CN107291269B - 笔型导航装置及其导航模块 - Google Patents

Abstract

本发明是公开一种笔型导航装置，其包含有一笔壳、一笔头、一压力感测单元、以及包含一长景深光学感测单元与一运算单元的导航模块。该笔头安装在该笔壳的一端。该压力感测单元设置于该笔头上，用以侦测该笔头施加于一工作表面的压力。该长景深光学感测单元邻设该笔头旁且具有一特定景深范围，能够在该笔头和该工作表面之一间距小于该特定景深范围时侦测出该笔头相对该工作表面的位移信息。该运算单元电连接于该压力感测单元与该长景深光学感测单元。该运算单元根据该压力感测单元与该长景深光学感测单元的感测结果，取得该笔头产生的导航信息。

Description

笔型导航装置及其导航模块

技术领域

本发明是公开一种光学导航装置，尤指一种具有光学感测功能的笔型导航装置及其相关的导航模块。

背景技术

传统的光学导航装置一般制作为鼠标形式。鼠标壳体表面的两个按键作为使用者操作光学鼠标的左键与右键，鼠标壳体上还会设置滚轮，用来输出不同于左右键的控制指令。鼠标在工作表面上移动时，鼠标壳体底部的光学侦测器会分析工作表面上特征点的位置变化，以相应转换为光学鼠标的导航信息。使用者一般以计算机荧幕上的游标点作为传统光学鼠标的位移依据，可以方便地在计算机荧幕上拉出线条；但基于鼠标之结构设计限制，使用者极难操作传统光学鼠标在计算机荧幕上书写出流畅整齐的文字。

发明内容

本发明是公开一种具有光学感测功能的笔型导航装置及其相关的导航模块，以解决上述之问题。

本发明之申请专利范围是揭露一种笔型导航装置，其包含有一笔壳、一笔头、一压力感测单元、一长景深光学感测单元以及一运算单元。该笔头安装在该笔壳的一端。该压力感测单元设置于该笔头上，用以侦测该笔头施加于一工作表面的压力。该长景深光学感测单元邻设该笔头旁且具有一特定景深范围，能够在该笔头和该工作表面之一间距小于该特定景深范围时侦测出该笔头相对该工作表面的位移信息。该运算单元电连接于该压力感测单元与该长景深光学感测单元。该运算单元根据该压力感测单元与该长景深光学感测单元的感测结果，取得该笔头产生的导航信息。

本发明之申请专利范围另揭露一种导航模块，根据一外部指令启动其导航功能。该导航模块包含有一长景深光学感测单元以及一运算单元。该长景深光学感测单元具有一特定景深范围，能够在该长景深光学感测单元和一工作表面之一间距小于该特定景深范围时，侦测出该长景深光学感测单元相对该工作表面的位移信息。该运算单元电连接于该长景深光学感测单元。该运算单元根据该长景深光学感测单元的感测结果取得导航信息。

本发明之申请专利范围另揭露该特定景深范围大于或等于1公分，该长景深光学感测单元在该笔头实质触及该工作表面、和悬空位于该工作表面上方时受致发，而能侦测该位移信息。该长景深光学感测单元之视野范围是涵盖该工作表面、或同时涵盖该笔头和该工作表面。该运算单元是根据该长景深光学感测单元之感测结果，判断该笔头相对于该工作表面是否移动和/或倾斜。

本发明的笔型导航装置是使用压力感测单元侦测笔头上的压力变化，再透过长景深光学感测单元辅助侦测笔头的位移，据此提供光学导航效用。长景深光学感测单元可以精确抓取书写文字时笔划之间的相对位置关系，相较于传统光导航装置能提供更优越的书写体验。本发明的笔型导航装置选择性配置指向光源、移动感测单元与振动产生单元，可作为简报笔使用，并具备力反馈功能，还能搭配涂料槽和/或笔芯之外加配件提供实际书写功能，相较传统雷射指挥笔或多色原子笔更大幅扩充了本产品的应用范围，极具市场竞争力。

附图说明

图1为本发明第一实施例之笔型导航装置之示意图。

图2为本发明第二实施例之笔型导航装置之示意图。

图3为本发明第三实施例之笔型导航装置之示意图。

图4为本发明第四实施例之笔型导航装置之示意图。

图5为本发明第五实施例之笔型导航装置之示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明第一实施例之笔型导航装置10之示意图。笔型导航装置10包含有笔壳12、笔头14、压力感测单元16、长景深光学感测单元18、供电单元20、记忆单元22以及运算单元24。笔头14上设置了压力感测单元16，并安装在笔壳的一端，当使用者握持笔型导航装置10书写符号或绘制线条时，压力感测单元16可侦测到使用者透过笔头14施加于工作表面的压力。其中，工作表面是为纸面、桌面等可供使用的任意平面。长景深光学感测单元18邻设于笔头14且具有特定景深范围。于第一实施例中，特定景深范围较佳是大于或等于1公分，只要笔头14和工作表面的间距小于特定景深范围时，长景深光学感测单元18即能侦测出笔头14相对于工作表面的位移信息。换句话说，笔头14实质触及工作表面、或笔头14悬于工作表面上方且其悬空高度低于特定景深范围时，长景深光学感测单元18皆会受致发而开始侦测位移信息。

其中，长景深光学感测单元18能够以可拆装方式邻设于笔头14旁，例如长景深光学感测单元18利用金手指连接端子连结笔壳12内的电路板。在一般书写用途中，使用者是利用安装有低分辨率长景深光学感测单元18的笔型导航装置10进行书写；在进阶绘图用途时，使用者可将高分辨率的光学感测单元18安装于笔型导航装置10。长景深光学感测单元18可根据使用需求替换、或随着产品版本升级而自行更换。

长景深光学感测单元18可与运算单元24结合而形成能够独立拆装的导航模块。该导航模块不限于套用在前述的笔型导航装置，可依实际使用需求搭配应用于各类型导航产品，在导航装置/产品些微分离工作表面时仍能提供导航信息。该导航模块是根据指令启动其导航功能。在本发明的可能实施例中，指令可为运算单元的控制讯号，要求长景深光学感测单元18切换于启动状态或关闭状态；指令或可来自压力感测单元16的感测结果，例如根据感测压力数据相对一门槛值的比较结果来致发或关闭长景深光学感测单元18的取像功能，然实际变化并不限于此。

长景深光学感测单元18可调整其发光源181的出光视角，出光视角的最大值较佳为120度。因此，长景深光学感测单元18的视野范围可以仅涵盖工作表面、或同时涵盖工作表面与笔头14。视野范围只涵盖工作表面时，长景深光学感测单元18根据工作表面上的特征判断笔头14的相对位移信息。视野范围同时涵盖工作表面与笔头14时，长景深光学感测单元18可根据笔头14与工作表面之特征的距离变化判断笔型导航装置10的移动或倾斜，例如：长景深光学感测单元18取得画面之特征与笔头14的距离改变，表示笔头14在工作表面上移动；若是画面内容改变但笔头14与画面中特征的距离不变时，表示笔头14立停于工作表面、但相对工作表面发生角度倾斜。长景深光学感测单元18另能够读取笔头14投射到工作表面上的阴影，根据阴影的面积变化判断笔头14是实质接触工作表面或悬于工作表面上方，或用以判断笔头14是否相对工作表面倾斜。

于本发明第一实施例中，压力感测单元16是具有致发模式和非致发模式。非致发模式可表示为压力感测单元16与长景深光学感测单元18被切换到休眠状态，节省笔型导航装置10的电力消耗。压力感测单元16按压到工作表面时会启动其致发模式，此时长景深光学感测单元18被启动以侦测笔头14相对于工作表面的位移信息；或者，笔头14与工作表面的间距小于特定景深范围时，长景深光学感测单元18也会自行致发而开始笔头14的位移信息侦测。压力感测单元16至少具有两段切换模式，意即前述的致发模式及非致发模式，然致发模式进一步还可用来侦测笔头14施加在工作表面的压力数值变化，能够反映出笔型导航装置10所绘制线条的粗细度。

特别一提的是，压力感测单元16侦测到笔头14施压工作表面时，除了作为致发模式与非致发模式之间的切换，笔头14点击工作表面(意即压力感测单元16侦测到瞬间的压力产生)还能作为另一种形式的切换开关，例如当成光学鼠标(笔型导航装置10)的左键或右键之点击、或用来切换连接于笔型导航装置10之外部计算机的特定应用程序。除此之外，致发模式可以侦测施加在笔头14的压力数值变化，故能进一步辨识出使用者是重压或轻压笔型导航装置10，不同压力值亦可输出不同的控制指令，切换外部计算机的相应应用程序。该些压力产生与否、及压力生成后的数值轻重变化所触发之相应控制指令较佳由使用者自行设定，或由笔型导航装置10预先定义。

压力感测单元16、长景深光学感测单元18、供电单元20与记忆单元22电连接于运算单元24。供电单元20以可拆换方式设置于笔壳12内，让使用者根据实际需求拆装供电单元20，例如收纳笔型导航装置10，可拆除供电单元20避免电力耗损。此外，供电单元20是选择性利用有线或无线充电技术收集且储存电力，并提供电力给其它电子零组件。运算单元24会根据压力感测单元16与长景深光学感测单元18的感测结果，取得使用者操作笔头14时产生的导航信息，以在计算机荧幕上相应显示出相应的符号或线条；再者，导航信息的相关信息另储存于记忆单元22，运算单元24可根据该些相关信息执行导航信息的惯性分析，例如侦测出施加在笔型导航装置10的手势，将笔型导航装置10作为指挥笔或简报笔使用。

笔型导航装置10还包含按键单元26、滚轮单元28以及滚轮感测单元30。按键单元26电连接于运算单元24、且部分突出于笔壳12；按键单元26的数量与摆设位置不限于图1实施态样所示，端视设计需求而定。按键单元26是作为笔型导航装置10的手动开关，例如笔型导航装置10当成光学鼠标使用时，按键单元26是光学鼠标的左键和/或右键；笔型导航装置10当成简报笔使用时，按键单元26则为简报笔的功能开关，然其应用不限于此。滚轮单元28设置在笔壳12上，可为轮状形式或球状形式。轮状形式的滚轮单元28是提供一维操作形式，意即单轴滚动方向；球状形式的滚轮单元28可提供二维操作形式，如多轴的滚动方向。滚轮感测单元30电连接运算单元24，较佳以光感测功能侦测滚轮单元28之作动，用以触发不同于导航信息的控制指令，例如页面切换等。

笔型导航装置10另可选择性包含移动感测单元32以及振动产生单元34。振动产生单元34电连接于移动感测单元32，且移动感测单元32电连接于运算单元24。移动感测单元32用来侦测使用者操作笔型导航装置10时施加在笔壳12的加速度变化，运算单元24可分析笔壳12的加速度变化，并依据其加速度变化判断要驱动外部计算机执行特定的应用程序、或是驱使振动产生单元34施加振动反馈到笔壳12上，以提供使用者特殊的操作手感或作为振动提示讯号。特别一提的是，图1所示实施态样是将运算单元24设置在笔壳12内之电路板上；然而，运算单元24另可结合长景深光学感测单元18形成独立的导航模块(未示于图中)，该导航模块是插接电路板以连结于笔型导航装置10的其它电子零组件。

请参阅图2与图3，图2为本发明第二实施例之笔型导航装置10A之示意图，图3为本发明第三实施例之笔型导航装置10B之示意图。除了利用压力感测单元16与长景深光学感测单元18划设虚拟符号与线条，笔型导航装置10A另可在笔头14上制作涂料槽36，涂料槽36内含墨水，笔型导航装置10A可透过笔头14的涂料槽36在纸面上书写实体符号和/或绘制实体线条。涂料槽36可透过切换开关(未示于图中)决定是否要释放墨水，由使用者选择要用墨水书写、或是要以长景深光学感测单元18读取导航信息。另外，笔型导航装置10B可在笔壳12相对于笔头14的另一端设置笔芯38，笔芯38本身的涂料槽381即可用来书写实体符号和/或绘制实体线条；因此，使用者是透过翻转笔型导航装置10B之笔身，决定要使用实体书写功能或虚拟导航功能。

请参阅图4，图4为本发明第四实施例之笔型导航装置10’之示意图。笔型导航装置10’在笔壳12内设置抽换机构40，抽换机构40上安装了笔头14与一个或多个笔芯42，每一个笔芯42的涂料槽可分别注入不同颜色涂料。欲使用虚拟导航功能时，笔芯42收纳在笔壳12内，使用者驱动抽换机构40将笔型导航装置10’的笔头14推出笔壳12；欲使用实体书写功能时，透过抽换机构40将笔头14收入，且将所需涂料颜色的对应笔芯42推出笔壳12。

请参阅图5，图5为本发明第五实施例之笔型导航装置10”之示意图。第五实施例的笔型导航装置10”是可任意拆装于笔形物件44上，且该笔形物件44是为具有出墨功能的书写笔。笔型导航装置10”的笔壳12为一种套管，该套管的一端设置有笔头14、压力感测单元16与长景深光学感测单元18等零组件，套管的另一端则套接在笔形物件44上。使用者是透过笔形物件44在纸面上书写实体符号或绘制实体线条，亦可利用套接在笔形物件44上的笔型导航装置10”划设虚拟符号或线条，并由计算机荧幕显示出该些虚拟的符号与线条。

在其它可能的变化实施例中，本发明的笔头14可配设电容触控单元(未标示于图中)，且电容触控单元可提供主动式或被动式电容触控功能。具备电容触控功能的笔头14在对应工作表面划设轨迹时是以电容侦测功能读取导航信息，此时长景深光学感测单元18作为辅助元件，用来侦测笔头14相对于工作表面的倾斜角度。

本发明的笔型导航装置较佳同时具备压力感测单元与长景深光学感测单元，压力感测单元至少提供致发模式与非致发模式之切换，意即压力感测单元侦测到笔头压附工作表面时启动致发模式，用以控制笔型导航装置在计算机荧幕上的游标移动；同时另驱使长景深光学感测单元撷取画面以取得工作表面中的特征变化，由运算单元分析出笔头在工作表面上的导航信息。本发明的特点在于长景深光学感测单元具有大于或等于1公分的景深范围。长景深光学感测单元在笔头实质接触工作表面时会侦测到笔头的移动轨迹，并输出相应的导航信息；然以笔型导航装置书写虚拟文字或符号的实际应用中，使用者在不同笔划间通常会微幅抬起笔型导航装置(意即笔头不接触工作表面，且笔头和工作表面之间距小于特定景深范围)，而长景深光学感测单元在笔头些微分离工作表面时仍可持续侦测到笔头的导航信息，能使笔型导航装置在书写时提供更佳的操作体验。

另外，利用笔型导航装置画图时，可将笔头未压附工作表面、但与工作表面之间距小于特定景深范围所划出的轨迹视为绘图草稿，使用者可在工作表面上空挥几笔用以模拟草稿样式；待确认欲绘制的草稿样式后，可从记忆单元中任选其中一个先前存取的草稿样式作为确定图案、或可放弃草稿样式，将笔头实际压附工作表面以绘制出所需图案。

笔型导航装置可将所绘制出的文字、符号、线条及图案等导航信息储存在记忆单元，由运算单元在笔型导航装置处于休眠状态时分析该些导航信息的相关信息，进而判断使用者的书写习惯，以在后续使用中自行调整该些设定值，提供更佳操作体验。举例来说，若根据导航信息的惯性分析得知笔型导航装置绘制出的文字偏向右方倾斜，可判断使用者是右撇子，故会在下次使用时依右手书写习性调校笔型导航装置的相关参数，以取得更精准的导航信息；左撇子的自主学习与调校机制亦然，于此不再重复说明。再者，笔型导航装置还能根据导航信息的惯性分析取得使用者的笔迹参数。不同使用者操作笔型导航装置时，可依照笔迹参数切换其适合的使用模式；或是依照笔迹参数判断使用者是否获得操作授权，让非授权者无法启用笔型导航装置。

前述的休眠状态是指笔型导航装置长时间处于未使用状态，如在深夜时段可自行或手动开启休眠模式。笔型导航装置能够根据已知的导航信息自动分析使用者在哪些时段不使用笔型导航装置，并在该些时段将笔型导航装置自动切换到休眠状态；或者，亦由使用者手动开启休眠模式，例如透过点击按压单元、滑动滚轮单元、或甩动笔身触发移动感测单元等方式执行。

笔型导航装置的加速度侦测功能可侦测笔身的甩动方向与力量大小。当笔型导航装置作为简报笔或指挥笔使用时，可根据笔身的加速度变化执行投影片翻页、影片播放暂停等功能。笔型导航装置亦可选择性配置一颗指向光源，指向光源较佳为发光二极管，用来投射光线到投影屏幕上，配合加速度侦测功能使笔型导航装置更适于应用在会议简报的场合。笔型导航装置的振动反馈功能一般是作为提示作用，例如可在投影片翻到最后一页时发出振动提示、或根据外部计算机所执行的应用程序输出体感振动讯号，实际应用当不限于此。

综上所述，本发明的笔型导航装置是使用压力感测单元侦测笔头上的压力变化，再透过长景深光学感测单元辅助侦测笔头的位移，据此提供光学导航效用。长景深光学感测单元可以精确抓取书写文字时笔划之间的相对位置关系，相较于传统光导航装置能提供更优越的书写体验。长景深光学感测单元搭配运算单元所得之导航模块可依设计需求适用在各种类型的导航装置上。本发明的笔型导航装置选择性配置指向光源、移动感测单元与振动产生单元，可作为简报笔使用，并具备力反馈功能，还能搭配涂料槽和/或笔芯之外加配件提供实际书写功能，相较传统雷射指挥笔或多色原子笔更大幅扩充了本产品的应用范围，极具市场竞争力。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (22)

1.一种笔型导航装置，其特征在于，其包含有：

一笔壳；

一笔头，安装在该笔壳的一端；

一压力感测单元，设置于该笔头上，用以侦测该笔头施加于一工作表面的压力；

一长景深光学感测单元，邻设该笔头旁且具有一特定景深范围，能够在该笔头和该工作表面之一间距小于该特定景深范围时侦测出该笔头相对该工作表面的位移信息，其中该特定景深范围大于或等于1公分，该长景深光学感测单元悬空位于该工作表面上方时受致发，而能侦测该位移信息；以及

一运算单元，电连接于该压力感测单元与该长景深光学感测单元，该运算单元根据该压力感测单元与该长景深光学感测单元的感测结果，取得该笔头产生的导航信息。

2.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，其中该长景深光学感测单元之视野范围是涵盖该工作表面、或同时涵盖该笔头和该工作表面。

3.如权利要求2所述之笔型导航装置，其特征在于，其中该运算单元是根据该长景深光学感测单元之感测结果，判断该笔头相对于该工作表面是否移动和/或倾斜。

4.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，其中该长景深光学感测单元之一发光源的出光视角最大值为120度。

5.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，其中该长景深光学感测单元以可拆装方式邻设于该笔头旁。

6.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，其中该压力感测单元具有一致发模式和一非致发模式，该致发模式进一步还能侦测该压力的数值变化。

7.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，另包含有：

一按键单元，电连接于该运算单元、且部分突出该笔壳。

8.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，另包含有：

一滚轮单元，设置于该笔壳上；以及

一滚轮感测单元，电连接于该运算单元，用来侦测该滚轮单元之作动，以触发不同于该导航信息的控制指令。

9.如权利要求8所述之笔型导航装置，其特征在于，其中该滚轮感测单元以光感测功能侦测该滚轮单元之该作动，且该滚轮单元为一轮状形式或一球状形式。

10.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，另包含有：

一移动感测单元，电连接于该运算单元，用以侦测该笔壳的加速度变化。

11.如权利要求10所述之笔型导航装置，其特征在于，另包含有：

一振动产生单元，电连接于该移动感测单元，依据该加速度变化施加振动反馈到该笔壳上。

12.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，另包含有：

一供电单元，电连接于该运算单元、且以可拆换方式设置于该笔壳内。

13.如权利要求12所述之笔型导航装置，其特征在于，其中该供电单元以无线/有线充电技术收集且储存电力。

14.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，其中该笔壳是为一套管，能任意拆装于一笔形物件上。

15.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，其中该笔头具有主动式或被动式电容触控功能。

16.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，其中该笔头具有一涂料槽。

17.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，另包含有：

一笔芯，具有一涂料槽，设置于该笔壳相对该笔头的另一端。

18.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，另包含有：

至少一笔芯，具有一涂料槽；以及

一抽换机构，设置于该笔壳内，该笔头与该至少一笔芯分别安装在该抽换机构上，以择一推出与收纳于该笔壳内。

19.如权利要求1所述之笔型导航装置，其特征在于，另包含有：

一记忆单元，电连接于该运算单元，用来记录该导航信息的相关信息，该运算单元根据该些相关信息执行该导航信息之惯性分析。

20.一种导航模块，其特征在于，根据一指令启动其导航功能，该导航模块包含有：

一长景深光学感测单元，具有一特定景深范围，能够在该长景深光学感测单元和一工作表面之一间距小于该特定景深范围时侦测出该长景深光学感测单元相对该工作表面的位移信息，其中该特定景深范围大于或等于1公分，该长景深光学感测单元悬空位于该工作表面上方时受致发，而能侦测该位移信息；以及

一运算单元，电连接于该长景深光学感测单元，该运算单元根据该长景深光学感测单元的感测结果取得导航信息。

21.如权利要求20所述之导航模块，其特征在于，其中该运算单元是根据该长景深光学感测单元之感测结果，判断该长景深光学感测单元相对于该工作表面是否移动和/或倾斜。

22.如权利要求20所述之导航模块，其特征在于，其中该长景深光学感测单元之一发光源的出光视角最大值为120度。

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