CN102314260A - 光学式输入装置及具有该光学式输入装置的显示*** - Google Patents

Abstract

光学式输入装置及具有该光学式输入装置的显示***。本发明的光学式输入装置包含一光源、一力感测器、及一控制器。力感测器用以感测施加于光学式输入装置的一顶端的力并产生对应所感测的力的第一感测信号。控制器电性地连接至光源及力感测器，用以接收第一感测信号，且根据一预定协议而控制光源产生响应第一感测信号的光脉冲。

Description

光学式输入装置及具有该光学式输入装置的显示***

技术领域

本发明涉及一种输入装置，尤其涉及一种能够与电子装置进行光学通信的输入装置。

背景技术

目前，触控面板已作为许多电子装置的输入装置，其可根据工作原理而分为电阻式触控面板、电容式触控面板、超音波式触控面板、及红外线式触控面板等。图1显示已知红外线式触控面板，可用以检测一物体在一特定区域内的一位置。电子装置10包含显示面板20、多个红外线接收装置30及32、红外线发射装置40。红外线接收装置30及32及红外线发射装置40系设置于面板20的周围。当手指或其他物体60放置于显示面板20的特定位置时，由红外线发射装置40所发射的光将由物体60所反射。因此，红外线接收装置30及32可感测由物体60所反射的来自不同角度的光。红外线接收装置30及32可将所接收到的光转换为电子信号，并接着将电子信号传递至处理器50。处理器50将这些电子信号相互关联后产生物体60在显示面板20上的X及Y坐标。简言之，物体60的坐标可通过分析由红外线接收装置30及32所接收的光而获得。接着，处理器50传送这些坐标至其内建的一操作***，以例如将一游标放置于显示面板20上对应X及Y坐标的位置。

然而，虽然可以直接以手指或其他物体60在显示面板20上绘图，但除了X及Y坐标之外，手指或物体60无法传递其他信息给操作***。因此，许多绘图属性(例如线宽、颜色、及旋转角度)必须通过按钮或其他使用者接口进行设定。换句话说，使用者需要以不自然的方式与电子装置沟通，而无法以艺术方式与绘图应用程序互动，其创作过程也将受到阻碍。

因此，有必要提供一种输入装置，供使用者在与触控面板通信的过程中能有较佳掌制。

发明内容

鉴于先前技术所存在的问题，本发明提供了一种光学式输入装置，供使用者能够在绘图过程中控制各种绘图表示的属性，例如线宽、颜色密度、颜色选择、刷型、旋转角度、及其类似者。

根据本发明的一方面，提供了一种光学式输入装置。光学式输入装置包含一光源、一力感测器、及一控制器。力感测器用以感测施加于光学式输入装置的顶端一力，并产生对应所感测的力的一第一感测信号。控制器用以电性地连接至光源及力感测器，且用以接收第一感测信号并根据一预定协议而控制光源产生响应第一感测信号的光脉冲。

根据本发明的另一方面，提供了一种用以根据一预定协议而与一电子装置光学地通信的输入装置。电子装置安装有一绘图应用程序。输入装置包含一光源、一力感测器、以及一控制器。力感测器用以感测施加于输入装置的顶端的力，并产生对应所感测的力的第一感测信号。控制器用以电性地连接至光源及力感测器，且用以接收第一感测信号并根据预定协议而控制光源产生响应第一感测信号的光脉冲。

根据本发明的又一方面，提供了一种显示***。显示***包含一光学式输入装置以及一电子装置。光学式输入装置包含一光源、一力感测器、以及一控制器。力感测器用以感测施加于光学式输入装置的顶端的力，并产生对应所感测的力的一第一感测信号。控制器用以电性地接至光源及力感测器，且用以接收第一感测信号并根据一预定协议而控制光源产生响应第一感测信号的光脉冲。电子装置安装有一绘图应用程序，且包含一显示单元、用以接收光脉冲的一光感测器、以及一处理器。处理器电性地连接至显示单元及光感测器，且用以响应光脉冲而产生输入装置的坐标信息及绘图应用程序的一指令序列。

本发明的其他方面，部分将在后续说明中陈述，而部分可由说明中轻易得知，或可由本发明的实施例而得知。本发明的各方面将可利用后附的申请专利范围中所特别指出的元件及组合而理解并达成。需了解，前述的发明内容及下列详细说明均仅作举例之用，并非用以限制本发明。

附图说明

附图与本说明书结合并构成其一部分，用以说明本发明的实施例，且连同说明书用以解释本发明的原理。在此所述的实施例是本发明的优选实施例，然而，必须了解本发明并不限于所示的配置及元件，其中：

图1显示已知用以感测一物体的位置的红外线式触控面板；

图2为根据本发明一实施例所绘示的一显示***的整体安排的方块图；

图3为根据本发明一实施例所绘示的一附图，用以显示输出自光源的调制光的范例波形；以及

图4显示用于输入装置及电子装置间的一范例协议。

附图元件符号说明

10    电子装置

20    显示面板

30    红外线接收装置

32    红外线接收装置

40    红外线发射装置

50    处理器

60    物体

100   输入装置

105   开口

110   光源

120   控制器

130   力感测器

140   加速规

150   转仪

160   触控按钮

170   电源

180   印刷电路板

200   电子装置

210   显示单元

220   光感测器

222   光感测器

224   光感测器

230   处理器

240    绘图应用程序

245    预定程序接口

302    第一光脉冲

304    第二光脉冲

306    第三光脉冲

308    第四光脉冲

400    协议

420    同步标头

440    指令

460    数值

480    校验和

具体实施方式

本发明公开一种具有光学式输入装置，供使用者与光学式触控面板自然地互动，而不需与绘图应用程序进行额外的互动来分别通信绘图属性及坐标信息。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图2至图4的图式。然以下实施例中所述的装置、元件及方法步骤，仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。

图2为根据本发明一实施例所绘示的一显示***的方块图，其包含输入装置100及电子装置200。参考图2，输入装置100具有一笔型本体，其顶端具有一开口105。输入装置100包含光源110、控制器120、及力感测器130，其可安排于印刷电路板180或其类似物之上。电子装置200包含显示单元210、光感测器220及222、及与显示单元210、光感测器220、222电性连接的处理器230。在此实施例中，电子装置200安装有绘图应用程序240(例如Microsoft paint、Adobe photoshop、或其他类似的程序)，供使用者产生图形于显示单元210上。

输入装置100的光源110较佳为但不限于发光二极管。光源110所产生的光自开口105射出。力感测器130用以感测当输入装置100与显示单元210接触时施加于输入装置100顶端的力。力感测器130较佳系尽可能地靠近开口105而设置(但不限于此)，其可例如实施为本领域技术人员所已知的应变仪(strain gauge)或力感电阻(force-sensing resistor)。力感测器130将响应所感测力的大小而传送第一感测信号至控制器120，接着控制器120可根据来自力感测器130的第一感测信号而控制光源110所输出的光的模式。因此，施加于输入装置100顶端的力可转换为光源110所输出光的特性的变化。举例来说，在接收到第一感测信号后，控制器120响应第一感测信号而控制光源110产生光脉冲，此光脉冲的脉冲宽度、频率、或振幅将根据一预定协议(详述于后)而随第一感测信号变化。

参考图2，电子装置200可实施为传统的个人计算机、工作站、笔记型计算机、掌上型计算机、网络计算机、或其结合。显示单元210用以显示图像，其可为电浆显示面板(PDF)、液晶显示器(LCD)、或其他可显示信息的任何装置。光感测器220及222用以接收输入装置100的光源110所输出的光信号，并将所接收的光信号转换为电信号，此所输出的电信号将由处理器230所接收。光感测器220及222可设置于任何合适的位置，例如可沿显示单元210的一周围而设置、或是设置在显示单元210的其中一角落。

一般来说，光感测器220及222所接收的光信号为一调制光脉冲，其承载了坐标信息及绘图属性信息。坐标信息可包含例如光感测器220及222的光入射角度α，θ及光感测器220及222之间的距离D。处理器230可根据这些坐标信息而决定输入装置100在显示单元210上的二维坐标，此决定坐标的程序为本领域技术人员所已知，故不赘述。此外，处理器230可根据预定协议将绘图属性信息转换为指令序列。接着，指令序列及二维坐标可通过一预定程序接口245传送至绘图应用程序240。接着，对应指令序列的一图像将通过绘图应用程序240显示在显示单元210上对应处理器230所决定的二维坐标的位置。

总结来说，输入装置100的控制器120接收力感测器130所感测到的力变化，并据此而控制及调制光源110所输出的光的物理特性，以传递绘图属性信息给电子装置200。换句话说，在绘图过程中，光源110所输出的光将根据使用者施加于输入装置100的压力而持续地变化。光的变化将由设置在显示单元210周围的光感测器220及222所感测。在一实施例中，电子装置200的处理器230将所感测的光的物理特性转换为压力等级，并据此而改变产生在显示单元210上的图形的线宽(或点距、颜色密度、或其他属性)。

本发明的光感测器220及222的每一个可例如但不限于CCD感测器或CMOS感测器，且本发明不限制电子装置200所包含的光感测器的数量。举例来说，为了增进数字调制及数据传递的效能，光感测器220及222可仅用于检测物体的二维坐标，另一个额外的光感测器224则专用于绘图属性信息的通信，藉此以提高光学通信的速度。

再参考图2，为了在输入装置100及电子装置200间传递更多的绘图属性信息(例如颜色选择、刷型等等)，输入装置100可还包含加速规140、回转仪150、及多个触控按钮160，用以提供额外的参数供输入装置100与电子装置200进行通信。控制器120接收来自加速规140、回转仪150、及触控按钮160的信号，并接着对光源110所输出的光进行对应的数字调制。输入装置100还包含设置于印刷电路板180的电源170，用以提供所需电源给前述各种组件，这些组件可通过例如总线(图未示)而彼此电性耦合。

加速规140及回转仪150为各种能够感测输入装置100的径向或角运动的已知动作感测器。加速规140可感测输入装置100的各种动作并产生对应所感测动作的第二感测信号至控制器120。举例来说，如果加速规140感测到输入装置100静止不动的时间超过一预定临界值，则控制器120将从全功率模式转换为省电模式。一旦加速规140感测到输入装置100有动作产生，控制器120将从省电模式切换为全功率模式。全功率模式与省电模式之间的转换可通过已知的时钟控制电路(图未示)而实现。在一实施例中，使用者可通过多重、快速的挥动动作而快速地重设输入装置100的所有绘图属性(例如颜色、刷型等等)为原始内定值。

回转仪150可用以感测输入装置100的倾斜及旋转角度，并产生对应所感测结果的第三感测信号至控制器120。在一实施例中，所感测到的倾斜角可与绘图应用程序240的平刷选择属性结合，例如可在显示单元210上产生平刷线条或模拟书法笔迹。此外，代表所感测到的旋转的信息可传递至绘图应用程序240，以模拟旋转笔刷的绘图效果而产生较宽的笔画。应注意的是，上述用以控制绘图属性的指令可先暂缓传递，直到输入装置100与电子装置200接触且能够传送光学信号至光感测器220及222才开始进行传递。

使用者在绘图过程中，可利用触控按钮160控制或设定各种绘图属性。触控按钮160的数量一般为3个，但不以此为限。触控按钮160设置于输入装置100的一侧，较佳系设置于使用者手指可轻松触及之处，使得使用者可依所需轻易地改变各种绘图属性。使用者可通过触控按钮160输入多个第四感测信号至控制器120。一般来说，触控按钮160可设定为对应任何想要的绘图属性，例如刷型或色彩(例如红、绿、蓝或黄、青(cyan)、洋红(magenta))的选择。在另一实施例中，使用者可选择哪个按钮要控制哪种属性，举例来说，使用者可利用输入装置100的驱动器或软件应用程序(一般安装于电子装置200中)来设定按钮的功能分配。驱动器或软件应用程序可先将预定协议转化为所指派的绘图属性，再呼叫绘图应用240中对应此属性的相关指令。

图3为根据本发明一实施例所绘示的一附图，显示输出自光源110的调制光信号的范例波形。一般而言，控制器120可通过根据预定协议所产生的脉冲驱动信号而控制光源110的开关状态，也可通过改变通过光源110的电流或电压而控制输出光的强度，如此便可产生各种不同模式的光脉冲。在图3所示的实施例中，第一光脉冲302、第二光脉冲304、第三光脉冲306、及第四光脉冲308各自代表不同的绘图属性信息，其各自的经过时间T1-T4、脉冲宽度D1-D4、循环周期B1-B4、及振幅A1-A2可根据预定协议而随上述各种感测信号不同而有不同。换句话说，可通过改变光脉冲的一或多物理特性而将各种绘图属性信息编码至光信号中。

如前所述，可建立一预定协议以定义输入装置100与电子装置200间的数据传输。图4显示定义了光信号与绘图属性之间关系的一范例协议400，其可用以通过光学通信的方式将各种绘图相关指令从输入装置100传送至电子装置200。在此实施例中，协议400包含一同步标头420、一指令部分440、一数值部分460、及一校验和480。为了简化传递绘图相关指令所需的数字调制，可使用具有固定长度的协议，但可变长度的协议亦适用于本发明。一般来说，同步标头420的长度需够长，使电子装置200能够注意到将要进行绘图指令的传送，并建立计时时钟，以取样数字光调制。接着，协议400的指令部分440接在同步标头420之后传送。指令部分440的长度根据所要传送的绘图属性的可能数量而预先设定。接着，传送与指令部分440相关的数值部分460。数值部分460的长度根据所有绘图属性的最大可能数值而预先设定。最后，传送校验和480以确保通信过程中数据的完整性。

协议可由处理器230解码，使得光的数字调制可转换为用以设定绘图应用程序240的各种绘图属性的指令序列。接着，通过所定义的应用程序接面245，将指令序列与输入装置100的二维坐标传递至绘图应用程序240。

前述有关输入装置100及电子装置200的各种组件及其安排仅为例示性的说明，输入装置100和/或电子装置200也可包含其他组件，例如存储器单元，用以存储数字数据和/或存储用以控制装置或处理数据的各式软件。在另一实施例中，输入装置100可具有两光源，其分别设置于输入装置100的相对两端，其中一光源用以针对绘图功能而发射具有第一波长的光线，而另一光源用以针对抹除功能而发射具有第二波长的光线。

当使用者将手掌放在显示面板上时，已知的光学式触控面板装置具有操作上困难。本发明的光学式输入装置可解决此问题。因为本发明的光学式输入装置可发射出光线，因此光感测器可只寻找输入装置所射出的光线，而不需进行任何其他的接触检测(如手掌对显示面板的按压)。换句话说，由于本发明的输入装置具有光源，因此电子装置可轻易地区别本发明的输入装置与其他被动元件(如手指)。此外，本发明的光学式输入装置与电子装置间的沟通可只仅通过光线来进行，亦即，可仅通过光学式输入装置所产生的光线来与电子装置通信，而不需通过其他额外的通信组件或连结。因此，本发明可显着地降低光学式输入装置及整体显示***的成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所附权利要求书要求保护的范围内。

Claims (20)

1.一种光学式输入装置，包含：

一光源；

一力感测器，用以感测施加于该光学式输入装置的一顶端的力，并产生对应所感测的该力的一第一感测信号；以及

一控制器，用以电性地连接至该光源及该力感测器，该控制器用以接收该第一感测信号，且根据一预定协议而控制该光源产生响应该第一感测信号的光脉冲。

2.如权利要求1所述的光学式输入装置，其中该控制器通过交替地开启及关闭该光源而控制该光源产生该光脉冲。

3.如权利要求2所述的光学式输入装置，其中该控制器进一步通过改变通过该光源的电流或电压而控制该光脉冲的振幅。

4.如权利要求1所述的光学式输入装置，其中该力感测器为一应变仪或一力感电阻。

5.如权利要求1所述的光学式输入装置，还包含一加速规，用以量测该光学式输入装置的一加速度及产生对应该加速度的一第二感测信号至该控制器，其中该控制器根据该预定协议而响应该第二感测信号控制该光源的输出。

6.如权利要求1所述的光学式输入装置，还包含一回转仪，用以量测该光学式输入装置的一角速度，并产生对应该角速度的一第三感测信号至该控制器，其中该控制器根据该预定协议而响应该第三感测信号控制该光源的输出。

7.如权利要求1所述的光学式输入装置，还包含多个按钮，供一使用者输入多个第四感测信号至该控制器，其中该控制器根据该预定协议而响应该第四感测信号控制该光源的输出。

8.如权利要求1所述的光学式输入装置，其中该光源发射具有一第一波长的光，且其中该光学式输入装置还包含一额外光源，用以发射具有不同于该第一波长的一第二波长的光。

9.一种输入装置，用以根据一预定协议而与一电子装置光学地通信，该电子装置安装有一绘图应用程序，该输入装置包含：

一光源；

一力感测器，用以感测施加于该输入装置的一顶端的一力，并产生对应所感测的该力的第一感测信号；以及

一控制器，用以电性地连接至该光源及该力感测器，该控制器接收该第一感测信号，且根据该预定协议而控制该光源产生响应该第一感测信号的光脉冲。

10.如权利要求9所述的输入装置，其中该控制器通过交替地开启及关闭该光源而控制该光源产生该光脉冲。

11.如权利要求10所述的输入装置，其中该控制器进一步通过改变通过该光源的电流或电压而控制该光脉冲的振幅。

12.如权利要求9所述的输入装置，还包含用以提供一或多个感测信号至该控制器的一加速规、一回转仪、及多个按钮，其中该控制器根据该预定协议而响应该一或多个感测信号控制该光源的输出。

13.如权利要求9所述的输入装置，其中该预定协议定义该绘图应用程序及该光脉冲的物理特性间的关系。

14.一种显示***，包含：

一光学式输入装置，包含：

一光源；

一力感测器，用以感测施加于该光学式输入装置的一顶端的一力，并产生对应所感测的该力的一第一感测信号；以及

一控制器，用以电性地接至该光源及该力感测器，该控制器用以接收该第一感测信号，且根据一预定协议而控制该光源产生响应该第一感测信号的光脉冲；以及

一电子装置，安装有一绘图应用程序，包含：

一显示单元；

一光感测器，用以接收该光脉冲；以及

一处理器，电性地连接至该显示单元及该光感测器，该处理器响应该光脉冲而产生该光学式输入装置的一坐标及该绘图应用程序的一指令序列。

15.如权利要求14所述的显示***，其中该绘图应用程序根据该指令序列及该坐标而产生要显示于该显示单元的显示信息。

16.如权利要求14所述的显示***，其中该光感测器将所接收的该光脉冲转换为电子信号，且该处理器接收该电子信号并根据该预定协议将该电子信号转换该指令序列。

17.如权利要求14所述的显示***，其中该指令序列用以设定该绘图应用程序的绘图属性，且该绘图属性包含线宽、颜色选择、颜色密度、点尺寸、刷型、旋转角度、及其结合。

18.如权利要求17所述的显示***，其中该预定协议定义该绘图应用程序及该光脉冲的物理特性间的关系。

19.如权利要求14所述的显示***，其中该光学式输入装置还包含用以提供一或多个感测信号至该控制器的一加速规、一回转仪、及多个按钮，其中该控制器根据该预定协议而响应该一或多个感测信号控制该光源的输出。

20.如权利要求17所述的显示***，该控制器通过交替地开启及关闭该光源以及通过改变通过该光源的电流或电压而控制该光源产生该光脉冲。

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