CN1139869C

CN1139869C - 信息显示装置

Info

Publication number: CN1139869C
Application number: CNB981055486A
Authority: CN
Inventors: 山口伸康; 彦; 佐野聪; 津夫; 中泽文彦; 隆; 饭田安津夫; 安部文隆
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2004-02-25
Anticipated expiration: 2018-03-12
Also published as: JPH1185377A; CN1210303A; US6268868B1; EP0901065A2; EP0901065A3

Abstract

具有用来在显示屏幕10上显示信息的显示单元的一种信息显示装置，装设显示屏幕10邻域中用来在显示屏幕10上预定区域中检测由指示器指示的位置和指示器大小的一个指示器检测器，以及根据由指示器检测器检测的结果用来在显示单元的屏幕10上显示图象的图象控制单元52，其中图象控制单元52根据由指示器检测器所检测的指示器的位置和/或大小以不同方式在显示单元的显示屏幕10上显示图象。

Description

信息显示装置

技术领域

本发明涉及一种信息显示装置，该装置用于在其上由计算机***显示信息的显示单元的显示屏幕上检测指示器的指示位置和大小等，并在显示单元的显示屏幕上直接显示检测的结果，或者用于在显示屏幕上显示叠加在显示单元的显示屏幕上的检测结果。

背景技术

由于诸如个人计算机等计算机***的普及，使用人的手指或者特别的指示器通过指示由计算机***显示信息的显示单元的显示屏幕，向计算机***输入新的信息并给出各种指令的装置正在被应用。

在诸如显示在个人计算机等显示单元的显示屏幕上的信息通过触动方法输入的情形下，必须精确地检测显示屏幕上被触动的位置(检测的位置)。作为检测当作坐标面的显示屏幕上被指示的位置的一种方法，已经知道“卡罗尔(Carol)方法”(美国专利No.4,267,443)。这种方法中，通过对显示屏幕的前表面上的一帧中定位发光元素和接收光的元素，使得它们彼此面对，向显示屏幕的前表面提供一个光矩阵，并检测光被手指或笔阻挡的位置。根据这种方法，获得了高的SN(信噪)比率，于是能够向大尺寸的显示单元扩展应用，但是由于检测分辨率与发光元素和接收光的元素之间的间隔成正比，故必须使它们之间的间隔变窄以改进检测分辨率。因而，在大尺寸屏幕由诸如笔的点这样细小的东西触动的情形下，当触动的位置被精确地检测时，则引起了一个问题，即要被定位的发光元素和接收光的元素的数目变大，并且结构变得较大，于是信号处理变得复杂化。

此外，在日本专利申请公开No.57-211637(1982)中透露了另一光学位置检测方法。这一方法中，诸如激光束这样的聚焦光从显示屏幕之外斜向扫描，专用笔所处的角度是从具有反射装置的专用笔所反射的光的两个定时获得的，并且获得的角度符合三角形原理，以便通过计算检测出位置的坐标。通过这种方法，部件的数目可以大大减少，可以获得高分辨率。然而，在可操作性上有问题，诸如必须使用专用的反射笔，而且不能检测手指、任何笔等的位置。

进而，在日本专利申请公开No.62-5428(1987)中提出另一种光学位置检测方法。这一方法中，在显示屏幕的两个帧都设置了光循环反射器，对来自光循环反射器的被斜向扫描的光束的返回光进行检测，从光束被手指或笔阻挡的定时获得手指或笔的现有角度，于是根据三角形原理从获得的角度检测出位置的坐标。通过这一方法，使用少量的部件即可保持检测的精度，并还可检测手指、任何笔的位置。

作为上述装置的配合，通过使指示器在显示屏幕上运动而画出一图象的装置已经投入使用。然而，在这种传统的装置中，在画图之前必须规定要画的点的大小及线条的粗度，于是在画图期间不能改变一线条的粗度，于是只好分步改变。同样的情形适用于颜色，浓淡，亮度等等。而且为了删除曾经画出的部分，必须启动所谓删除功能。而且不能以浸墨水的书写笔那样画出图象，即不能表现出精致的浓淡色彩。

发明内容

本发明是鉴于这种原因而构造出的，并且其目的是要提供一种信息显示装置，该装置能够根据由指示器检测器检测出的指示器的尺寸在显示屏幕上画出各种图象，并能够根据指示器的运动速度、运动方向等在显示屏幕上画出各种图象。

本发明提供一种信息显示装置，包括：

用于在显示屏幕上显示信息的显示单元；

用于当所述指示器在所述显示屏幕上预定的区域内指示时检测指示器的位置和大小的指示器检测器；以及

用于根据所述指示器检测器的检测结果在所述显示单元的屏幕上显示图象的显示控制装置，

其中所述指示器检测器包含：

设置在所述预定区域外面的光循环反射装置；

具有用来在基本上与所述预定区域平行的一个面中斜向扫描光的光扫描装置的至少两对光发送和接收装置，以及用来接收来自被光照射到的部分由所述光循环反射装置反射的光的光接收装置；

用来测量由所述指示器形成的所述预定区域的范围的测量装置，其中基于所述每个光扫描装置中的扫描角度和在所述每个光接收装置中的光接收结果对扫描光进行截取；以及

基于由所述测量装置测量的结果用来计算所述指示器的位置和大小的计算装置，

其中所述显示控制装置根据由所述指示器检测器所检测的所述指示器的位置和/或大小，按不同的方式在所述显示屏幕上显示图象。

附图说明

从以下参照附图的详细说明，本发明的以上及进一步的目的和特点将更为充分地显现。

图1是表示本发明的一个实施例的例子的信息显示装置基本配置的示意图；

图2是表示使用本发明的信息显示装置的坐标面上位置检测操作的原理的示意图；

图3是一曲线图，表示计算出的指示器的大小与根据指示器的大小要画出的点的大小或轨迹(线条)的粗度之间的关系；

图4是表示本发明的信息显示装置中处理过程的流程图；

图5是一曲线图，表示计算出的指示器的大小与要用来在显示屏幕上画图的笔的颜色的浓淡之间的关系；

图6是一曲线图，表示指示器被计算出的大小虽时间的变化以及根据这种变化在显示屏幕上画图的方法；

图7是表示本发明的信息显示装置中处理过程的流程图；

图8是一曲线图，表示被计算出的指示器大小和运动速度与用来在显示屏幕上画图的笔的粗度(或浓淡)之间的关系；以及

图9是表示本发明的信息显示装置中处理过程的流程图。

具体实施方式

以下参照表示实施例的附图对本发明进行详细说明。

图1是表示作为本发明的信息显示装置的实施例的一例具有光学指示器检测器的配置的示意图。

图1中，标号10是例如个人计算机，投影式图象显示单元之类的电子装置中的诸如CRT或者平面显示板(PDP，LCD，EL等)显示屏幕，并在本实施例中，这一显示屏幕配置为51.8cm长、92.0cm宽及105.6cm对角线的PDP(等离子显示器)屏幕。如下所述，作为第一坐标面的直角显示屏幕10的一个短边(本实施例中的右边)的两角的外侧装有光发送和接收单元1a和1b，该单元其中具有包含光发射元件、光接收元件、多面反光镜的光学***。而且，显示屏幕10右侧之外的其他三边的外侧，即上、下侧及左侧装有循环反射片7。

这里，标号S表示作为截取器(指示器)的人的手指的截面。

光发送和接收单元1a和1b主要由用来发射红外激光束的激光二极管组成的发光元件11a和11b，用来接收从循环反射片7反射光的光接收元件13a和13b，用于使得来自发光元件11a和11b的激光束斜向扫描的矩形多边形反光镜16a和16b等构成。这里，光接收元件13a和13b的功能是作为光接收装置，发光元件11a和11b和多边形反光镜16a和16b的功能是作为光扫描装置。两对光发送和接收单元1a和1b，它们的信号处理***，循环反射片7等的功能是作为测量装置。

在这种结构中，从发光元件11a和11b发射的激光束，通过多边形反光镜16a和16b的旋转在实际上与显示屏幕10平行的面中斜向扫描，以便投射到循环反射片7上。然后，从循环反射片7反射的光被多边形反光镜16a和16b反射而入射到光接收元件13a和13b。然而，由于在光投射的光通路上存在截取器(指示器)的情形下，投射的光被截取，故反射光不入射到光接收元件13a和13b。这里，激光束以不小于90°的斜向扫描是通过多边形反光镜16a和16b的旋转实现的。

此外，标号5是用来测量和计算诸如手指和笔这样的截取器(指示器)的位置和大小并用来控制装置的整个操作的MPU。该MPU由计算单元51和图象控制单元52组成，计算单元51用于根据测量装置测量的结果来计算指示器S的位置和大小，图象控制单元52用于基于由计算单元51所计算的结果而控制在显示单元6上要显示的信息。于是，指示器检测器由计算单元5 1和装有光发送和接收单元1a和1b，循环反射片等的测量装置组成。这里，显示单元6在图1中是独立示出的，但是实际上它的作用也是作为显示屏幕10。

在本发明的信息显示装置中，至于光发送和接收单元1b，例如如图1所示，从光发送和接收装置单元1b投射的光在图1中以反时针方向扫描，且扫描的开始位置是光被循环反射片7的末端部分反射的位置。投射的光被循环反射片7反射，直到扫描位置达到截取器S的一端的位置(P1)，但是光被截取器S阻挡，直到扫描位置达到截取器S的另一端的位置(P2)。然后，光被循环反射片7反射，直到扫描位置达到扫描末端位置(Pe)。

然而，在光发送和接收装置单元1a中，在图1中光按顺时针方向扫描。这里，将对于光的扫描是由光发送和接收单元1a在图1中按顺时针方向从显示屏幕10的下边开始以及光的扫描是由光发送和接收单元1b在图1中按反时针方向从显示屏幕10的上边开始的原因给出说明。

例如，在光发送和接收单元1b的情形下，显示屏幕10的上边和左边可以是扫描开始的方向，但是当从光发送和接收单元1b来看时，由于显示屏幕10的上边比下边更接近，故其中的被反射光量更大，且由于循环反射片7的反射面在显示屏幕10的上边基本上是成直角的，故其上的反射光量更大。因而，显示屏幕10的上边被设置为扫描开始方向。换言之，在光发送和接收单元1b的情形下，当显示屏幕10的上边设置为扫描开始方向时，显示屏幕10的上边比下边更接近。因此，在扫描开始点其上反射的光量变得较小，并由于循环反射片7的反射面被弯曲，故其上反射的光量变小。然而，循环反射片7的弯曲实际上并不成为一个问题，而且自不待言，可以采用循环反射片7不被弯曲的那种结构。

如图1所示，循环反射片7在装设光发送和接收单元1a和1b的那边有一开口，且它以“U”形就位以便围绕着显示屏幕10。进而，如同标号7a和7b所示的那样，在从光发送和接收单元1a和1b到循环反射片7的光投射角度变小的部分，更具体来说，在两边(图1中上边和下边)垂直交叉到装设光发送和接收单元1a和1b的那边的部分，即这些远离光发送和接收单元1a和1b的部分，循环反射片7具有锯齿形。

由于循环反射片的锯齿形部分7a和7b，当来自光发送和接收单元1b的投射光的扫描从位置Ps进到循环反射片的锯齿形部分7b的一端的位置P3时，光入射到循环反射片7的角度逐渐变小。因此，反射光量随之变小。然而，由于在从循环反射片的锯齿形部分7b的一端的位置P3到锯齿形部分7b的另一端的位置P4的扫描期间，投射光基本上以直角入射到循环反射片的锯齿形部分7b，故避免了进一步降低循环反射因子。

以下参照表示其原理的图2的示意图，说明由本发明信息显示装置进行的坐标面上的位置检测操作。此外在图2中，除去光发送和接收单元1a和1b，循环反射片7及显示屏幕10之外没有示出其他部件。而且，在以下的说明中，光发送和接收单元1b设置为通道1(Ch1)，而光发送和接收单元1a设置为通道2(Ch2)。

MPU 5通过控制多边形控制电路4使得光发送和接收单元1a和1b中的多边形反光镜16a和16b旋转，且MPU 5使得来自发光元件11a和11b的激光束斜向扫描。结果，从循环反射片7反射的光入射到光接收元件13a和13b。这样获得了入射到光接收元件13a和13b的光的接收量作为信号处理电路(未示出)输出的光接收信号。光接收信号电平的变化作为在两个光扫描装置12a和12b中的扫描角度被检测到，并根据以下方法执行该处理。

这里，给予MPU 5的计算单元51的信息主要是如图2中所示的以下四类信息。

θ_1-1：Ch1(光发送和接收单元1b)的扫描开始与指示器S的检测之间的角度

θ_1-2：由Ch1(光发送和接收单元1b)检测的指示器S的检测宽度的角度

θ_2-1：Ch2(光发送和接收单元1a)的扫描开始与指示器S的检测之间的角度

θ_2-2：由Ch2(光发送和接收单元1a)检测的指示器S的检测宽度的角度要获得的坐标P(指示器S的中心)和指示器S的半径r根据以下方程式(1)到(6)计算。此外，在光发送和接收单元1a和1b位于沿图1中显示屏幕1θ的左短边的情形下，要使用方程式(4)，(5)和(6)取代方程式(4)到(6)。

θ₁＝θ_1-1+θ_1-2/2…(1)

θ₂＝θ_2-1+θ_2-2/2…(2)

y＝L*tanθ₁/(tanθ₁+tanθ₂)…(3)

x＝W-y*tanθ₂…(4)

r1＝((W-x)²+y²)^1/2*sin(θ_2-2/2)…(5)

或者

r2＝((W-x)²+(L-y)²)^1/2*sin(θ_1-2/2)…(6)

x＝y*tanθ₂…(4)

r1＝(x²+y²)^1/2*s in(θ_2-2/2)…(5′)

或者

r2＝(x²+(L-y)²)^1/2*sin(θ_1-2/2)…(6′)

图3是一曲线图，表示在具有本发明的光学位置检测器的信息显示装置中由计算单元51所计算的指示器S的大小与由图象控制单元52据此在显示屏幕10上要被画出的点的大小或者轨迹(线条)的粗度之间的关系。

如图3中的曲线图所示，在本发明的信息显示装置中，指示器S的粗度与根据指示器S的粗度显示在显示屏幕10上的图象(点或者线条)的大小和粗度成正比。这一处理过程示于图4的流程图中。

首先，计算单元51从测量装置获得一测量结果θ_1-1，θ_1-2，θ_2-1和θ_2-2的数据(S11)，并基于该数据检测指示器S的位置(S12)，并检测指示器S的大小(S13)。当指示器S的位置和大小被确定时，图象控制单元52根据指示器S的大小确定笔的粗度(S14)。当图象顺序地显示在显示屏幕10上对应于指示器S的被检测的位置的一位置时，指示器S的轨迹是被这样画出的(S15)，即这一图象使用具有这一粗度的笔画出的。每当从测量装置向计算单元51和图象控制单元52给出数据时，就重复这一过程。

本实施例中，考虑这样的应用，即诸如标记墨水笔之类的书写器具的条状物体用作为指示器S，并且指示器S在显示屏幕10上运动以便画出曲线轨迹。这种情形下，本实施例中，由于图象控制单元52画出具有与指示器S的被检测的大小成正比的粗度的轨迹，当使用粗度小的指示器S时，就画出细的线条，而当使用粗度大的指示器S时，就画出粗的线条。

此外，在使用诸如其粗度根据压力和加压方向而连续变化的书写笔这样的物体作为指示器S的情形下，由于作为指示器S的书写笔的粗度是连续变化的，故由图象控制单元52在显示屏幕10上画出的线条的粗度也是连续变化的。

图5是表示由计算单元51计算的指示器S的大小与用于在显示屏幕上画出诸如轨迹的图象的笔的颜色的浓淡之间的关系。在诸如其粗度根据其压力和加压方向而连续变化的书写笔这样的物体用作为指示器S的情形下，当笔画的强度增加时，其轨迹变得较粗。而且，在实际使用书写笔的情形下，当笔画的强度增加时，则画出深的线条。因而，本实施例中，能够在显示屏幕10上画出其深度与计算单元51计算的指示器S的大小成正比的轨迹，以便显示出图象是由实际使用书写笔画出那样的颜色浓淡效果。

这里，通过在S14处根据由图4的流程图中计算单元51在S13处计算的指示器S的大小而确定画出的深度实现本实施例。

图6是一曲线图，表示由计算单元51计算的指示器S的大小随时间的变化以及据此在显示屏幕10上画图象的方法。本实施例中，在由计算单元51计算的指示器S的大小在时间t1和t2之间不大于一定的阈值TH的情形下，选择使用笔的普通的画法，并且在显示屏幕10上画出具有由操作者事先选择的颜色(或默认颜色)及根据由计算单元51计算的指示器S的大小的粗度和深度的线条。

在由计算单元51检测的指示器S的大小在时间t2和t3之间变得不小于一定的阈值TH的情形下，在显示屏幕10上画出与背景颜色相同颜色的线条。此外，这时轨迹的大小(线条的粗度)应该是符合阈值TH的粗度。结果，在由计算单元51计算出的指示器S的大小达到阈值TH之前，选择用来擦除在显示屏幕10上画出的轨迹的擦除功能。

在运行擦除功能的状态，当指示器S从显示屏幕10上除去，更具体来说是从指示器检测器的检测范围除去时，在诸如上述其粗度根据压力或加压方向而连续变化的书写笔这样的物体用作为指示器S的情形下，由计算单元51计算指示器S大小的结果变得小于图6中的阈值TH的时刻肯定会出现。因而，这时取消擦除功能，并且返回用笔画的正常功能。

当这种情形正好在试图从图象由擦除功能被擦除的屏幕上除去指示器S之前出现时，则图象被重新画出。因而本实施例中，为了避免这种情形，当选择一特定的功能，这一例子中更具体来说就是选择擦除功能时，既使计算单元51计算指示器S的大小的结果变得不大于阈值TH，该特定功能即擦除功能也保持到指示器S完全从显示屏幕10移走。

图7是表示本实施例中处理过程的流程图。首先，计算单元51从测量装置获得测量结果θ_1-1，θ_1-2θ_2-1和θ_2-2的数据(S21)，并且它基于该数据计算出指示器S的位置(S22)且计算出指示器S的大小(S23)。当指示器S的位置和大小被确定时，计算单元51判定是否获得放笔的状态(S25)。这里，放笔的状态是指示器S被压到显示屏幕10上且指示器S的大小可由计算单元51正常计算的状态。

当计算单元51判定为“NO”，即在S25没有获得放笔状态时，则计算单元51把擦除标志转为“OFF”并取消擦除功能(S32)。这种情形下，图象控制单元52不执行屏幕10上的画图操作。

同时，当计算单元51判定为“YES”时，即在在S25获得放笔状态，则计算单元51判定擦除标志是否为“ON”(S26)。当擦除标志为“ON”(在S26为“YES”)时，图象控制单元52保持擦除标志“ON”以使用与背景颜色相同的颜色执行画图操作(S30和S31)。

反之，当在S26为“NO”时，计算单元51判定指示器S的大小的计算数值是否大于阈值TH(S27)。当为“YES”时，笔的粗度即更在屏幕上画出的轨迹的粗度被确定(S28)，并执行实际的画图操作(S29)。

然而，当在S27为“NO”时，计算单元51在S30把擦除标志转为“ON”并使擦除功能有效，且在S31使用与背景颜色相同的颜色执行画图操作。每当数据从测量装置供给到计算单元51和图象控制单元52时，就重复以上的处理。

图8是一曲线图，表示由计算单元51计算的指示器S的大小和运动速度与用来在显示屏幕10上画图的笔的粗度(或浓淡)之间的关系。

本发明的信息显示装置能够按时间序列检测出指示器S的位置和大小。而且，还能够从指示器S的位置对时间的变化计算出指示器S的运动速度和方向。因而，本实施例中，通过在显示屏幕10上画出其粗度与指示器S的大小成正比或者其深度与指示器S的运动速度成反比的轨迹，再现出字符由书写笔写出的那种状态。

例如在实际上使用书写笔的情形下，能够通过增加笔画的强度以压迫书写笔的点而画出粗线条。同时，通过增加书写笔的点的速度而画出精致的或细的线条。本实施例能够表示出以实际使用书写笔画线条那样的方式获得的粗度和颜色浓淡的效果。

图9是表示本实施例的处理过程的流程图。首先，计算单元51从测量装置获得一测量结果θ_1-1，θ_1-2，θ_2-1和θ_2-2的数据(S41)，并基于该数据计算指示器S的位置(S42)并计算指示器S的大小(S43)。进而，计算指示器S的运动速度(S44)。当计算出指示器S的运动速度时，图象控制单元52根据指示器S的大小确定笔分粗度(S45)并根据指示器S的运动速度确定笔的浓淡(S46)。然后，当根据指示器S被检测的位置图象在显示屏幕上顺序地显示在一位置，其显示方式为这种图象是使用具有按那样的方式所确定的粗度和浓淡的笔被画出时，指示器S的轨迹被画出(S47)。每当数据从测量装置供给到计算单元51和图象控制单元52时，就重复以上的处理。

注意，在以上实施例中，使用了用于检测指示器位置和大小的光学指示器检测器。可是自不待言，还可使用诸如上述的卡罗尔方法等其他的光学检测器，以及除了光学方法之外的诸如超声表面声波方法，或使用电阻或电容变化的压感方法等等。

如上所述，根据本发明的信息显示装置，在画图操作之前不需要规定被画出的点的大小和线条的粗度，例如在画图期间可改变线条的粗度并可逐步改变。这同样适用于颜色，浓淡及亮度等等。而且，无需特别的操作而能够启动用于擦除曾经已经被画出的部分的所谓擦除功能。进而，能够表现出用浸墨水的书写笔画图所获得的精致的色泽。

由于本发明能够在不背离其主要特征之精神的情形下以各种形式实施，故本实施例仅是示例性的而非限制性的，由于本发明的范围是由所附权利要求而不是由其前的说明所定义，而且所有在权利要求范围和界限之内的变化或其范围及界限的等价物均由权利要求所函盖。

Claims

1.一种信息显示装置，包括：

用于在显示屏幕上显示信息的显示单元；

其中所述指示器检测器包含：

设置在所述预定区域外面的光循环反射装置；

2.如权利要求1中所述的信息显示装置，其中所述显示控制装置根据由所述指示器检测器检测的所述指示器的大小在所述显示单元的所述显示屏幕上显示不同大小的点和/或带有不同粗度的线条。

3.如权利要求1中所述的信息显示装置，其中所述显示控制装置在所述显示单元的所述显示屏幕上显示图象，使得图象的颜色、浓淡及亮度之一根据由所述指示器检测器所检测的指示器的大小而不同。

4.如权利要求1中所述的信息显示装置，其中在所述显示单元的所述显示屏幕上所述显示控制装置，当由所述指示器检测器检测的所述指示器的大小小于预定值时通过第一画图方法显示图象，并当所述指示器的大小超过预定值时通过第二画图方法显示图象。

5.如权利要求4中所述的信息显示装置，其中在第二画图方法中，图象是使用所述显示单元的所述显示屏幕的背景颜色相同的颜色被画出的。

6.如权利要求5中所述的信息显示装置，其中在执行了第二画图方法之后，所述显示控制装置继续进行第二画图方法直到所述指示器不被所述指示器检测器检测为止。

7.如权利要求1中所述的信息显示装置，其中：

所述指示器检测器包含用来从按时间序列检测的所述指示器的位置而计算运动方向和运动速度的装置；并且

所述显示控制装置在所述显示单元的所述显示屏幕上，根据由所述指示器检测器所计算的所述指示器的位置、大小、运动方向及运动速度而以不同的方式显示图象。

8.如权利要求1中所述的信息显示装置，其中：

所述指示器是一个在与所述显示屏幕平行的面上根据所述显示屏幕上的压力其大小可变的物体；并且

在根据由所述指示器检测器按时间序列计算的所述指示器的位置的所述显示单元的所述显示屏幕的一个位置，所述显示控制装置显示图象，该图象的点和线条分别具有根据由所述指示器检测器按时间序列而计算的所述指示器的大小所得到的大小和粗度。