CN1526113A

CN1526113A - 数据输入系统

Info

Publication number: CN1526113A
Application number: CNA028116291A
Authority: CN
Inventors: C・J・H・范达姆; C·J·H·范达姆; 杨; N·D·杨; 克纳普; A·G·克纳普
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-09-01
Also published as: GB0114455D0; JP2004533078A; WO2002103620A2; EP1402465A2; KR20030029129A; WO2002103620A3; US7119796B2; US20020190963A1

Abstract

描述一种包括表面10、笔12和多个换能器14的数据输入系统。表面10具有这样的结构、使得当笔划过结构10时产生振动。所述振动由换能器检测，然后计算笔在表面上的位置。在本发明的优选实施例中，表面10的结构在整个表面10上变化。这意味着振动信号波形与表面的特定区域相关联，使笔的位置识别更容易。

Description

数据输入系统

本发明涉及数据输入系统，具体地说，涉及使用笔或指示笔的数据输入系统。

允许用户直接与电子装置进行交互的数据输入系统日益普及。这些包括(但不限于)个人数字辅助器并且通常包括笔或指示笔以及屏幕、表面或板。

已提出了各种基于笔的数据输入方法。实例包括：检测导电薄膜或导电箔的薄层的电的和磁的性能变化的系统；声波触动位置检测器以及检测超声振动的系统。

制作数据输入装置的表面元件可能需要使用一层额外的材料层，通常是塑料箔。这会降低通过所述表面传输的任何光信号的亮度并增加从所述表面的反射，从而降低通过所述表面传输的任何光信号的可见度。此外还存在塑料箔被损坏的潜在危险。

US4,9890,518给出了先有技术的一个实例，所述专利公开了一种数据输入系统，所述系统包括：带有振动发生器的笔；传播振动的板；检测振动的检测器；支撑所述板且其振动传播速度低于所述板的振动传播速度的材料薄板；以及根据来自检测器的检测信号计算笔在板上的位置坐标的电路。这种系统的潜在问题在于所述装置的笔或指示笔中含有需要电源的电子元件。电源可以在笔内或在笔外，如果在笔外，就需要电连接。所述笔是活动元件，如果笔丢失，数据输入系统就不能使用。而且笔的成本也相当可观。

US3,857,022公开了一种数据输入系统，所述系统具有：非活动的指示笔，它轻敲屏幕以产生声信号；在屏幕边缘处用来检测所述声信号的电声换能器；以及根据声信号到达电声换能器的时间计算指示笔位置坐标的系统。所述数据输入装置只能用来定位表面上的各离散位置，而不能用来输入更复杂的数据，例如手写稿。此外，所述数据输入装置的能力有限，它只能识别来自已知输入库的输入。

因此需要一种改进的基于笔的数据输入系统。

根据本发明，提供一种数据输入系统，它包括利用笔输入数据的输入系统，所述利用笔输入数据的输入系统包括：一个板，所述板的表面具有这样的表面纹理、使得当笔在所述表面纹理上划过时就会产生振动；换能器，用来检测振动并输出换能器信号；以及处理器，用来根据所述换能器信号确定有关笔在所述表面上的位置和/或速度的空间信息。

因此，振动是由在板上拖动笔而产生的，这就不再需要US4,9890,518所要求的笔内振动发生器。而且，与US3,857,022的装置不同，所述装置可以连续地、而不是仅仅以离散的轻敲的形式确定笔的位置。

另一个优点是所述数据输入系统可以使用任何指示装置，例如笔或指示笔，它们划过板的有纹理的表面时产生振动。如果所述指示装置丢失或损坏，也很容易更换。

在实施例中，所述板是透明的。例如在个人数字辅助器或计算机上此板就是显示屏，故透明板就比较合适。所述板可以是显示屏的面板，以免需要附加的元件。

在一种方法中，数据输入系统最好包括至少两个固定在板上的换能器、使得处理器可以通过比较来自换能器的信号而确定笔的位置。

用另一种方法或者以附加的方式，板的表面可以具有多个区域，每个区域具有各自的纹理。笔在与某一特定区域相关联的纹理上移动时所产生的振动对应于来自换能器的一种已知输出信号。这就提供了有关笔相对于屏幕的位置的附加信息，可以与处理器根据一个或多个换能器的输出信号确定的空间信息结合使用。最好，不论所述笔的速度如何，所述各自的纹理都是可辨别的。

本发明还提供利用带具有纹理的表面的板和笔进行数据输入的方法，所述方法包括：使所述笔以与板相接触的方式在板的有纹理的表面上划以便产生振动；利用换能器检测所产生的振动并输出换能器信号；以及处理所述换能器信号以确定有关所述笔相对于有纹理的表面的位置和/或速度的空间信息。

如果将板分成具有不同纹理的区域、使得输出换能器的波形随所述笔在板上的位置而改变，则可改进所述方法的精确度。然后分析所述输出波形来确定笔正划过的板的区域。如果使用来自两个或两个以上换能器的输出信号，则还可改进空间和速度计算的精度。

现参考附图，以纯粹举例的方式来描述本发明的实施例，附图中：

图1示出根据本发明第一实施例的数据输入装置；

图2示出数据输入装置的第二实施例；

图3示出第二实施例中两个独立的换能器的输出波形；

图4是说明根据本发明的确定笔的位置的方法的说明性附图；

图5示出笔在第二实施例的所述表面的不同区域移动时产生的波形实例；

图6示出换能器位于笔内的第三实施例；以及

图7示意地示出包括本发明的数据输入装置的液晶显示器装置的一部分。

图1所示的数据输入系统包括：板8，它具有粗糙的表面10；笔12；多个换能器14；以及处理器13。现依次说明各部件。

笔12是可以用来与表面接触的合适大小的任何指示物体。通常，所述笔是用金属、塑料或其他硬材料制造而成。与某些先有技术方法不同，在所述实施例中，笔12不包括电子线路或其他有源元件，因此不需要电源。这就意味着笔12容易制造且成本低廉。可将适合的笔包括在数据输入系统之内，或者，数据输入系统可不配特意设计的笔。在后一种情况下，可以使用任何适合的指示物体。所述笔具有笔尖50。

板8是具有表面10的刚体。它是透明的或不透明的，视数据输入的操作方式而定。如果板8是显示屏的正面，例如液晶显示计算机屏等，则所述板是透明的，可以用玻璃或塑料制造。如果板8要用作外设数据输入装置的一部分，例如一种用来代替计算机鼠标或跟踪球输入系统的台式装置，则板8可以不透明，可用任何适当的硬材料制造。

表面10具有这样的结构、使得当笔12在表面10上移动时就产生噪声。可以通过在板8的表面上形成一种结构来形成所述表面，或必要时，可以由粘附在板8上的第二种材料来形成所述表面。本专业技术人员熟知的诸如玻璃刻蚀、塑料或其他材料的注入成型等制造技术均可用来制造所述板。所述表面结构可包含一系列的脊和槽。它们可以具有正弦形、锯齿形和方形截面或采取随机形式。所述结构可以是均匀分布的或者在整个表面上变化。

围绕表面10的边缘设置多个换能器14。换能器的输入就是笔12在划过表面10时所产生的振动波。换能器的输出是电信号。

处理器13可以包括本专业技术人员熟知的一个中央处理单元和存储器。处理器13的输入端连接到换能器14的输出端。使用时，处理器13识别由笔12划过表面10所产生的换能器的输出波形，计算所述振动在笔12和换能器14之间传播的时间，并计算笔12和换能器14之间的距离。

由于振动是因笔12和表面10之间的物理接触而产生，所以本发明不需要使用笔内的振动发生器。这样，所述数据输入装置可以使用任何指示装置、包括操作人的手指。此外，多个换能器的使用使得有可能连续地确定笔在表面上的位置。这就允许用户以手写或画图形式输入数据。

图2示出本发明的第二实施例，其中表面10分成多个部分，每一部分又再分为不同表面结构的区域34、36、38。其优点是当笔12划过特定区域34时所产生的振动是所述区域34所特有的。

围绕板的边缘隔开地设置三个换能器14。换能器14的输入就是当笔12划过表面10时由笔12与表面10的物理接触所产生的振动信号。换能器14的输出是电信号。在其它实施例中，可以围绕板的边缘、在所述板内或者离开板并在板的上方设置两个或两个以上的换能器14。

所述数据输入系统包括处理器13。处理器13的功能是识别笔12在表面10上的移动所产生的信号、计算振动信号在笔和表面的接触点与换能器之间传播的时间、以及计算接触点和换能器之间的相应距离，并分析此信息以确定笔的位置和速度。此外，处理器能够唯一地识别笔12划过表面的特定区域34时所产生的信号。

现说明使用图2的数据输入系统的方法。

图3示出第一换能器的信号输出波形16和第二换能器的信号输出波形18。在信号到达第一换能器和信号到达第二换能器之间存在延迟时间20。更多的换能器会产生更多的测量结果，每个测量结果都有其自身的延迟时间20。这些延迟时间可以在处理器13中测量。用于测量两个相同但有时间偏移的信号之间的延迟时间的合适的技术是已知的，例如交互相关。延迟时间20用来确定笔和每个检测器之间的距离。笔和每个检测器之间的距离为d_n。至少需要三个检测器来确定笔在表面上的位置。

图4说明处理器13从距离d₁...d_n 26、28、30计算坐标(x，y)的方法。坐标定义了本发明一个实施例(其中表面10为矩形，表面10的一个角23定义为原点)中笔的位置。检测器14 S₁到S₃设置在表面10的各个角上，X是表面22一边的长度，Y是邻边24的长度。笔21的位置由下式定义：

x＝X/2+(d₁+d₂)/2X (1)

y＝Y/2+(d₁+d₃)/2Y (2)

图5示出可以通过将笔在具有不同表面纹理的区域34、36、38上移动来产生的波形40、42、44。处理器将每种波形与一种表面纹理区域所关联的已知波形相比较，以便提供有关笔在表面上位置的附加信息。

无论笔的速度如何，均可区别笔划过不同的表面纹理所产生的换能器的输出信号，。

表面的不同纹理也有利于确定延迟时间。这是因为由不同结构的表面所产生的波形差异使处理器更容易明确地辨别出由同样的笔移动所产生的波形段。可以这样选择纹理的变化、使得信号自身的自相关可以容易地与一个笔位置和另一笔位置的相关相区别。

图6示出包括设置在笔12内部的换能器14的另一实施例。该实施例可以与上述实施例结合使用，但最有用的情况是：板8上粘附有一个或一个以下的换能器14且表面10分成多个部分，每个部分又再细分为具有不同表面结构的区域34、36、38。这样选择这些区域的纹理、得使自相关很高而与来自其他区域的信号的互相关很低。可以处理换能器的输出以便识别笔所接触的板的区域。这一点在板的具体区域对应于不同功能的情况下特别有用。例如，可以用来选择PDA菜单结构中的不同选项。

图7示意地示出液晶显示(LCD)板50。通常，LCD板包括当中夹有一层液晶材料的两个相对的衬底以及在所述衬底的形成显示象素的相对表面上的载流电极。在所示实施例中，板8构成显示板50的上衬底。显示板还包括下衬底以及上、下衬底之间的液晶层。在另一种配置中，板8与LCD板的上衬底分开并安装在上衬底的上面。

虽然已经充分地说明了本发明及其优选实施例，但是，对本专业技术人员来说，各种变化和修改是显而易见的。

虽然在所述实施例中输出的是位置信息，但对于某些应用，速度信息可能更有关系，所以也可安排处理器输出笔的速度信息。

Claims

1.一种利用笔输入数据的数据输入装置，它包括：

一块板，其表面具有这样的表面纹理、使得所述笔在所述表面纹理上划过就产生振动；

换能器，用于检测所述产生的振动并输出换能器信号；以及

处理器，根据所述换能器信号确定有关所述笔在所述表面上的位置和/或速度的空间信息。

2.如权利要求1所述的数据输入装置，其特征在于：所述板是透明的。

3.如权利要求1或2所述的数据输入装置，其特征在于包括至少两个固定在所述板上的换能器，其中，所述处理器通过比较来自所述至少两个换能器的所述信号来确定所述笔的位置。

4.如权利要求2所述的数据输入装置，其特征在于：所述处理器计算由所述笔的移动产生的由第一换能器接收的振动与由另外的换能器接收的同一振动之间的延迟时间，并且根据所述延迟时间计算所述位置。

5.如前述任一项权利要求所述的数据输入装置，其特征在于：所述板的表面具有带各自不同的纹理的多个区域。

6.如前述任一项权利要求的所述数据输入装置，其特征在于还包括一种笔，用于通过在所述板的所述有纹理的表面上移动所述笔来产生振动。

7.如权利要求6所述的数据输入装置，其特征在于：换能器设置在所述笔内部。

8.一种包括如前述任一项权利要求所述的数据输入装置的显示装置，其中，所述板构成显示屏的正面。

9.如权利要求8所述的数据输入装置，其特征在于：所述板包括显示器板的衬底。

10.如权利要求8或9所述的数据输入装置，其特征在于包括液晶显示器。

11.一种利用具有有纹理的表面的板和笔输入数据的方法，所述方法包括：

将所述笔与所述板相接触地划过所述板的所述有纹理的表面以便产生振动；

利用换能器检测所述产生的振动并输出换能器信号；以及

处理所述换能器信号以便确定有关所述笔相对于所述有纹理的表面的位置和/或速度的空间信息。

12.如权利要求11所述的数据输入方法，其特征在于：所述板被这样分成不同纹理的各区域、使得所述输出的换能器信号的波形随所述笔在所述板上的位置而改变，所述方法包括：识别所述输出波形以便确定所述笔正在划过的所述板的区域。

13.如权利要求11或权利要求12所述的数据输入方法，其特征在于：来自两个或两个以上换能器的输出信号用来计算所述笔在所述板上的位置。