CN103729094A - 与检测发光触控笔的位置有关的方法和装置 - Google Patents

Abstract

显示器包括具有侧缘和相对表面的透光平坦元件。多个光传感器沿着此平坦元件的至少两个侧缘布置。这些光传感器被布置为检测通过在上述相对表面上内部反射而在透光平坦元件中移动的光。控制电路通过使用多个光传感器来检测来自发光触控笔的光，以检测发光触控笔相对于显示器的位置，该光经由上述内部反射而在透光平坦元件中移动。根据一个方案，将透光平坦元件的侧缘相对于上述相对表面以除了直角之外的角度倾斜。

Description

与检测发光触控笔的位置有关的方法和装置

技术领域

本公开涉及被配置为经由触控笔来接收输入的显示器。

背景技术

很多电子设备(包括便携式电子设备)被配置为:至少部分经由显示器来接收用户输入。例如，为了表达选择、输入信息等，触敏显示器提供了让用户用手指轻击或挥击显示器表面的方式。

在这些相同方面中，很多设备被配置为特别地利用手持触控笔进行工作(要么替代上文要么与其组合)。例如，一些显示器包括沿显示器的边缘布置的多个发光发射机/接收机对。通过确定触控笔在何处中断对应光束之一，设备可以确定触控笔的当前位置，并相应利用此位置信息。

不幸的是，这种方案可以耗费相当多的用于给发光发射机供电的功率。进而，此功耗可以导致便携式电子设备的电池寿命缩短。为了避免此特定问题，已知在任意一个时间仅使用发射机中的一些(从而以顺序方式有效地扫描触控笔尖)。然而，此解决方案可以导致增加与确定当前触控笔位置和触控笔移动有关的处理延迟。进而，此延迟可以导致电子墨水的迟延表示，导致所描绘对象的不完全呈现等等。

US2010/171717公开了光学交互面板，该光学交互面板包括:覆层、第一波导阵列、第二波导阵列、第一图像传感器集合以及第二图像传感器集合。该覆层具有第一折射率。该第一波导阵列具有在该覆层上形成的第一波导通道，其中，该第一波导通道具有比该第一折射率小的第二折射率，并且在第一方向上延伸。该第二波导阵列具有在该覆层上形成的并且在第二方问上延伸的第二波导通道。该第一图像传感器集合检测来自第一波导通道的第一光信号集合，以确定第一方向位置。该第二图像传感器集合检测来自第二波导通道的第二光信号集合，以确定第二方向位置。

U52009/322677公开了用于非接触式坐标输入***的导光板、包括该导光板的***、以及使用该导光板的非接触式坐标输入方法。更具体地，本发明涉及用于非接触式坐标输入***的导光板，该导光板消除了传统接触式坐标输入***通过直接接触来输入坐标的不便，并可以尽可能地减少传感器的使用和光损耗。本发明还涉及:包括该导光板的***以及使用该导光板的非接触式坐标输入方法。

在独立权利要求中阐述了本发明，并且在从属于这些独立权利要求的权利要求中阐述了一些可选特征。

附图说明

图1是根据本公开的框图。

图2是根据本公开的斜视图。

图3是根据本公开的侧面示意图。

图4是根据本公开的流程图。

图5是根据本公开的侧面示意图。

具体实施方式

下文描述与显示器有关的装置和方法，该显示器具有透光平坦元件，该透光平坦元件具有侧缘和相对表面(例如，相对的顶表面和底表面)。多个光传感器沿着透光平坦元件的至少两个侧缘布置。这些光传感器被布置为:对通过在上述相对表面上内部反射而在透光平坦元件中移动的光进行检测。控制电路用于通过以下方式检测发光触控笔相对于显示器的位置:使用此多个光传感器来检测来自发光触控笔的光，该光经由上述内部反射而在透光平坦元件中移动。

根据一个方案，将具有多个光传感器的至少两个侧缘布置为至少实质上彼此正交。如果需要，透光平坦元件可以包括具有四个侧缘的实质矩形的组件。在这种情况下，且根据一个方案，四个侧缘中每个侧缘可以被配置为具有多个这种光传感器。

根据一个方案，透光平坦元件的侧缘相对于上述相对表面以除直角之外的角度倾斜。这种配置对避免由于来自透光平坦元件的相对侧缘的光束的内部反射而引起的干扰特别有用。

按照这种配置，可以容易地检测并使用触控笔的位置，而不需要显示设备自身发出任何光来影响这种检测。因此，这些教导允许以高度节约能量的方式实现可靠的触控笔位置检测。进而，这些节约允许根据需要在所有时间使用全部光传感器，这可以降低延迟问题。

在实践中，这些教导是高度灵活的，并且将适用于例如各种显示器外形尺寸以及由各种材料构成的显示器屏幕。这些教导还是相当可扩缩的，并将适于使用在大小方面各式各样的显示器。

为了说明的简洁和清楚，可以在附图中重复附图标记以指示对应的或类似的元件。阐述很多细节以提供对本文所描述的实施例的理解。可以在不需要这些细节的情况下实现各实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程和组件，以免使所描述的实施例不突出。说明书不被认为是限制了本文描述的实施例的范围。

图1示出了至少部分与这些教导相符的装置100的说明性示例。本装置100(其可以包括电子设备，例如(但不限于)便携式电子设备(例如，所谓的智能电话、平板式计算机等))包括至少一个显示器101。此显示器101可以被配置为:如果需要，仅与对应触控笔共同工作。通常来说，触控笔一般是手持书写工具，通常(但非排他性的)具有类铅笔的细长的外形尺寸，且包括至少一个尖端，该尖端被配置为与绘画/书写表面相交互。使用触控笔作为显示器的输入机制提供了与指尖相比的各种优点，包括:提高精度的机会以及与用户自己过去使用铅笔或钢笔的经历一致的表达形式。

然而，如果需要，这些教导还可以应用于还被配置为检测用户的指尖或除触控笔之外的对象的显示器101。在这些方面中存在各种机制和方案，包括现有技术中众所周知的领域。因此，为了简洁，在这些方面中将不提供进一步阐述。

此显示器101至少部分包括透光平坦元件。根据需要，此透光平坦元件可以由各种任意材料构成，例如(但不限于)玻璃以及任意各种塑料。通常来说，对于大多数应用设置，此材料应当是高度透明的而不是仅半透明的。

此透光平坦元件具有侧缘102，侧缘102形成透光平坦元件边界的至少一部分。在此情况下，透光平坦元件具有矩形形状，并因此具有四个侧缘102。按照此配置，相邻的侧缘102被布置为实质上彼此垂直。这虽然是有用的外形尺寸，将理解:透光平坦元件的其他形状也可以用于满足给定应用设置的特定需求。

透光平坦元件还具有两个相对表面，即，顶表面和底表面。在典型的应用设置中，其将满足这两个相对表面至少实质上彼此平行。即，可能存在另一定向可能合适的应用设置，并且本教导在这些方面不特别受到限制。

此装置100还包括多个光传感器，该多个光传感器沿着透光平坦元件的至少两个侧缘102布置。作为示例且不意在对这些方面进行任何特定限制，在所示示例中，第一多个光传感器103沿着透光平坦元件的第一侧缘布置，并且第二多个光传感器104沿着透光平坦元件的相邻侧缘布置。然而，如果需要，其他光传感器可以沿着剩余侧缘102(通常由附图标记105表示)之一或两者布置。

沿着透光平坦元件的任意特定侧缘102布置的光传感器的数目可以因为以下各项而不同:侧缘102的尺寸、期望触控笔位置分辨率等等。通常来说，任意给定侧缘102将具有至少十个这种光传感器，并可能更多。

根据一个方案，这些光传感器包括光敏有源组件，例如(但不限于)本领域已知的光敏晶体管。本领域技术人员将充分理解:这些组件很小，并且可以密集地排列为对应阵列。如果需要，这些光传感器中的至少一些可以包括红外光传感器(以及可见光传感器或除了可见光之外)。根据一个方案，所选择的红外光传感器对与日光不同频率的红外光敏感。这种方案可以有助于:即使当在直射或非直射日光下使用装置100时，也确保根据这些教导的触控笔检测可行。

暂时参考图2和3，这些教导假定使用发光触控笔201。更具体地，发光触控笔201在其笔尖处或在其笔尖中具有至少一个发光二极管，被布置和配置为发射对应光束206。如果需要，此发光触控笔201还可以包括处理器或其他选择电路以及电源，包括(但不限于)一个或更多个电池或其他便携式电源(例如，电感启动电源(inductively-enabledpower supplies))。这些元件在本领域中是常用的并是众所周知的，因此在这里不需要进一步阐述。

这种触控笔201可以稳定地发射此波束206(要么在不中断的情况下实际发射，要么作为周期脉冲序列)，或仅响应于特定用户指令(例如，当用户在触控笔201上触动按钮(未示出)用于开/关波束和/或用于改变波束206的强度)。

在进入显示器101的透光平坦元件时，这种波束206将分为一定数目的波束(为了简洁，在附图中未示出所有这些波束)，该一定数目的波束包括第一波束202和第二波束204，可以由沿着透光平坦元件的一个侧缘102的一个或多个光传感器203检测第一波束202，并且可以由沿着透光平坦元件的另一侧缘102的一个或多个光传感器205检测第二波束204。

然而，将理解:这些波束202和204在透光平坦元件中不以直线方式传播。而是，如图3所示并这里仅具体参考上述波束204之一，波束将通过在透光平坦元件的相对表面301和302上内部来回反射，在透光平坦元件中移动。

还将理解:每个这种波束(例如图3中所示的特定波束204)通常将具有以相反方向在透光平坦元件移动的对应波束。这种相反移动的波束可以进而最终在透光平坦元件的侧缘102上反射，并因此返回检测所关注的波束204的光传感器205。

取决于正在使用的光检测方案，此反射光可以产生不需要的干涉结果。因此，如果需要，透光平坦元件的至少某些侧缘102可以相对于上述相对表面301和302以除了直角之外的角度来倾斜。作为这些方面中的一个示例，这可以包括:将侧缘102倾斜约六十度，虽然在给定的应用设置中，各种其他倾斜角度也可以合适地工作。按照此配置，可以很大程度上或完全消除上述来自相对侧缘102的反射问题。

上述光传感器可以可操作地与控制电路106耦合，如图1所示。这种控制电路106可以包括固定用途的硬接线平台或可以包括部分或全部可编程平台。这种构架选项是在本领域中周知的并熟悉的，因此这里不需要进一步描述。

根据一个方案，此控制电路106可以包括存储器(或可以以其他方式与存储器耦合)。此存储器可以例如用于非瞬时地存储计算机指令，当控制电路106执行该计算机指令时，该计算机指令使控制电路106像本文中所描述的一样工作。(如本文所使用，此处对“非瞬时地”的引用将被理解为指代针对已存储内容的非短暂状态(并因此排除当已存储的内容仅构成信号或波)而不是存储介质自身的易失性，因此包括非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM))以及易失性存储器(例如，可擦除可编程只读存储器(EPROM))。)

本控制电路106被配置为(例如，通过使用本领域技术人员熟悉的对应编程)实现本文所描述的一个或更多个步骤、动作和/或功能。例如，此控制电路106可以被配置为方便图4所示的过程400。

参考图4和图3，控制电路106使用上述光传感器来检测来自发光触控笔201的光401，光401通过在透光平坦元件的相对表面301和302上内部反射，花显示器101的透光平坦元件中移动。然后，控制电路106使用所检测的光来检测402发光触控笔201相对于显示器101的位置。例如，如图2所示，控制电路106可以使用来自光传感器203和205的检测到的光信息，来确定触控笔201相对于显示器201的当前位置的X/Y坐标。

在触控笔201移动时，随着时间过去，可以反复使用上述过程400，以跟踪触控笔201的当前位置。例如，如图3所示，当触控笔201移动到由附图标记2OlA表示的位置时，对应所得的光束204也将按照附图标记401A指示进行移动。在这种移动影响了相对于X轴或Y轴的改变的情况下，控制电路106可以确定此改变，以保持了解触控笔201的当前位置。

如上所述，多于一个光传感器103/104可以检测到来自发光触控笔201的给定光束。这种情况可能发生，因为例如光束自身的相对宽度和/或光传感器自身的密度。这种现象不会负面影响跟踪精度。而是，这种光传感器可以向控制电路106提供关于其检测到的光的强度的信息。控制电路106进而可以使用此信息来确定所有部在接收光的多个给定光传感器中的哪个正在接收最亮的光。接收最亮的光的光传感器的位置进而可以用于识别光束的中心，并还可以用于识别触控笔201相对于特定坐标系轴的特定位置。

按照这种配置，电子设备可以容易地、高效地并可靠地检测与发光触控笔相对于显示器的当前位置相对应的光束的当前位置。当触控笔尖物理接触到上述显示器101时，上述内容当然适用。然而，这些教导还可用于:即使当触控笔与显示器101未物理接触时(例如，当用户握住触控笔悬停于显示器之上时)，也检测触控笔位置和移动。取决于给定应用设置的特性，这种输入形式是有用的。

再次参考图1，利用上述位置信息，控制电路106然后可以采取任意数目的响应动作。作为这些方面中一个可选的和说明性的示例，控制电路106可以将检测到的发光触控笔201的位置用作针对给定激活应用的输入指令。

在不脱离其实质特征的前提下，可以以其他特定形式实现本公开。作为这些方面的一个简单示例并参考图5，发光触控笔201可以包括用于帮肋引导和/或校准来自投光二极管501的光束的隧道502。在很多应用设置中，将很可能通过提供包括至少实质上平行光线的光束来增强本文所描述的功能。

作为在这些方面中的另一示例，可以修改上述显示器101以还包括发光发射机(例如，在显示器的每个角上放置发光二极管，并向内朝向显示器)。在这种情况下，上述安装在边缘的光传感器还用于检测并定位无源遮光物(例如，用户的手指)。

并且作为这些方面中的另一示例，这些教导将容易地适用于使用极化光束。在某些应用设置中，这种方案可以对例如避免由阳光引起的干扰有帮助。

所描述的实施例无论从哪一方面来看都仅被认为是说明性的，而不是限制性的。因此，本公开的范围是由所附权利要求而不是由上文所指示。在权利要求的等同意义和范围中的所有改变都被包括在权利要求的范围之中。

Claims (12)

1.一种装置，包括:

控制电路(106);

显示器(101)，与所述控制电路可操作地耦合，其中，所述显示器包括:具有侧缘(102)和相对表面(301和302)的透光平坦元件;

多个光传感器(103、104、105)，沿着所述透光平坦元件的至少两个所述侧缘布置，并被配置为:对通过在所述相对表面上内部反射而在所述透光平坦元件中移动的光进行检测;

所述控制电路被配置为通过以下方式检测发光触控笔(201)相对于所述显示器的位置:使用所述多个光传感器来检测来自所述发光触控笔的光(202和204)，所述光通过在所述相对表面上内部反射而在所述透光平坦元件中移动。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述透光平坦元件包括玻璃。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，将至少一些所述侧缘相对于所述相对表面以除了直角之外的角度倾斜。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述透光平坦元件包括四个所述侧缘，并且相邻的所述侧缘被布置为实质上彼此垂直。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，沿着全部四个所述侧缘布置所述多个光传感器。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，沿着每个所述侧缘布置至少十个所述光传感器。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个光传感器是红外光传感器。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制电路被配置为至少部分通过以下方式检测发光触控笔相对于所述显示器的位置:使用沿着单一所述侧缘布置的多个所述光传感器，所述多个所述光传感器中的每个所述光传感器检测所述光，以确定所述多个光传感器中的哪个光传感器接收到最亮的光。

9.一种方法，包括:

由与显示器(101)和多个光传感器(103、104、105)可操作地耦合的控制电路(106)来执行以下操作，所述显示器(101)包括具有侧缘(102)和相对表面(301和302)的透光平坦元件，所述多个光传感器(103、104、105)沿所述透光平坦元件的至少两个所述侧缘布置、并被配置为检测(401)通过在所述相对表面上内部反射而在所述透光平坦元件中移动的光:

通过使用所述多个光传感器来检测来自发光触控笔的光，检测(402)所述发光触控笔(201)相对于所述显示器的位置，所述光通过在所述相对表面上内部反射而在所述透光平坦元件中移动。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述光包括红外光。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述光仅包括红外光。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，通过使用所述多个光传感器来检测来自所述发光触控笔的光以检测所述发光触控笔相对于所述显示器的位置包括:使用沿着单一所述侧缘布置的多个所述光传感器，所述多个光传感器中的每个光传感器检测所述光，以确定所述多个光传感器中哪个光传感器接收到最亮的光。

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