TWI464627B - 手寫輸入裝置 - Google Patents

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Ho Chiang Liu
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Hon Hai Prec Ind Co Ltd
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Description

手寫輸入裝置
本發明涉及一種手寫輸入裝置，尤其涉及一種光學手寫輸入裝置。
研究人員一直在研究如何發展出人機友好介面，觸控技術及手寫輸入技術均係此一研究課題下之產物，其能幫助人們更快捷更有效地與電腦進行資料交流，因而受到人們之廣泛歡迎。
目前有一種手寫輸入裝置，其具有一個用於輸入文字、圖形等資料之輸入筆、一個影像擷取裝置，該影像擷取裝置之光學系統之光軸垂直於輸入面，該輸入筆在輸入面觸碰或者輸入文字等資料之同時，輸入筆筆尖發出之光被輸入面反射至影像擷取模組，且在輸入筆移動之同時，反射光也隨之移動，影像擷取模組記錄此反射光移動所形成之軌跡，通過資料處理可分析輸入筆所觸碰之點之座標或者其經過之所有點之座標，從而做出觸碰反應或者轉換為電腦可識別之資料顯示出來。
然而，由於影像擷取模組之光軸垂直於該輸入面，因此當使用者持輸入筆進行輸入時，使用者之手可能遮擋輸入筆發出之光線或者遮擋影像擷取模組之鏡頭或遮擋光點，從而使影像擷取模組無法正常工作。
有鑒於此，有必要提供一種可有效防止使用者之手遮擋光線或者遮擋影像擷取模組之手寫輸入裝置。
一種手寫輸入裝置，該手寫輸入裝置包括輸入筆、輸入面、影像擷取模組，該輸入筆用於在該輸入面觸碰或書寫，該輸入面具有一個中心，該影像擷取模組包括光學系統，該光學系統具有光軸，該影像擷取模組高於該輸入面，該光學系統之光軸與該輸入面相交成θ角，且0°<θ<90°或90°<θ<180°，該輸入筆可發出光線，該光線可被該影像擷取模組攝取以確定該輸入筆之落筆位置。
優選地，該影像擷取裝置通過支撐單元支撐於該輸入面上方。
優選地，該輸入筆之筆尖設置光源以發出光線。
與先前技術相比，本發明提供之手寫輸入裝置之影像擷取模組之光軸與輸入面相交成銳角或鈍角，因此當在輸入面書寫或觸碰輸入面時無光線被遮擋之虞。
影像擷取裝置通過支撐單元支撐於該輸入面上方使得影像擷取裝置可感測到整個輸入面上之光點。
在輸入筆之筆尖設置光源有助於準確地定位輸入筆之落筆位置。
1‧‧‧手寫輸入裝置
10‧‧‧輸入面板
12、20、30‧‧‧影像擷取模組
14‧‧‧輸入筆
100‧‧‧輸入面
121、22、32‧‧‧光學系統
122、23、33‧‧‧影像感測器
123、230、330‧‧‧該感測面
141‧‧‧外光發光二極體
102‧‧‧邊長
圖1係本發明第一實施例提供之手寫輸入裝置之示意圖。
圖2係圖1中之影像擷取模組與輸入面之結構示意圖。
圖3係發明第二實施例提供之手寫輸入裝置中影像擷取模組與輸入面本之結構示意圖。
圖4係本發明第三實施例提供之手寫輸入裝置中影像擷取模組與輸入面之結構示意圖。
下面將結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
請參閱圖1和圖2，本發明第一實施例提供之手寫輸入裝置1包括輸入面板10，影像擷取模組12和輸入筆14。
輸入面板10具有一個輸入面100，輸入面100為矩形，輸入面100具有四條邊長和一個中心，該四條邊形成該輸入面100之邊界。
影像擷取模組12包括由透鏡、光闌等元件構成之光學系統121以及影像感測器122、電路板(圖未示)等。該光學系統121具有一個光軸I，該影像感測器122具有一個感測面123，該感測面123具有一中心O，垂直該感測面123且經過該中心O之線係該感測面123之中心法線II。該光軸I與該中心法線II重合。
輸入筆14在其尖端設有一光源。當然，亦可以在輸入筆12之桿狀主體上設置光源並且該光源可將光照射到輸入面。優選地，在輸入筆14之尖端設置光源，因為光源發出之光將直接投射到輸入筆之落筆點，位置準確，因此，影像擷取裝置將直接感測到輸入筆14之落筆點，而不必考慮輸入筆14之落筆位置和光點投射位置之差別。
光源可以係紅外光發光二極體141，該紅外線發光二極體141可發出紅外光，相應地，影像擷取模組12為可感測紅外光之紅外影像擷取模組。
優選地，如果該紅外光之主波長為λ 0，則該紅外光之光譜範圍 控制在λ 0±0.1λ 0，因為紅外光發光二極體141發出之紅外光不是單色光，並且也因為將紅外光之光譜範圍控制得較窄可使影像擷取模組12有效地感測到，而不受其他波長光線影響，當然，相應地，影像擷取模組12應該對波長為λ 0±0.1λ 0之間之光線最敏感。
可以理解，輸入筆14也可採用其他波長之光作為光源，同樣地，要求光譜範圍控制得較窄，在主波長左右不超過主波長之十分之一。
影像擷取模組12高於該輸入面100，且該影像擷取模組12之光軸I和輸入面100相交成θ角，0°<θ<90°或90°<θ<180°，即，相交成銳角或鈍角。該影像擷取模組12於該輸入面100所在平面之正投影可位於該輸入面100之內或之外。在本實施例中，該正投影位於輸入面100之外，且其與該輸入面100之一條邊102相鄰。
影像擷取模組12可通過支撐架支撐之方式位於該輸入面100之上方，這樣可以保證其感測到整個輸入面100上之光點。
首先，由於整個輸入面100都可成像在影像感測器122上，這樣就相當於將輸入面100之每個點之座標通過“拍照”之方式確定下來。當輸入筆14觸碰該輸入面100或在輸入面100書寫文字、圖形時，紅外光發光二極體141發出之紅外光被影像擷取模組12攝取(實際上，影像擷取模組12接收到之係被輸入面100反射之光)，即可在影像擷取模組12之影像感測單元成像，並借助其他部件，例如處理器等將輸入筆14之落筆點之座標和整個輸入面100之 成像點相參照，即可確定落筆點之座標落在輸入面100之哪一點。所有之落筆點之座標相連，將會由處理器做出相應，反應出來就表示為一個點操作或者係圖像或者係文字等訊息之輸入等。
與光軸I垂直輸入面100之情況相比，紅外光發光二極體141發出之紅外光將不被持輸入筆14之手妨礙，影像擷取模組12將可以攝取整個輸入面100之紅外光。
請參照XYZ坐標軸，設邊長102之長度為L 1，該影像擷取模組12之正投影到該邊長102之垂直距離為L 2，該影像擷取模組12到該輸入面100之垂直距離為L 3，該輸入面100與該光軸I之夾角為θ，經過測試得到，該影像擷取模組12之最佳位置由以下條件限定：0.2L 1<L 3<0.6L 1，-0.2L 3<L 2<L 3，30° θ 115°，當然，θ不等於90度，其中，“-”號表示該影像擷取模組12之正投影落在該輸入面100。所謂影像擷取模組12之最佳位置係指能夠很好地攝取整個輸入面100之紅外光且持輸入筆14之手不會遮擋影像擷取模組12之鏡頭之位置。
另外，當影像擷取模組12之光軸I與輸入面100之法線方向之夾角θ大到一定程度時，輸入筆14發出之光線經過光學系統121之後可能會在成像時發生梯形畸變，例如，輸入面100遠離影像擷取模組12之一側將相對於靠近影像擷取模組12之一側發生圖像收縮，如果發生此種情形，就表示輸入面100上某些角落之紅外光無法被影像擷取模組12感測到，因此形成感測盲區，影響手寫輸入裝置之反應能力。
圖3所示為應用於本發明第二實施例提供之手寫輸入裝置之影像擷取模組20與輸入面100之光路示意圖。該手寫輸入裝置中，除該影像擷取模組20之外之其他結構、位置均與手寫輸入裝置1相同。
影像擷取模組20包括一個光學系統22和影像感測器23，該光學系統22具有一個光軸III，該影像感測器23具有一個感測面230，該感測面230具有一中心，垂直該感測面230且經過該中心之係該感測面230之中心法線IV，該光軸III與該中心法線IV平行，且相距L。
使光軸III與中心法線IV平行，就是將影像感測器23相對光學系統22錯開，使得原本成像在影像感測器23的成像區以外之輸入面100之一些方位得以在影像感測器23成像，如此，減弱梯形畸變所帶來之影響。
間距L之具體數值和光學系統22、影像擷取模組20之位置有關。優選地，此間距L在該手寫輸入裝置之製造過程中通過測試等方式確定，無需在使用時不斷調試。
圖4所示為應用於本發明第三實施例提供之手寫輸入裝置之影像擷取模組30與輸入面100之光路示意圖。該手寫輸入裝置中，除該影像擷取模組30之外之其他結構、位置均與手寫輸入裝置1相同。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之 精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
1‧‧‧手寫輸入裝置
10‧‧‧輸入面板
12‧‧‧影像擷取模組
14‧‧‧輸入筆
100‧‧‧輸入面
141‧‧‧紅外光發光二極體
102‧‧‧邊長

Claims (8)

  1. 一種手寫輸入裝置，其改良在於：該手寫輸入裝置包括輸入筆、輸入面、影像擷取模組，該輸入筆用於在該輸入面觸碰或書寫，該輸入面具有一個中心，該影像擷取模組包括光學系統，該光學系統具有光軸，該影像擷取模組高於該輸入面，該光學系統之光軸與該輸入面相交成θ角，該輸入面為矩形，該輸入面具有一條與該影像擷取模組於該輸入面所在平面之正投影相鄰之邊長，設從該中心到該影像擷取模組正投影之方向為正向，反之為負向，設該邊長之長度為L 1，該影像擷取模組之正投影到該邊長之垂直距離為L 2，該影像擷取模組到該輸入面之垂直距離為L 3，則0.2L 1<L 3<0.6L 1，-0.2L 3<L 2<L 3，30° θ<90°或90°<θ 115°，該輸入筆可發出光線，該光線可被該影像擷取模組攝取以確定該輸入筆之落筆位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之手寫輸入裝置，其中：該影像擷取裝置通過支撐單元支撐於該輸入面上方。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之手寫輸入裝置，其中：該輸入筆之筆尖設置光源以發出光線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之手寫輸入裝置，其中：設該光線之主波長為λ 0，則該光線之光譜範圍為λ 0±0.1λ 0。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之手寫輸入裝置，其中：該光線為紅外光，該影像擷取模組為可感測紅外光之紅外影像擷取模組。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之手寫輸入裝置，其中：該影像擷取模組進一 步包括影像感測器，該影像感測器具有一個感測面，該感測面具有一條中心法線，該光軸與該中心法線平行。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之手寫輸入裝置，其中：該影像擷取模組進一步包括影像感測器，該影像感測器具有一個感測面，該感測面具有一條中心法線，該光軸與該中心法線相交。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之手寫輸入裝置，其中：該感測面與該輸入面平行。
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