專利名稱：光電輸入筆的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種計算機設備的輸入裝置，尤其是涉及一種用于計算機設備的手持式筆狀定位光電輸入筆，它可直接在普通物體的表面(桌面，書本的紙面甚至熒屏的表面等)上移動定位并將筆的移動及狀態信息通過筆上的無線發射器或通用串行接口等輸入至計算機。
背景技術：
目前的手持式定位輸入裝置主要機械式輸入筆。例如，一種名為“接觸式輸入筆”(96108214.3)，能改變其長度和直徑。輸入筆的外徑能擴大以確保輸入字符和圖表時易于握住。接觸式輸入筆由筆體部分、筆尾柄頭部分、手握部分和頭部組成。筆體部分有通孔沿其軸線延伸，筆體部分的前端漸縮。筆尾柄頭部分的柄頭有滑筆軸可滑動插入筆體部分的通孔中。手握部分由多個可在筆體部分的漸縮部分和筆尖上滑動的夾頭狀元件組成。頭部固定在筆體部分的前端。滑筆部分通過操縱柄頭可移動，將筆頭夾持部分的頭部覆蓋住。又如，一種“計算機手寫輸入筆”(00204195.2)它的外殼為長筒形，鼠標右鍵開關在外殼的側面，鼠標左鍵開關在外殼底部，該開關的外觸壓點露出外殼，外殼有與外相通的縱向腔，該腔內有滾球殼，滾球殼頂與縱向腔間有壓縮彈簧，縱向腔側有限位釘，鼠標滾球和鼠標滾球方向信號傳動機構在滾球殼底，發光二極管和光敏三極管在光柵輪的兩側。
在此基礎上，還有各種有線和無線的鼠標器(如光電式，觸摸板式)，以及手寫板輸入筆，搖桿式手柄，軌跡球等。其中，手寫板輸入筆在功能上可以代替其它幾種裝置，還可配合手寫體識別軟件和作圖軟件實現各種文字或圖形輸入，但必須配置一塊內設有位置和壓力傳感器的專用的書寫板方可工作，不能如同人們習慣用的鼠標器那樣，隨意在桌面上滑動即可完成定位等工作。
發明內容
本實用新型主要是解決現有手寫板使用的不便和鼠標器功能的局限等各自的缺點，創造性地將兩者綜合成一體。進而提供一種無線的光電輸入筆，不需專用手寫板，只需以書寫姿勢將筆尖靠近或接觸普通桌面或其它能使其發揮作用的物體表面移動，即可定位屏幕光標，配合手寫體識別軟件輸入文字和圖形，同時在被書寫的物體表面不留痕跡。
本實用新型同時還解決現有技術存在拖一根電纜連線所帶來的諸多不便等技術問題。
本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的它在所述的殼體內或旁設有壓力傳感器，其端部附近設有光源和光學移動傳感器，在所述移動傳感器前方設有光學透鏡。其中，所述的光學移動傳感器可由光學影像攝取系統及對影像進行分析處理和輸出的數字信號處理器封裝組成的光學移動感應器，再配合以光學鏡頭和發光二極管。其工作原理是，由發光二極管照亮筆尖前方物體表面，反射光經鏡頭到光學影像攝取系統獲得物體表面圖像，數字信號處理器以高速(每秒幾百到幾千次)對圖像進行比較處理，分析出表面相對運動的方向和距離，再以數字信號輸出.這類傳感器及技術已成熟地運用于多款光學鼠標的產品上，元器件的封裝組合形式經改進后更適合在輸入筆上使用。另外，所述的外圍控制器用于數據傳輸及控制，也可以是一個單片微處理器。外圍控制器將筆尖壓力傳感器，光學移動傳感器輸出的數據以及為某些使用功能而設的按鈕開關的狀態輸出作為輸入，進行綜合的編碼處理后輸出到無線數據傳輸接口或通用的串行數據接口，并對一些功能部件進行控制。
作為優選，所述殼體前端中央區附近設有所述光學移動傳感器；在所述光學移動傳感器旁設有筆尖，在筆尖的內端設有與外圍控制器相連的壓力傳感器；所述的光源為發光二極管，其前端設有聚光鏡，一旁設有反光鏡；并在所述的壓力傳感器附近設有復位體。也可以在所述殼體外設有筆身，所述的筆尖設置于殼體的最前端，所述的光學透鏡設于其內側，在光學透鏡的后側設有光學移動傳感器；并在設有外圍控制器的所述殼體的后端與筆身之間設置有壓力傳感器；所述的光源為發光二極管，其前端設有聚光鏡，一旁設有反光鏡；并在所述的壓力傳感器附近設有復位體；所述的筆尖與所述的殼體固定成一體。或者，所述的殼體后端設置有與之相連的筆身構成，所述的筆尖設置于殼體的最前端，所述的光學透鏡設于其內側，在光學透鏡的后側設有光學移動傳感器；并在所述前殼體與設有外圍控制器的筆身之間設置有壓力傳感器；所述的光源為發光二極管，其前端設有聚光鏡，一旁設有反光鏡；并在所述的壓力傳感器附近設有復位體；所述的筆尖與所述的殼體固定成一體。
作為優選，所述的筆身軸線后傾，與所述光學移動傳感器的光學孔的軸線之間的夾角為20°-40°；所述的筆尖處于偏離筆身軸線的上側。即筆尖可位于筆體前端的一側而不是中心，而該側的方向代表了定位平面坐標既屏幕表面坐標的Y軸正向。
作為優選，所述的光學透鏡經螺旋調節器固定于殼體的下端部；在所述光學移動傳感器與光學透鏡之間設置有彈性層，其上設有光學孔。本實用新型可通過減小光孔，增強光照或延長焦距(物距)，使本光電輸入筆即使距離物體表面較遠時，仍然能清晰、快速、準確地將文字或圖案等信息錄入。
作為優選，所述的壓力傳感器觸發時，所述光學移動傳感器前的光學透鏡與物體表面間的距離為1.5mm-4.5mm。
作為優選，所述的筆身的上部開設有窗口，其內設有與紅外光脈沖信號發生器相連的紅外線發光二極管；并在所述筆身的尾端設有按鍵式電源開關。
作為優選，所述殼體或筆身的上部內置有與無線信號發生器相連的無線天線；并在所述筆身的尾端設有按鍵式電源開關。無線數據接口可采用目前使用的各種成熟的技術，協議和器件，典型的是紅外線接口技術，或者也可以是藍牙(Bluetooth)協議的無線傳輸技術。與無線輸入筆交換數據的另一端無線數據接口作為單獨的模塊連接在使用該輸入筆的計算機的通用接口上，或者嵌入在計算機內。
作為優選，在所述筆尾端帶有備用串行連接插口，連接于外圍控制器的串行信號輸出端口。這時，本實用新型即成為一種采用有線連接的光電輸入筆。
手持光電輸入筆，使位于其前端的筆尖接觸到物體的表面，起動接觸壓力傳感器，使開關接通，輸出有效信號到控制電路以表明輸入筆處于筆尖接觸物體表面的狀態，反之是懸空狀態。若要表現出輸入的線條粗細或手寫體筆劃的特征時，接觸式開關可以用一個壓力傳感器及其放大采樣模數轉換電路組件代替，筆尖的壓力可以被量化輸出到外圍控制器。
在該筆的前端可設有一個窗口，其后裝有光學移動傳感器，將對準筆前端有效感應距離內的物體平面的相對移動轉化為數字信號輸出到數據傳輸控制電路，該傳感器的輸出與筆尖是否懸空無關。
因此，本實用新型具有結構合理，使用方便，既可用人們習慣的手寫方式輸入文字和定位，又能在可選范圍較大的平面內隨意使用，也沒有拖一根電纜連線所帶來的不便等特點。
附圖1是本實用新型的一種結構剖視圖；附圖2是本實用新型的另一種結構剖視圖；附圖3是本實用新型的第三種結構剖視圖；附圖4是本實用新型的一種電路原理圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。
實施例1無線輸入筆的結構如附圖1所示，表明了各部件主要的安裝連接關系。其中1—筆尖；2—壓力傳感器可采用簧片接觸式微動開關，筆尖可沿軸向適當移動，并頂在微動開關的活動觸點一端，微動開關平時在簧片彈力作用下處于斷開狀態，開關的動作行程和彈力應盡量的小，以適應人手書寫時落筆的感覺習慣，本實施例就由上述兩部件簡單地組成筆尖壓力傳感器；3—無線輸入筆外殼；4—光學移動感應器的示意圖，現成的產品可用美國Aglent Technologies公司的ADNS-2620光學鼠標感應器，其內部包含一個影像獲取系統(IAS)，一個數字信號處理器(DSP)，和一個雙引腳的串行接口，該光學傳感器能以每秒鐘2300禎的速率攝取并處理影像，分辨率為400CPI，8腳DIP封裝，該傳感器的光學孔在集成封裝的下面，本實施例使用中將其引腳都向上反轉安裝在小轉接電路板上，以增加傳感器下的空間；5—光學透鏡；6—光源可采用發光二極管，用以照射光學傳感器對著的物體表面；7—聚光鏡；8—反射鏡，也可以使用棱鏡結構，將發光二極管發出并聚焦后的光線以合適角度投射到光學移動傳感器對著的物體表面，筆殼前端筆尖旁是為光學傳感器開的窗口；9—外圍控制器，連接了上述各傳感器并裝有數據傳輸控制接口；10—電路板，安裝有外圍控制器(電路的其它器件未標示出來)；11—紅外線發光二極管，將數據以紅外線光脈沖的形式輻射出去；12—筆殼上開的紅外線窗口；13—電池電源；14—電源開關，15—物體表面；16—螺絲，微調光學鏡頭與傳感器距離用，圍繞光學鏡頭分布，圖中只標出一個，為此，移動傳感器上可使用彈性材料構成光學孔徑。18-串行連接插口1。通常，可在光學移動傳感器4旁設有光源6前端設有聚光鏡7并在其旁的殼體3之下端部設有反射鏡8；在光學移動傳感器4的前端帶有彈性層20，其上設有光學孔21，并制成一體。在筆尖1的內側通過螺絲16將光學透鏡5調節并固定于光學移動傳感器4的光學孔21前端。上述結構也可以整體制成。例如，可將反射鏡8和聚光鏡7制在一個棱鏡上。
實施例2由于活動式的筆尖1在作用于筆尖壓力傳感器時有移動行程，可能對景深較小的移動傳感器的有效感應有不利影響，本實用新型還可采用筆尖相對傳感器固定的套管式結構筆尖1僅是筆外殼3前端的一個凸起部分，帶有固定筆尖的外殼前端裝有光學移動傳感器4，其內部設有外圍控制器9及電路板10，手握持的筆身31套于外殼3，二者之間可沿軸向相對滑動，并用帶簧片的卡銷17限定滑動范圍，筆尖壓力傳感器2置于外殼3的尾端，其旁設有串行連接插口18和按鍵式的電源開關14(參見附圖2)。
實施例3所述外殼3還可采用如附圖3所示的較短結構，其內部只裝有光學移動傳感器4及其組合，電路板10及其它器件在供握持用的筆身31內，光學移動傳感器芯片引腳通過軟電纜或電刷方式連到筆身31內的電路板上，其中，筆尖1與外殼3做成一體，壓力傳感器2固定于筆身31內，并與外殼3尾端機械相接。附圖2和附圖3的其余編號說明與附圖1相同，筆尖接觸物體表面15后，使殼體3朝筆身內收縮，引起壓力傳感器2受壓輸出信號，但此時光學移動傳感器4與物體表面15的距離卻不再變化，可將此距離置于最有效的景深范圍之內，也可調整在有效景深范圍邊緣，以盡量加大筆尖與物體表面的有效感應距離。
無論采用哪種結構，當光學移動傳感器以最有效方式感應物體表面，即光學孔中心軸線與物體表面垂直時，筆身被設計成與物體表面不垂直，與物體表面垂直線成大約30°夾角，偏離方向與筆尖偏離軸心的方向相反。
光電輸入筆的一個電路原理如附圖4所示。光學移動傳感器4采用ADNS-2620型號的芯片，該芯片是Aglent Technologies公司生產的光學鼠標傳感器，它處理經光源6通過透鏡7聚光照亮的物體表面圖像，分析出表面移動狀態，將結果由串口信號SDIO輸出。外圍控制器9是CYPRESS公司的帶USB及PS/2接口的器件(型號為CY7C63743-PC)，將光學移動傳感器4輸出的數據及筆尖壓力傳感器2的狀態按無線傳輸的協議編碼后輸出，經電流驅動后由紅外線發光二極管11發出信號。本電路具有省電功能，當光學移動傳感器沒有移動感應時會通過“LED_CNTL”引腳控制減少光源6的工作電流。以上電路在無線工作時由電池電源13提供工作電流。當使用者將串行數據電纜接插到筆上端備用的串行連接插口18(通常用USB接口)時，電源由USB接口引入，同時外圍控制器9經P0端口的“P0.1”引腳判端是外接引入電源時，就停止由“P1.2”端向無線接口發送數據而由“D+”，“D-”向USB接口發送。附圖4中還標出了無線接收端的電路示意，無線數據經紅外接收器放大接收后輸出到控制器IC3(用CY7C63723-PC)，由其上的USB端口與計算機通信，這樣無線輸入筆的輸入數據可作為一個USB鼠標的輸入在計算機上利用現成的軟件進行處理，完成定位，作圖等操作。
光電輸入筆使用工作過程是當手握著筆使筆尖1端接近到物體表面15一定距離，使光學移動傳感器4能有效感應工作(經過適當的設計如適當減小光學傳感器光學孔的直徑，加大光源6(發光二極管)的發射功率，微調光學透鏡5到光學移動傳感器4的距離主要是減小該距離，會損失一些分辨率，但光學傳感器的有效景深得以增加，在筆尖外伸部分長度夠短時感應距離可以足夠大使得筆尖不需接觸物體表面)，此時移動無線光電輸入筆，移動信息經光學移動傳感器感應，和筆尖狀態以及筆上其它功能按鈕開關的狀態輸出一起被外圍控制器按通信協議編碼后傳給無線接口，接口電路將信號驅動后發送給接收端輸入計算機，軟件(包括驅動程序、操作系統及應用程序)就可以確定屏幕上光標的移動位置和其它動作了。當向物體表面15按下筆尖1，筆尖壓力傳感器2變化的狀態被計算機收到，軟件結合位置移動的信息，就可將其作為文字筆劃，圖形線條的輸入或者點擊選中動作來處理。
權利要求1.一種光電輸入筆，包括殼體，以及內置的外圍控制器，其特征是在所述的殼體(3)內或旁設有壓力傳感器(2)，其端部附近設有光源(6)和光學移動傳感器(4)，在所述移動傳感器(4)前方設有光學透鏡(5)。
2.根據權利要求1所述的光電輸入筆，其特征在于所述殼體(3)前端中央區附近設有所述光學移動傳感器(4)；在所述光學移動傳感器(4)旁設有筆尖(1)，在筆尖(1)的內端設有與外圍控制器(9)相連的壓力傳感器(2)；所述的光源(6)為發光二極管，其前端設有聚光鏡(7)，一旁設有反光鏡(8)；并在所述的壓力傳感器(2)附近設有復位體。
3.根據權利要求1所述的光電輸入筆，其特征是在所述殼體(3)外設有筆身(31)，所述的筆尖(1)設置于殼體的最前端，所述的光學透鏡(5)設于其內側，在光學透鏡(5)的后側設有光學移動傳感器(4)；并在設有外圍控制器(9)的所述殼體的后端與筆身(31)之間設置有壓力傳感器(2)；所述的光源(6)為發光二極管，其前端設有聚光鏡(7)，一旁設有反光鏡(8)；并在所述的壓力傳感器(2)附近設有復位體；所述的筆尖(1)與所述的殼體(3)固定成一體。
4.根據權利要求1所述的光電輸入筆，其特征在于所述的殼體(3)后端設置有與之相連的筆身(31)構成，所述的筆尖設置于殼體的最前端，所述的光學透鏡(5)設于其內側，在光學透鏡(5)的后側設有光學移動傳感器(4)；并在所述前殼體與內置有外圍控制器(9)的筆身(31)之間設置有壓力傳感器(2)；所述的光源(6)為發光二極管，其前端設有聚光鏡(7)，一旁設有反光鏡(8)；并在所述的壓力傳感器(2)附近設有復位體；所述的筆尖(1)與所述的殼體(3)固定成一體。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的光電輸入筆，其特征在于所述的筆身軸線后傾，與所述光學移動傳感器(4)的光學孔的軸線之間的夾角為20°-40°；所述的筆尖(1)處于偏離筆身軸線的上側。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的光電輸入筆，其特征在于所述的光學透鏡(5)經螺旋調節器(16)固定于殼體的下端部；在所述光學移動傳感器(4)與光學透鏡(5)之間設置有彈性層(20)，其上設有光學孔(21)。
7.根據權利要求1或2或3或4所述的光電輸入筆，其特征在于所述的壓力傳感器(2)觸發時，所述光學移動傳感器(4)前的光學透鏡(5)與物體表面間的距離為1.5mm-4.5mm。
8.根據權利要求1或2或3或4所述的光電輸入筆，其特征在于所述的筆身的上部開設有窗口(12)，其內設有與紅外光脈沖信號發生器相連的紅外線發光二極管(11)；并在所述筆身的尾端設有按鍵式電源開關(14)。
9.根據權利要求1或2或3或4所述的光電輸入筆，其特征在于所述殼體(3)或筆身(31)的上部內置有與無線信號發生器相連的無線天線；并在所述筆身的尾端設有按鍵式電源開關(14)。
10.根據權利要求1或2或3或4所述的光電輸入筆，其特征是在所述筆尾端帶有備用串行連接插口(18)，連接于外圍控制器(9)的串行信號輸出端口。
專利摘要本實用新型涉及一種用于計算機設備的手持式筆狀定位的光電輸入筆。它主要是在所述的殼體內或旁設有壓力傳感器，其端部附近設有光源和光學移動傳感器，在所述移動傳感器前方設有光學透鏡。因此，本實用新型具有結構合理，使用方便，既可用人們習慣的手寫方式輸入文字和定位，又能在可選范圍較大的平面內隨意使用，也沒有拖一根電纜連線所帶來的不便等特點。
文檔編號G06F3/033GK2614356SQ0322916
公開日2004年5月5日 申請日期2003年2月27日 優先權日2003年2月27日
發明者王宜 申請人:王宜