Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät, insbesondere ein stiftförmiges optisches Eingabegerät.The invention relates to an input device, in particular a pin-shaped optical input device.
Stand der TechnikState of the art
Computer ist ein unentbehrliches Werkzeug im Alltagleben der modernen Leute. Durch ein Eingabegerät, wie Maus, Touchpad oder Trackball, kann der Cursor des Computers bewegt werden, um Befehle in die Benutzerschnittstelle des Computers einzugeben. Damit die optische Maus neben der Cursorbewegung und Klickfunktion/Datenauswahl noch eine Schreib- und Unterstreichfunktion besitzt, wurde optischer Stift oder stiftförmige optische Maus entwickelt.Computer is an indispensable tool in the everyday life of modern people. An input device, such as a mouse, touchpad, or trackball, allows the computer's cursor to be moved to enter commands into the user interface of the computer. So that the optical mouse in addition to the cursor movement and click function / data selection still has a write and underline function, optical pen or pen-shaped optical mouse has been developed.
Aus US 6,151,015 ist eine optische Maus bekannt, in der Leuchtdiode oder Laserdiode, Lichtsensor und Linse vorgesehen sind. Die Leuchtdiode sendet einen Lichtstrahl auf die Arbeitsfläche aus, wodurch ein Reflexionslicht erzeugt wird, das von dem Lichtsensor erfasst wird, der das Licht abbildet und ein entsprechendes Steuersignal an den Computer sendet. Bei der Bewegung der optischen Maus wird die Lichtveränderung abgebildet. Der Mikroprozessor in der Maus wertet die Bilder aus, wodurch die Bewegungsrichtung und die Bewegungsstrecke des Cursors errechnet werden kann, so dass der Cursor positioniert werden kann.Out US 6,151,015 An optical mouse is known in which light emitting diode or laser diode, light sensor and lens are provided. The light emitting diode emits a beam of light on the work surface, thereby producing a reflection light which is detected by the light sensor, which images the light and sends a corresponding control signal to the computer. During the movement of the optical mouse, the light change is imaged. The mouse microprocessor evaluates the images, allowing the cursor's direction of movement and travel to be calculated so that the cursor can be positioned.
Bei dieser optischen Maus verläuft die Linse parallel zu dem Lichtsensor, d. h. die optische Achse der Linse ist parallel zu der Normale des Lichtsensors. Wenn der Benutzer die stiftförmige optische Maus wie Schreibstift greift, neigt sich die optische Achse der Linse zu der Arbeitsfläche, wodurch der Objektabstand zwischen der Linse und der Arbeitsfläche verändert wird (verlängert oder verkürzt).In this optical mouse, the lens is parallel to the light sensor, i. H. the optical axis of the lens is parallel to the normal of the light sensor. When the user grips the pen-shaped optical mouse such as pen, the optical axis of the lens inclines toward the work surface, thereby changing the object distance between the lens and the work surface (extended or shortened).
Da die Brennweite der Linse und der Erfassungsbereich des Lichtsensors festgelegt sind, kann das Abbildungsbereich der Linse aus dem Erfassungsbereich des Lichtsensors austreten, wenn der Objektabstand zwischen der Linse und der Arbeitsfläche verändert wird. Dadurch kann das Reflexionslicht nicht vollständig von dem Lichtsensor abgebildet werden kann, wodurch das von dem Lichtsensor erzeugte Bild eine niedrige Qualität hat, so dass der Cursor nicht richtig positioniert werden kann.Since the focal length of the lens and the detection range of the light sensor are fixed, the imaging range of the lens may leak out of the detection range of the light sensor when the object distance between the lens and the work surface is changed. As a result, the reflection light can not be completely imaged by the light sensor, whereby the image produced by the light sensor has a low quality, so that the cursor can not be correctly positioned.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stiftförmiges optisches Eingabegerät zu schaffen, das es vermeiden kann, dass das Abbildungsbereich des Reflexionslichts aus dem Erfassungsbereich des Lichtsensors austritt, wenn sich die optische Achse gegenüber der Arbeitsfläche neigt und der Objektabstand zwischen der Linse und der Arbeitsfläche verändert wird, damit die Abbildungsqualität nicht reduziert wird.The invention has for its object to provide a pin-shaped optical input device, which can avoid that the imaging region of the reflection light emerges from the detection range of the light sensor when the optical axis is inclined to the work surface and the object distance between the lens and the work surface changes so that the image quality is not reduced.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße stiftförmige optische Eingabegerät gelöst, das umfasst: einen Hauptkörper, eine Lichtquelle, die im Hauptkörper angeordnet ist und ein Licht aus dem Hauptkörper ausstrahlt, wodurch ein Reflexionslicht erzeugt wird; eine Lichtsensoreinheit, die im Hauptkörper angeordnet ist und das Reflexionslicht aufnimmt; und eine Linse, die im Hauptkörper angeordnet ist und das Reflexionslicht auf die Lichtsensoreinheit brecht. Die Lichtsensoreinheit weist an der der Linse zugewandten Seite eine Lichtaufnahmefläche auf, wobei sich die Normale der Lichtaufnahmefläche gegenüber der optischen Achse der Linse neigt und mit der optischen Achse einen ersten Winkel einschließt, der proportional zu dem Vergrößerungsverhältnis der Linse ist.This object is achieved by the pen-type optical input device according to the present invention comprising: a main body, a light source disposed in the main body and emitting a light from the main body, thereby generating a reflection light; a light sensor unit disposed in the main body and receiving the reflection light; and a lens disposed in the main body and breaking the reflection light on the light sensor unit. The light sensor unit has a light receiving surface on the side facing the lens, the normal of the light receiving surface being inclined with respect to the optical axis of the lens and including with the optical axis a first angle which is proportional to the magnification ratio of the lens.
Diese Aufgabe wird weiter durch das erfindungsgemäße stiftförmige optische Eingabegerät gelöst, das umfasst: einen Hauptkörper; und ein optisches Modul, das im Hauptkörper angeordnet ist, gegenüber dem Hauptkörper geschwenkt und/oder in der Axialrichtung des Hauptkörpers verschoben werden kann und eine Lichtquelle, eine Lichtsensoreinheit und eine Linse enthält, wobei die Lichtsensoreinheit an der der Linse zugewandten Seite eine Lichtaufnahmefläche aufweist. Die Normale der Lichtaufnahmefläche neigt sich gegenüber der optischen Achse der Linse und schließt mit der optischen Achse einen ersten Winkel ein, der proportional zu dem Vergrößerungsverhältnis der Linse ist.This object is further achieved by the pen-type optical input device according to the present invention comprising: a main body; and an optical module disposed in the main body, pivoted with respect to the main body and / or displaceable in the axial direction of the main body and including a light source, a light sensor unit and a lens, the light sensor unit having a light receiving surface on the side facing the lens. The normal of the light receiving surface tilts with respect to the optical axis of the lens and includes a first angle with the optical axis that is proportional to the magnification ratio of the lens.
Beim erfindungsgemäßen stiftförmigen optischen Eingabegerät sind im Hauptkörper die Lichtquelle, die Linse und die Lichtsensoreinheit angeordnet. Die Normale der Lichtaufnahmefläche des Lichtsensors der Lichtsensoreinheit neigt sich gegenüber der optischen Achse der Linse, wodurch der Erfassungsbereich des Lichtsensors vergrößert wird. Wenn sich die optische Achse gegenüber der Arbeitsfläche neigt und der Objektabstand zwischen der Linse und der Arbeitsfläche verändert wird, kann der Winkel zwischen der Normale der Lichtaufnahmefläche und der optischen Achse den Neigungswinkel zwischen der optischen Achse und der Normale der Arbeitsfläche ausgleichen, wodurch das Reflexionslicht vollständig von der Linse in den Erfassungsbereich des Lichtsensors gebrochen wird, so dass eine gute Abbildungsqualität erreicht wird.In the pen-shaped optical input device according to the invention, the light source, the lens and the light sensor unit are arranged in the main body. The normal of the light receiving surface of the light sensor of the light sensor unit inclines with respect to the optical axis of the lens, thereby increasing the detection range of the light sensor. When the optical axis is tilted with respect to the work surface and the object distance between the lens and the work surface is changed, the angle between the normal of the light receiving surface and the optical axis can equalize the inclination angle between the optical axis and the normal of the work surface, whereby the reflection light is completed is refracted by the lens in the detection range of the light sensor, so that a good image quality is achieved.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
1 eine perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, 1 a perspective view of the first embodiment of the invention,
2 eine Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, 2 a sectional view of the first embodiment of the invention,
3 eine Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung beim Einsatz, 3 a sectional view of the first embodiment of the invention in use,
4 eine perspektivische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, 4 a perspective view of the second embodiment of the invention,
5 eine Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, 5 a sectional view of the second embodiment of the invention,
6 eine Darstellung und der Verschiebung des optischen Moduls in der Axialrichtung des Hauptkörpers, 6 a representation and the displacement of the optical module in the axial direction of the main body,
7 eine Darstellung der Schwenkung des optischen Moduls gegenüber dem Hauptkörper, 7 a representation of the pivoting of the optical module relative to the main body,
8 eine Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung beim Einsatz, 8th a sectional view of the second embodiment of the invention in use,
9 eine Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, 9 a sectional view of the third embodiment of the invention,
10 eine Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung beim Einsatz, 10 a sectional view of the third embodiment of the invention in use,
11 eine Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit dem Gehäuse. 11 a sectional view of the third embodiment of the invention with the housing.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Die 1 und 2 zeigen das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen stiftförmigen optischen Eingabegeräts 10, das einen Hauptkörper 110, eine Lichtquelle 120, eine Linse 130 und eine Lichtsensoreinheit 140 umfasst. Der Hauptkörper 110 ist hohlzylinderförmig ausgebildet und hat die Form von einem Schreibstift. Der Hauptkörper 110 weist ein erstes Ende 111 und ein zweites Ende 112 auf. Das zweite Ende 112 besitzt eine Öffnung 113. Die Lichtquelle 120, die Linse 130 und die Lichtsensoreinheit 140 sind im Hauptkörper 110 nahe an dem zweiten Ende 112 angeordnet. Die Lichtquelle 120 kann durch Leuchtdiode gebildet sein. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Sie kann auch durch einen Leuchtkörper gebildet sein, der ein orientiertes Licht erzeugt, wie Laserdiode. Die Linse 130 und die Lichtsensoreinheit 140 sind entsprechend der Öffnung 113 angeordnet. Die Linse 130 befindet sich zwischen der Lichtsensoreinheit 140 und der Öffnung 113. Die Linse 130 kann eine bikonvexe, bikonkave oder konkavkonvexe Linse sein. Die Linse 130 besitzt eine optische Achse 131, die parallel zu der Mittelachse des Hauptkörpers 110. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel fällt die optische Achse 131 mit der Mittelachse des Hauptkörpers 110 zusammen. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt.The 1 and 2 show the first embodiment of the pen-shaped optical input device according to the invention 10 that has a main body 110 , a light source 120 , a lens 130 and a light sensor unit 140 includes. The main body 110 is hollow cylindrical and has the shape of a pen. The main body 110 has a first end 111 and a second end 112 on. The second end 112 has an opening 113 , The light source 120 , the Lens 130 and the light sensor unit 140 are in the main body 110 close to the second end 112 arranged. The light source 120 can be formed by light emitting diode. However, the invention is not limited thereto. It can also be formed by a luminous body, which generates an oriented light, such as laser diode. The Lens 130 and the light sensor unit 140 are according to the opening 113 arranged. The Lens 130 is located between the light sensor unit 140 and the opening 113 , The Lens 130 may be a biconvex, biconcave or concave-convex lens. The Lens 130 has an optical axis 131 parallel to the central axis of the main body 110 , In the present embodiment, the optical axis falls 131 with the central axis of the main body 110 together. However, the invention is not limited thereto.
Die Lichtsensoreinheit 140 enthält eine Schaltungsplatte 141 und einen Lichtsensor 142, der auf der Schaltungsplatte 141 angeordnet ist. Der Lichtsensor 142 kann CCD- oder CMOS-Sensor sein. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Der Lichtsensor 142 weist an der der Linse zugewandten Seite eine Lichtaufnahmefläche 1421 auf. Die Normale 143 der Lichtaufnahmefläche 1421 (gestrichelte Vertikallinie der Lichtaufnahmefläche 1421) neigt sich gegenüber der optischen Achse 131 der Linse 130 (die Verbindungslinie der Mittelpunkte der vorderen und hinteren Oberfläche der Linse 130) und schließt mit der optischen Achse 131 einen Winkel θ1. Der Winkel θ1 ist proportional zu dem Vergrößerungsverhältnis der Linse 130. Die Lichtsensoreinheit 140 ist entsprechend der gewählten Linse 130 in dem stiftförmigen optischen Eingabegerät 10 angeordnet. Z. B. wenn die Linse 130 das Objekt um das 1-fache vergrößert, beträgt der Winkel θ1 über 30°. Wenn die Linse 130 das Bild unter das 1-fache vergrößert, liegt der Winkel θ1 zwischen 10° und 30°. wenn die Linse 130 das Bild über das 1-fache vergrößert, liegt der Winkel θ1 zwischen 30° und 50°.The light sensor unit 140 contains a circuit board 141 and a light sensor 142 on the circuit board 141 is arranged. The light sensor 142 can be CCD or CMOS sensor. However, the invention is not limited thereto. The light sensor 142 has a light receiving surface on the side facing the lens 1421 on. The normals 143 the light receiving surface 1421 (Dashed vertical line of the light receiving surface 1421 ) tilts towards the optical axis 131 the lens 130 (The connecting line of the centers of the front and back surfaces of the lens 130 ) and closes with the optical axis 131 an angle θ 1 . The angle θ 1 is proportional to the magnification ratio of the lens 130 , The light sensor unit 140 is according to the selected lens 130 in the pen-shaped optical input device 10 arranged. For example, if the lens 130 the object is increased by a factor of 1 , the angle θ 1 is over 30 °. If the lens 130 If the image is magnified by 1 times, the angle θ 1 is between 10 ° and 30 °. if the lens 130 If the image is magnified 1-fold, the angle θ 1 is between 30 ° and 50 °.
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, wenn das stiftförmige optische Eingabegerät 10 vertikal zu der Arbeitsfläche 20 ist (Tischfläche oder Mausunterlage), verläuft die optische Achse 131 der Linse 130 parallel zu der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 (gestrichelte Vertikallinie der Arbeitsfläche 20). Die Lichtquelle 120 strahlt ein Licht durch die Öffnung 120 aus dem Hauptkörper 110 aus, das auf die Arbeitsfläche 20 auftrifft. Die Arbeitsfläche 20 reflektiert das Licht. Das Reflexionslicht tritt durch die Öffnung 113 in den Hauptkörper 110 ein und wird von der Linse 130 auf die Lichtsensoreinheit 140 gebrochen. Der Lichtsensor 142 nimmt das Reflexionslicht auf. Da das Reflexionslicht vollständig in den Erfassungsbereich des Lichtsensors 142 eintritt, kann es vollständig von dem Lichtsensor 142 abgebildet werden, so dass ein komplettes Bild erhalten wird.Like from the 2 and 3 is apparent when the pen-shaped optical input device 10 vertical to the work surface 20 is (table surface or mouse pad), the optical axis runs 131 the lens 130 parallel to the normal 210 the work surface 20 (dashed vertical line of the work surface 20 ). The light source 120 a light shines through the opening 120 from the main body 110 out on the work surface 20 incident. The work surface 20 reflects the light. The reflection light passes through the opening 113 in the main body 110 in and out of the lens 130 on the light sensor unit 140 Broken. The light sensor 142 picks up the reflection light. Since the reflection light is completely in the detection range of the light sensor 142 enters, it can completely from the light sensor 142 be imaged so that a complete picture is obtained.
Wenn das stiftförmige optische Eingabegerät 10 gegenüber der Arbeitsfläche 20 einen Neigungswinkel hat, d. h. das stiftförmige optische Eingabegerät 10 wie Schreibstift gegriffen wird, neigt sich die Mittelachse des stiftförmigen optischen Eingabegeräts 10 gegenüber der Normale 210 der Arbeitsfläche 20, wodurch sich die optische Achse 131 der Linse 130 auch gegenüber der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 neigt und mit der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 einen Winkel θ2 einschließt, der z. B. im Bereich zwischen 10° und 50° liegt. Der Winkel θ1 zwischen der Normale 143 der Lichtaufnahmefläche 1421 des Lichtsensors 142 und der optischen Achse 131 und der Winkel θ2 zwischen der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 und der optischen Achse 131 befinden sich an der gleichen Seite der optischen Achse 131.When the pen-shaped optical input device 10 opposite the work surface 20 has a tilt angle, ie the pen-shaped optical input device 10 As stylus is gripped, the central axis of the pen-shaped optical input device tilts 10 compared to the normal 210 the work surface 20 , which causes the optical axis 131 the lens 130 also compared to the normal 210 the work surface 20 tends and with the normal 210 the work surface 20 includes an angle θ 2 , the z. B. is in the range between 10 ° and 50 °. The angle θ 1 between the normal 143 the light receiving surface 1421 of the light sensor 142 and the optical axis 131 and the angle θ 2 between the normal 210 the work surface 20 and the optical axis 131 are located on the same side of the optical axis 131 ,
Im Vergleich mit der Vertikallage neigt sich die optische Achse 131 gegenüber der Normale 210 der Arbeitsfläche 20, wodurch der Objektabstand zwischen der Linse 130 und der Arbeitsfläche 20 verändert wird, so dass der Abbildungsbereich des Erfassungslichts vergrößert wird. Da sich die Normale 143 der Lichtaufnahmefläche 1421 des Lichtsensors 142 auch gegenüber der optischen Achse 131 neigt, wird der Erfassungsbereich des Lichtsensors 142 für die Linse 130 auch vergrößert. Durch den Winkel θ1 zwischen der Normale 143 der Lichtaufnahmefläche 1421 des Lichtsensors 142 und der optischen Achse 131 wird der Winkel Θ2 zwischen der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 und der optischen Achse 131 ausgeglichen, so dass das Reflexionslicht von der Linse 130 vollständig auf den Lichtsensor 142 gebrochen werden kann. Dadurch kann es vermieden werden, dass das Abbildungsbereich des Reflexionslichts aus dem Erfassungsbereich des Lichtsensors 142 austritt, was zu einer schlechten Abbildungsqualität führen kann.In comparison with the vertical position, the optical axis tilts 131 compared to the normal 210 the work surface 20 , whereby the object distance between the lens 130 and the work surface 20 is changed, so that the imaging range of the detection light is increased. Because the normal 143 the light receiving surface 1421 of the light sensor 142 also opposite the optical axis 131 tends to be the detection range of the light sensor 142 for the lens 130 also enlarged. By the angle θ 1 between the normal 143 the light receiving surface 1421 of the light sensor 142 and the optical axis 131 becomes the angle Θ 2 between the normal 210 the work surface 20 and the optical axis 131 balanced, so that the reflection light from the lens 130 completely on the light sensor 142 can be broken. Thereby, it can be avoided that the imaging range of the reflection light from the detection range of the light sensor 142 leaks, which can lead to poor image quality.
Beim erfindungsgemäßem stiftförmigen optischen Eingabegerät 10 können die Lichtquelle 120, die Linse 130 und die Lichtsensoreinheit 140 neben einer starren Anordnung auch wie in den 4 und 5 gegenüber dem Hauptkörper 110 beweglich angeordnet sein.When inventive pin-shaped optical input device 10 can the light source 120 , the Lens 130 and the light sensor unit 140 in addition to a rigid arrangement as well as in the 4 and 5 opposite the main body 110 be arranged movably.
Die 4 und 5 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen stiftförmigen optischen Eingabegeräts 10, das einen Hauptkörper 110 und ein optisches Modul 150 umfasst. Der Hauptkörper 110 ist hohlzylinderförmig ausgebildet und hat die Form von einem Schreibstift. Der Hauptkörper 110 weist ein erstes Ende 111 und ein zweites Ende 112 auf. Das zweite Ende 112 besitzt eine Öffnung 113. Das zweite Ende 112 besitzt weiter an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils zwei Längsschlitze 114, 114' und zwei Querschlitze 115, die mit dem Innenraum des Hauptkörpers 110 verbunden sind. Die beiden Längsschlitze 114, 114' verlaufen parallel zu der Axialrichtung des Hauptkörpers und sind von dem zweiten Ende 112 in Richtung des ersten Endes 111 angeordnet. Die beiden Querschlitze 115 verlaufen vertikal zu den beiden Längsschlitzen 114, 114' und sind mit den beiden Enden des dem ersten Ende 111 zugewandten Längsschlitzes 114' verbunden.The 4 and 5 show the second embodiment of the pen-shaped optical input device according to the invention 10 that has a main body 110 and an optical module 150 includes. The main body 110 is hollow cylindrical and has the shape of a pen. The main body 110 has a first end 111 and a second end 112 on. The second end 112 has an opening 113 , The second end 112 also has two longitudinal slots on two opposite sides 114 . 114 ' and two transverse slots 115 connected to the interior of the main body 110 are connected. The two longitudinal slots 114 . 114 ' are parallel to the axial direction of the main body and are from the second end 112 towards the first end 111 arranged. The two transverse slots 115 run vertically to the two longitudinal slots 114 . 114 ' and are with the two ends of the first end 111 facing longitudinal slot 114 ' connected.
Das Lichtmodul 150 enthält ein Gehäuse 151, eine Lichtquelle 120, eine Linse 130 und eine Lichtsensoreinheit 140. Das Gehäuse 151 weist ein Paar Drehachsen 152 und Verstellstangen 153 auf, die durch die beiden Längsschlitze 114, 114' an den beiden Seiten geführt sind. Wie aus den 6 und 7 ersichtlich ist, können die Drehachse 152 und die Verstellstange 153 synchron in den Längsschlitzen 114, 114' gleiten, wodurch das Gehäuse 151 in der Axialrichtung des Hauptkörpers 110 in Richtung des ersten Endes 111 und des zweiten Endes 112 bewegt werden kann. Die Verstellstange 153 kann selektiv in die Querschlitze 115 eintreten und in der Radialrichtung des Hauptkörpers 110 gleiten, wodurch das Gehäuse 151 gegenüber dem Hauptkörper 110 geschwenkt wird. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Die Verschiebung und Schwenkung des, Gehäuses 151 gegenüber dem Hauptkörper 110 kann auch auf andere Weise erfolgen.The light module 150 contains a housing 151 , a light source 120 , a lens 130 and a light sensor unit 140 , The housing 151 has a pair of rotary axes 152 and adjustable rods 153 on, passing through the two longitudinal slots 114 . 114 ' on the two sides are led. Like from the 6 and 7 It can be seen, the axis of rotation 152 and the adjusting rod 153 synchronously in the longitudinal slots 114 . 114 ' slide, causing the housing 151 in the axial direction of the main body 110 towards the first end 111 and the second end 112 can be moved. The adjusting rod 153 can be selective in the transverse slots 115 enter and in the radial direction of the main body 110 slide, causing the housing 151 opposite the main body 110 is pivoted. However, the invention is not limited thereto. The displacement and pivoting of the, housing 151 opposite the main body 110 can also be done in other ways.
Wie weiter aus den 4 und 5 ersichtlich ist, weist das Gehäuse 151 eine Öffnung 154 auf, die mit der Öffnung 113 des Hauptkörpers 110 fluchtet. Die Lichtquelle 120 ist nahe an der Öffnung 154 des Gehäuses 151 angeordnet. Die Lichtquelle 120 kann durch Leuchtdiode gebildet sein. Sie kann auch durch einen Leuchtkörper gebildet sein, der ein orientiertes Licht erzeugt, wie Laserdiode. Die Linse 130 und die Lichtsensoreinheit 140 sind entsprechend der Öffnung 154 des Gehäuses 151 angeordnet. Die Linse 130 befindet sich zwischen der Öffnung 154 und der Lichtsensoreinheit 140. Die Linse 130 kann eine bikonvexe, bikonkave oder konkavkonvexe Linse sein. Die Linse 130 besitzt eine optische Achse 131, die mit der Mittelachse des Hauptkörpers 110 zusammenfällt.How further from the 4 and 5 it can be seen has the housing 151 an opening 154 on that with the opening 113 of the main body 110 flees. The light source 120 is close to the opening 154 of the housing 151 arranged. The light source 120 can be formed by light emitting diode. It can also be formed by a luminous body, which generates an oriented light, such as laser diode. The Lens 130 and the light sensor unit 140 are according to the opening 154 of the housing 151 arranged. The Lens 130 is located between the opening 154 and the light sensor unit 140 , The Lens 130 may be a biconvex, biconcave or concave-convex lens. The Lens 130 has an optical axis 131 aligned with the central axis of the main body 110 coincides.
Die Lichtsensoreinheit 140 enthält eine Schaltungsplatte 141 und einen Lichtsensor 142, der auf der Schaltungsplatte 141 angeordnet ist. Der Lichtsensor 142 kann CCD- oder CMOS-Sensor sein. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Der Lichtsensor 142 weist an der der Linse zugewandten Seite eine Lichtaufnahmefläche 1421 auf. Die Normale 143 der Lichtaufnahmefläche 1421 neigt sich gegenüber der optischen Achse 131 der Linse 130 und schließt mit der optischen Achse 131 einen Winkel θ1. Der Winkel θ1 ist proportional zu dem Vergrößerungsverhältnis der Linse 130. Die Lichtsensoreinheit 140 ist entsprechend der gewählten Linse 130 in dem stiftförmigen optischen Eingabegerät 10 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Linse 130 das Objekt um das 1-fache vergrößern, wobei der Winkel θ1 30° beträgt. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt.The light sensor unit 140 contains a circuit board 141 and a light sensor 142 on the circuit board 141 is arranged. The light sensor 142 can be CCD or CMOS sensor. However, the invention is not limited thereto. The light sensor 142 has a light receiving surface on the side facing the lens 1421 on. The normals 143 the light receiving surface 1421 tilts towards the optical axis 131 the lens 130 and closes with the optical axis 131 an angle θ 1 . The angle θ 1 is proportional to the magnification ratio of the lens 130 , The light sensor unit 140 is according to the selected lens 130 in the pen-shaped optical input device 10 arranged. In this embodiment, the lens 130 increase the object by a factor of 1 , wherein the angle θ 1 is 30 °. However, the invention is not limited thereto.
Wie aus den 4 und 8 ersichtlich ist, wenn das stiftförmige optische Eingabegerät 10 gegenüber der Arbeitsfläche 20 einen Neigungswinkel hat, d. h. das stiftförmige optische Eingabegerät 10 wie Schreibstift gegriffen wird, neigt sich die optische Achse 131 der Linse 130 gegenüber der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 und schließt mit der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 einen Winkel θ2 ein, der z. B. 30° beträgt. Der Winkel θ1 zwischen der Normale 143 der Lichtaufnahmefläche 1421 des Lichtsensors 142 und der optischen Achse 131 und der Winkel θ2 zwischen der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 und der optischen Achse 131 befinden sich an der gleichen Seite der optischen Achse 131. Durch den Winkel θ1 zwischen der Normale 143 der Lichtaufnahmefläche 1421 des Lichtsensors 142 und der optischen Achse 131 wird der Winkel θ2 zwischen der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 und der optischen Achse 131 ausgeglichen, so dass das Reflexionslicht von der Linse 130 vollständig auf den Lichtsensor 142 gebrochen werden kann. Daher kann eine stabile Abbildungsqualität gehalten werden.Like from the 4 and 8th is apparent when the pen-shaped optical input device 10 opposite the work surface 20 has a tilt angle, ie the pen-shaped optical input device 10 As pen is grasped, the optical axis tilts 131 the lens 130 compared to the normal 210 the work surface 20 and concludes with the normal 210 the work surface 20 an angle θ 2 , the z. B. 30 °. The angle θ 1 between the normal 143 the light receiving surface 1421 of the light sensor 142 and the optical axis 131 and the angle θ 2 between the normal 210 the work surface 20 and the optical axis 131 are located on the same side of the optical axis 131 , By the angle θ 1 between the normal 143 the light receiving surface 1421 of the light sensor 142 and the optical axis 131 becomes the angle θ 2 between the normal 210 the work surface 20 and the optical axis 131 balanced, so that the reflection light from the lens 130 completely on the light sensor 142 can be broken. Therefore, a stable imaging quality can be maintained.
Beim Einsatz des stiftförmigen optischen Eingabegeräts 10 kann der Benutzer entsprechend dem Abstand zwischen der Linse 130 und der Arbeitsfläche 20 oder dem Neigungswinkel zwischen der optischen Achse 131 der Linse 130 und der Arbeitsfläche 20 die Drehachsen 152 und die Verstellstangen 153 in den Längsschlitzen 114, 114' des Hauptkörpers verschieben (5) oder die Verstellstangen 153 in den Querschlitzen 115 des Hauptkörpers 110 verschieben (6). Durch die Verschiebung und die Schwenkung des optischen Moduls 150 gegenüber dem Hauptkörper 110 kann entsprechend dem Abstand zwischen der Linse 130 und der Arbeitsfläche 20 oder dem Neigungswinkel zwischen der optischen Achse 131 der Linse 130 und der Arbeitsfläche 20 eine Feinverstellung durchgeführt werden, wodurch das Reflexionslicht von der Linse 130 vollständig auf den Lichtsensor 142 gebrochen werden kann. Daher kann eine stabile Abbildungsqualität gehalten werden.When using the pen-shaped optical input device 10 the user can according to the distance between the lens 130 and the work surface 20 or the angle of inclination between the optical axis 131 the lens 130 and the work surface 20 the axes of rotation 152 and the adjusting rods 153 in the longitudinal slots 114 . 114 ' move the main body ( 5 ) or the adjusting rods 153 in the transverse slots 115 of the main body 110 move ( 6 ). By the displacement and the pivoting of the optical module 150 opposite the main body 110 can be according to the distance between the lens 130 and the work surface 20 or the angle of inclination between the optical axis 131 the lens 130 and the work surface 20 a fine adjustment can be performed, whereby the reflection light from the lens 130 completely on the light sensor 142 can be broken. Therefore, a stable imaging quality can be maintained.
9 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen stiftförmigen optischen Eingabegeräts 10, das einen Hauptkörper 110, eine Lichtquelle 120, eine Linse 130 und eine Lichtsensoreinheit 140 umfasst. Der Hauptkörper 110 ist hohlzylinderförmig ausgebildet und hat die Form von einem Schreibstift. Der Hauptkörper 110 weist ein erstes Ende 111 und ein zweites Ende 112 auf. Das zweite Ende 112 besitzt eine Kontaktfläche 116 und eine Öffnung 113. Die Öffnung 113 befindet sich in der Kontaktfläche 116. Die Kontaktfläche 116 bildet an der dem ersten Ende abgewandten Seite einen Auflageteil 117, der auf der Arbeitsfläche 20 aufliegen kann, wenn das stiftförmige optische Eingabegeräts 10 mit der Arbeitsfläche 20 in Kontakt steht (10). Die Mittelachse des ersten Endes 111 neigt sich gegenüber der Kontaktfläche 116 des zweiten Endes 112. 9 shows the third embodiment of the pen-shaped optical input device according to the invention 10 that has a main body 110 , a light source 120 , a lens 130 and a light sensor unit 140 includes. The main body 110 is hollow cylindrical and has the shape of a pen. The main body 110 has a first end 111 and a second end 112 on. The second end 112 has a contact surface 116 and an opening 113 , The opening 113 is located in the contact area 116 , The contact surface 116 forms on the side facing away from the first end a support part 117 on the desktop 20 can rest when the pen-shaped optical input device 10 with the work surface 20 in contact ( 10 ). The central axis of the first end 111 tilts towards the contact surface 116 the second end 112 ,
Die Lichtquelle 120 ist nahe an der Öffnung 113 des Hauptkörpers 110 angeordnet. Die Lichtquelle 120 kann durch Leuchtdiode gebildet sein. Sie kann auch durch einen Leuchtkörper gebildet sein, der ein orientiertes Licht erzeugt, wie Laserdiode. Die Linse 130 und die Lichtsensoreinheit 140 sind im zweiten Ende 112 des Hauptkörpers 110 angeordnet. Die Linse 130 befindet sich zwischen der Lichtsensoreinheit 140 und der Öffnung 113. Die Linse 130 kann eine bikonvexe, bikonkave oder konkavkonvexe Linse sein. Die Linse 130 besitzt eine optische Achse 131, die parallel zu der Mittelachse des ersten Endes 111. In diesem Ausführungsbeispiel fällt die optische Achse 131 mit der Mittelachse des ersten Endes 111 zusammen. Die Normale 118 der Kontaktfläche 116 (gestrichelte Vertikallinie der Kontaktfläche 116) neigt sich gegenüber der optischen Achse 131 und schließt mit der optischen Achse 131 einen zweiten Winkel θ4, der zwischen 10° und 50° liegt.The light source 120 is close to the opening 113 of the main body 110 arranged. The light source 120 can be formed by light emitting diode. It can also be formed by a luminous body, which generates an oriented light, such as laser diode. The Lens 130 and the light sensor unit 140 are in the second end 112 of the main body 110 arranged. The Lens 130 is located between the light sensor unit 140 and the opening 113 , The Lens 130 may be a biconvex, biconcave or concave-convex lens. The Lens 130 has an optical axis 131 parallel to the central axis of the first end 111 , In this embodiment, the optical axis falls 131 with the central axis of the first end 111 together. The normals 118 the contact surface 116 (dashed vertical line of the contact surface 116 ) tilts towards the optical axis 131 and closes with the optical axis 131 a second angle θ 4 , which is between 10 ° and 50 °.
Die Lichtsensoreinheit 140 enthält eine Schaltungsplatte 141 und einen Lichtsensor 142, der auf der Schaltungsplatte 141 angeordnet ist. Der Lichtsensor 142 kann CCD- oder CMOS-Sensor sein. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Der Lichtsensor 142 weist an der der Linse zugewandten Seite eine Lichtaufnahmefläche 1421 auf. Die Normale 143 der Lichtaufnahmefläche 1421 neigt sich zu der optischen Achse 131 der Linse 130 und schließt mit der optischen Achse 131 einen ersten Winkel θ3, der zwischen 10° und 50° liegt. Der Winkel θ3 ist proportional zu dem Vergrößerungsverhältnis der Linse 130.The light sensor unit 140 contains a circuit board 141 and a light sensor 142 on the circuit board 141 is arranged. The light sensor 142 can be CCD or CMOS sensor. However, the invention is not limited thereto. The light sensor 142 has a light receiving surface on the side facing the lens 1421 on. The normals 143 the light receiving surface 1421 tilts to the optical axis 131 the lens 130 and closes with the optical axis 131 a first angle θ 3 , which is between 10 ° and 50 °. The angle θ 3 is proportional to the magnification ratio of the lens 130 ,
Der erste Winkel θ3 und der zweite Winkel θ4 haben mit dem Vergrößerungsverhältnis der Linse 130 die folgende Beziehung: wenn die Linse 130 das Objekt um das 1-fache vergrößert, sind der erste Winkel θ3 und der zweite Winkel θ4 gleich. Wenn die Linse 130 das Bild unter das 1-fache vergrößert, ist der erste Winkel θ3 kleiner als der zweite Winkel θ4. Wenn die Linse 130 das Bild über das 1-fache vergrößert, ist der erste Winkel θ3 größer als der zweite Winkel θ4. Z. B. wenn die Linse 130 das Objekt um das 1-fache vergrößert, betragen der erste Winkel θ3 und der zweite Winkel θ4 beide 30°. Wenn die Linse 130 das Objekt um das 0,5-fache vergrößert, beträgt der zweite Winkel θ4 30° und der erste Winkel θ3 15°. In diesem Ausführungsbeispiel vergrößert die Linse 130 das Objekt um das 1-fache, wobei der erste Winkel θ3 und der zweite Winkel θ4 beide 30° betragen. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt.The first angle θ 3 and the second angle θ 4 are at the magnification ratio of the lens 130 the following relationship: when the lens 130 increases the object by a factor of 1, the first angle θ 3 and the second angle θ 4 are the same. If the lens 130 If the image is magnified by 1 times, the first angle θ 3 is smaller than the second angle θ 4 . If the lens 130 If the image is magnified over 1 times, the first angle θ 3 is larger than the second angle θ 4 . For example, if the lens 130 increases the object by a factor of 1, the first angle θ 3 and the second angle θ 4 are both 30 °. If the lens 130 increases the object by 0.5 times, the second angle θ 4 is 30 ° and the first angle θ 3 15 °. In this embodiment, the lens increases 130 the object is 1 times, the first angle θ 3 and the second angle θ 4 are both 30 °. However, the invention is not limited thereto.
Wie aus den 9 und 10 ersichtlich ist, kann der Benutzer beim Einsatz des stiftförmigen optischen Eingabegeräts 10 mit der Hand das erste Ende 111 des Hauptkörpers 110 greifen und den Auflageteil 117 des zweiten Endes 112 auf die Arbeitsfläche 20 legen. Dabei ist die Kontaktfläche 116 parallel zu der Arbeitsfläche 20. Da sich die Mittelachse des ersten Endes 11 gegenüber der Kontaktfläche 116 neigt, neigt sich das erste Ende 111 auch gegenüber der Arbeitsfläche 20, wobei der Neigungswinkel nahezu dem Neigungswinkel des Schreibstifts beim Schreiben entspricht.Like from the 9 and 10 As can be seen, the user can use the pen-shaped optical input device 10 with the hand the first end 111 of the main body 110 grab and the pad part 117 the second end 112 on the work surface 20 lay. Here is the contact surface 116 parallel to the work surface 20 , Since the central axis of the first end 11 opposite the contact surface 116 tends, the first end leans 111 also opposite the work surface 20 , wherein the inclination angle corresponds to almost the inclination angle of the pen when writing.
Beim Einsatz des stiftförmigen optischen Eingabegeräts 10 strahlt die Lichtquelle 120 ein Licht durch die Öffnung 120 auf die Arbeitsfläche 20 aus. Die Arbeitsfläche 20 reflektiert das Licht. Das Reflexionslicht tritt durch die Öffnung 113 in den Hauptkörper 110 ein und wird von der Linse 130 auf die Lichtsensoreinheit 140 gebrochen. Der Lichtsensor 142 nimmt das Reflexionslicht auf. Dabei schließt die optische Achse 131 der Linse 130 mit der Normale 118 der Kontaktfläche 116 und der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 einen gleichen Winkel ein, d. h. der zweite Winkel θ4 ist gleich wie der Winkel θ2 und der erste Winkel θ3 ist auch gleich wie der Winkel θ2. When using the pen-shaped optical input device 10 emits the light source 120 a light through the opening 120 on the work surface 20 out. The work surface 20 reflects the light. The reflection light passes through the opening 113 in the main body 110 in and out of the lens 130 on the light sensor unit 140 Broken. The light sensor 142 picks up the reflection light. The optical axis closes 131 the lens 130 with the normal 118 the contact surface 116 and the normal 210 the work surface 20 an equal angle, ie, the second angle θ 4 is the same as the angle θ 2 and the first angle θ 3 is also the same as the angle θ 2 .
Durch den ersten Winkel θ3 wird der Neigungswinkel des ersten Endes 111 gegenüber der Arbeitsfläche 20 ausgeglichen, wodurch der Erfassungsbereich des Lichtsensors 142 für die Linse 30 vergrößert wird, so dass das Reflexionslicht vollständig in den Erfassungsbereich des Lichtsensors 142 eintreten kann. Daher tritt das Reflexionslicht nicht durch die Abstandsänderung der optischen Achse 131 und der Arbeitsfläche 20 aus dem Erfassungsbereich des Lichtsensors 142 aus.By the first angle θ 3 , the inclination angle of the first end 111 opposite the work surface 20 balanced, reducing the detection range of the light sensor 142 for the lens 30 is increased, so that the reflection light completely into the detection range of the light sensor 142 can occur. Therefore, the reflection light does not pass through the distance change of the optical axis 131 and the work surface 20 from the detection range of the light sensor 142 out.
Wie im zweiten Ausführungsbeispiel des stiftförmigen optischen Eingabegeräts 10 kann im Hauptkörper 110 auch ein gegenüber dem Hauptkörper 110 verschiebbares und schwenkbares Gehäuse 151 vorgesehen sein, wie es in 11 dargestellt ist. Dabei sind die Lichtquelle 120, die Linse 130 und die Lichtsensoreinheit 140 im Gehäuse 151 angeordnet, wodurch das Gehäuse 151, die Lichtquelle 120, die Linse 130 und die Lichtsensoreinheit 140 ein Lichtmodul 150 bilden. Wenn beim Einsatz des stiftförmigen optischen Eingabegeräts 10 die Kontaktfläche 116 des Hauptkörpers 110 durch die Gewohnheit des Benutzers nicht parallel zu der Arbeitsfläche 20 verläuft (d. h. der Winkel zwischen der optischen Achse 131 und der Normale 210 der Arbeitsfläche 20 wird verändert), kann das Gehäuse 151 im Hauptkörpers 110 verschoben oder geschwenkt werden, um der Abstand zwischen der optischen Achse 131 der Linse 130 und der Arbeitsfläche 20 und/oder der Winkel zwischen der optischen Achse 131 und der Normale 210 der Arbeitsfläche zu verändern, damit der Winkel θ3 in dem Ausgleichsbereich für den Winkel θ2 gehalten wird.As in the second embodiment of the pen-shaped optical input device 10 can in the main body 110 also one opposite the main body 110 sliding and swiveling housing 151 be provided as it is in 11 is shown. Here are the light source 120 , the Lens 130 and the light sensor unit 140 in the case 151 arranged, whereby the housing 151 , the light source 120 , the Lens 130 and the light sensor unit 140 a light module 150 form. When using the pen-shaped optical input device 10 the contact surface 116 of the main body 110 by the habit of the user not parallel to the work surface 20 runs (ie the angle between the optical axis 131 and the normal 210 the work surface 20 is changed), the housing can 151 in the main body 110 be moved or tilted to the distance between the optical axis 131 the lens 130 and the work surface 20 and / or the angle between the optical axis 131 and the normal 210 of the working surface, so that the angle θ 3 is kept in the compensation range for the angle θ 2 .
Z. B. wenn der Winkel θ2 zwischen der optischen Achse 131 und der Arbeitsfläche 20 von 30° zu 35° oder 25° verändert wird, kann das Gehäuse 151 gegenüber dem Hauptkörper 110 geschwenkt werden, um den Winkel θ2 zwischen der optischen Achse 131 und der Arbeitsfläche 20 von 35° oder 25° auf 30° zu korrigieren, um das Verhältnis des Winkels θ2 und des ersten Winkels θ3 zu halten, damit das Reflexionslicht im Erfassungsbereich des Lichtsensors 142 bleibt, so dass das Reflexionslicht vollständig von dem Lichtsensor 142 abgebildet werden kann. Daher wird eine gute Abbildungsqualität erhalten.For example, if the angle θ 2 between the optical axis 131 and the work surface 20 can be changed from 30 ° to 35 ° or 25 °, the housing can 151 opposite the main body 110 be pivoted to the angle θ 2 between the optical axis 131 and the work surface 20 from 35 ° or 25 ° to 30 ° to keep the ratio of the angle θ 2 and the first angle θ 3 , so that the reflection light in the detection range of the light sensor 142 so that the reflection light is completely from the light sensor 142 can be displayed. Therefore, a good image quality is obtained.
Beim erfindungsgemäßen stiftförmigen optischen Eingabegerät sind im Hauptkörper die Lichtquelle, die Linse und die Lichtsensoreinheit angeordnet. Die Normale der Lichtaufnahmefläche des Lichtsensors der Lichtsensoreinheit neigt sich gegenüber der optischen Achse der Linse, wodurch der Erfassungsbereich des Lichtsensors vergrößert wird. Wenn der Benutzer das stiftförmige optische Eingabegerät als Schreibstift greift (schräg zur Arbeitsfläche), kann der Winkel zwischen der Normale der Lichtaufnahmefläche und der optischen Achse den Neigungswinkel zwischen der optischen Achse und der Normale der Arbeitsfläche ausgleichen, wodurch das Reflexionslicht vollständig von der Linse in den Erfassungsbereich des Lichtsensors gebrochen wird, so dass eine gute Abbildungsqualität erreicht wird.In the pen-shaped optical input device according to the invention, the light source, the lens and the light sensor unit are arranged in the main body. The normal of the light receiving surface of the light sensor of the light sensor unit inclines with respect to the optical axis of the lens, thereby increasing the detection range of the light sensor. When the user grips the pen-shaped optical input device as a writing pen (oblique to the work surface), the angle between the normal of the light-receiving surface and the optical axis can equalize the inclination angle between the optical axis and the normal of the working surface, whereby the reflection light is completely reflected from the lens into the Detection range of the light sensor is broken, so that a good image quality is achieved.
Die vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen und Modifikationen gehören zum Schutzbereich dieser Erfindung.The foregoing description represents only the preferred embodiments of the invention and is not intended to serve as a definition of the limits and scope of the invention. All equivalent changes and modifications are within the scope of this invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 6151015 [0003] US 6151015 [0003]
