收单元接收到的信号强度超过预定第二阈值的情况下输出第二位置信息。

另外，电子笔可以朝着触摸屏发射超声波信号，以便超声波信号沿着触摸屏表面传播。

另外，电子笔可以包括：本体部分，该本体部分安装有用于生成超声波信号的超声波信号生成单元；和引导部分，该引导部分将超声波信号生成单元包括在其中并且与本体部分接合以便朝着触摸屏发射由该超声波信号生成单元生成的超声波信号。

另外，引导部分具有厚的外壁以致当本体部分中生成超声波信号时不存在由于所传输的振动而生成的微小超声波信号。

另外，振动吸收部分可以放置在引导部分的外周以防止由于引导部分的振动而生成超声波信号。

另外，振动吸收部分可以由能够吸收或阻挡振动的材料制成。

另外，振动吸收部分可以由橡胶、硅、高密度合成海绵、金属和塑料中的任一个制成。

另外，引导部分可以包括在一个方向上发射超声波信号的超声波发射部分，并且由超声波信号生成单元生成的超声波信号可以经过在引导部分的内表面与包括在其中的超声波信号生成单元之间形成的引导路径传播，以通过该超声波发射部分发射。

另外，本体部分可以设置有超声波阻挡部分，该超声波阻挡部分与引导部分的内表面紧密接触以阻挡超声波信号，因而该超声波信号只在一个方向上传播。

根据本发明的另一个方案，提供有一种将信息输入到与包括触摸屏的便携电子设备结合的信息输入设备中的便携电子设备的方法，包括以下步骤：（a）在信息输入设备中，确定用户使用触摸屏和电子笔之间的哪个来输入信息；（b）在确定用户通过使用触摸屏来输入信息的情况下，在该信息输入设备中，向便携电子设备输出从触摸屏输入的、用于指示用户触摸该触摸屏的位置的第一位置信息；（c）在确定用户使用电子笔输入信息的情况下，在信息输入设备中，向便携电子设备输出用于指示电子笔位置的第二位置信息。

另外，步骤（a）可以包括以下步骤：（a1）接收由用户触摸的触摸屏面积（触摸面积）作为来自该触摸屏的输入；（a2）通过将触摸面积与预定的第一阈值比较，确定用户使用哪个装置来输入信息；并且（a3）在用户使用电子笔输入信息的情况下，通过使用超声波信号与由电子笔生成的参考信号之间的时间差来测量该电子笔的位置以生成第二位置信息。

另外，步骤（a）可以包括以下步骤：（a1）在信息输入设备中，通过使用超声波信号和由电子笔生成的参考信号之间的时间差测量电子笔的位置以生成第二位置信息；和（a2）在信息输入设备中，确定该电子笔所位于的区域并且确定用户使用哪个输入装置。

另外，在步骤（a2）中，在电子笔位于触摸屏上方的情况下，可以确定用户使用该电子笔来输入信息。

另外，在步骤（a1）中，可以测量电子笔的三维位置，并且在步骤（a2）中，在该电子笔位于触摸屏上方并且在距触摸屏的预定高度内的情况下，可以确定用户通过使用该电子笔来输入信息。

另外，步骤（a）可以包括以下步骤：（a1）从电子笔接收指示该电子正在运行的靠近指示信号；（a2）通过将靠近指示信号的强度与预定阈值比较来确定用户使用的输入装置；（a3）在用户使用该电子笔输入信息的情况下，通过使用超声波信号与由该电子笔生成的参考信号之间的时间差来测量该电子笔的位置以生成第二位置信息。

在根据本发明的信息输入设备和信息输入方法中，包括触摸屏的便携电子设备与能够接受超声波信号和参考信号的接收器结合，可以通过使用触摸屏来输入信息并且通过使用发射超声波信号的电子笔来准确输入信息。

另外，根据本发明，可以识别用户的意图并且根据用户的意图在使用触摸屏的信息输入方法和使用超声波信号的信息输入方法之间的自动切换。

另外，根据本发明，用于输入信息的电子笔被配置成只朝着触摸屏发射超声波，所以可以最小化与便携电子设备结合的接收器模块的高度。

附图说明

图1a为示出根据本发明实施方式的信息输入设备的配置的框图。

图1b至图1d为示出实现根据本发明实施方式的信息输入设备100的示例的图示。

图2a至图2c为用于说明确定用户将使用的输入装置的方法的图示。

图3为用于说明根据本发明实施方式的信息输入方法的流程图。

图4a至图4c为用于说明用于在图3的步骤S310中确定用户将使用的输入装置的方法的流程图。

图5a为示出根据本发明实施方式的信息输入设备的信号接收模块与便携电子设备结合的示例的图示。

图5b为用于说明当使用传统电子笔时所发生的问题的图示。

图6为示出根据本发明实施方式的电子笔的构造的图示。

图7为示出根据本发明实施方式的电子笔被用于输入信息的示例的图示。

图8为示出从超声波发射部分发射的超声波信号和由引导部分的振动所生成的超声波信号的波形的图示。

图9a至图9d为用于说明电子笔的三维位置测量的方法的图示。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来描述本发明实施方式。

图1a为示出根据本发明实施方式的信息输入设备的配置的框图，并且图1b至图1d为说明实现根据本发明实施方式的信息输入设备100的示例的图示。

首先参照图1a，根据本发明的信息输入设备100主要包括超声波接收单元120、参考信号接收单元110、位置测量单元130以及输入装置选择单元140。该超声波接收单元120包括两个或更多个超声波传感器120-1、120-2、120-3等等。

另外，在一些实施方式中，前述的信息输入设备100可以进一步包括一个或多个靠近指示信号接收单元150、第一无线电收发器单元160以及第二无线电收发器单元165。

首先，将参照图1b至1d来描述根据本发明的信息输入设备100与便携电子设备结合的示例。

参照图1b，前述的根据本发明的信息输入设备100的组件可以嵌入在例如平板PC的便携电子设备400中。

如图1b的示例中所示出的，构成超声波接收单元120的两个或更多个超声波传感器120-1、120-2、120-3和120-4可以被放置在便携电子设备400的多个位置处（放置在所示出的示例中的角落处），以接收由电子笔300生成的超声波信号。类似地，构成靠近指示信号接收单元150的一个或多个靠近指示传感器150-1、150-2、150-3、150-4也可以被放置在便携电子设备400的多个位置处，以接收由电子笔300生成的靠近指示信号。另外，可以由方向传感器配置该一个或多个靠近指示传感器150-1、150-2、150-3、150-4，以便感测在具体方向中靠近的电子笔300。

如图1c的示例中所示出的，前述的根据本发明的信息输入设备100的超声波接收单元120、参考信号接收单元110以及靠近指示信号接收单元150可以被放置在信号接收模块160中。该信号接收模块160被插入输入/输出端口例如将与便携电子设备400结合的便携电子设备400（例如平板PC）的USB端口。可以用便携电子设备400的微处理器中的软件来实现位置测量单元130和输入装置选择单元140。

在图1c所示出的示例中，因为关于便携电子设备400来固定与便携电子设备400结合的信号接收模块160-1的位置，所以可以由根据本发明的信息输入设备100的制造商提前设置信号接收模块的初始位置。

如图1d的示例中所示出的，在前述的根据本发明的信息输入设备100的组件之间，超声波接收单元120、参考信号接收单元110、靠近指示信号接收单元150和第一无线电收发器单元160被包括在信号接收模块160-2中，并且其他组件被包括在便携电子设备400中。与由信号接收模块160-2接收的信号有关的信息通过无线本地区域网络通信如蓝牙通信，可以被传输至以软件方式安装在便携电子设备400中的位置测量单元130和输入装置选择单元140。

在图1d所示出的示例中，用户可以允许信号接收模块160-2位于便携电子设备400附件的任意位置处。因此，该用户需要执行该信号接收模块的初始位置设定。可以通过使用电子笔300指向触摸屏200的相应区域（例如，触摸屏的边缘）来执行该初始位置设定。

在根据本发明的信息输入设备100的稍后的说明中，只描述由根据本发明的信息输入设备100所执行的与便携电子设备的基本配置关联的信息输入程序。应当注意的是，将从输入装置选择单元140输出的第一位置信息和第二位置信息，以与从触摸屏200输出的位置信息相同的方式，用作该便携电子设备的输入信号。

再一次参照图1，描述根据本发明的信息输入设备100的组件的功能。超声波接收单元120和参考信号接收单元110分别接收从电子笔300发射的超声波信号和参考信号。

电子笔300同时或以一定时间差来生成超声波信号和参考信号例如IR信号或RF信号。

超声波接收单元120包括以预定距离彼此分隔开的多个超声波传感器120-1、120-2和120-3，并且接收从电子笔300发射的超声波信号以输出超声波信号至位置测量单元130。

参考信号接收单元110接收由电子笔300生成的参考信号以输出参考信号至位置测量单元130。

靠近指示信号接收单元150接收靠近指示信号，该靠近指示信号由在接通（ON）状态中的电子笔300生成以指示电子笔正与超声波信号和参考信号独立运行，以输出靠近指示信号至输入装置选择单元140。如上文所描述的，该靠近指示信号接收单元150可以作为一些实施例中的组件而被包括或省略。

在上文描述的参考信号接收单元110、超声波接收单元120和靠近指示信号接收单元150被包括在图1d所示出的信号接收模块160-2中的情况中，第一无线电收发器单元160和第二无线电收发器单元165被包括在信息输入设备100中。包括在信号接收模块160-2中的该第一无线电收发器单元160以无线方式发送与接收单元接收的信号有关的信息至该第二无线电收发器单元165，并且该第二无线电收发器单元165输出与由该第一无线电收发器单元160接收的靠近指示信号有关的信息至输入装置选择单元140并且输出与超声波信号和参考信号有关的信息至位置测量单元130。这些无线电收发器单元在有线配置的情况中可以被省略。

位置测量单元130通过使用参考信号接收单元110接收的参考信号的接收时间与由超声波接收单元120的超声波传感器120-1、120-2、120-3和120-4中的每一个接收的超声波信号的接收时间之间的时间差，测量电子笔300的坐标。

换句话说，假设电子笔300同时生成参考信号和超声波信号，以光速传播的参考信号在生成的同时被参考信号接收单元110接收。因此，参考信号的接收时间可以被视为该电子笔300生成的超声波信号的生成时间。因为超声波信号以340m/s的速度传播，所以参考信号的接收时间和超声波信号的接收时间之间的时间差可以被视为超声波信号从电子笔300传播至超声波传感器120-1、120-2、120-3和120-4中的每一个的所费时间。因此，可以计算出从电子笔300到各个超声波传感器120-1、120-2、120-3和120-4之间的距离。另外，提前限定超声波传感器120-1、120-2、120-3和120-4之间的距离。因此，因为以该电子笔300的位置和超声波传感器120-1、120-2、120-3和120-4的位置作为三个顶点的三角形的边长为已知值，所以可以仅仅通过使用三角函数公式来确定电子笔300的二维或三维坐标。

在由发明人提交的先前已公布的申请中详细描述了用于测量电子笔300的二维位置的方法，因此省略该方法的详细描述。参照图9a至图9d来描述测量该电子笔300的三维位置的方法。

首先，如图9a中所示的，构成超声波信号接收单元120的三个传感器由S1、S2和S3来指示。如图9a中所示出的，传感器被放置为在同一平面上相互垂直。为了说明的方便，由（0，0，0）、（Lx，0，0）和（Lx，Ly，0）来指示坐标并且由（x，y，z）指示电子笔300的三维位置（P）坐标。

在这种情况下，S1和S2之间的距离Lx以及传感器S2和传感器S3之间的距离Ly为已知值。电子笔200和该传感器S1之间的距离L1，该电子笔200和该传感器S2之间的距离L2以及该电子笔200和该传感器S3之间的距离L3可以如上文所述通过使用参考信号的接收时间与超声波信号的接收时间之间的时间差来获得。

如图9b中所示出的，关于电子笔200的x坐标，如果设定三角形具有长度为L1、L2和Lx的三边，那么满足下文的方程1。通过解关于x的方程1，可以由下文所表示的方程2获得x坐标值。

[方程1]

$L_1^2=x^2+L_4^2$

$L_2^2={(L_x-x)}^2+L_4^2$

[方程2]

$x=\frac{L_x^2+L_1^2-L_2^2}{2L_x}$

另一方面，如图9c中所示出的，关于电子笔200的y坐标，如果设定三角形具有长度为L2、L3和Ly的三边，那么与计算前述的方程1的方法近似，可以由下文所表示的方程3获得y坐标的值。

[方程3]

$y=\frac{L_y^2+L_2^2-L_3^2}{2L_y}$

另外，如图9a中的方向A中所看出的，如图9d所示出的，如果设定三角形具有长度为L4、y和z的三边，那么可以由下文所表示的方程4获得z坐标的值。

[方程4]

$z=\sqrt{L_1^2-x^2-y^2}$

如上述所述的，通过使用方程1至方程4可以获得电子笔200的三维坐标值。另外，电子笔200的位置坐标还可以通过使用一种与使用上文所述的该方程1至方程4的方法不同的方法来测量。

向输入装置选择单元140输入来自触摸屏200的第一位置信息并且输入来自位置测量单元130的第二位置信息。另外，该输入装置选择单元140检查关于用户要使用该触摸屏200和电子笔300之间的哪个输入装置来输入信息的用户意图。在该用户通过使用该触摸屏200来输入信息的情况下，该输入装置选择单元140输出第一位置信息。在该用户通过使用该电子笔300来输入信息的情况下，该输入装置选择单元140输出第二位置信息来作为输入位置信息。

输入装置选择单元140通过使用下文三种方法中的一种来检测用户意图，以在使用触摸屏200的输入方法和使用电子笔300的输入方法之间切换。

图2a至图2c为用于说明用于检查用户意图、切换输入方法和输出位置信息的三种方法的图示。尽管图2a至图2c示出根据本发明的信号接收模块160-1经过输入/输出端口（参照图1c）与便携电子设备400结合的示例，但是相同的方法也可以被应用在图1b和图1d中所示出的示例中。

首先，参照图2a来描述第一输入装置切换方法。输入装置选择单元140可以通过确定用户身体关于触摸屏200的触摸面积是否超过预定阈值来检查该用户的意图。

例如，在用户通过用如参考标号21所示出的手指触摸触摸屏200来输入信息的情况下，该用户通常通过使用指尖来触摸该触摸屏200。在这个时候，手指关于该触摸屏200的触摸区域是如参考标号22所示出的那样非常小的区域。

相反，在用户通过使用电子笔300来输入信息的情况下，该用户需要通过用该电子笔300触摸触摸屏200以输入手写并且需要选择按键。在这种情况下，如参考标号26所示出的，该用户将手放到触摸屏200上。因此，如参考标号27所示出的，与该用户通过以手指（参照参考标号22）触摸该触摸屏200来输入信息的情况相比，该用户身体触摸了触摸屏200的更大的面积。

因此，输入装置选择单元140测量触摸屏200的被触摸点和被触摸面积。在被触摸面积或被触摸点超过预定阈值的情况下，确定该用户通过使用电子笔300来输入信息，该输入装置选择单元140输出从位置测量单元130输入的第二位置信息。在被触摸面积或被触摸点未超过阈值的情况下，该输入装置选择单元140再一次输出第一位置信息，以便触摸屏输入方法和电子笔输入方法之间的切换可以仅仅根据该用户的意图来执行。

参照图2b来描述第二输入装置切换方法。输入装置选择单元140基于从位置测量单元130输入的电子笔300的第二位置信息，来确定用户是否使用触摸屏200或该用户是否通过使用该电子笔300来输入信息。

在用户通过使用触摸屏200输入信息的过程期间，该用户通过使用电子笔300来准确输入信息的情况下，该用户接通该电子笔300以生成参考信号和超声波信号，并且将该电子笔300从该触摸屏200的外部移动至该触摸屏200的内部。

因此，如图2b所示出的，当电子笔300位于触摸屏200的外部时，输入装置选择单元140输出从该触摸屏200输入的第一位置信息。当该电子笔300被移动至该触摸屏200的内部时，确定用户通过使用该电子笔200来输入信息，该输入装置选择单元140输出从位置测量单元130输入的第二位置信息。

在这个时候，在超声波接收单元120包括三个或更多个超声波传感器的情况下，位置测量单元130可以测量电子笔300的三维位置以将三维位置输出至输入装置选择单元140。在该电子笔300的二维位置位于触摸屏200的内部并且该电子笔300的高度在距该触摸屏200的预定距离内（例如，在距该触摸屏200的1cm高度内）的情况下，确定用户通过使用该电子笔300来输入信息，该输入装置选择单元140输出从该位置测量单元130输入的第二位置信息。

参照图2c描述第三输入装置切换方法。除了超声波信号和参考信号，根据本发明的电子笔300可以独立地生成用于指示该电子笔300在运行的靠近指示信号（通过使用声波、电磁波以及光量等来实现）。

因为电子笔300生成的信号的强度随着距该电子笔300的距离增加而减少，所以输入装置选择单元140可以通过测量靠近指示信号的强度来测量该电子笔300与靠近指示信号接收单元150之间的距离。在该靠近指示信号的强度增加至等于或大于预定阈值的情况下，确定用户将该电子笔300位于触摸屏200之上以通过使用该电子笔300来输入信息，因而输出从位置测量单元130输入的第二位置信息代替从该触摸屏200输入的第一位置信息。在图2c中，该靠近指示信号强度等于或大于阈值的地方的距离由虚线指示出。

图3为用于说明根据本发明实施方式的信息输入方法的流程图。参照图3来描述根据本发明实施方式的信息输入方法。首先，如果驱动便携电子设备，则触摸屏200也被驱动，因而建立通过使用该触摸屏200来输入信息的状态（S310）。

接下来，信息输入设备100检查用户使用触摸屏200和电子笔300之间的哪个输入装置来输入信息（S310）。在用户使用触摸屏200的情况下，信息输入设备100输出由该触摸屏200生成的第一位置信息以通过使用该触摸屏200来输入信息。

另一方面，作为上文描述的步骤S310中的检查结果，如果确定用户通过使用电子笔300来输入信息，则信息输入设备100通过使用用于指示该电子笔300位置的第二位置信息来输入信息（S330）。

图4a至图4c为用于说明图3的步骤S310中用于确定用户使用的输入装置的方法的流程图。

首先，参照图4a，在驱动触摸屏200之后，信息输入设备100测量由用户触摸的该触摸屏200的被触摸点和被触摸面积（S311）。接下来，确定被触摸面积或被触摸点的数量是否超过预定阈值，并且如果被触摸面积或被接触点的数量未超过阈值，则过程前往步骤S320（S312）。

在步骤S312中，如果确定被触摸面积或被触摸点的数量超过阈值，则确定用户用手紧握住电子笔300并且将手放在触摸屏200上，以便信息输入设备100接收参考信号和超声波信号以测量该电子笔300的位置，并且过程前往步骤S330（S313）。

另一方面，参照图4b来描述另一种用于确定用户意图的方法。在驱动触摸屏200之后，信息输入设备100检查是否接收到超声波信号和参考信号。如果未输入参考信号和超声波信号，则过程前往步骤S320以通过使用该触摸屏200来输入信息（S314）。如果接收到超声波信号和参考信号，则如上文所述，通过使用接收到的信号来测量电子笔300的位置。

接下来，检查电子笔300的位置是否在触摸屏的区域内。在电子笔300的位置是在触摸屏200的区域内的情况下，过程前往步骤S330以通过使用电子笔300的位置信息来输入信息。在电子笔300的位置不在该触摸屏200内的情况下，过程前往步骤S320以通过使用触摸屏200来输入信息（S316-1）。

另一方面，在超声波接收单元120包括三个或更多个超声波传感器以测量电子笔300的三维位置的情况下，如果作为上文描述的步骤S316-1中的检查的结果，电子笔300的位置在触摸屏200的区域内，则确定该电子笔300的高度是否等于或小于距触摸屏200的预定高度。只有在该电子笔300的高度等于或小于预定高度（例如，电子笔的高度为距触摸屏1cm或更少）的情况下，过程才前往步骤S330以通过使用该电子笔300的位置信息来输入信息。如果电子笔300的高度超过预定高度（例如，电子笔200的高度距触摸屏超过1cm），则过程前往步骤S320以通过使用该触摸屏200来输入信息（S316-2）。

另一方面，参照图4c描述另一种用于确定用户意图的方法。信息输入设备100检查是否接收到电子笔300的靠近指示信号。如果未接收到该电子笔300的靠近指示信号，则过程前往步骤S320以通过使用从触摸屏200输出的第一位置信息来输入信息（S317）。如果接收到该电子笔300的靠近指示信号，则检测该靠近指示信号的强度是否超过预定的阈值。在靠近指示信号的强度未超过阈值的情况下，过程也前往步骤S320（S318）。

在步骤S318中，在靠近指示信号的强度超过阈值的情况下，通过使用参考信号和超声波信号来测量电子笔300的位置，并且过程前往步骤S330以通过使用该电子笔300的第二位置信息来输入信息（S319）。

在上文中，描述了根据本发明实施方式的信息输入设备100和信息输入方法。在下文中，描述在本发明实施方式中使用的电子笔300。

图5a示出信号接收模块160-1与便携电子设备结合的示例。

在目前商业化的发射超声波信号的电子笔500的构造中，如图5中所示出的，以压电薄膜实现的超声波生成单元510被安装在该电子笔500的较低端以围绕笔芯部分；形成盖帽部分520以保护超声波生成单元510外周，以使超声波生成单元510不被用户触摸；并且在盖帽部分520上形成发射孔522以便可以发射由超声波生成单元生成的超声波信号。

然而，如图5a中所示出的，因为经过发射孔522发射的超声波信号向上并且向下传播，所以只有部分超声波信号被信号接收模块160的超声波传感器120-1和120-2直接接收。另外，在稍强地驱动超声波生成单元的情况下，声波被设定在超声波生成单元附近的其他接收器接收到，所以由于声波的影响可以容易地发生串话。因此，超声波生成单元需要以小的强度来驱动，并且为了接收更多得多的超声波信号，超声波接收传感器120-1和120-2需要被安装在高于触摸板200的高度的位置。然而，可以预料到被安装为从该触摸屏200的表面高度伸出的信号接收模块160在使用方面引起用户的不便。

另外，在相关技术中使用电子笔500的情况中，用户通过用笔芯部分530触摸触摸屏200来输入信息和执行手写。虽然在用户进行手写期间，该电子笔500的笔芯部分530位于相同位置，但是可以根据该电子笔500关于该触摸屏200表面的方向和倾斜程度，按照位置P1、位置P2和位置P3的顺序移动超声波生成单元510。在该情况下，如图所示，虽然从笔芯部分至电子笔300之间的距离与从笔芯部分至超声波接收单元120之间的距离是相等的，但是由信息输入设备100识别出的该电子笔500的距离可以根据该电子笔500的方向和倾斜角度被识别为不同。换句话说，在位置P1的情况中，距离被识别为L1；在位置P2的情况中，距离被识别为L2；并且在位置P3的情况中，距离被识别为L3。这种距离中的错误引起错误的信息输入。

具体地，当用户在书写期间快速改变电子笔500的倾斜方向时，超声波生成单元510和信息输入设备100之间的距离被快速地改变。因此，由信息输入设备100识别出的该电子笔500的位置快速地改变，所以可能出现的问题在于可能执行不正确的信息输入而不论用户的意图。

因此，在本发明实施方式中，这个问题通过如下文描述改变电子笔500的构造来解决，以便朝着触摸屏200发射超声波信号。

图6为示出根据本发明实施方式的电子笔300的构造的图示。图7为示出根据本发明实施方式的电子笔300被用于输入信息的示例的图示。

首先，参照图6，根据本发明实施方式的电子笔300主要包括本体部分3200和与本体部分3200接合的引导部分3300。

本体部分3200基本上包括电源单元3230、超声波信号生成单元3240、参考信号生成单元3220、控制器3210和笔芯部分3250。根据一些实施方式，本体部分3200可以进一步包括靠近指示信号生成单元3260。

电源单元3230向超声波信号生成单元3240、参考信号生成单元3220、靠近指示信号生成单元3260和控制器3210供电。向该参考信号生成单元3220供电以根据从控制器3210输入的控制信号生成参考信号。根据本发明，例如红外线（IR）信号和射频（RF）信号的各种信号可被用作参考信号。

控制器3210向超声波生成单元和参考信号生成单元3220输出控制信号，以便超声波信号生成单元3240和该参考信号生成单元3220分别在预定时间周期生成超声波信号和参考信号。在已安装靠近指示信号生成单元3260的情况中，该控制器3210控制该靠近指示信号生成单元3260生成靠近指示信号。靠近指示信号的生成周期可以被设定为长于该参考信号和该超声波信号的每个生成周期，以减少耗电量。

笔芯部分3250可以形成在超声波信号生成单元3240的顶端，以使得只提供使用普通笔手写的感受。

另一方面，将超声波信号生成单元3240配置为包括笔芯部分3242、超声波生成单元3244、超声波阻挡部分3246以及支撑部分3248。该超声波信号生成单元3240根据从控制器3210输入的控制信号生成超声波信号。

在超声波信号生成单元3240的芯部分中心设置有圆柱形空间，以便笔芯部分3250能够被包含在该空间之中。将超声波阻挡部分3246形成为从芯部分3242的外部圆周表面伸出至一定高度，以便该超声波阻挡部分3246与稍后描述的引导部分3300的内表面紧密接触，以便只在一个方向中发射超声波信号。

超声波生成单元3244被形成为围绕芯部分3242的外部圆周表面或者形成在芯部分3242的外部圆周表面的预定区域上。该超声波生成单元3244通过根据控制信号将从电源单元3230施加的电能量转换为振动能量来生成超声波。该超声波生成单元3244优选地以压电设备例如压电薄膜来实现。另外，为了增加信号的强度，可以安装多个超声波生成单元。

支撑部分3248具有与引导部分3300的内表面紧密接触以在该引导部分3300中固定超声波信号生成单元3240的位置的功能。

如图6中所示出的，当用户通过使用电子笔300来执行手写时，靠近接触面板200的表面放置超声波信号生成单元3240（例如，位于“电子笔300的较低端”）是优选的。控制器3210、参考信号生成单元3220和电源单元3230可以被放置在本体部分3200中的任意位置处。

另一方面，将引导部分3300与本体部分3200接合，同时围绕超声波信号生成单元3240，以便在这样一种方向（下文中，是指“接触面板200的方向”）中发射由超声波信号生成单元3240生成的超声波信号，其中，在该方向中笔芯部分3250邻接在触摸屏200的表面上。

引导部分3300设置有这样一种空间，其中，将超声波信号生成单元3240包括在该空间中。形成该引导部分3300为具有锥体或圆柱体的形状。另外，引导部分3300的一个端表面设置有插入部分或螺纹，以便通过与本体部分3200的插入接合、螺纹接合或附着接合的方法来与本体部分3200接合。该一个端表面的相对侧设置有超声波发射部分3310，以便可以发射超声波信号。

另外，振动吸收部分3230被放置在引导部分3300的外围。在根据本发明实施方式的电子笔300的情况下，超声波信号碰撞引导部分3300的内表面并且经过稍后描述的超声波引导路径3340而朝着接触面板200传播。在这个时候，超声波信号的强度由于碰撞引导部分3300的内表面而弱化。

因此，为了让超声波接收单元120接收强度等于或大于预定值的超声波信号，以便能够测量位置，有必要增加该超声波信号的强度。然而，如果该超声波信号的强度增加，则由于超声波信号的碰撞，更多的能量被传递至引导部分3300的内表面。因此，该引导部分3300振动，以致生成微小超声波信号。生成的超声波信号由该超声波接收单元120接收，因而该超声波信号变成噪音。图8示出由超声波发射部分3310发射的超声波信号810的波形和由于引导部分3300的振动而生成的超声波信号820的波形。

因此，为了更准确地测量电子笔300的位置，有必要防止由于引导部门3300的振动而生成超声波信号。在本发明实施方式中，振动吸收部分3320被放置在引导部分3300的外周。允许该振动吸收部分3300防止由于引导部分3300的振动而生成超声波信号。该振动吸收部分3320可以由能够吸收或阻挡振动的材料例如橡胶、硅、高密度合成海绵和金属制成。另外，可以将引导部分3300形成为具有如此厚的外壁以致当本体部分3200的超声波生成单元3244生成超声波信号时引导部分3300不受传递的振动影响（换句话说，没有由于该引导部分的振动而生成的微小超声波信号），以代替使用振动吸收部分3320。虽然该引导部分的外壁的厚度取决于所使用的接触屏的尺寸，但是在触摸屏在对角线长度具有10英寸的情况下，外壁厚度为至少0.7mm或小于0.7mm的聚碳酸酯或透明ABS引导部分可能引起问题。因此，需要形成外壁厚度为至少0.7mm或大于0.7mm的引导部分。

图7为示出根据本发明的实施方式、在引导部分3300与本体部分3300接合的情况下的引导部分3300的横截面的图示。参照图7，如果超声波信号生成单元3240被插入引导部分3300，则笔芯部分3250穿过超声波发射部分3310以朝外伸出，并且超声波信号生成单元3240的超声波阻挡部分3246与引导部分3300的内表面紧密接触以防止由超声波生成单元3244生成的超声波朝着手写表面的相对侧发射。

另外，在超声波信号生成单元3240被插入引导部分3300的情况下，在该超声波信号生成单元3240的芯部分3242和引导部分3300的内表面之间形成一定空间（下文中，称为“引导路径3340”）。由该超声波生成单元3244生成的超声波经过引导路径3340传播以经过超声波发射部分3310来发射。

根据本发明的信息输入方法还可以实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。该计算机可读介质为能够存储此后可以由计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器（ROM）、随机访问存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘、光数据存储设备和载波（例如经过互联网的数据传输）。该计算机可读记录介质可以被分布在耦接计算机系统的网路上，以便存储并以分布式方式执行计算机可读代码。

虽然参考本发明的示例性实施例来具体地显示并且描述本发明，但是本领域技术人员将理解在不偏离如所附权利要求所限定的本发明的范围和精神的情况下，可以在本发明中进行形式和细节中的各种改变。示例性实施方式应当被视为只具描述性的并且不是为了限制的目的。因此，本发明的范围并不由本发明的详细描述来限定，而是由所附权利要求来限定，并且该范围内的所有不同将被解释为包括在本发明中。

Claims (11)

1.一种信息输入设备，包括：

超声波接收单元，所述超声波接收单元接收由电子笔生成的超声波信号；

参考信号接收单元，所述参考信号接收单元接收由所述电子笔生成的参考信号；

位置测量单元，所述位置测量单元通过使用由所述参考信号接收单元接收到的所述参考信号的接收时间和由所述超声波接收单元接收到的所述超声波信号的接收时间之间的时间差来测量所述电子笔的位置，并且输入用于指示所述电子笔位置的第二位置信息；和

输入装置选择单元，所述输入装置选择单元输出从触摸屏输入的第一位置信息，所述输入装置选择单元感测用户的接触并且根据用户的使用意图输出所述第一位置信息或所述第二位置信息,

其中，所述电子笔包括：

本体部分，所述本体部分安装有用于生成所述超声波信号的超声波信号生成单元；以及

引导部分，所述引导部分将所述超声波信号生成单元包括在其中并且与所述本体部分接合，以便朝着所述触摸屏发射由所述超声波信号生成单元生成的所述超声波信号

其中，所述引导部分具有厚的外壁以致当所述本体部分中生成所述超声波信号时不存在由于所传递的振动而生成的微小超声波信号。

2.根据权利要求1所述的信息输入设备，其中，所述输入装置选择单元通过使用所述第一位置信息确定用户在触摸屏上的触摸面积，如果触摸面积超过预定第一阈值，则输出所述第二位置信息，并且如果触摸面积未超过第一阈值，则输出所述第一位置信息。

3.根据权利要求1所述的信息输入设备，其中，所述输入装置选择单元通过使用所述第二位置信息来检查所述电子笔是否位于所述触摸屏上，并且在所述电子笔位于所述触摸屏上的情况下，输出所述第二位置信息。

4.根据权利要求1所述的信息输入设备，其中，所述位置测量单元测量所述电子笔的三维位置并且将所述第二位置信息输出至所述输入装置选择单元，并且

其中，所述输入装置选择单元在所述电子笔位于所述触摸屏上并且所述电子笔位于距所述触摸屏的预定高度内的情况下输出所述第二位置信息。

5.根据权利要求1所述的信息输入设备，进一步包括靠近指示信号接收单元，所述靠近指示信号接收单元从所述电子笔接收靠近指示信号，

其中，所述输入装置选择单元在由所述靠近指示信号接收单元接收到的信号强度超过预定第二阈值的情况下输出所述第二位置信息。

6.根据权利要求1所述的信息输入设备，其中，所述电子笔朝着所述触摸屏发射超声波信号，因而所述超声波信号沿着所述触摸屏表面传播。

7.根据权利要求1所述的信息输入设备，其中，振动吸收部分放置在引导部分的外周以防止由于所述引导部分的振动而生成超声波信号。

8.根据权利要求7所述的信息输入设备，其中，所述振动吸收部分由能够吸收或阻挡振动的材料制成。

9.根据权利要求8所述的信息输入设备，其中所述振动吸收部分由橡胶、硅、高密度合成海绵、金属和塑料中的任一个制成。

10.根据权利要求7所述的信息输入设备，其中，所述引导部分包括在一个方向上发射超声波信号的超声波发射部分，并且

其中，由所述超声波信号生成单元生成的超声波信号经过在所述引导部分的内表面与包括在其中的所述超声波信号生成单元之间形成的引导路径传播，以通过所述超声波发射部分发射。

11.根据权利要求10所述的信息输入设备，其中，所述本体部分设置有超声波阻挡部分，所述超声波阻挡部分与引导部分的内表面紧密接触以阻挡所述超声波信号，以至于所述超声波信号只在一个方向上传播。