CN2614356Y - 光电输入笔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于计算机设备的手持式笔状定位的光电输入笔。它主要是在所述的壳体内或旁设有压力传感器，其端部附近设有光源和光学移动传感器，在所述移动传感器前方设有光学透镜。因此，本实用新型具有结构合理，使用方便，既可用人们习惯的手写方式输入文字和定位，又能在可选范围较大的平面内随意使用，也没有拖一根电缆连线所带来的不便等特点。

Description

光电输入笔

技术领域

本实用新型涉及一种计算机设备的输入装置，尤其是涉及一种用于计算机设备的手持式笔状定位光电输入笔，它可直接在普通物体的表面(桌面，书本的纸面甚至荧屏的表面等)上移动定位并将笔的移动及状态信息通过笔上的无线发射器或通用串行接口等输入至计算机。

背景技术

目前的手持式定位输入装置主要机械式输入笔。例如，一种名为“接触式输入笔”(96108214.3)，能改变其长度和直径。输入笔的外径能扩大以确保输入字符和图表时易于握住。接触式输入笔由笔体部分、笔尾柄头部分、手握部分和头部组成。笔体部分有通孔沿其轴线延伸，笔体部分的前端渐缩。笔尾柄头部分的柄头有滑笔轴可滑动插入笔体部分的通孔中。手握部分由多个可在笔体部分的渐缩部分和笔尖上滑动的夹头状元件组成。头部固定在笔体部分的前端。滑笔部分通过操纵柄头可移动，将笔头夹持部分的头部覆盖住。又如，一种“计算机手写输入笔”(00204195.2)它的外壳为长筒形，鼠标右键开关在外壳的侧面，鼠标左键开关在外壳底部，该开关的外触压点露出外壳，外壳有与外相通的纵向腔，该腔内有滚球壳，滚球壳顶与纵向腔间有压缩弹簧，纵向腔侧有限位钉，鼠标滚球和鼠标滚球方向信号传动机构在滚球壳底，发光二极管和光敏三极管在光栅轮的两侧。

在此基础上，还有各种有线和无线的鼠标器(如光电式，触摸板式)，以及手写板输入笔，摇杆式手柄，轨迹球等。其中，手写板输入笔在功能上可以代替其它几种装置，还可配合手写体识别软件和作图软件实现各种文字或图形输入，但必须配置一块内设有位置和压力传感器的专用的书写板方可工作，不能如同人们习惯用的鼠标器那样，随意在桌面上滑动即可完成定位等工作。

发明内容

本实用新型主要是解决现有手写板使用的不便和鼠标器功能的局限等各自的缺点，创造性地将两者综合成一体。进而提供一种无线的光电输入笔，不需专用手写板，只需以书写姿势将笔尖靠近或接触普通桌面或其它能使其发挥作用的物体表面移动，即可定位屏幕光标，配合手写体识别软件输入文字和图形，同时在被书写的物体表面不留痕迹。

本实用新型同时还解决现有技术存在拖一根电缆连线所带来的诸多不便等技术问题。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：它在所述的壳体内或旁设有压力传感器，其端部附近设有光源和光学移动传感器，在所述移动传感器前方设有光学透镜。其中，所述的光学移动传感器可由光学影像摄取系统及对影像进行分析处理和输出的数字信号处理器封装组成的光学移动感应器，再配合以光学镜头和发光二极管。其工作原理是，由发光二极管照亮笔尖前方物体表面，反射光经镜头到光学影像摄取系统获得物体表面图像，数字信号处理器以高速(每秒几百到几千次)对图像进行比较处理，分析出表面相对运动的方向和距离，再以数字信号输出.这类传感器及技术已成熟地运用于多款光学鼠标的产品上，元器件的封装组合形式经改进后更适合在输入笔上使用。另外，所述的外围控制器用于数据传输及控制，也可以是一个单片微处理器。外围控制器将笔尖压力传感器，光学移动传感器输出的数据以及为某些使用功能而设的按钮开关的状态输出作为输入，进行综合的编码处理后输出到无线数据传输接口或通用的串行数据接口，并对一些功能部件进行控制。

作为优选，所述壳体前端中央区附近设有所述光学移动传感器；在所述光学移动传感器旁设有笔尖，在笔尖的内端设有与外围控制器相连的压力传感器；所述的光源为发光二极管，其前端设有聚光镜，一旁设有反光镜；并在所述的压力传感器附近设有复位体。也可以在所述壳体外设有笔身，所述的笔尖设置于壳体的最前端，所述的光学透镜设于其内侧，在光学透镜的后侧设有光学移动传感器；并在设有外围控制器的所述壳体的后端与笔身之间设置有压力传感器；所述的光源为发光二极管，其前端设有聚光镜，一旁设有反光镜；并在所述的压力传感器附近设有复位体；所述的笔尖与所述的壳体固定成一体。或者，所述的壳体后端设置有与之相连的笔身构成，所述的笔尖设置于壳体的最前端，所述的光学透镜设于其内侧，在光学透镜的后侧设有光学移动传感器；并在所述前壳体与设有外围控制器的笔身之间设置有压力传感器；所述的光源为发光二极管，其前端设有聚光镜，一旁设有反光镜；并在所述的压力传感器附近设有复位体；所述的笔尖与所述的壳体固定成一体。

作为优选，所述的笔身轴线后倾，与所述光学移动传感器的光学孔的轴线之间的夹角为20°-40°；所述的笔尖处于偏离笔身轴线的上侧。即笔尖可位于笔体前端的一侧而不是中心，而该侧的方向代表了定位平面坐标既屏幕表面坐标的Y轴正向。

作为优选，所述的光学透镜经螺旋调节器固定于壳体的下端部；在所述光学移动传感器与光学透镜之间设置有弹性层，其上设有光学孔。本实用新型可通过减小光孔，增强光照或延长焦距(物距)，使本光电输入笔即使距离物体表面较远时，仍然能清晰、快速、准确地将文字或图案等信息录入。

作为优选，所述的压力传感器触发时，所述光学移动传感器前的光学透镜与物体表面间的距离为1.5mm-4.5mm。

作为优选，所述的笔身的上部开设有窗口，其内设有与红外光脉冲信号发生器相连的红外线发光二极管；并在所述笔身的尾端设有按键式电源开关。

作为优选，所述壳体或笔身的上部内置有与无线信号发生器相连的无线天线；并在所述笔身的尾端设有按键式电源开关。无线数据接口可采用目前使用的各种成熟的技术，协议和器件，典型的是红外线接口技术，或者也可以是蓝牙(Bluetooth)协议的无线传输技术。与无线输入笔交换数据的另一端无线数据接口作为单独的模块连接在使用该输入笔的计算机的通用接口上，或者嵌入在计算机内。

作为优选，在所述笔尾端带有备用串行连接插口，连接于外围控制器的串行信号输出端口。这时，本实用新型即成为一种采用有线连接的光电输入笔。

手持光电输入笔，使位于其前端的笔尖接触到物体的表面，起动接触压力传感器，使开关接通，输出有效信号到控制电路以表明输入笔处于笔尖接触物体表面的状态，反之是悬空状态。若要表现出输入的线条粗细或手写体笔划的特征时，接触式开关可以用一个压力传感器及其放大采样模数转换电路组件代替，笔尖的压力可以被量化输出到外围控制器。

在该笔的前端可设有一个窗口，其后装有光学移动传感器，将对准笔前端有效感应距离内的物体平面的相对移动转化为数字信号输出到数据传输控制电路，该传感器的输出与笔尖是否悬空无关。

因此，本实用新型具有结构合理，使用方便，既可用人们习惯的手写方式输入文字和定位，又能在可选范围较大的平面内随意使用，也没有拖一根电缆连线所带来的不便等特点。

附图说明

附图1是本实用新型的一种结构剖视图；

附图2是本实用新型的另一种结构剖视图；

附图3是本实用新型的第三种结构剖视图；

附图4是本实用新型的一种电路原理图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：无线输入笔的结构如附图1所示，表明了各部件主要的安装连接关系。其中：1—笔尖；2—压力传感器可采用簧片接触式微动开关，笔尖可沿轴向适当移动，并顶在微动开关的活动触点一端，微动开关平时在簧片弹力作用下处于断开状态，开关的动作行程和弹力应尽量的小，以适应人手书写时落笔的感觉习惯，本实施例就由上述两部件简单地组成笔尖压力传感器；3—无线输入笔外壳；4—光学移动感应器的示意图，现成的产品可用美国Aglent Technologies公司的ADNS-2620光学鼠标感应器，其内部包含一个影像获取系统(IAS)，一个数字信号处理器(DSP)，和一个双引脚的串行接口，该光学传感器能以每秒钟2300祯的速率摄取并处理影像，分辨率为400CPI，8脚DIP封装，该传感器的光学孔在集成封装的下面，本实施例使用中将其引脚都向上反转安装在小转接电路板上，以增加传感器下的空间；5—光学透镜；6—光源可采用发光二极管，用以照射光学传感器对着的物体表面；7—聚光镜；8—反射镜，也可以使用棱镜结构，将发光二极管发出并聚焦后的光线以合适角度投射到光学移动传感器对着的物体表面，笔壳前端笔尖旁是为光学传感器开的窗口；9—外围控制器，连接了上述各传感器并装有数据传输控制接口；10—电路板，安装有外围控制器(电路的其它器件未标示出来)；11—红外线发光二极管，将数据以红外线光脉冲的形式辐射出去；12—笔壳上开的红外线窗口；13—电池电源；14—电源开关，15—物体表面；16—螺丝，微调光学镜头与传感器距离用，围绕光学镜头分布，图中只标出一个，为此，移动传感器上可使用弹性材料构成光学孔径。18-串行连接插口1。通常，可在光学移动传感器4旁设有光源6前端设有聚光镜7并在其旁的壳体3之下端部设有反射镜8；在光学移动传感器4的前端带有弹性层20，其上设有光学孔21，并制成一体。在笔尖1的内侧通过螺丝16将光学透镜5调节并固定于光学移动传感器4的光学孔21前端。上述结构也可以整体制成。例如，可将反射镜8和聚光镜7制在一个棱镜上。

实施例2：由于活动式的笔尖1在作用于笔尖压力传感器时有移动行程，可能对景深较小的移动传感器的有效感应有不利影响，本实用新型还可采用笔尖相对传感器固定的套管式结构：笔尖1仅是笔外壳3前端的一个凸起部分，带有固定笔尖的外壳前端装有光学移动传感器4，其内部设有外围控制器9及电路板10，手握持的笔身31套于外壳3，二者之间可沿轴向相对滑动，并用带簧片的卡销17限定滑动范围，笔尖压力传感器2置于外壳3的尾端，其旁设有串行连接插口18和按键式的电源开关14(参见附图2)。

实施例3：所述外壳3还可采用如附图3所示的较短结构，其内部只装有光学移动传感器4及其组合，电路板10及其它器件在供握持用的笔身31内，光学移动传感器芯片引脚通过软电缆或电刷方式连到笔身31内的电路板上，其中，笔尖1与外壳3做成一体，压力传感器2固定于笔身31内，并与外壳3尾端机械相接。附图2和附图3的其余编号说明与附图1相同，笔尖接触物体表面15后，使壳体3朝笔身内收缩，引起压力传感器2受压输出信号，但此时光学移动传感器4与物体表面15的距离却不再变化，可将此距离置于最有效的景深范围之内，也可调整在有效景深范围边缘，以尽量加大笔尖与物体表面的有效感应距离。

无论采用哪种结构，当光学移动传感器以最有效方式感应物体表面，即光学孔中心轴线与物体表面垂直时，笔身被设计成与物体表面不垂直，与物体表面垂直线成大约30°夹角，偏离方向与笔尖偏离轴心的方向相反。

光电输入笔的一个电路原理如附图4所示。光学移动传感器4采用ADNS-2620型号的芯片，该芯片是Aglent Technologies公司生产的光学鼠标传感器，它处理经光源6通过透镜7聚光照亮的物体表面图像，分析出表面移动状态，将结果由串口信号SDIO输出。外围控制器9是CYPRESS公司的带USB及PS/2接口的器件(型号为CY7C63743-PC)，将光学移动传感器4输出的数据及笔尖压力传感器2的状态按无线传输的协议编码后输出，经电流驱动后由红外线发光二极管11发出信号。本电路具有省电功能，当光学移动传感器没有移动感应时会通过“LED_CNTL”引脚控制减少光源6的工作电流。以上电路在无线工作时由电池电源13提供工作电流。当使用者将串行数据电缆接插到笔上端备用的串行连接插口18(通常用USB接口)时，电源由USB接口引入，同时外围控制器9经P0端口的“P0.1”引脚判端是外接引入电源时，就停止由“P1.2”端向无线接口发送数据而由“D+”，“D-”向USB接口发送。附图4中还标出了无线接收端的电路示意，无线数据经红外接收器放大接收后输出到控制器IC3(用CY7C63723-PC)，由其上的USB端口与计算机通信，这样无线输入笔的输入数据可作为一个USB鼠标的输入在计算机上利用现成的软件进行处理，完成定位，作图等操作。

光电输入笔使用工作过程是：当手握着笔使笔尖1端接近到物体表面15一定距离，使光学移动传感器4能有效感应工作(经过适当的设计如适当减小光学传感器光学孔的直径，加大光源6(发光二极管)的发射功率，微调光学透镜5到光学移动传感器4的距离主要是减小该距离，会损失一些分辨率，但光学传感器的有效景深得以增加，在笔尖外伸部分长度够短时感应距离可以足够大使得笔尖不需接触物体表面)，此时移动无线光电输入笔，移动信息经光学移动传感器感应，和笔尖状态以及笔上其它功能按钮开关的状态输出一起被外围控制器按通信协议编码后传给无线接口，接口电路将信号驱动后发送给接收端输入计算机，软件(包括驱动程序、操作系统及应用程序)就可以确定屏幕上光标的移动位置和其它动作了。当向物体表面15按下笔尖1，笔尖压力传感器2变化的状态被计算机收到，软件结合位置移动的信息，就可将其作为文字笔划，图形线条的输入或者点击选中动作来处理。

Claims (10)

1.一种光电输入笔，包括壳体，以及内置的外围控制器，其特征是在所述的壳体(3)内或旁设有压力传感器(2)，其端部附近设有光源(6)和光学移动传感器(4)，在所述移动传感器(4)前方设有光学透镜(5)。

2.根据权利要求1所述的光电输入笔，其特征在于所述壳体(3)前端中央区附近设有所述光学移动传感器(4)；在所述光学移动传感器(4)旁设有笔尖(1)，在笔尖(1)的内端设有与外围控制器(9)相连的压力传感器(2)；所述的光源(6)为发光二极管，其前端设有聚光镜(7)，一旁设有反光镜(8)；并在所述的压力传感器(2)附近设有复位体。

3.根据权利要求1所述的光电输入笔，其特征是在所述壳体(3)外设有笔身(31)，所述的笔尖(1)设置于壳体的最前端，所述的光学透镜(5)设于其内侧，在光学透镜(5)的后侧设有光学移动传感器(4)；并在设有外围控制器(9)的所述壳体的后端与笔身(31)之间设置有压力传感器(2)；所述的光源(6)为发光二极管，其前端设有聚光镜(7)，一旁设有反光镜(8)；并在所述的压力传感器(2)附近设有复位体；所述的笔尖(1)与所述的壳体(3)固定成一体。

4.根据权利要求1所述的光电输入笔，其特征在于所述的壳体(3)后端设置有与之相连的笔身(31)构成，所述的笔尖设置于壳体的最前端，所述的光学透镜(5)设于其内侧，在光学透镜(5)的后侧设有光学移动传感器(4)；并在所述前壳体与内置有外围控制器(9)的笔身(31)之间设置有压力传感器(2)；所述的光源(6)为发光二极管，其前端设有聚光镜(7)，一旁设有反光镜(8)；并在所述的压力传感器(2)附近设有复位体；所述的笔尖(1)与所述的壳体(3)固定成一体。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的光电输入笔，其特征在于所述的笔身轴线后倾，与所述光学移动传感器(4)的光学孔的轴线之间的夹角为20°-40°；所述的笔尖(1)处于偏离笔身轴线的上侧。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的光电输入笔，其特征在于所述的光学透镜(5)经螺旋调节器(16)固定于壳体的下端部；在所述光学移动传感器(4)与光学透镜(5)之间设置有弹性层(20)，其上设有光学孔(21)。

7.根据权利要求1或2或3或4所述的光电输入笔，其特征在于所述的压力传感器(2)触发时，所述光学移动传感器(4)前的光学透镜(5)与物体表面间的距离为1.5mm-4.5mm。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的光电输入笔，其特征在于所述的笔身的上部开设有窗口(12)，其内设有与红外光脉冲信号发生器相连的红外线发光二极管(11)；并在所述笔身的尾端设有按键式电源开关(14)。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的光电输入笔，其特征在于所述壳体(3)或笔身(31)的上部内置有与无线信号发生器相连的无线天线；并在所述笔身的尾端设有按键式电源开关(14)。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的光电输入笔，其特征是在所述笔尾端带有备用串行连接插口(18)，连接于外围控制器(9)的串行信号输出端口。

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