CN1896939A - 一种实现电脑手写绘图板可视输入的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机信息输入领域，特别是涉及一种实现电脑手写绘图板可视输入的装置。此装置包括在手写绘图板书写平面和显示器显示平面之间设置的一个成像镜组，并用可以调节的支架加以固定。成像镜组中至少要有一个反射镜面，以便应用平面镜成像原理把显示器的显示图像映射到和手写绘图板书写平面平行或重合的平面上去，同时成像镜组可以透射光线，让使用者看到手写绘图板的实际输入区域，以便将显示器的显示图像的反射虚像和手写板的实际输入区域相重合。

Description

一种实现电脑手写绘图板可视输入的装置

技术领域

本发明涉及计算机信息输入领域，特别是涉及一种实现电脑手写绘图板可视输入的装置。

本发明还涉及一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的显示器。

本发明还涉及一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的电脑手写绘图板。

本发明还涉及一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的带有显示器的电脑手写绘图板。

本发明还涉及一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的带有电脑手写绘图板的显示器。

背景技术

目前，一般的手写绘图板是计算机文字、图形输入的常用工具，但由于其书写平面和计算机的显示平面不重合，使用者无法像使用纸笔书写方式时一样通过视觉直接控制书写笔在书写平面上的起始位置、书写力度等，影响了书写绘画的精度和效果。

还有一种将液晶显示器和手写绘图板组合使用的产品可以解决以上问题，但是还存在以下问题：只适合液晶显示器，不能应用于一般的显示器；由于在这种装置中手写绘图板实际上是安装在液晶板下面，影响了手写绘图板的压力感应精度，性能受到影响；由于是一体化设计，手写绘图板不能脱离液晶显示器单独使用；制造技术复杂，要求高。

发明内容

为了克服现有的手写绘图板书写平面和计算机的显示平面不重合的不足，本发明提供一种实现电脑手写绘图板可视输入的装置，运用光学反射成像和透射原理，通过软件或硬件设备将显示器的显示图像镜像或旋转后，映射在手写绘图板的书写平面上，使二者重合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种装置。此装置包括在手写绘图板书写平面和显示器显示平面之间设置的一个成像镜组，并用可以调节的支架加以固定。成像镜组中至少要有一个反射镜面，以便应用平面镜成像原理把显示器的显示图像映射到和手写绘图板书写平面平行或重合的平面上去，同时成像镜组可以透射光线，让使用者看到手写绘图板的实际输入区域，以便将显示器的显示图像的反射虚像和手写板的实际输入区域相重合。

通过软件或硬件设备将显示器显示图像缩放、镜像、旋转后，和手写板输入区域的大小、方向相吻合。这样的软件包括NVIDIA公司的NVKEYSTONE软件，以及使用显示器信号切换器，将同一台计算机上至少两个显卡或同一显卡至少两个VGA输出端的输出信号输出到同一台显示器上，并随时根据需要进行切换，同时通过软件将系统默认主显示器的图像以一定速率如每秒钟25次进行屏幕拍摄，并缩放、镜像、旋转后显示在系统次显示器的一个可调节窗口中，当用户通过显示器信号切换器把显示器输入信号切换到主显示器时，可以看到显示器原图像，切换到次显示器的时候，可以得到显示图像经过缩放、镜像、旋转后，与手写板输入区域完全吻合的图像，一般来说，显示器的原始图像需要缩小到和手写板输入区域大小一致，并且需要上下镜像，使用者才能在成像镜组中看到正立的和手写板输入区域方向一致的图像。

成像镜组中至少要有一个反射镜面，以便应用平面镜成像原理把显示器的显示图像映射到和手写绘图板书写平面平行或重合的平面上去。

这种装置中的成像镜组可以是一面表面可以产生镜面反射的透明薄板，其反射平面可通过支架调节到显示器图像显示平面和手写板书写平面夹角的角平分面上符合平面镜成像规则的位置上，把显示器图像的等大倒立虚像映射到手写绘图板的书写平面上，同时该透明薄板可以透射光线，让使用者看到手写绘图板的实际输入区域，以便将显示器的显示图像的反射虚像和手写板的实际输入区域相重合，为了提高成像质量，减低透明薄板第二反射面产生的重影现象，可以在透明薄板靠近显示器的一面进行半反射镀膜处理，增加反射率使图像更清晰；

成像镜组也可以由平面反射镜和透明薄板组成，分为左右两半部分，一半是平面反射镜，另一半是透明薄板，其反射平面可通过支架调节到显示器图像显示平面和手写板书写平面夹角的角平分面上符合平面镜成像规则的位置上，把显示器图像的等大倒立虚像映射到手写绘图板的书写平面上，一般对于右利手使用者(即使用右手书写者)，左半部分是平面反射镜，右半部分是透明薄板，这样使用者左眼可以看到清晰的显示器显示图像的反射虚像，左眼可以观察手写绘图板书写区域，以便将显示器的显示图像的反射虚像和手写板的实际输入区域相重合；

成像镜组也可以是由一块表面产生镜面反射的透明材质薄板和另一块平面反射镜组成，显示器、成像镜组和手写绘图板之间的位置关系可以通过支架调节到符合透镜和平面镜成像规则的位置上，把显示器图像的等大正立虚像经过两次反射成像映射到手写绘图板的书写平面上；

成像镜组也可以是由一块表面产生镜面反射的透明薄板和球面透镜或等效镜头组组成，显示器、成像镜组和手写绘图板之间的位置关系可以通过支架调节到符合透镜和平面镜成像规则的位置上，把显示器图像经过缩小或放大后的虚像映射到手写绘图板的书写平面上；

成像镜组还可以是由一面凸透镜或等效镜头组和平面反射镜组成，显示器、成像镜组和手写绘图板之间的位置关系可以通过支架调节到符合凸透镜和平面镜成像规则的位置上，把显示器图像聚焦后的实像投射到手写绘图板的书写平面上。

本装置中的支架是可以调节的机械结构，可以通过框架或是直接固定在显示器上，也可以通过框架或是直接固定在手写绘图板上，使得手写绘图板可以方便的拆卸，使用于其他显示器。当支架通过固定框或直接固定在显示器上时，成像镜组和手写绘图板分别固定在成像镜组连接杆和手写绘图板连接杆上，成像镜组连接杆和手写绘图板连接杆通过轴承连接在安装于固定框一侧上的转动轴上，这个转动轴的中心轴线平行于显示器显示屏的水平线，同时，成像镜组连接杆和手写绘图板连接杆上都装有可绕其自身中心轴线旋转的转动轴。这样在不使用的时候成像镜组和手写绘图板可以转动到显示器的侧面折叠起来，减小占地空间

为了方便使用者，这种装置的支架上还可以安装键盘常用按键或全部按键，尤其是“TAB”、“SHIFT”、“CTR”、“ALT”、“+”、“-”、“DEL”、空格键、菜单键以及四个方向键。也可以在支架上安装完整键盘，或者缩小体积的完整键盘。

如前所述的装置可以设计为可拆卸的结构，以便单独使用。

如前所述的装置也可以固定安装在手写绘图板上，组成一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的电脑手写绘图板。

如前所述的装置也可以固定安装在显示器上，组成一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的显示器。

如前所述的装置也可以固定安装在手写绘图板和显示器上，组成一个完整的带有显示器的可视手写绘图设备，或者说是一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的带有显示器的电脑手写绘图板，也可以说是一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的带有电脑手写绘图板的显示器。

本发明的有益效果是：可以把显示器的显示图像映射在手写绘图板的书写平面上，符合使用者一般书写习惯；可以应用于各种类型的显示器和手写绘图板，不影响手写绘图板的定位精度和压力感应精度；手写绘图板可以方便的拆卸，使用于其他显示器；结构简单；在不使用的时候还可以折叠起来减小占地空间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图1：本发明使用透明平面镜做为成像镜组时的光路图。

附图2：本发明使用透明平面镜和成像球面透镜做为成像镜组时的光路图。

附图3：本发明使用投影凸透镜和反射镜做为成像镜组时的光路图。

附图4：透明平面镜示意图。

附图5：角平分器示意图。

附图6：和显示器相结合的支架工作状态结构示意图。

附图7：和显示器相结合的支架半收起状态结构示意图。

附图8：和显示器相结合的支架收起状态结构示意图。

附图9：和显示器相结合的支架转动轴的结构图，以及限制角度转动轴的剖面图。

附图10：和手写绘图板相结合的支架的结构示意图。

附图11：手写绘图板角度调节滑块的示意图。

附图12：桌面固定器的示意图。

附图标号：1、显示器显示图像，2、反射镜面，3、手写绘图板上的像，4、眼睛，5、成像球面透镜，6、透镜焦点，7、投影凸透镜，8、缺口，9、显示器边框连接杆，10、手写绘图板边框连接杆，11、成像镜组连接杆，12、齿轮，13、轮齿，14、角平分器主轴，15、显示器，16、成像镜组，17、手写绘图板绘图区，18、支架，19、固定框，20、显示屏，21、手写绘图板，22、支架转动轴，23、成像镜组连接杆，24、手写绘图板连接杆，25、手写绘图板连接杆的转动轴承，26、成像镜组连接杆的转动轴承，27、限制角度的转动轴，28、限制角度的转动轴转子，29、限制角度的转动轴定子，30、调节手柄，31、支架伸缩杆，32、桌面，33、角平分器，34、手写绘图板角度调节滑块，35、桌面固定器，36、手写绘图板底板，37、伸缩杆导轨，38、手写绘图板转轴，39、旋转杆，40、连接轴，41、滑块，42、紧固螺栓，43、紧固垫板，44、同步连接杆，45、连接凸块，46、导轨，47、紧固螺栓，48、紧固垫板，49、手写绘图板底板，50、桌面固定器固定框，51、桌面。

具体实施方式

本发明的实施方式请参见附图。

在图1中，成像镜组中的反射镜面(2)是一面表面可以产生镜面反射的透明薄板如薄玻璃板或薄光学树脂板，其中靠近显示屏的一面可以镀有增反射膜以便使所成的像更为清晰，它可以根据光学平面镜成像规律将显示器显示图像(1)映射为手写绘图板上的像(3)，从眼睛(4)的位置观察，该像是倒立的，大小和显示器显示图像(1)一致，其上每一点到反射镜面(2)所在空间平面的距离和手写绘图板上的像(3)上对应点到反射镜面(2)所在空间平面的距离相等。

手写绘图板上的像(3)在相对于使用者的竖直方向是倒立的，可以通过软件方法加以纠正，如使用全屏或局部倒转影像的软件，市场上已经有类似这种的屏幕倒转软件出售，多种液晶显示器附送这种软件。还可以通过将手写绘图板的输出信号上下颠倒来实现这一纠正，虽然这种方法使用者看到的仍然是倒置的图像，但不影响绘画书写等功能的实现。此外，还可以采用图2或图3所示的成像镜组来避免这一现象的产生。

在图2中，成像镜组中有两个反射镜面(2)，其中离显示屏较近的是一面表面可以产生镜面反射的透明薄板如薄玻璃板或薄光学树脂板，其中远离显示屏的一面可以镀有增反射膜，较远的是一面，可以是不透明的镀银平板玻璃或全反射棱镜。这样的成像镜组可以根据光学平面镜成像规律将显示器显示图像(1)映射为手写绘图板上的像(3)，从眼睛(4)的位置观察，经过两个反射镜面的倒像后，该像是正立的，大小和显示器显示图像(1)一致，手写绘图板上的像(3)的位置相当于显示器显示图像(1)先经过远离显示器的反射镜面(2)成的像再经过靠近显示器的反射镜面(2)成像后所得到的最终结果。

在图3中，成像镜组是由和图2一样的两个反射镜面(2)组成，但是靠近显示器的透明薄板是通过支架调节到和显示器显示图像(1)所在空间平面相平行的位置上去的，这样可以减小透明薄板的折射作用对最终成像质量的影响。

在图4中，成像镜组是由反射镜面(2)和成像球面透镜(5)组成的，其中的反射镜面(2)是一面表面可以产生镜面反射的透明薄板如薄玻璃板或薄光学树脂板，其中靠近显示屏的一面可以镀有增反射膜，成像球面透镜(5)可以是凹透镜也可是凸透镜或者功能相当的光学镜头组，光学镜头组还可以有变焦、消除像差慧差的功能。这样的成像镜组可以根据光学平面镜成像和透镜成像规律将显示器显示图像(1)映射为手写绘图板上的像(3)，从眼睛(4)的位置观察，该像是在相对于使用者的竖直方向倒立的虚像，像的大小在使用凹透镜的时候是缩小的，使用凸透镜的时候则是放大的，这样就可以将显示器显示图像(1)映射到与其大小不一致的手写绘图板上去。

在图5中，成像镜组是由投影凸透镜(7)和反射镜面(2)组成的，其中的反射镜面(2)可以是不透明的镀银平板玻璃或全反射棱镜，这样的成像镜组可以根据光学平面镜成像和透镜成像规律将显示器显示图像(1)投影为手写绘图板上的像(3)，从眼睛(4)的位置观察，该像是在相对于使用者的水平方向和竖直方向都是倒立的实像，像的大小一般是缩小的，理论上可以得到等大的像，但是那样需要和大口径的透镜，而且成像的亮度较低，较模糊。

在图6中，是图1、图2、图3、图4的实施例中，靠近使用者的平面反射镜的外形，在靠近使用者眼睛的一边正中的部位，要有一个大约3到7厘米的缺口(8)，这是为了避免鼻梁妨碍使用者，因为平面反射镜越靠近眼睛其视野就越开阔，所需要的平面反射镜有效面积就越小，有利于使用者调整坐姿以及缩小设备体积。

在图7中，是图1所示实施例情况下，为了保证反射平面处于显示器图像显示平面和手写板书写平面夹角的角平分面上所使用的角平分器。显示器边框连接杆(9)、手写绘图板边框连接杆(10)、成像镜组连接杆(11)分别连接在显示器、手写绘图板和成像镜组上，并且相交于角平分器主轴(14)上，可以绕其转动，在显示器边框连接杆(9)和手写绘图板边框连接杆(10)上分别有两个半径相等方向相反的弧形导轨，显示器边框连接杆(9)弧形导轨的外侧有轮齿(13)，手写绘图板边框连接杆(10)弧形导轨的内侧有轮齿(13)，成像镜组连接杆(11)上又可以自由转动的齿轮(12)，这样，当显示器边框连接杆(9)和手写绘图板边框连接杆(10)围绕角平分器主轴(14)转动的时候，成像镜组连接杆(11)就总是处于角平分线的位置。

在图8中，本实施例中的支架(18)是主要由成像镜组(16)、固定框(19)、支架转动轴(22)、成像镜组连接杆(23)、手写绘图板连接杆(24)等部件组成。

手写绘图板(21)可以固定安装在这个支架(18)上，组成一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的电脑手写绘图板，支架(18)也可以设计为可拆卸的结构，以便单独使用。

显示器(15)可以固定安装在这个支架(18)上，组成一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的显示器。

手写绘图板(21)、和显示器(15)可以同时固定安装在这个支架(18)上，组成一个完整的带有显示器的可视手写绘图设备，或者说是一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的带有显示器的电脑手写绘图板，也可以说是一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的带有电脑手写绘图板的显示器。

支架(18)是通过固定框(19)固定在显示器(15)边框上的，可以使用粘合剂、螺纹紧固杆、皮带等方式固定，也可在显示器的制造过程中把支架转动轴(22)直接安装在显示器外壳上，用显示器外壳直接作为固定框(19)。成像镜组连接杆(23)和手写绘图板连接杆(24)通过轴承连接在支架转动轴(22)上，可以绕着轴自由转动，以便调节成像镜组(16)和手写绘图板(21)的位置。使显示屏(20)的显示图像可以映射到手写绘图板绘图区(17)的位置上去。

在固定框(19)、成像镜组连接杆(23)和手写绘图板连接杆(24)上还可以安装图7所示的角平分器。

成像镜组(16)和手写绘图板(21)分别固定在成像镜组连接杆(23)和手写绘图板连接杆(24)上，成像镜组连接杆(23)和手写绘图板连接杆(24)通过轴承连接在安装于固定框一侧上的支架转动轴(22)上，这个支架转动轴(22)的中心轴线平行于显示屏(20)的水平线，靠近显示器的底端，同时，成像镜组连接杆(23)和手写绘图板连接杆(24)上都装有可绕其自身中心轴线旋转的转动轴。这样在不使用的时候成像镜组(16)和手写绘图板(21)可以转动到显示器(15)的侧面折叠起。

在图9中，成像镜组连接杆(23)和手写绘图板连接杆(24)都绕其自身中心轴线的转动轴旋转了90度，支架(18)处于半收起状态。

在图10中，成像镜组连接杆(23)和手写绘图板连接杆(24)都绕支架转动轴(22)的中心轴线又旋转了90度，支架(18)处于收起状态。

在图11中，支架转动轴(22)固定在固定框(19)上，成像镜组连接杆(23)和手写绘图板连接杆(24)分别通过成像镜组连接杆的转动轴承(26)和手写绘图板连接杆的转动轴承(25)连接在支架转动轴(22)可以绕支架转动轴(22)中心轴线转动。在成像镜组连接杆的转动轴承(26)和手写绘图板连接杆的转动轴承(25)上都有限制角度的转动轴(27)，使其可以绕其自身中心轴线在一定的角度范围内转动。限制角度的转动轴(27)可以是由限制角度的转动轴转子(28)和限制角度的转动轴定子(29)组成的，限制角度的转动轴转子(28)是内径较小的柱体，其截面上有一定角度的部分半径较长，限制角度的转动轴定子(29)是截面为半环形的柱体，限制角度的转动轴转子(28)连接在限制角度的转动轴定子(29)之中，可以绕其自身中心轴线在一定角度范围内转动。

在图12中，本实施例中的支架(18)是主要由成像镜组(16)、手写绘图板底板(36)、手写绘图板转轴(38)、手写绘图板角度调节滑块(34)、调节手柄(30)、角平分器(33)、支架伸缩杆(31)、伸缩杆导轨(37)、桌面固定器(35)等部件组成。

手写绘图板(21)、成像镜组(16)和手写绘图板底板(36)合为一体，可以与显示器(15)分离，这对于某些不能安装固定框(19)的显示器比较适用。

手写绘图板(21)可以固定安装在这个支架(18)上，组成一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的电脑手写绘图板，支架(18)也可以设计为可拆卸的结构，以便单独使用。

显示器(15)可以固定安装在这个支架(18)上，组成一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的显示器。

手写绘图板(21)、和显示器(15)可以同时固定安装在这个支架(18)上，组成一个完整的带有显示器的可视手写绘图设备，或者说是一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的带有显示器的电脑手写绘图板，也可以说是一种可以实现电脑手写绘图板可视输入的带有电脑手写绘图板的显示器。

手写绘图板(21)和手写绘图板底板(36)之间通过手写绘图板转轴(38)连接，可以绕手写绘图板转轴(38)转动，并可以通过手写绘图板角度调节滑块(34)使手写绘图板(21)和手写绘图板底板(36)之间保持一定的角度。成像镜组(16)、调节手柄(30)和角平分器(33)安装在支架伸缩杆(31)上，成像镜组(16)和调节手柄(30)通过支架转动轴(22)可以转动。支架伸缩杆(31)可以在伸缩杆导轨(37)中沿着与手写绘图板(21)竖直边框一致的方向伸缩，这样就可以通过调节手写绘图板转轴(38)、支架伸缩杆(31)和调节手柄(30)使得显示屏(20)、成像镜组(16)和手写绘图板绘图区(17)处于符合光学成像规则的位置上去。桌面固定器(35)可以把手写绘图板底板(36)固定在桌面(32)上。

在图13中，旋转杆(39)一端连接在连接轴(40)，另一端也通过轴承连接在手写绘图板(21)的背面，并通过同步连接杆(44)和位于手写绘图板(21)另一边的另外一个同样的手写绘图板角度调节滑块(34)装置保持同步。当紧固螺栓(42)松开时，滑块(41)可以沿着导轨(46)滑动到需要的位置，把手写绘图板(21)和手写绘图板底板(36)调整到所需角度，然后上紧紧固螺栓(42)使得由摩擦力较大材料制成的紧固垫板(43)和导轨(46)紧密接触，滑块(41)不能再沿着导轨(46)滑动，手写绘图板(21)和手写绘图板底板(36)固定在到所需角度上。

在图14中，桌面固定器(35)是通过桌面固定器固定框(50)和两套紧固螺栓(47)、紧固垫板(48)将手写绘图板底板(49)和桌面(51)固定到一起的，并可以随时拆卸。

Claims (10)

1，一种用于电子计算机手写绘图输入的成像装置，主要由显示器、手写绘图板、成像镜组、支架组成，其特征在于：成像镜组中至少有一镜面反射面，显示器、成像镜组和手写绘图板通过可调节的支架连接，显示器的显示图像经成像镜组反射、透射或折射后产生的光学影像与手写板的书写平面相重合。

2，一种用于电子计算机手写绘图输入的成像装置，主要由成像镜组、支架组成，其特征在于：成像镜组中至少有一镜面反射面，可调节的支架可以将成像镜组连接到显示器和手写绘图板上，显示器的显示图像经成像镜组反射、透射或折射产生的光学影像与手写板的书写平面相重合。

3，一种用于电子计算机手写绘图输入的显示器，主要由显示器、成像镜组、支架组成，其特征在于：成像镜组中至少有一镜面反射面，连接在显示器上的可调节的支架可以将成像镜组连接到手写绘图板上，显示器的显示图像经成像镜组反射、透射或折射产生的光学影像与手写板的书写平面相重合。

4，一种能够可视输入的电子计算机手写绘图板，主要由手写绘图板、成像镜组、支架组成，其特征在于：成像镜组中至少有一镜面反射面，连接在手写绘图板上的可调节的支架可以将成像镜组连接到显示器上，显示器的显示图像经成像镜组反射、透射或折射产生的光学影像与手写板的书写平面相重合。

5，按照权利要求1至4所述的用于电子计算机手写绘图输入的成像装置，其特征在于：成像镜组是一块表面产生镜面反射的透明材质薄板，其反射平面可通过支架调节到显示器图像显示平面和手写板书写平面夹角的角平分面上符合平面镜成像规则的位置。

6，按照权利要求1至4所述的用于电子计算机手写绘图输入的成像装置，其特征在于：成像镜组是由一块表面产生镜面反射的透明薄板和球面透镜或等效镜头组组成，显示器、成像镜组和手写绘图板之间的位置关系可以通过支架调节到符合透镜和平面镜成像规则的位置上。

7，按照权利要求1至4所述的用于电子计算机手写绘图输入的成像装置，其特征在于：成像镜组是由一面凸透镜或等效镜头组和平面反射镜组成，显示器、成像镜组和手写绘图板之间的位置关系可以通过支架调节到符合凸透镜和平面镜成像规则的位置上。

8，按照权利要求1至4所述的用于电子计算机手写绘图输入的成像装置，其特征在于：成像镜组是一块表面产生镜面反射的透明材质薄板，其靠近显示器的一面镀有光学增反射膜。

9，按照权利要求1至4所述的用于电子计算机手写绘图输入的成像装置，其特征在于：成像镜组由平面反射镜和透明薄板组成，分为左右两半部分，一半是平面反射镜，另一半是透明薄板。

10，按照权利要求1至4所述的用于电子计算机手写绘图输入的成像装置，其特征在于：在支架上安装有电脑键盘。

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