CN205139850U - 一种超声波笔手写输入装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波笔手写输入装置，包括基板、主控制器单元、超声波笔和至少两个超声波接收器，所述的超声波接收器与主控制器单元连接，所述基板上开设有孔，所述的超声波接收器固定设置在基板上；手写时，超声波笔发出的超声波信号通过基板正面和孔传递至超声波接收器。本实用新型能够降低整个装置的厚度和边框宽度，达到了装置轻薄化和零边框的目的。

Description

一种超声波笔手写输入装置

技术领域

本实用新型涉及超声传感技术领域，尤其涉及一种超声波笔手写输入装置。

背景技术

随着信息化时代来临，作为与电子平台便捷交互的触控技术应用已经深入到人们的日常生活中，很多的日常事务和商业事务以电子化方式自助办理，例如常常需要人们以原笔迹手写进行数字签名等，因此就需要提供一种数字化的手写输入装置。

现有技术中，中国专利号“200710026504.0”在2007年9月5日公开了一种超声波定位装置及其定位方法，其技术方案为所述超声波定位装置包括具有超声波发射模块并可由轻触开关控制超声波发射的信号笔、用于完成定位的至少四个超声波接收模块，以及主处理模块，各接收模块均包括可接收信号笔发射超声波的超声波换能器和放大输出该超声波信号至主处理模块的超声波放大处理电路，主处理模块包括依次连接的可放大接收模块输出信号的自动增益电路、将信号转换成所需波形信号的脉冲转换电路、可选择输入各方向波形信号的信号选通电路以及可依据测量出的各方向接收超声波时间和超声波传播速度确定信号笔坐标的带通用端口的微微控制器。但该专利在实际使用过程中，由于超声波接收模块设置在书写平面相对的两个边缘上，导致整个手写装置的边框较宽和厚度较厚，不能满足零边框和轻型化的要求。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种超声波笔手写输入装置，本实用新型能够降低整个装置的厚度和边框宽度，达到了装置轻薄化和零边框的目的。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种超声波笔手写输入装置，其特征在于：包括基板、主控制器单元、超声波笔和至少两个超声波接收器，所述的超声波接收器与主控制器单元连接，所述基板上开设有孔，所述的超声波接收器固定设置在基板上；手写时，超声波笔发出的超声波信号通过基板正面和孔传递至超声波接收器。

所述超声波笔包括笔壳、压感单元、笔尖和超声波发射单元，所述压感单元和超声波发射单元均设置在笔壳内，且压感单元和超声波发射单元均通过信号线与主控制器单元连接，所述笔尖的一端与压感单元连接，另一端伸出笔壳，工作时，压感单元通过笔尖与基板配合产生压感信号。

所述超声波笔包括笔壳、压感单元、笔尖、超声波发射单元、从控制器单元和红外发射单元，所述压感单元、超声波发射单元、红外发射单元和从控制器单元均设置在笔壳内，所述超声波发射单元、红外发射单元和压感单元均与从控制器单元连接，所述笔尖的一端与压感单元连接，另一端伸出笔壳；所述基板上设置有与主控制器单元连接的红外接收单元，工作时，压感单元通过笔尖与基板配合产生压感信号，从控制器单元通过红外发射单元和红外接收单元将压感信号传递给主控制器单元。

所述红外发射单元包括多个沿笔尖方向发射红外线的红外发射管，所述的多个红外发射管呈环状设置在笔壳内，用于360度方向发射红外线。

所述孔与基板正面的连接处圆滑过渡。

所述孔为内径为0.1—4mm的小孔或内径大于4mm的大孔，为小孔时，超声波接收器固定在基板背面；为大孔时，超声波接收器固定在大孔内，且在大孔内设置有由微孔材料制成的衍射层。

所述大孔内还设置有填充层。

采用本实用新型的优点在于：

一、本实用新型中，超声波笔发出的超声波信号通过基板正面和孔传递至超声波接收器，主要是利用超声波的衍射原理改变超声波信号的传播路径，能使超声波笔发出的超声波信号先沿基板正面传播，并在达到孔处时经过衍射改变传输路径到达声波接收器，这种方式使得基板的正面没有安装设备和部件，基板的正面整洁美观，既有利于超声波信号的稳定传播和书写笔迹的精确判定，又能达到基板纯平和零边框的目的。

二、本实用新型中，超声波笔手写时，压感信号的传输可以采取有线传输和红外线传输两种方式，具有适用范围广、传输速度快和稳定性的优点，能够满足不同用户的需要。特别是采用红外线传输时，由于红外发射单元为360方向发射红外线，因此也能够与有线传输一样保证压感信号的稳定传输和即时传输。

三、本实用新型中，孔与基板正面的连接处圆滑过渡，孔与基板正面的连接处圆滑过渡，该结构有利于降低超声波在传播过程中的损耗。

四、本实用新型中，当孔为小孔时，如果小孔的内径小于0.1mm，将不利于超声波信号的引导，而如果小孔的内径大于4mm，首先导致经小孔到达接收器的超声波信号的信噪比很低，不满足使用要求，其次也不利于防尘防水，因此，将小孔的内径设置为0.1—4mm，既有利于超声波信号的稳定传输和超声波信号的准确接收，又具有较好的防尘和防水效果。而当孔为大孔时，超声波接收器固定在设置有衍射层的大孔内，这样的设置方式既具有较好的防尘和防水效果，又具有制造优势，即具有便于快速开孔的优点。另外，超声波接收器固定在孔内的结构，还能够进一步降低基板的整体厚度。

五、本实用新型中，通过大孔内的填充层能够提高整个手写输入装置的防尘防水效果。

六、本实用新型中，超声波笔的悬浮高度能够达到30cm，有利用引导人们快速且精确地书写。

附图说明

图1为实施例1的整体结构示意图；

图2为实施例1中基板的结构示意图；

图3为实施例1中超声波笔的结构示意图；

图4为实施例1中超声波信号传播的原理图；

图5为实施例2的整体结构示意图；

图6为实施例2中超声波笔的结构示意图；

图7为实施例4的结构示意图；

图中的标记为：1、基板，2、超声波笔，3、超声波接收器，4、孔，5、背面，6、正面，7、信号线，8、主控制器单元，9、压感单元，10、超声波发射单元，11、从控制器单元，12、红外发射单元，13、笔头，14、笔壳，15、笔尖，16、衍射层，17、填充层，18、超声波信号线。

具体实施方式

实施例1

一种超声波笔手写输入装置，包括基板1、主控制器单元8、超声波笔2和至少两个超声波接收器3，所述的超声波接收器3与主控制器单元8连接，所述基板1上开设有用于改变超声波信号传播路径的孔4，所述的超声波接收器3固定设置在基板1背面5；所述超声波笔2包括笔壳14、压感单元9、笔尖15和超声波发射单元10，所述压感单元9和超声波发射单元10均设置在笔壳14内，且压感单元9和超声波发射单元10均通过信号线16与主控制器单元8连接，所述笔尖15的一端与压感单元9连接，另一端伸出笔壳14，手写时，超声波笔2内的超声波发射单元10发出的超声波信号通过基板1正面6和孔4改变传播路径后传递至超声波接收器3，超声波接收器3再将接收到的超声波信息传递给主控制器单元8。

本实施例中，所述超声波接收器3固定在基板1背面5的孔4旁，一个超声波接收器3对应至少一个孔4。

本实施例中，所述超声波笔2还包括螺固在笔壳14端部的笔头13，所述笔尖15的端部伸出笔头13。

本实施例中，压感单元9使手写笔迹显示出笔锋，显示笔迹的粗细，手写时所使用力度的强弱与笔迹显示的圆润相关。

本实施例中，所述超声波发射单元10为圆柱状结构的超声波发生器，该圆柱状的超声波发生器设置在笔壳14内，能够360度方向发射超声波。

本实施例中，所述基板1背面5设置有安装槽，所述的超声波接收器3固定在安装槽内，

本实施例中，所述孔4为内径为2mm的圆形小孔，且当圆形小孔的内径为2mm时，超声波频率为680khz。

本实施例的实施原理为：首先由主控制器单元8向超声波笔2发出电信号，通知超声波笔2的超声波发射单元10发出超声波信号，超声波发射单元10发出超声波信号经小孔衍射改变传播路径后传递至超声波接收器3，主控制器单元8将发出电信号的时间作为计算距离的第一时间基准；当主控制器单元8接收到来自超声波接收器3的超声波信号时，将接收到该超声波信号的时间作为计算距离的第二时间基准，主控制器单元8将第二时间基准和第一时间基准做时间差运算，其值则为超声波从发射到接收的经过时间，根据已知的超声波速度，即可分别计算出超声波发射点到至少超声波接收器3的距离，再根据三点定位原理确定超声波笔2对应悬浮在基板1上的坐标，此时超声波笔2与基板1未接触，超声波笔2悬浮于基板1上，超声波笔2发出的超声波信号在基板1正面6形成光标指引点，基板1上无手写笔迹；当超声波笔2在基板1上手写时，笔尖15与基板1接触并产生压感信号，主控制器单元8接收到压感信号后，控制超声波笔2在基板1上显示手写笔迹。

实施例2

一种超声波笔手写输入装置，包括基板1、主控制器单元8、超声波笔2和至少两个超声波接收器3，所述超声波笔2包括笔壳14、压感单元9、笔尖15、超声波发射单元10、从控制器单元11和红外发射单元12，所述压感单元9、超声波发射单元10、红外发射单元12和从控制器单元11均设置在笔壳14内，所述超声波发射单元10、红外发射单元12和压感单元9均与从控制器单元11连接，所述笔尖15的一端与压感单元9连接，另一端伸出笔壳14；所述基板1上设置有与主控制器单元8连接的红外接收单元；所述的超声波接收器3与主控制器单元8连接，所述基板1上开设有用于改变超声波信号传播路径的孔4，所述的超声波接收器3固定设置在基板1背面5，所述基板1上设置有与主控制器单元8连接的红外接收单元，所述红外接收单元设置在基板1背面5；手写时，超声波笔2内的超声波发射单元10发出的超声波信号通过基板1正面6和孔4改变传播路径后传递至超声波接收器3，超声波接收器3再将接收到的超声波信息传递给主控制器单元8。

本实施例中，所述红外发射单元12包括多个沿笔尖15方向发射红外线的红外发射管，所述的多个红外发射管呈环状设置在笔壳14内，且多个红外发射管均并联在从控制器单元11上。这样，红外发射单元12能够360度方向发射红外线时，从而保证压感信号能够快速稳定地传递至主控制器单元8。

本实施例中，所述超声波笔2还包括螺固在笔壳14端部的笔头13，所述笔尖15的端部伸出笔头13。进一步的，沿笔头13向笔壳14另一端的方向，超声波发射单元10、红外发射单元12、压感单元9和从控制器单元11依次设置在笔壳14内。

进一步的，所述笔壳14内设置有电池，所述笔壳14端部设置有笔帽。

本实施例中，所述孔4为内径为0.1mm的圆形小孔，且当圆形小孔的内径为0.1mm时，超声波频率为3400khz。

本实施例的实施原理为：首先由从控制器单元11控制红外发射单元12和超声波发射单元10发射信号，超声波发射单元10发出超声波信号经小孔衍射改变传播路径后传递至超声波接收器3，再由超声波接收器3传递至主控制器单元11，由于红外线的传播速度远无大于声波的传播速度，因此主控制器单元8先于接收超声波信号之前接收红外线信号，分别将主控制器单元8接收到红外线信号和接收到超声波信号的时间作为计算距离的第一时间基准和第二时间基准，主控制器单元8将第二时间基准和第一时间基准做时间差运算，其值则为超声波从发射到接收的经过时间，根据已知的超声波速度，即可分别计算出超声波发射点到至少超声波接收器3的距离，再根据三点定位原理确定超声波笔2对应悬浮在基板1上的坐标，此时超声波笔2与基板1未接触，超声波笔2悬浮于基板1上，超声波笔2发出的超声波信号在基板1正面6形成光标指引点，基板1上无手写笔迹。当超声波笔2在基板1上手写时，笔尖15与基板1接触并产生压感信号，主控制器单元8接收到压感信号后，控制超声波笔2在基板1上显示手写笔迹。

实施例3

一种超声波笔手写输入装置，包括基板1、主控制器单元8、超声波笔2和至少两个超声波接收器3，所述的超声波接收器3与主控制器单元8连接，所述基板1上开设有用于改变超声波信号传播路径的孔4，所述孔4的一端位于基板1背面5，另一端位于基板1正面6，且孔4与基板1正面6的连接处圆滑过渡；所述的超声波接收器3固定设置在基板1背面5，手写时，超声波笔2发出的超声波信号通过基板1正面6和孔4改变传播路径后传递至超声波接收器3。

本实施例中，所述孔4为内径为4mm的圆形小孔，且当圆形小孔的内径为4mm时，超声波频率为85khz。

实施例4

一种超声波笔手写输入装置，包括基板1、主控制器单元8、超声波笔2和至少两个超声波接收器3，所述的超声波接收器3与主控制器单元8连接，所述基板1上开设有用于改变超声波信号传播路径的孔4，所述孔4为内径大于4mm的大孔，所述超声波接收器3固定在大孔内，且在大孔内设置有由微孔材料制成的衍射层16；手写时，超声波笔2发出的超声波信号通过基板1正面6和大孔中的衍射层16衍射改变传播路径后传递至超声波接收器3。其中，微孔材料为钢质材料、塑料或其它材料，制成的衍射层16上均匀开设有若干与超声波频率适配的微孔，满足超声波信号的衍射要求。

本实施例中，所述超声波接收器3焊接固定在大孔内，且为了进一步提高防尘和防水效果，大孔内还设置有由粘胶填充的填充层17。

本实施例中，所述的大孔优选设置为圆孔，但也可以设为方孔或三角形孔等。

Claims (7)

1.一种超声波笔手写输入装置，其特征在于：包括基板（1）、主控制器单元（8）、超声波笔（2）和至少两个超声波接收器（3），所述的超声波接收器（3）与主控制器单元（8）连接，所述基板（1）上开设有孔（4），所述的超声波接收器（3）固定设置在基板（1）上；手写时，超声波笔（2）发出的超声波信号通过基板（1）正面（6）和孔（4）传递至超声波接收器（3）。

2.如权利要求1所述的一种超声波笔手写输入装置，其特征在于：所述超声波笔（2）包括笔壳（14）、压感单元（9）、笔尖（15）和超声波发射单元（10），所述压感单元（9）和超声波发射单元（10）均设置在笔壳（14）内，且压感单元（9）和超声波发射单元（10）均通过信号线（16）与主控制器单元（8）连接，所述笔尖（15）的一端与压感单元（9）连接，另一端伸出笔壳（14），工作时，压感单元（9）通过笔尖（15）与基板（1）配合产生压感信号。

3.如权利要求1所述的一种超声波笔手写输入装置，其特征在于：所述超声波笔（2）包括笔壳（14）、压感单元（9）、笔尖（15）、超声波发射单元（10）、从控制器单元（11）和红外发射单元（12），所述压感单元（9）、超声波发射单元（10）、红外发射单元（12）和从控制器单元（11）均设置在笔壳（14）内，所述超声波发射单元（10）、红外发射单元（12）和压感单元（9）均与从控制器单元（11）连接，所述笔尖（15）的一端与压感单元（9）连接，另一端伸出笔壳（14）；所述基板（1）上设置有与主控制器单元（8）连接的红外接收单元，工作时，压感单元（9）通过笔尖（15）与基板（1）配合产生压感信号，从控制器单元（11）通过红外发射单元（12）和红外接收单元将压感信号传递给主控制器单元（8）。

4.如权利要求3所述的一种超声波笔手写输入装置，其特征在于：所述红外发射单元（12）包括多个沿笔尖（15）方向发射红外线的红外发射管，所述的多个红外发射管呈环状设置在笔壳（14）内，用于360度方向发射红外线。

5.如权利要求1—3中任一项所述的一种超声波笔手写输入装置，其特征在于：所述孔（4）与基板（1）正面（6）的连接处圆滑过渡。

6.如权利要求1—3中任一项所述的一种超声波笔手写输入装置，其特征在于：所述孔（4）为内径为0.1—4mm的小孔或内径大于4mm的大孔，为小孔时，超声波接收器（3）固定在基板（1）背面；为大孔时，超声波接收器（3）固定在大孔内，且在大孔内设置有由微孔材料制成的衍射层（16）。

7.如权利要求6所述的一种超声波笔手写输入装置，其特征在于：所述大孔内还设置有填充层（17）。