專利名稱：具有識(shí)別指示儀種類的功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它檢測(cè)手指、筆尖或指示棒(此后稱為指示儀)指在坐標(biāo)平面的位置坐標(biāo)，更具體地說(shuō)，涉及光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它識(shí)別指示儀的種類，并使得可用手指或筆輸入。
近年來(lái)，諸如PDA(個(gè)人數(shù)字助理)的移動(dòng)式筆輸入計(jì)算機(jī)變得日益流行。它們中的許多具有設(shè)置在LCD(液晶顯示)顯示器正面的壓敏電阻薄膜系統(tǒng)觸摸面板，使得用戶可以通過(guò)觸摸觸摸面板或通過(guò)手指或筆繪圖來(lái)操作計(jì)算機(jī)和輸入圖畫(huà)，以致用戶可以用與通常的筆和筆記本相同的方式來(lái)使用它?？墒?，在輸入用于簽名驗(yàn)證的簽名或?qū)⑨t(yī)療記錄輸入病人文件的情況下，其中手寫(xiě)輸入是重要的，如果用戶用手觸摸觸摸屏，它將由于觸摸屏的特性而成為一個(gè)錯(cuò)誤輸入。這是所謂的手觸摸問(wèn)題。而且，在壓敏電阻薄膜系統(tǒng)觸摸面板中，由于其結(jié)構(gòu)特性，存在表面薄膜被筆損壞的情況。為了避免這一問(wèn)題，已經(jīng)建議用光系統(tǒng)數(shù)字轉(zhuǎn)換器來(lái)代替壓敏電阻薄膜系統(tǒng)觸摸面板。


圖1示出傳統(tǒng)的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的例子。隧道鏡(tunnel mirror)14設(shè)置在線性圖像傳感器13的成像透鏡9的前面，而一對(duì)檢測(cè)裝置被安排在坐標(biāo)平面1的周邊區(qū)域，其中每一個(gè)檢測(cè)裝置以這樣的方式安排LED(發(fā)光二極管)光源31的光軸與線性圖像傳感器13的光軸重合。諸如筆的指示儀2的尖端包有由后向反射材料構(gòu)成的帶22。當(dāng)由LED光源31發(fā)射的光線照射在筆2尖端的后向反射帶22上時(shí)，由于后向反射特性，入射光直接返回到它來(lái)的地方。這種反射光的圖像由右側(cè)和左側(cè)的線性圖像傳感器13獲得，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。然后，坐標(biāo)計(jì)算機(jī)部分7利用三角測(cè)量原理對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行處理，以便檢測(cè)筆尖指示的坐標(biāo)。這種情況下，如果手不攔在筆尖和圖像獲取裝置之間，允許手來(lái)觸摸?？墒牵谶@種傳統(tǒng)的例子中，不能進(jìn)行通過(guò)手指的輸入。因此，它不能用作裝在筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)上的觸摸墊或簡(jiǎn)單的觸摸面板。
圖2示出傳統(tǒng)的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)例子。在示于圖1的傳統(tǒng)的例子中，后向反射材料安裝在筆2的尖部，但在圖2所示的傳統(tǒng)的例子中，后向反射材料安裝在坐標(biāo)平面1的框架上。在該情況下，在坐標(biāo)平面1兩邊的后向反射材料4中的圖像由右側(cè)和左側(cè)圖像傳感器13中的每一個(gè)得到。換句話說(shuō)，右側(cè)圖像傳感器得到后向反射材料的圖像4a和4b，而左側(cè)圖像傳感器得到圖像4b和4c。當(dāng)諸如手指的指示儀20放在坐標(biāo)平面1時(shí)，來(lái)自后向反射材料4的反射光被指示儀20遮斷，影像20a由圖像傳感器13檢測(cè)到，這使得對(duì)指示儀20指示的坐標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)成為可能。
如圖1所示的傳統(tǒng)的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器只允許特定的筆來(lái)輸入，即使通過(guò)觸摸面板進(jìn)行簡(jiǎn)單的輸入也需要筆。而且，由于需要特定的筆，當(dāng)它裝在筆記本大小的個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)，用戶經(jīng)常感到不方便。就筆輸入而言，圖2所示的傳統(tǒng)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器適用于有關(guān)目的，但它沒(méi)有解決手觸摸問(wèn)題。
為了解決這些問(wèn)題，本發(fā)明打算提供一種光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它具有識(shí)別指示儀種類的功能，并使得可以用手指和筆兩者輸入。而且，本發(fā)明還打算提供一種具有指示儀的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，通過(guò)將輔助信息傳輸裝置安裝在該指示儀中，光數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有多種功能。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明涉及一種光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它檢測(cè)由指示儀在坐標(biāo)平面中指示的位置坐標(biāo)，并具有識(shí)別第一指示儀與第二指示儀的功能，第一指示儀不具有后向反射材料，第二指示儀在其尖部具有后向反射材料，其中光數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括光源，用于發(fā)射光線；圖像獲取裝置，它設(shè)置在坐標(biāo)平面周邊，以便通過(guò)利用光源的光線來(lái)獲得指示儀的圖像，并將所獲得的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；計(jì)算裝置，用于通過(guò)對(duì)圖像獲取裝置轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行處理來(lái)計(jì)算位置坐標(biāo)；光偏振裝置，它設(shè)置在光源位置，用于使光源發(fā)出的光偏振為第一偏振光或第二偏振光；切換裝置，借助于它將照射到坐標(biāo)平面的光切換為第一偏振光或第二偏振光；具有后向反射特性的后向反射材料，它設(shè)置在坐標(biāo)平面的框架上；偏振膜，它被安裝在后向反射材料的前面并具有引起第一偏振光發(fā)射的發(fā)射軸；和判斷裝置，如果通過(guò)第一偏振光得到指示儀的圖像，則將指示儀判定為第一指示儀，如果通過(guò)第二偏振光得到指示儀的圖像，則將指示儀判定為第二指示儀。
光源裝置包括兩個(gè)源，偏振裝置包括允許第一偏振光發(fā)射的第一偏振裝置和允許第二偏振光發(fā)射的第二偏振裝置，每一個(gè)光源上都安裝兩個(gè)偏振裝置，通過(guò)借助切換裝置使兩個(gè)光源交替地發(fā)光來(lái)交替地照射第一偏振光和第二偏振光。
還可以安排偏振裝置包括允許第一偏振光發(fā)射的第一偏振裝置和液晶板，以便通過(guò)由切換裝置切換施加在液晶板上的電壓來(lái)輻射第一偏振光和第二偏振光。
另外，本發(fā)明涉及一種光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它具有識(shí)別指示儀種類的功能，其中光數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括光源，用于發(fā)射光線；圖像獲取裝置，它設(shè)置在坐標(biāo)平面周邊區(qū)域，以便利用光源的光線來(lái)獲得指示儀的圖像并將所獲得的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；計(jì)算裝置，用于通過(guò)對(duì)圖像獲取裝置轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行處理來(lái)計(jì)算位置坐標(biāo)；偏振裝置它設(shè)置在圖像獲取裝置中，用于使入射光成為第一偏振光或第二偏振光；分配裝置(dividing means)，用于將入射光分配到圖像獲取裝置；具有后向反射特性的后向反射材料，它設(shè)置在上述坐標(biāo)平面的框架上；偏振膜，它安裝在后向反射材料的前面并具有引起第一偏振光發(fā)射的發(fā)射軸；和判斷裝置，如果由第一偏振光得到指示儀的圖像，則將指示儀判定為第一指示儀，如果由第二偏振光得到指示儀的圖像，則將指示儀判定為第二指示儀，如果由第一和第二偏振光兩者得到指示儀的圖像，則將指示儀判定為第二指示儀。
本發(fā)明還涉及一種光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中光源裝置包括兩個(gè)光源，還具有引起第一偏振光發(fā)射的第三偏振裝置和引起第二偏振光發(fā)射的第四偏振裝置，兩個(gè)光源中每一個(gè)上都安裝這兩個(gè)偏振裝置，所述光數(shù)字轉(zhuǎn)換器還具有用來(lái)使兩個(gè)光源交替地發(fā)射的切換裝置，所述第二指示儀在其尖部具有液晶材料，所述光數(shù)字轉(zhuǎn)換器還具有判斷裝置，后者通過(guò)進(jìn)入圖像獲取裝置的偏振光、在由第二偏振光得到指示儀的圖像的情況下判定第二指示儀的狀態(tài)，其中進(jìn)入圖像獲取裝置的所述偏振光由施加在液晶材料上的電壓來(lái)改變。
第一偏振光可以是垂直的偏振光，而第二偏振光可以是水平的偏振光。
通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述描述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，附圖中圖1是使用反射型筆的傳統(tǒng)的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)圖，圖2是可以用手指輸入的傳統(tǒng)的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)圖，圖3是說(shuō)明按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例的平面圖，圖4是圖3所示的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例的側(cè)視圖，圖5是按照本發(fā)明的圖3所示的第一實(shí)施例的操作的流程圖，圖6是按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第二實(shí)施例的平面圖，圖7是按照本發(fā)明的象圖4所示的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第二實(shí)施例的側(cè)視圖，圖8是按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第三實(shí)施例的平面圖，圖9是按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第四實(shí)施例的平面圖，圖10是按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第五實(shí)施例的平面圖，圖11是按照本發(fā)明的用在圖10所示的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第五實(shí)施例中的筆的簡(jiǎn)圖。
下面將參考附圖來(lái)解釋本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
圖3是說(shuō)明按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例的平面簡(jiǎn)圖，圖4是其示意的側(cè)視圖。每一個(gè)檢測(cè)裝置3包含光源，線性圖像傳感器13，在其上形成圖像的透鏡9和隧道鏡14，其中將光源的光軸和線性圖像傳感器的光軸排成重合。盡管事實(shí)上設(shè)置在坐標(biāo)平面1周圍框架上的后向反射材料4基本上與圖2所示的先有技術(shù)的相同，然而本發(fā)明的特征是用兩個(gè)發(fā)光二極管(LED)31和32作為光源，其中向LED提供極化軸彼此正交的偏振膜41、42，并且還在后向反射材料4的前面設(shè)置偏振膜40。在本實(shí)施例中，左側(cè)和右側(cè)的檢測(cè)裝置配置相同，所以只描述一個(gè)，另一個(gè)的解釋從略。對(duì)于每一個(gè)偏振膜，將描述允許垂直偏振光發(fā)射的垂直偏振膜40、允許垂直偏振光發(fā)射的垂直偏振膜41和允許水平偏振光發(fā)射的水平偏振膜42，但在此不限于這一描述，因?yàn)樵诖怪狈较蚝退椒较蛑g進(jìn)行交換的配置也能得到相同的效果。隧道鏡還可使用半透明反射鏡或針孔等，或者可以將光源和圖像傳感器安排在非常近的距離，這樣，可以作出適當(dāng)?shù)男薷摹?br> LED 31配置有垂直偏振膜41，LED 32配置有水平偏振膜42，偏振光切換裝置35切換LED 31和32的光發(fā)射，以便交替地將垂直偏振光和水平偏振光照射在坐標(biāo)平面1上。從光源發(fā)射的光線通過(guò)隧道鏡14到達(dá)坐標(biāo)平面1。在通過(guò)偏振光切換裝置35使LED 32發(fā)光而使水平偏振光到達(dá)坐標(biāo)平面1的框架的情況下，由于在后向反射材料前有垂直偏振膜40，故而沒(méi)有來(lái)自后向反射材料4的反射，因此圖像傳感器沒(méi)有獲得圖像。在使LED 31發(fā)光而使垂直偏振光到達(dá)坐標(biāo)平面1的框架的情況下，光通過(guò)垂直偏振膜41并到達(dá)后向反射材料4，并以與光射入時(shí)的方向相同的方向返回，以致坐標(biāo)平面1兩側(cè)的后向反射材料的圖像反射到左側(cè)和右側(cè)的圖像傳感器13中的每一個(gè)。換句話說(shuō)，右側(cè)的圖像傳感器得到后向反射材料4a和4b的圖像，而左側(cè)的圖像傳感器得到后向反射材料4b和4c的圖像。在手指20作為指示儀放在坐標(biāo)平面1、當(dāng)同時(shí)使LED 31發(fā)光并發(fā)射水平偏振光的情況下，手指20擋住后向反射材料4反射的光，于是圖像傳感器13得到手指20陰影20a的圖像。另一方面，在其尖部具有后向反射材料22的筆2作為指示儀放在坐標(biāo)平面1上、同時(shí)使LED發(fā)光并發(fā)射水平偏振光的情況下，沒(méi)有來(lái)自坐標(biāo)平面1框架上的后向反射材料4的反射光，因此圖像傳感器13只獲得從筆2的后向反射材料22反射的光。通過(guò)如此從右側(cè)和左側(cè)獲取圖像并將圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后，坐標(biāo)計(jì)算部分7中的微處理器將利用三角學(xué)原理根據(jù)來(lái)自右和左角度的這些圖像信號(hào)來(lái)確定兩維坐標(biāo)(X，Y)。
指示儀判定部分8根據(jù)偏振切換裝置35的狀態(tài)和得到的圖像信號(hào)來(lái)判斷指示儀是手指還是筆。換句話說(shuō)，在照射垂直偏振光時(shí)傳感器13得到指示儀圖像的情況下，將指示儀判定為手指20，在照射水平偏振光時(shí)傳感器13得到指示儀圖像的情況下，將指示儀判定為筆2。
圖5示出解釋圖3中所示的按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第一實(shí)施例的操作流程圖。首先，對(duì)偏振光切換裝置35進(jìn)行切換，以便使LED 32發(fā)射照射水平偏振光的光(步驟S1)。接著，檢查是否被檢測(cè)到來(lái)自設(shè)置在筆2尖部的后向反射材料22的反射光(步驟S2)。在檢測(cè)到來(lái)自筆2尖部上的后向反射材料22的反射光的情況下，進(jìn)行筆坐標(biāo)計(jì)算處理(步驟S5)，檢測(cè)該筆指示位置的坐標(biāo)，返回到步驟S2重復(fù)相同的過(guò)程。另一方面，在沒(méi)有檢測(cè)到來(lái)自筆2尖部上的后向反射材料22來(lái)的反射光的情況下，切換偏振光切換裝置35，并使得LED 31發(fā)射光，于是照射垂直偏振光(步驟S3)。接著，檢查來(lái)自坐標(biāo)平面1框架上的后向反射材料4的反射光是否被手指20遮斷以及是否檢測(cè)到手指的陰影圖像20a(步驟S4)。在檢測(cè)到陰影圖像20a的情況下，進(jìn)行手指坐標(biāo)計(jì)算處理(步驟S6)，在檢測(cè)手指指示的位置坐標(biāo)后返回到步驟S1。在沒(méi)有檢測(cè)到陰影20a的圖像的情況下，返回到步驟S1，并檢測(cè)從筆的后向反射材料來(lái)的反射光存在還是不存在。隨后高速重復(fù)這一過(guò)程。
這樣，按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器首先檢測(cè)具有后向反射材料的筆存在還是不存在。如果檢測(cè)到所述筆，則進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算處理。如果沒(méi)有檢測(cè)到所述筆，那么檢測(cè)手指存在還是不存在。這樣，可以識(shí)別使用了什么指示儀，因而可以或者用手指或者用筆輸入。而且，如果檢測(cè)到筆，即使檢測(cè)到筆和手指兩者，指示儀的種類可以識(shí)別為筆，因此在筆輸入期間不存在手觸摸的問(wèn)題。
這里，還可能使用1/4波長(zhǎng)相位反差膜代替示于圖3的垂直偏振膜40，并在圖像傳感器13的前面安置垂直偏振膜。1/4波長(zhǎng)相位反差膜在光來(lái)回從其通過(guò)時(shí)會(huì)使偏振光旋轉(zhuǎn)90度。因此在這種情況下，當(dāng)水平偏振光照射時(shí)，來(lái)自后向反射材料4的反射光變成垂直偏振光，以致傳感器13獲得作為陰影的手指20的圖像。另一方面，當(dāng)垂直偏振光照射時(shí)，來(lái)自后向反射材料4的反射光變成水平偏振光，以致圖像傳感器13檢測(cè)不到來(lái)自后向反射材料4的反射光。可是，如果具有后向反射材料22的筆2在坐標(biāo)平面1，那么因?yàn)閬?lái)自后向反射材料22的反射光是垂直偏振光，其圖像由圖像傳感器13經(jīng)由安置在圖像傳感器13前的垂直偏振膜獲得。所述配置還能夠以這種方式進(jìn)行與前述實(shí)施例相同的操作。
圖6是說(shuō)明按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第二實(shí)施例的示意的平面圖，圖7是其示意的側(cè)視圖。在這些圖中，那些標(biāo)注有與第一實(shí)施相同標(biāo)號(hào)的元件表示同樣的組成元件。在第一實(shí)施例中，每一個(gè)檢測(cè)裝置配置為具有光源和設(shè)設(shè)置在該光源上的兩個(gè)偏振膜，但在本實(shí)施例中，在設(shè)設(shè)置在LED 32處的水平偏振膜42的頂部設(shè)置液晶板50，從而在每一個(gè)檢測(cè)裝置中使用一個(gè)光源和一個(gè)偏振膜。換句話說(shuō)，在第一實(shí)施例中，通過(guò)切換LED 31和LED 32來(lái)交替地照射垂直偏振光和水平偏振光，但在本實(shí)施例中，通過(guò)接通/斷開(kāi)施加在液晶板50上的電壓來(lái)交替地照射垂直偏振光和水平偏振光。用于本實(shí)施例的液晶板50包括TN(扭轉(zhuǎn)向列-Twisted Nematic)型液晶。TN型液晶利用光的光學(xué)旋轉(zhuǎn)(扭轉(zhuǎn))。施加電壓是OFF并且液晶分子的取向在板(頂部/底部)之間扭轉(zhuǎn)90度的液晶板可用于本實(shí)施例。這樣，進(jìn)入液晶的光旋轉(zhuǎn)90度通過(guò)。當(dāng)施加電壓時(shí)，液晶分子變成相同的方向(板之間的方向)，并且進(jìn)入的光沒(méi)有扭轉(zhuǎn)地通過(guò)。
由于水平偏振膜42的緣故，來(lái)自LED 32的光線變成水平偏振光，當(dāng)將電壓施加到液晶板50時(shí)，光線沒(méi)有旋轉(zhuǎn)地通過(guò)液晶板50，水平偏振光到達(dá)坐標(biāo)平面1。在電壓施加到液晶板的情況下，由液晶板50將極化軸旋轉(zhuǎn)90度，垂直偏振光到達(dá)坐標(biāo)平面1。其它操作與第一實(shí)施例的相同，即，通過(guò)水平偏振光來(lái)檢測(cè)筆2，通過(guò)垂直偏振光來(lái)檢測(cè)手指20，因此可以識(shí)別指示儀的種類。本實(shí)施例只使用一個(gè)LED，其優(yōu)點(diǎn)是使得光源小。而且光源的光軸不變，因此位置定位簡(jiǎn)單，對(duì)指示的位置坐標(biāo)的計(jì)算不會(huì)變得復(fù)雜，誤差范圍變小。
圖8是按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第三實(shí)施例的示意的平面圖。在上述實(shí)施例中，偏振膜安置在光源處，而在本實(shí)施例中，每一個(gè)檢測(cè)裝置配備兩個(gè)圖像傳感器，偏振膜安置在圖像傳感器側(cè)。這里，以這樣的方式設(shè)置半透明反射鏡45，使得來(lái)自坐標(biāo)平面1的光線到達(dá)兩個(gè)圖像傳感器13a和13b的成像面，并且垂直偏振膜41和水平偏振膜42分別裝到這些圖像傳感器13a和13b上。在本實(shí)施例中，照射在坐標(biāo)平面1上的光的反射光由垂直偏振膜40變成垂直偏振光，其中垂直偏振膜40設(shè)置在坐標(biāo)平面1框架上的后向反射材料4上。因此，只有配備有垂直偏振膜41的圖像傳感器13a才獲得坐標(biāo)平面1框架上的后向反射材料4的反射光的圖像，其中垂直偏振膜41只引起發(fā)射垂直偏振光。在手指20作為指示儀放在坐標(biāo)平面1的情況下，圖像傳感器13a可以獲得手指20的陰影像，并且可以檢測(cè)到手指20的位置指示坐標(biāo)。另一方面，當(dāng)其尖部具有后向反射材料22的筆2放在坐標(biāo)平面1時(shí)，圖像傳感器13b通過(guò)垂直偏振膜42獲得筆2尖部的后向反射材料22的反射光。換句話說(shuō)，如果配備有后向反射材料22的筆2放在坐標(biāo)平面1中，則可由圖像傳感器13b檢測(cè)到，而如果放入手指20，那么由圖像傳感器13a檢測(cè)到。這樣，識(shí)別指示儀是具有后向反射材料的筆還是手指成為可能。這里，在筆和手指同時(shí)被圖像傳感器13a和13b檢測(cè)到的情況下，判定為筆輸入，因此允許手觸摸。利用這樣的配置，允許用簡(jiǎn)單的操作和高精確度來(lái)識(shí)別指示儀，而不用利用偏振光切換裝置。
圖9是按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第四實(shí)施例的示意的平面圖。在第三實(shí)施例中，使用兩個(gè)圖像傳感器，而在本實(shí)施例中，使用一個(gè)圖像傳感器，并且液晶板設(shè)置在偏振膜前。水平偏振膜42設(shè)置在圖像傳感器13前，而液晶板50設(shè)置在所述偏振膜42前。通過(guò)接通/斷開(kāi)施加在液晶板50上的電壓而導(dǎo)致交替地發(fā)射垂直偏振光和水平偏振光，圖像傳感器13獲得圖像。在本實(shí)施例中，首先也是把電壓加到液晶板50，圖像傳感器13只獲得水平偏振光。當(dāng)具有后向反射材料22的筆2放在坐標(biāo)平面1時(shí)，圖像傳感器可以獲得所述筆的位置指示坐標(biāo)的圖像。如果圖像傳感器13沒(méi)有獲得圖像，那么電壓未加到液晶板50上，并且所述數(shù)字轉(zhuǎn)換器被設(shè)置為只能通過(guò)圖像傳感器13獲得垂直偏振光的圖像的狀態(tài)。這時(shí)，如果手指20在坐標(biāo)平面1中，那么圖像傳感器13獲得手指20的陰影像。這些操作與示于圖5的用于說(shuō)明第一實(shí)施例的操作流程圖中的操作相同。通過(guò)這樣配置所述裝置，與第三實(shí)施例相比較，可以減少所使用的相對(duì)較貴的圖像傳感器的數(shù)量，并因此降低所述裝置的成本。
圖10是按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第五實(shí)施例的示意的平面圖。圖11是用于本實(shí)施例指示儀的詳圖。本實(shí)施例的配置象是第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的組合。換句話說(shuō)，每一個(gè)檢測(cè)裝置使用LED 31和LED 32作為光源，而垂直偏振膜41a和水平偏振膜42a分別設(shè)置在每一個(gè)光源上。并且，兩個(gè)圖像傳感器13a和13b用作為圖像獲取裝置，以這樣的方式安排半透明反射鏡45、即、使得來(lái)自坐標(biāo)平面1的光線到達(dá)相應(yīng)的成圖面，并且垂直偏振膜41b和水平偏振膜42b設(shè)置在每一個(gè)圖像傳感器13a和13b上。用作為本實(shí)施例指示儀的筆48在其尖部配備有后向反射材料22，此外如圖11所示的，由液晶材料55包圍。該液晶材料55將根據(jù)其上是否施加電壓來(lái)把偏振方向旋轉(zhuǎn)45度。更具體地說(shuō)，液晶材料55由TN型液晶構(gòu)成，定向膜的取向差別45度。因此，進(jìn)入液晶55的入射光根據(jù)所述施加電壓的有無(wú)而以45度旋轉(zhuǎn)通過(guò)。象第一實(shí)施例的情況那樣，LED 31和LED 32連接到偏振光切換裝置35，并且使兩個(gè)LED交替地發(fā)射，因此交替地照射垂直偏振光和水平偏振光。當(dāng)LED 31發(fā)射光而只垂照射直偏振光時(shí)，存在經(jīng)由垂直偏振膜40來(lái)自坐標(biāo)平面1框架上的后向反射材料4的反射光，因此圖像傳感器13a經(jīng)由垂直偏振膜41b獲得所述反射光的圖像。這里，如果手指放在坐標(biāo)平面1中，則圖像傳感器13a獲得手指20的陰影像，結(jié)果被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可以檢測(cè)到指示的位置坐標(biāo)。當(dāng)偏振光切換裝置35切換LED并且LED 32發(fā)射光時(shí)，照射水平偏振光。盡管沒(méi)有來(lái)自坐標(biāo)平面1框架的反射光，但是如果其尖部的液晶材料施加有電壓的筆48放在坐標(biāo)平面1上，則通過(guò)液晶材料55將水平偏振入射光線的極化軸旋轉(zhuǎn)45度。此外，液晶材料55將來(lái)自后向反射材料22的反射光線再旋轉(zhuǎn)45度，因此在所有這些之后，所述光線旋轉(zhuǎn)了90度并變成垂直偏振光，而且從筆48返回。在這種情況下，圖像傳感器13a經(jīng)由垂直偏振膜41b可以檢測(cè)到所述筆的位置指示坐標(biāo)。通過(guò)按壓筆48的開(kāi)關(guān)25，將電壓加到液晶材料55上，于是光線直接通過(guò)液晶材料55，并且來(lái)自后向反射材料22的反射光經(jīng)由水平偏振膜42b到達(dá)圖像傳感器13b。在這種情況下，圖像傳感器13b可以檢測(cè)到所述筆的位置指示坐標(biāo)。
通過(guò)以這種方式進(jìn)行配置，可以識(shí)別至少三種指示儀。換句話說(shuō)，可以識(shí)別手指20、沒(méi)有施加電壓的筆48和施加電壓的筆48的差別，以致可以發(fā)射例如有關(guān)指示儀的輔助信息。因此，如果本實(shí)施例用于電子白板，則筆48的一般輸入將是黑色輸入，通過(guò)按壓開(kāi)關(guān)25，所述輸入轉(zhuǎn)為紅色輸入，此外，手指輸入起擦子的作用，因此可以得到具有良好輸入效能的極好的白板。
可以象示于圖9中的第四實(shí)施例那樣構(gòu)成本實(shí)施例中的檢測(cè)裝置部分。通過(guò)以這種方式配置所述裝置，可以減少所用的圖像傳感器的數(shù)量。
本發(fā)明不限于上述表示方法，而是可以在不脫離本發(fā)明基本特征的精神的情況下以若干形式體現(xiàn)。例如，取代利用象圖3所示的垂直偏振膜40，通過(guò)利用設(shè)置在坐標(biāo)平面1框架上的后向反射材料4來(lái)構(gòu)成所述設(shè)備是可能的，其中后向反射材料4的反射效率次于筆2尖部的后向反射材料的反射效率。在這種情況下，通過(guò)圖像傳感器13獲得的圖像的光線強(qiáng)度可以識(shí)別指示儀的種類。換句話說(shuō)，當(dāng)光線的圖像強(qiáng)于預(yù)定的閾電平時(shí)，判定反射光來(lái)自筆2尖部的后向反射材料22，并進(jìn)行所述筆的坐標(biāo)計(jì)算處理。當(dāng)檢測(cè)到的光線弱于預(yù)定的閾電平時(shí)，判定在坐標(biāo)平面1中沒(méi)有筆，并判定光是來(lái)自于坐標(biāo)平面1框架的后向反射材料4。然后判定陰影20a是否存在，如果存在陰影，進(jìn)行手指坐標(biāo)計(jì)算處理。通過(guò)以這種方式構(gòu)成所述設(shè)備，象前述實(shí)施例的情況下那樣，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)指示儀種類的識(shí)別。
如迄今所描述的那樣，按照本發(fā)明的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有識(shí)別指示儀種類的功能，使得既可以由筆又可以由手指輸入。在筆輸入的情況下，本發(fā)明沒(méi)有手觸摸問(wèn)題。而且本發(fā)明允許發(fā)送輔助信息，使得筆可能具有多種功能。
雖然已經(jīng)利用特定的條件描述了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但這樣的描述僅僅用于解釋的目的，應(yīng)當(dāng)明白可以作出改變和變化而不脫離后面的權(quán)利要求書(shū)的精神或范圍。
權(quán)利要求
1．一種具有識(shí)別指示儀(2，20)種類功能、用于檢測(cè)所述指示儀在坐標(biāo)平面(1)中指示位置坐標(biāo)的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述指示儀包括其尖部未配備后向反射材料的第一指示儀(20)和其尖部配備后向反射材料(22)的第二指示儀(2)，所述光數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括光源裝置(31，32；32)，它發(fā)射光線；圖像獲取裝置(13)，它設(shè)置在所述坐標(biāo)平面周邊，適合于利用所述光源的所述光線來(lái)獲得所述指示儀的圖像，并將所述指示儀的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；計(jì)算裝置(7)，它由所述圖像獲取裝置轉(zhuǎn)換的所述電信號(hào)進(jìn)行處理，并計(jì)算所述指示儀的所述指示位置坐標(biāo)；偏振裝置(41，42；42，50)，它設(shè)置在所述光源裝置，適合于使所述光源裝置發(fā)射的所述光線成為第一偏振光和第二偏振光之一；切換裝置(35)，它將發(fā)射到所述坐標(biāo)平面的所述光線切換為所述第一偏振光和所述第二偏振光之一；后向反射裝置(4)，它設(shè)置在所述坐標(biāo)平面的框架上，具有后向反射特性；偏振膜(40)，它設(shè)置在所述后向反射裝置的前面，具有引起所述第一偏振光發(fā)射的發(fā)射軸；和判定裝置(8)，如果通過(guò)所述第一偏振光得到所述指示儀的所述圖像，則它將所述指示儀判定為所述第一指示儀，如果通過(guò)所述第二偏振光得到所述指示儀的所述圖像，則它將所述指示儀判定為所述第二指示儀。
2．權(quán)利要求1要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述光源裝置包括兩個(gè)光源(31，32)；所述偏振裝置包括引起所述第一偏振光發(fā)射的第一偏振部分(41)和引起所述第二偏振光發(fā)射的第二偏振部分(42)，所述第一和第二偏振部分分別設(shè)置在所述兩個(gè)光源處，通過(guò)經(jīng)由所述切換裝置切換所述兩個(gè)光源的照射來(lái)照射所述第一偏振光和所述第二偏振光。
3．權(quán)利要求1要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述偏振裝置包括引起所述第一偏振光發(fā)射的第一偏振部分(42)和液晶板(50)，通過(guò)經(jīng)由所述切換裝置切換加到所述液晶板的電壓來(lái)照射所述第一偏振光和所述第二偏振光。
4．權(quán)利要求2要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述第一偏振光是垂直偏振光，而所述第二偏振光是水平偏振光。
5．權(quán)利要求3要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述所述第一偏振光是垂直偏振光，而所述第二偏振光是水平偏振光。
6．一種具有識(shí)別指示儀(2，20；48)種類功能、用于檢測(cè)所述指示儀在坐標(biāo)平面(1)中指示位置坐標(biāo)的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述指示儀包括其尖部未配備后向反射材料的第一指示儀(20)和其尖部配備后向反射材料(22)的第二指示儀(2)，所述光數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括光源裝置(31；31，32)，它發(fā)射光線；圖像獲取裝置(13a，13b；13)，它設(shè)置在所述坐標(biāo)平面周邊，適合于利用所述光源的所述光線來(lái)獲得所述指示儀的圖像，并將所述指示儀的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；計(jì)算裝置(7)，它對(duì)由所述圖像獲取裝置轉(zhuǎn)換的所述電信號(hào)進(jìn)行處理，并計(jì)算所述指示儀的所述指示位置坐標(biāo)；偏振裝置(41，42；42，50)，它設(shè)置在所述圖像獲取裝置，將所述圖像獲取裝置中的入射光偏振為第一偏振光和第二偏振光之一；分配裝置(dividing means)(45；35)，它將所述入射光分配到所述圖像獲取裝置；后向反射裝置(4)，它設(shè)置在所述坐標(biāo)平面的框架上，具有后向反射特性；偏振膜(40)，它設(shè)置在所述后向反射裝置的前面，具有引起所述第一偏振光發(fā)射的發(fā)射軸；和判定裝置(8)，如果通過(guò)所述第一偏振光得到所述指示儀的所述圖像，則它將所述指示儀判定為所述第一指示儀，如果通過(guò)所述第二偏振光得到所述指示儀的所述圖像，則它將所述指示儀判定為所述第二指示儀，如果通過(guò)所述第一偏振光和所述第二偏振光兩者得到所述圖像，則它將所述指示儀判定為所述第二指示儀。
7．權(quán)利要求6要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述圖像獲取裝置包括兩個(gè)圖像獲取裝置(13a，13b)；所述偏振裝置包括引起所述第一偏振光發(fā)射的第一偏振部分(41)和引起所述第二偏振光發(fā)射的第二偏振部分(42)；所述分配裝置包括半透明反射鏡(45)，由此使進(jìn)入所述圖像獲取裝置的所述入射光通過(guò)所述半透明反射鏡分別到達(dá)所述第一偏振部分和所述第二偏振部分，每一個(gè)圖像獲取裝置獲取所述第一偏振光和所述第二偏振光的所述圖像。
8．權(quán)利要求6要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述偏振裝置包括引起所述第一偏振光發(fā)射的第一偏振部分(42)和液晶板(50)，通過(guò)經(jīng)由所述分配裝置35切換加到所述液晶板的電壓，所述第一偏振光和所述第二偏振光到達(dá)所述圖像獲取裝置，所述圖像獲取裝置交替地獲取每一種入射光線的所述圖像。
9．權(quán)利要求6要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述光源裝置包括兩個(gè)光源(31，32)；所述光數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括引起所述第一偏振光發(fā)射并設(shè)置在所述兩個(gè)光源之一的第三偏振部分(41a)，引起所述第二偏振光發(fā)射并設(shè)置在所述兩個(gè)光源中的另一個(gè)的第四偏振部分(42a)；切換裝置(35)，它引起所述兩個(gè)光源交替地發(fā)射光線；所述第二指示儀配備有液晶材料(55)；所述光數(shù)字轉(zhuǎn)換器還包括判定裝置(8)，用來(lái)在通過(guò)所述第二偏振光得到所述第二指示儀的所述圖像的情況下，通過(guò)到達(dá)所述圖像獲取裝置的入射偏振光判定所述第二指示儀的狀態(tài)，其中所述到達(dá)所述圖像獲取裝置的入射偏振光隨加到所述液晶板的電壓而變化。
10．權(quán)利要求7要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述第一偏振光是垂直偏振光，而所述第二偏振光是水平偏振光。
11．權(quán)利要求8要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述第一偏振光是垂直偏振光，而所述第二偏振光是水平偏振光。
12．權(quán)利要求9要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述第一偏振光是垂直偏振光，而所述第二偏振光是水平偏振光。
13．一種具有識(shí)別指示儀(2，20)種類功能、用于檢測(cè)所述指示儀在坐標(biāo)平面(1)中指示位置坐標(biāo)的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述指示儀包括其尖部未配備后向反射材料的第一指示儀(20)和其尖部配備后向反射材料(22)的第二指示儀(2)，所述光數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括光源(31，32)，它發(fā)射光線；圖像獲取裝置(13)，它在利用所述光源的所述光線來(lái)獲得所述指示儀的圖像后將圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；計(jì)算裝置(7)，它通過(guò)對(duì)所述圖像獲取裝置轉(zhuǎn)換的所述電信號(hào)進(jìn)行處理來(lái)計(jì)算所述指示位置坐標(biāo)；偏振裝置(41，42)，它設(shè)置在所述光源，適合于使所述光源發(fā)射的所述光線成為第一偏振光或第二偏振光之一；切換裝置(35)，它將發(fā)射到所述坐標(biāo)平面的所述光線切換為所述第一偏振光和所述第二偏振光之一；后向反射裝置(4)，它設(shè)置在所述坐標(biāo)平面的框架上，具有后向反射特性；1/4波長(zhǎng)相位反差膜，它設(shè)置在所述后向反射裝置前；偏振膜，它設(shè)置在所述圖像獲取裝置的前面，具有引起所述第一偏振光發(fā)射的發(fā)射軸；和判定裝置(8)，如果通過(guò)所述第二偏振光得到所述指示儀的所述圖像，則它將所述指示儀判定為所述第一指示儀，如果由所述第一偏振光得到所述指示儀的所述圖像，則它將所述指示儀判定為所述第二指示儀。
14．權(quán)利要求13要求的具有識(shí)別指示儀種類功能的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述第一偏振光是垂直偏振光，而所述第二偏振光是水平偏振光。
15．一種具有識(shí)別指示儀(2，20)種類功能、用于檢測(cè)所述指示儀在坐標(biāo)平面(1)中指示位置坐標(biāo)的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述指示儀包括其尖部未配備后向反射材料的第一指示儀(20)和其尖部配備后向反射材料(22)的第二指示儀(2)，所述光數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括光源(31，32)，它發(fā)射光線；圖像獲取裝置(13)，它設(shè)置在所述坐標(biāo)平面的周邊，適合于利用所述光源的所述光線來(lái)獲得所述指示儀的圖像并將圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；計(jì)算裝置(7)，它通過(guò)對(duì)所述圖像獲取裝置轉(zhuǎn)換的所述電信號(hào)進(jìn)行處理來(lái)計(jì)算所述指示位置坐標(biāo)；后向反射裝置(4)，它設(shè)置在所述坐標(biāo)平面的框架上，其反射效率次于所述第二指示儀的所述后向反射材料的反射效率；和判定裝置(8)，如果由弱于預(yù)定閾電平的光線得到所述指示儀的所述圖像，則它將所述指示儀判定為所述第一指示儀，而如果由強(qiáng)于預(yù)定閾電平的光線得到所述指示儀的所述圖像，則它將所述指示儀判定為所述第二指示儀。
全文摘要
提供具有識(shí)別指示儀種類、允許由手指(20)或筆(2)輸入的光數(shù)字轉(zhuǎn)換器,它包括:光源(31,32);圖像獲取單元(13);計(jì)算單元(7);偏振單元(41,42),用于將光源光線偏振的第一偏振光或第二偏振光;切換單元(35);后向反射材料(4);偏振膜(40),它具有引起發(fā)射第一偏振光的發(fā)射軸;和判斷單元(8),當(dāng)通過(guò)第一偏振光線得到指示儀的圖像時(shí)將指示儀判定為第一指示儀,當(dāng)通過(guò)第二偏振光線得到指示儀的圖像時(shí)將指示儀判定為第二指示儀。
文檔編號(hào)G06F3/042GK1296239SQ00133910
公開(kāi)日2001年5月23日 申請(qǐng)日期2000年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月11日
發(fā)明者小川保二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社紐科姆