CN106990875B - 实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置 - Google Patents

实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置。包括手写板和手写笔，在手写板周围边缘设置有通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿的发射端和接收端，在同一条边上同时设置有发射端和接收端，相对应的发射端和接收端在一个红外有效探测距离内布置；发射端和接收端布置在手写板表面的PCB上，PCB表面为PCB阶梯结构，在同一台阶上发射端和接收端间隔交替布置或者是不同台阶间的发射端和接收端间隔交替布置或者是上述两种的联用；PCB为I形、L形、U形和W形的异形PCB结构。本发明能实现大尺寸的手写区域，并能够减少红外光的损失，增强红外收/发的密集度，实现提高手写识别效率，提高手写笔的精确定位。

Description

实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置
技术领域
本发明涉及了一种手写装置，尤其是涉及了一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置。
背景技术
现有技术中红外触控通常采用一边发射、对边接收的方式，而红外LED灯发射及其被接收的红外线传播存在一定的有效距离，超过有效距离外的红外信号衰减而不容易检测到，从而使得红外触控屏幕的尺寸受到限制。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供了一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，能实现较大尺寸的手写区域，能够减少光的损失，增强红外收/发装置的密集度，实现提高手写识别效率。
在当手写板发射端和接收端之间的距离大于红外线传播最大距离(即红外探测有效距离X)，发射端发出的红外线可能传播不到物体表面，限制了整个手写板的面积，无法实现大尺寸的手写板。所以本发明通过其他相邻侧边来定位物体位置。即，一边的发射端发出红外线被物体阻断，对边的接收端接收不到红外线，相邻的侧边的接收端接收红外线，通多束红外光从而精确定位出物体位置。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括手写板和手写笔，在手写板周围边缘设置有通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿的发射端和接收端，在同一条边上同时设置有发射端和接收端，相对应的发射端和接收端在一个红外有效探测距离内布置。
通过红外线阻断方式探测手写笔位姿指的是通过对射的红外光线形成红外光栅场，手写笔在触控表面进行书写时阻断红外光线，通过检测被阻断红外光线的接收端位置获得手写笔的位姿。
通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿指的是多个红外发射端发射的红外光线到手写笔表面，经反射/漫反射后被多个红外接收端接收，通过检测红外接收端的接收信号强弱和位置获得手写笔的位姿。
所述的手写板周围的每条边上设置间隔交替布置的发射端和接收端。
所述的手写板周围的每条边的边长小于等于一个红外有效探测距离。
所述的手写板周围的每条边的边长大于一个红外有效探测距离且小于等于两个红外有效探测距离，手写板内的区域分为“田”字形的四块手写区域，每块手写区域均通过反射/漫反射方式探测手写笔位姿，四块手写区域将周围每周边的发射端和接收端分为分别对应四块手写区域的四组发射端和接收端，每块手写区域中两个相垂直的半条边所在的发射端和接收端用于该块手写区域中的手写笔位姿。
所述的手写板周围的其中两条对称边的边长大于一个红外有效探测距离并作为长边，另外两条对称边的边长小于等于一个红外有效探测距离并作为短边，手写板区域分为三块区域，并且三块区域的红外收/发信号分别接出：两条长边中部之间形成通过红外线阻断方式探测手写笔位姿的中间区域，长边两侧分别和短边之间围成通过反射/漫反射方式探测手写笔位姿的两个侧区域；长边两端的手写板区域周围边缘设置有通过反射/漫反射方式探测手写笔位姿的发射端和接收端，长边中部的手写板区域对称两边设置有通过红外线阻断方式探测手写笔位姿的发射端和接收端。
所述的手写板周围每条边的边长均大于两个红外有效探测距离，手写板区域分为中央区域和中央区域周围的环形区域的两块区域，环形区域任一一处的宽度均小于等于一个红外有效探测距离，中央区域通过压力触控方式或者反射/ 漫反射方式探测手写笔位姿，环形区域通过反射/漫反射方式探测手写笔位姿。
中央区域通过压力触控方式探测手写笔位姿指的是中央区域的触控表面设置压力触控板，通过手写笔接触按压进行探测。
中央区域通过反射/漫反射方式探测手写笔位姿指的是中央区域的触控表面下方设置用于反射/漫反射放置探测手写笔位姿的发射端和接收端，发射端和接收端布置方向朝向触控表面的法向，能实现手写笔非接触探测。
所述的发射端和接收端布置在手写板表面的PCB上，所述的PCB固定在手写板表面的边缘，发射端和接收端固定在PCB上，所述的PCB表面为PCB阶梯结构。
PCB阶梯结构具有高度不同的类似楼梯的台阶。
所述PCB阶梯上的发射端和接收端布置是：在同一台阶上发射端和接收端间隔交替布置，或者是不同台阶间的发射端和接收端间隔交替布置，或者是上述两种的联用。
因为红外发射端和红外接收端有外壳，所以两个紧邻之间依然存在红外线收/发无法覆盖的间隙，通过不同阶梯层之间的红外发射端或红外接收端交错布局来改善减小消除间隙。
所述PCB阶梯的台阶面为水平面或者斜面，斜面使得发射端和接收端倾斜布置。
所述的发射端和接收端布置在手写板表面的PCB上，所述的PCB固定在手写板表面的边缘，发射端和接收端固定在PCB上，所述的PCB为I形、L形、 U形和W形的异形PCB结构。
所述的发射端和接收端固定在异形PCB结构的内壁或者侧壁上。
所述的手写笔表面为镜面反射或漫反射，敷、包裹或者粘附有一层提高表面反射率的材料。具体实施可以例如在手写笔表面敷上一层材料，例如二氧化钛(TiO2)、硫化锌(ZnS)、二氧化锡(SnO2)、Zr化合物等，以提高物体表面光泽度，增加其反射率。具体实施也可以是在手写笔外表面增加粘附一层荧光或者提高反光的膜。
本发明的有益效果是：
本发明能实现大尺寸的手写区域，解决了现有手写板尺寸限制的问题，并能解决高成本问题，同时能够减少红外光的损失，增强红外收/发装置的密集度，增强发射到手写笔上的红外光强度和经过反射或漫反射后的接收强度，进而实现提高手写识别效率，提高手写笔的精确定位。
附图说明
图1为现有手写板结构之一示意图。
图2为现有手写板结构之二示意图。
图3为现有手写板结构之三示意图。
图4为现有手写板结构之四示意图。
图5为本发明实施例1的手写板结构示意图。
图6为本发明实施例2的手写板结构示意图。
图7为本发明实施例3的手写板结构示意图。
图8为本发明实施例4的手写板结构示意图。
图9为本发明实施例6的手写板结构示意图。
图10为本发明实施例7的手写板结构示意图。
图11为本发明实施例8具有I形PCB的手写板结构示意图。
图12为本发明实施例8具有L形PCB的手写板结构示意图。
图13为本发明实施例8具有W形PCB的手写板结构示意图。
图14为本发明实施例6存在红外光损失的示意图。
图15为本发明实施例7存在红外光损失的示意图。
图中：手写板1、PCB2、PCB阶梯3、手写笔4、发射端5、接收端6。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
在传统的以红外线阻断方式探测手写笔4位姿的手写板1中，当手写板1 发射端和接收端之间的距离大于红外探测有效距离X，发射端5发出的红外线可能传播不到物体表面，接收端接收不到红外信号或者接收到的信号很弱，使得检测不到手写笔4位置。如图1所示，手写板两方向的对边长度均大于X，接收端检测不到信号；如图2和图3所示，手写板其中一方向的对边长度均大于X，接收端也检测不到信号。只有在如图4所示的情况下，手写板两个相垂直方向的对边长度均小于等于X，接收端才能检测到信号，实现手写物体探测。
所以本发明进行改进，改为通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿，并通过其他相邻侧边来定位物体位置，即一边的发射端5发出红外线被物体阻断，对边的接收端6接收不到红外线，相邻侧边的接收端6接收红外线，通多束红外光从而精确定位出物体位置。
具体实施是本发明通过在手写板1周围边缘设置有通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿的发射端5和接收端6来解决上述问题，在同一条边上同时设置有发射端5和接收端6，相对应的发射端5和接收端6在一个红外有效探测距离X内布置。
实施例1
如图5所示，手写板四周的A边、C边、B边和D边的四条边均设置间隔交替布置的发射端5和接收端6，通过发射端5和接收端6以红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿。
每条边边缘均设有采用PCB2，发射端5和接收端6均布置在PCB2上。
本实施例子要求图5中的A边和C边≤X，B边和D边≤X，能使得至少任一发射端5发出的红外线能在红外探测有效距离X内被手写笔4阻挡并发生反射或者漫反射，如图5中的实线箭头，被阻挡处附近的接收端6接收，如图5 中的虚线箭头，通过扫描采集所有接收端6接收信号强弱及其对应的位置检测获得手写笔4的位置、大小和姿态。先设定接收信号阈值判断是否有手写笔4 存在，接收信号越强则说明手写笔4的位置越近。
实施例2
如图6所示，手写板四周四条边其中的两条相对称的A边和C边的中部边缘均设有PCB2，每条边PCB2上布置有通过红外线阻断方式探测手写笔位姿的发射端5和接收端6。在A边和C边的两侧处以及B边和D边的每条边均设有 PCB2，每条PCB2上布置有通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿的发射端 5和接收端6。
手写板区域分为三块区域：两条长边中部之间形成通过红外线阻断方式探测手写笔位姿的中间区域，长边两侧分别和短边之间围成通过反射/漫反射方式探测手写笔位姿的两个侧区域。三块区域的红外收/发信号分别接出，避免手写区域彼此间的信号干扰。
本实施例子要求图6中的A边和C边＞X，B边和D边≤X，在A边和C 边之间的中央区域处仍然采用红外线阻断方式探测手写笔位姿，但能使得在A 边和C边的两侧部和B边和D边附近区域处通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿。本实施例的A边和C边尺寸可以实现远大于X(A边和C边>>X)。
例如手写笔4靠近A边和B边角落时，B边的发射端5发出的红外线经手写笔4反射或漫反射后被手写笔4附近B边的接收端6和A边侧部的接收端6 接收探测到，通过扫描采集B边和A边侧部的接收端6接收信号强弱及其对应的位置检测获得手写笔4的位置、大小和姿态。先设定接收信号阈值判断是否有手写笔4存在，接收信号越强则说明手写笔4的位置越近。
或者是例如C边和A边的侧边发射端5发出的红外线分别照射到手写笔4 的两侧，经手写笔4反射或漫反射后被手写笔4附近D边的接收端6接收探测到，或者也可以是自身边所在的接收端6接收，通过扫描采集C边侧部、D边和A边侧部的接收端6接收信号强弱及其对应的位置检测获得手写笔4的位置、大小和姿态。
手写笔4表面敷有硫化锌(ZnS)材料来提高反射率，实现漫反射增强或者形成镜面反射。
实施例3
如图7所示，手写板四周A边、C边、B边和D边的边缘均设有PCB2，每条边PCB2上布置有通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿的发射端5和接收端6，手写板内的区域分为“田”字形手写区域，共分为四块区域，每块手写区域均通过区域所在的发射端5和接收端6以反射/漫反射方式探测手写笔位姿。
本实施例子要求图7中的X＜A边和C边≤2X且X＜B边和D边≤2X，能使“田”字形每块手写区域的边长长度均满足小于等于X，从而使得每块手写区域中相邻两半边的发射端5和接收端6用于所在手写区域进行探测手写笔位姿。并且四个手写区域的红外收/发信号分别接出，避免手写区域彼此间的信号干扰。
例如当手写笔4位于手写区域最远端处时，在B边的发射端5发出的红外线和C边的发射端5发出的红外线均照射到手写笔4上，经手写笔4反射或漫反射后被B边的接收端6和C边的接收端6接收探测到，通过扫描采集B边和 C边的接收端6接收信号强弱及其对应的位置检测获得手写笔4的位置、大小和姿态。
手写笔4表面敷有Zr化合物材料来提高反射率，实现漫反射增强或者形成镜面反射。
实施例4
如图8所示，手写板1四周A边、C边、B边和D边的边缘均设有PCB2，每条边PCB2上布置有通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿的发射端5和接收端6，手写板区域分为中央区域和环形区域的两块区域，中央区域通过常规的压力触控方式探测手写笔位姿，环形区域通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿。
本实施例子图8中的A边、C边、B边和D边均能突破尺寸的限制，能够实现大于2X的手写板，但要求环形区域任一一处的宽度均小于等于X，从而使得手写板1边缘设置的发射端5和接收端6均用于环形区域进行探测手写笔位姿。准确来说，环形区域可以再细分为四角的方形区域和相邻方形区域之间的矩形区域。
例如当手写笔4位于方形区域时，在B边的发射端5发出的多条红外线和 A边的发射端5发出的多条红外线均照射到手写笔4上，经手写笔4反射或漫反射后被B边的接收端6和A边的接收端6接收探测到，通过扫描采集B边和 A边的接收端6接收信号强弱及其对应的位置检测获得手写笔4的位置、大小和姿态。
例如当手写笔4位于矩形区域时，在C边的发射端5发出的多条红外线照射到手写笔4上，经手写笔4反射或漫反射后被C边的多个接收端6接收探测到，通过扫描采集C边的接收端6接收信号强弱及其对应的位置检测获得手写笔4的位置、大小和姿态。
手写笔4表面敷有二氧化锡(SnO2)材料来提高反射率，实现漫反射增强或者形成镜面反射。
本实施例能完全突破了现有手写板大小的限制，实现实质意义的大尺寸手写板。
实施例5
在实施例4基础上，在中央区域通过反射/漫反射方式探测手写笔位姿，具体是中央区域的触控表面下方设置用于反射/漫反射放置探测手写笔位姿的发射端和接收端，发射端和接收端布置方向朝向触控表面的法向，能实现手写笔非接触探测。
实施例6
在实施例1-5的基础上，PCB2表面具有多层阶梯的PCB阶梯3结构，如图 9所示，阶梯面是水平的，呈楼梯台阶状，每层PCB阶梯3均间隔交替地布置发射端5和接收端6，形成密实、无盲点的红外线覆盖区域。
不同层PCB阶梯3的发射端5和接收端6间隔交替布置可以相同，也可以不同。优选的是使得不同层PCB阶梯3的发射端5和接收端6间隔交替布置地不同，如图9所示，从而使得不同层PCB阶梯3形成红外线覆盖区域中发射和接收相交错或者交叉(尤其能使得不同层的红外线覆盖区域相交错或者交叉，即上层的发射端5经反射或者漫反射后可以被下层的接收端6接收)，通过多层设计能够实现更密实、无盲点的红外线覆盖区域，提高红外接收和发射的密集度，同时能增强发射到手写笔上的红外光强度和经过反射或漫反射后的接收强度，进而提高手写笔识别效率。
并且对于不同层PCB阶梯3上使用具有不同X的红外发射端(X1＜X2＜ X3)，例如从下往上分别为第一层、第二层、第三层，那么第一层使用的红外发射端的有效传播最大距离较短，为X1；第二层使用的红外发射端的有效传播最大距离适中，为X2；第三层使用的红外发射端的有效传播最大距离最远，为 X3。形成不同发射装置搭配使用，降低均采用X3带来的高成本问题。同样，搭配使用接受灵敏度不同的红外接收端装置也可以降低成本。
实施例7
在实施例6的基础上，部分的台阶面为斜面，如图10所示，斜面使得发射端和接收端倾斜布置。斜面向手写板本体1中心方向倾斜或者反方向倾斜，使得一侧的红外光向非水平面方向发射后在对称另一侧被接收，这样形成非水平面的红外光发射和接收。
尤其是针对微小尺寸、超小尺寸或者不规则物体(径向尺寸是在1.5-2mm 左右)在手写板1的手写区域手写时，手写笔位于实施例6的上下两层台阶之间，水平布置的发射端和接收端之间均存在间隙，微小尺寸、超小尺寸物体存在于间隙中则不能遮挡红外光而被探测到，因此本实施例通过PCB阶梯3倾斜的台阶面使得每层台阶的红外线覆盖区域中的红外线不规则，弥补每层台阶的相平行的红外线覆盖区域之间间隙的遗漏来提高红外接收和发射的密集度，增强发射到手写笔上的红外光强度和经过反射或漫反射后的接收强度，进而提高手写笔识别效率。
实施例8
在实施例1-5的基础上，PCB2为I形、L形、U形和W形等异形PCB结构，发射端和接收端通过焊接固定在异形PCB结构的内壁或者侧壁上，使得能避免实施例6和7中出现的红外线探测浪费的问题。
针对实施例6和7中，如图14和图15中的箭头所所示，由于存在阶梯台阶，同一竖直方向的发射端5和接收端6的端口错位布置，因此：第一方面发射端发出的红外线会有一部分被前方的发射端或者接收端阻挡，而无法有效照射到手写区域；第二方面接收端所应接收的红外线会有一部分被前方的发射端阻挡，而无法有效接收所有应接收的红外线；第三方面，发射端发出的红外线经手写笔反射或者漫反射后发回的红外线有一部分会照射到错位布置间隙中 (即PCB阶梯3的台阶之间)，造成红外光的损失。
本实施例采用I形、L形、U形和W形等异形PCB结构的PCB2来对发射端和接收端进行布置。
如图11所示，一种实施是PCB2为I形，I形的侧壁上通过焊接固定不同高度的发射端和接收端，同一竖直方向的不同高度的发射端5和接收端6可以是交替布置可以相同，也可以是任意排布布置。优选是使得不同高度的发射端5 和接收端6间隔交替布置地不同，形成红外线覆盖区域中发射和接收相交错或者交叉(尤其能使得不同层的红外线覆盖区域相交错或者交叉，即上层的发射端5经反射或者漫反射后可以被下层的接收端6接收)，通过多层设计能够实现相比前面实施例更密实、无盲点的红外线覆盖区域，提高红外接收和发射的密集度。由于是同一竖直方向的发射端5和接收端6的端口在同一竖直面对齐布置，使得相邻的发射端5和接收端6之间不存在错位布置，发射端发出的红外线或者接收端接收的红外线不会被阻挡或者照射到错位布置的间隙中，因而减少红外光的损失，解决了实施例6和7中红外线探测区域浪费的问题。如图 12所示，PCB2为L形的实施和I形类似。
如图13所示，一种实施是PCB2为W形，W形的两个凹槽朝向手写区域， W形凹槽的侧壁和底面上通过焊接固定不同的发射端和接收端，同一竖直方向的不同高度的发射端5和接收端6可以是交替布置可以相同，也可以是任意排布布置。优选是使得不同高度的发射端5和接收端6间隔交替布置地不同，形成红外线覆盖区域中发射和接收相交错或者交叉(尤其能使得不同层的红外线覆盖区域相交错或者交叉，即上层的发射端5经反射或者漫反射后可以被下层的接收端6接收)，通过多层设计能够实现相比前面实施例更密实、无盲点的红外线覆盖区域，提高红外接收和发射的密集度。由于是同一竖直方向的发射端5和接收端6的端口基本在同一竖直面，使得相邻的发射端5和接收端6之间不存在错位布置，发射端发出的红外线或者接收端发出的红外线不会被阻挡或者照射到错位布置的间隙中，因而减少红外光的损失，解决了实施例6和7 中红外线探测区域浪费的问题。如图13所示，PCB2为U形的实施，可以视为 W形两个凹槽中的一个。

Claims (10)

1.一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，包括手写板（1）和手写笔（4），其特征在于：在手写板（1）周围边缘设置有通过红外反射/漫反射方式探测手写笔位姿的发射端和接收端，在同一条边上同时设置有发射端和接收端，相对应的发射端和接收端在一个红外有效探测距离内布置；
所述的发射端和接收端布置在手写板（1）表面的PCB（2）上，所述的PCB（2）表面为PCB阶梯（3）结构；
所述PCB阶梯（3）上的发射端和接收端布置是：在同一台阶上发射端和接收端间隔交替布置，或者是不同台阶间的发射端和接收端间隔交替布置，或者是上述两种的联用。
2.根据权利要求1所述的一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，其特征在于：所述的手写板周围的每条边上设置间隔交替布置的发射端和接收端。
3.根据权利要求1所述的一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，其特征在于：所述的手写板周围的每条边的边长小于等于一个红外有效探测距离。
4.根据权利要求1所述的一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，其特征在于：所述的手写板周围的每条边的边长大于一个红外有效探测距离且小于等于两个红外有效探测距离，手写板内的区域分为“田”字形的四块手写区域，每块手写区域均通过反射/漫反射方式探测手写笔位姿。
5.根据权利要求1所述的一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，其特征在于：所述的手写板周围的其中两条对称边的边长大于一个红外有效探测距离并作为长边，另外两条对称边的边长小于等于一个红外有效探测距离并作为短边，手写板区域分为三块区域，并且三块区域的红外收信号和红外发信号分别接出：两条长边中部之间形成通过红外线阻断方式探测手写笔位姿的中间区域，长边两侧分别和短边之间围成通过反射/漫反射方式探测手写笔位姿的两个侧区域。
6.根据权利要求1所述的一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，其特征在于：所述的手写板周围每条边的边长均大于两个红外有效探测距离，手写板区域分为中央区域和中央区域周围的环形区域，环形区域任意一处的宽度均小于等于一个红外有效探测距离，中央区域通过压力触控方式或者反射/漫反射方式探测手写笔位姿，环形区域通过反射/漫反射方式探测手写笔位姿。
7.根据权利要求1所述的一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，其特征在于：所述PCB阶梯（3）的台阶面为水平面或者斜面，斜面使得发射端和接收端倾斜布置。
8.根据权利要求1所述的一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，其特征在于：所述的发射端和接收端布置在手写板（1）表面的PCB（2）上，所述的PCB（2）为I形、L形、U形和W形的异形PCB结构。
9.根据权利要求1所述的一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，其特征在于：所述的发射端和接收端固定在异形PCB结构的内壁或者侧壁上。
10.根据权利要求1所述的一种实现大尺寸且提高手写识别效率的手写装置，其特征在于：所述的手写笔（4）表面为镜面反射或漫反射，敷、包裹或者粘附有一层提高表面反射率的材料。
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