專利名稱：發(fā)光觸控筆以及使用該發(fā)光觸控筆的用戶輸入設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光觸控筆以及發(fā)光觸控筆在用戶輸入設(shè)備中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
觸摸傳感器已經(jīng)日益成為用戶與電子系統(tǒng)(通常是那些包括用于觀看信息的顯示器的電子系統(tǒng))直覺互動(dòng)的通用方式。在很多應(yīng)用中，通過觸敏區(qū)觀看信息，從而看起來用戶好像與顯示的信息直接互動(dòng)。根據(jù)輸入設(shè)備的技術(shù)，用戶可以使用手指或某些其它觸摸工具例如觸控筆來與該設(shè)備進(jìn)行互動(dòng)。當(dāng)使用觸控筆時(shí)，該觸控筆可以是無源物體(通常是與電阻式觸摸屏一起使用時(shí)，例如在個(gè)人數(shù)字助理或其它手持設(shè)備中)或有源物體(通常是與簽名捕獲設(shè)備一起使用時(shí))有源觸控筆可以與輸入設(shè)備進(jìn)行信號(hào)通信，通過發(fā)送信號(hào)、接收信號(hào)或者收發(fā)信號(hào)，來確定觸摸位置或其它信息。有源觸控筆包括那些發(fā)送或接收射頻信號(hào)的觸控筆(RF筆)、那些使用電磁場來感應(yīng)捕獲信號(hào)的觸控筆(感應(yīng)筆)以及那些發(fā)光或接收光的觸控筆(光筆)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種與光敏用戶輸入設(shè)備一起使用的觸控筆。該觸控筆包括發(fā)光設(shè)備，該發(fā)光設(shè)備被構(gòu)造成當(dāng)觸控筆的尖端與輸入設(shè)備的輸入表面不接觸時(shí)，通過該尖端發(fā)射光束，當(dāng)觸控筆的尖端與輸入表面充分接觸時(shí)，光束的性質(zhì)會(huì)突變，可通過光敏用戶輸入設(shè)備檢測(cè)到光束中的這種突變。
本發(fā)明還提供一種輸入設(shè)備，該輸入設(shè)備包括多個(gè)光傳感器，所述多個(gè)光傳感器被設(shè)置用來檢測(cè)透射通過該輸入設(shè)備的輸入表面的光；觸控筆，所述觸控筆被構(gòu)造成不管其尖端是否接觸所述輸入表面都通過該尖端發(fā)射光束，可通過所述傳感器檢測(cè)所述光束；以及電子裝置，所述電子裝置與所述傳感器耦合，并且被構(gòu)造用來確定光束在參考平面上的位置。當(dāng)所述尖端接觸所述輸入表面時(shí)，所述光束的性質(zhì)以可以通過所述傳感器檢測(cè)到的方式發(fā)生突變。本發(fā)明還提供一種包括電子顯示器的系統(tǒng)，所述電子顯示器被設(shè)置用來顯示可通過這種輸入設(shè)備的所述輸入表面觀看的信息。
本發(fā)明還提供一種使用輸入設(shè)備的方法，所述輸入設(shè)備包括用于發(fā)射光束的發(fā)光觸控筆和多個(gè)光傳感器，所述光傳感器被設(shè)置用來檢測(cè)透射通過該輸入設(shè)備的輸入表面的光束。該方法包括當(dāng)所述觸控筆與所述輸入表面不接觸時(shí)，檢測(cè)所述光束；當(dāng)所述觸控筆與所述輸入表面接觸時(shí)，檢測(cè)所述光束；當(dāng)所述觸控筆與所述輸入表面充分接觸時(shí)，突然改變所述光束的性質(zhì)；以及檢測(cè)所述光束的突變的性質(zhì)。
本發(fā)明的以上概述并不意味著闡述了本發(fā)明的每一個(gè)所披露的實(shí)施例或每一種實(shí)施方式。隨后的附圖和詳細(xì)說明更具體地舉例說明了這些實(shí)施例。


結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例的以下詳細(xì)的描述進(jìn)行思考，可更加全面地理解本發(fā)明，其中圖1(a)和(b)示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光觸控筆的使用；圖2(a)示意性地示出用于改變由發(fā)光觸控筆發(fā)射的光的性質(zhì)的開關(guān)機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例；圖2(b)示意性地示出用于改變由發(fā)光觸控筆發(fā)射的光的性質(zhì)的開關(guān)機(jī)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例；圖2(c)示意性地示出用于改變由發(fā)光觸控筆發(fā)射的光的性質(zhì)的開關(guān)機(jī)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例；圖3示意性地示出包括輔助開關(guān)的發(fā)光觸控筆；圖4示意性地示出根據(jù)本發(fā)明在用戶輸入設(shè)備中使用發(fā)光觸控筆的一種方式。
雖然對(duì)本發(fā)明容易進(jìn)行各種修改和形式替換，但是其細(xì)節(jié)已經(jīng)通過附圖中的例子被示出并會(huì)被詳細(xì)地描述。然而，應(yīng)該明白，本發(fā)明并不局限于所述的這些具體實(shí)施例。相反，本發(fā)明覆蓋了由附屬權(quán)利要求書所界定的在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有的修改、等同形式以及替換形式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及發(fā)光觸控筆及其與光學(xué)位置數(shù)字轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用，例如用作用戶輸入設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，基于觸控筆的尖端是否接觸輸入表面，可改變所發(fā)射的光束的特性。在應(yīng)用中，觸控筆可發(fā)射光束，所述光束可被傳感器陣列檢測(cè)到。傳感器可用來確定光束在參考平面上的位置，例如光束在輸入表面上的位置。當(dāng)觸控筆不接觸輸入表面時(shí)，光束表現(xiàn)出某些可檢測(cè)的特性。當(dāng)觸控筆接觸輸入表面時(shí)，光束的一種或多種性質(zhì)突然以可通過傳感器檢測(cè)到的方式發(fā)生改變。這樣，除了光束的位置外，用戶輸入系統(tǒng)還可以確定所述觸控筆的狀態(tài)該觸控筆或者懸浮在輸入表面上方，或者與輸入表面接觸。
懸浮或接觸信息可用來表示不同的操作模式、選擇不同的功能等。例如，當(dāng)處于懸浮模式(觸控筆與輸入表面不接觸)時(shí)，發(fā)射的光束可用來移動(dòng)光標(biāo)、突出顯示圖標(biāo)、通過菜單項(xiàng)標(biāo)記號(hào)等。當(dāng)用戶希望系統(tǒng)執(zhí)行與懸浮模式期間突出顯示的項(xiàng)目相關(guān)的功能時(shí)，可使觸控筆在被照亮的項(xiàng)目的位置上接觸輸入表面。作為另一個(gè)例子，接觸模式可用于捕獲簽名或另一特定功能以模擬在紙上使用墨水筆。在一些實(shí)施例中，在該觸控筆上設(shè)置開關(guān)，使得不管輸入表面是否與該觸控筆接觸，光束的性質(zhì)都可以按可被光傳感器陣列檢測(cè)到的方式改變。可使用該輔助開關(guān)來選擇與通過使觸控筆同輸入表面接觸所選擇的操作功能相同或不同的操作功能。輔助開關(guān)可控制光束開/關(guān)功能、表示左右鼠標(biāo)按鈕點(diǎn)擊動(dòng)作等。在很多實(shí)施例中，可能希望發(fā)光觸控筆和輸入設(shè)備與電子顯示器耦合，所述電子顯示器可通過輸入表面來觀看。
圖1(a)示出發(fā)光觸控筆110，該發(fā)光觸控筆被設(shè)置成通過尖端112發(fā)射光束B?？蓪⒐馐鳥射向輸入表面122。光束可以被光傳感器陣列(未示出)檢測(cè)到，所述光傳感器與輸入表面122相關(guān)聯(lián)。例如，可將光傳感器設(shè)置成感測(cè)透射通過輸入表面122的光。如果輸入表面122是層120的表面，則光傳感器可嵌入在層120中；光傳感器可設(shè)置在層120的相對(duì)表面124上；或者光傳感器可以按任何其它的方式設(shè)置，使得輸入表面122置于觸控筆110和傳感器之間。例如，光傳感器可以形成為電子顯示器的一部分，層120可以是該顯示器的一層，或者是置于該顯示器之上的一層(不管與該顯示器接觸還是隔開)。當(dāng)觸控筆110與該輸入表面不接觸并且發(fā)射的光穿過輸入表面122時(shí)，可以說該觸控筆處于“懸浮”模式。
圖1(b)示出同一發(fā)光觸控筆110，其中該發(fā)光觸控筆的尖端112與輸入表面122接觸。當(dāng)觸控筆的尖端112與輸入表面122(或任何其它表面)接觸時(shí)，發(fā)射的光束的性質(zhì)會(huì)發(fā)生突然變化，被改變的光束表示為B′。光束中的突變可使用與尖端耦合的開關(guān)機(jī)構(gòu)來操縱，并且通過尖端與表面充分接觸來激活。光束B′可以透射通過輸入表面122，以與圖1(a)中的光束B相同的方式被光傳感器陣列(未示出)檢測(cè)。當(dāng)觸控筆110與輸入表面接觸并且發(fā)射的光穿過輸入表面122時(shí)，可以說該觸控筆處于“用墨水書寫”模式。
當(dāng)尖端112接觸輸入表面122時(shí)所表現(xiàn)出的光束的變化是明顯的突變，該突變可通過光傳感器檢測(cè)，以區(qū)分懸浮模式和用墨水書寫模式。突變與光滑的、連續(xù)的漸進(jìn)式變化不同，例如當(dāng)非準(zhǔn)直的光束源從剛好位于輸入表面上方移動(dòng)到接觸該輸入表面時(shí)，在傳感器平面上的光束寬度差別。當(dāng)尖端接觸表面時(shí)，可能改變的發(fā)射的光束的性質(zhì)包括(例如)光束強(qiáng)度(例如，較高的強(qiáng)度、較低的強(qiáng)度、不同橫截面的強(qiáng)度分布圖等)、光束波長(例如，從一種顏色到另一種顏色、從較窄的波長范圍到較寬的波長范圍等)、光束的展寬(例如，從準(zhǔn)直光束到散射光束、光斑大小的突變等)、光束的調(diào)制(例如，光束頻率調(diào)制的變化、調(diào)制光束的負(fù)載周期或脈沖寬度的變化等)、光束的偏振或取向等。光傳感器可以直接檢測(cè)該突變(例如，強(qiáng)度、負(fù)載周期、光束寬度等的變化)，或者可以通過可檢測(cè)的突變影響來間接地檢測(cè)該突變(例如，在光束和檢測(cè)器之間使用偏光鏡或顏色濾光器的系統(tǒng)中，光束的偏振或顏色的突變可產(chǎn)生可檢測(cè)的光束強(qiáng)度的變化)。
當(dāng)觸控筆接觸表面時(shí)，可以使用任何數(shù)目的機(jī)構(gòu)來產(chǎn)生光束中可檢測(cè)的突變。機(jī)構(gòu)的類型可以取決于正產(chǎn)生的變化。例如，當(dāng)可以通過電子設(shè)備產(chǎn)生變化時(shí)，可能希望將電開關(guān)連接到觸控筆的尖端，使得觸控筆的尖端與表面接觸使該設(shè)備從一種發(fā)射狀態(tài)開關(guān)到另一種發(fā)射狀態(tài)。作為另一個(gè)例子，當(dāng)可以通過光學(xué)產(chǎn)生變化時(shí)，可能希望在觸控筆的尖端上設(shè)置透鏡或小孔，使得觸控筆的尖端與表面接觸改變光源與透鏡或小孔之間的距離，從而以可檢測(cè)的方式來改變光束的展寬。作為另一個(gè)例子，所述機(jī)構(gòu)可以是機(jī)械開關(guān)，該機(jī)械開關(guān)改變小孔大小、改變顏色或偏振濾光條件等。
用于本發(fā)明的發(fā)光觸控筆可以采用任何合適的形式，并且希望能夠用手容易握持和操縱。發(fā)光觸控筆通常包括外殼，該外殼容納限定觸控筆尖端的發(fā)光器(例如發(fā)光二極管(LED))，所述發(fā)光器設(shè)置用來通過小孔、透鏡、光管、光纖等發(fā)射光。在本發(fā)明中，尖端與開關(guān)或某些其它機(jī)構(gòu)耦合，當(dāng)觸控筆接觸輸入表面時(shí)，所述機(jī)構(gòu)用來發(fā)信號(hào)或控制發(fā)射的光束以可通過光傳感器陣列檢測(cè)的方式突然改變其性質(zhì)，從而區(qū)分懸浮模式和用墨水書寫模式。本發(fā)明的發(fā)光觸控筆還可結(jié)合用戶可用來手動(dòng)控制光束的開關(guān)，例如開關(guān)光束、在未激活尖端開關(guān)時(shí)改變光束的性質(zhì)等。具有可適合在本發(fā)明的發(fā)光觸控筆中實(shí)施的一些部件的光筆的例子披露在以下出版物中U.S.2003/0122749、WO 03/058588；WO 03/071345、美國專利6,600,478、美國專利6,337,918、美國專利6,377,249、美國專利6,404,416、美國專利5,600,348、美國專利5,838,308、JP 10-187348、JP 10-283113、JP 58-086674、JP 60-198630、JP 60-200388、JP 61-006729、JP61-075423、JP 61-122738、JP 62-092021和JP 7-028584。
由本發(fā)明的觸控筆發(fā)射的光束可被光敏檢測(cè)陣列器檢測(cè)，所述檢測(cè)器被設(shè)置用來感測(cè)透射通過輸入表面的光。通過知道哪個(gè)檢測(cè)器正感測(cè)到發(fā)射的光，可以確定光束在輸入表面或其它參考平面上的位置。因此，通過將電子系統(tǒng)或顯示器的各種功能與位置信息結(jié)合，發(fā)光觸控筆和檢測(cè)器陣列可用作用戶輸入設(shè)備。示例性的光敏檢測(cè)器陣列是光二極管陣列，例如在以下出版物中所披露的WO 03/071345、美國專利6,337,918、美國專利5,838,308、JP 10-187348、JP10-283113、JP 58-086674、JP 60-198630、JP 60-200388、JP 61-006729、JP 61-075423、JP 11-282628和JP 2003-66417。其它合適的光檢測(cè)器陣列包括如國際公開WO 03/058588中所披露的有機(jī)電致發(fā)光顯示器(OLED)的發(fā)光器。除了發(fā)射光外，OLED設(shè)備還可以檢測(cè)光。如WO03/058588中所披露的那樣，通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)制OLED設(shè)備的發(fā)射功能和檢測(cè)功能，顯示像素表面上看可以同時(shí)執(zhí)行雙重功能。這樣，有可能會(huì)將現(xiàn)有的OLED顯示器與新的電子裝置裝配在一起，以將現(xiàn)有的顯示器轉(zhuǎn)換成雙功能的顯示器和輸入設(shè)備。還可以使用已經(jīng)設(shè)置在主動(dòng)矩陣液晶顯示器(AMLCD)中的像素晶體管來檢測(cè)光。例如，發(fā)光觸控筆可設(shè)置用來發(fā)射一定波長的光，該波長的光在AMLCD的像素晶體管中很可能會(huì)產(chǎn)生光感應(yīng)電流，優(yōu)選地，將發(fā)射的光進(jìn)行調(diào)制，以使由觸控筆發(fā)射的光可以與環(huán)境光區(qū)分開。本發(fā)明可使用這些和任何其它合適的光檢測(cè)器陣列。光檢測(cè)器陣列可以設(shè)置成與用戶輸入系統(tǒng)耦合的獨(dú)立設(shè)備、用戶輸入系統(tǒng)中的獨(dú)立層或者顯示器的一體部分。當(dāng)光檢測(cè)器被集成到顯示器例如LCD中時(shí)，可能希望將這些檢測(cè)器定位在被黑色矩陣覆蓋的區(qū)域內(nèi)，例如使得像素區(qū)域稍微減少或者沒有減少。在這種情況下，可能希望在黑色矩陣中形成與光檢測(cè)器對(duì)準(zhǔn)的的小孔，以允許光到達(dá)光檢測(cè)器。這可在黑色矩陣的圖案形成過程中實(shí)現(xiàn)。
在顯示器結(jié)合顏色濾光器的實(shí)施例中，顏色濾光器可以有利地與光檢測(cè)器陣列協(xié)同地使用。例如，如果光檢測(cè)器設(shè)置用來接收透射通過LCD的藍(lán)色濾光器的光，則可以使用這樣一種發(fā)光觸控筆，該發(fā)光觸控筆僅(或者主要)發(fā)射被藍(lán)色顏色濾光器透射的波長范圍的光。因?yàn)榄h(huán)境光包含較低強(qiáng)度的藍(lán)光，所以只檢測(cè)觸控筆發(fā)射的藍(lán)光可能會(huì)由于干擾的減少而增大信噪比。在其它應(yīng)用中，可使用顏色濾光器來區(qū)分懸浮模式和用墨水書寫模式。例如，光檢測(cè)器陣列可設(shè)置用來感測(cè)被一組顏色濾光器(例如藍(lán)色的)透射的光，另一光檢測(cè)器陣列可設(shè)置用來感測(cè)被另一組顏色濾光器(例如紅色的)透射的光。當(dāng)觸控筆與輸入表面不接觸時(shí)，觸控筆可以發(fā)射藍(lán)光，該藍(lán)光僅被置于藍(lán)色濾光器后面的檢測(cè)器檢測(cè)。當(dāng)觸控筆接觸輸入表面時(shí)，可以發(fā)射紅光，該紅光僅被置于紅色濾光器后面的檢測(cè)器檢測(cè)。還可以使用其它的組合。為了這樣的目的，還可以使用采用其它濾光鏡的類似布置，例如使用偏振濾光鏡，而不使用顏色濾光器，以增大信噪比或區(qū)分觸控筆模式。另外，應(yīng)該注意，可以使用OLED設(shè)備來區(qū)別波長，很象顏色濾光器一樣。發(fā)射特定顏色光的OLED設(shè)備在吸收相應(yīng)波長方面也更有效。這樣，當(dāng)OLED設(shè)備用作檢測(cè)器陣列時(shí)，它們可用來增大信噪比或者區(qū)分由一個(gè)或多個(gè)觸控筆發(fā)射的顏色。
圖2(a)-(c)示意性地示出根據(jù)本發(fā)明用于突然改變由觸控筆發(fā)射的光束的性質(zhì)的機(jī)構(gòu)的某些非限制性例子。圖2(a)示出發(fā)光觸控筆201的一部分，該發(fā)光觸控筆部件包括設(shè)置成筆的形狀的外殼210，但是可以使用任何合適的觸控筆形狀。外殼210包含發(fā)光設(shè)備212，該發(fā)光設(shè)備被設(shè)置成通過光導(dǎo)214發(fā)射光。光導(dǎo)214穿過外殼的開口突出，光導(dǎo)的突出部分充當(dāng)發(fā)光觸控筆的尖端。從尖端發(fā)出的光以光束的形式出現(xiàn)。外殼210還包含開關(guān)組件，該組件包括彈簧機(jī)構(gòu)和開關(guān)機(jī)構(gòu)。彈簧機(jī)構(gòu)包括彈簧216，所述彈簧環(huán)繞光導(dǎo)。彈簧機(jī)構(gòu)推壓第一固定彈簧擋板216和第二彈簧擋板226，所述第一固定彈簧擋板連接到外殼210的內(nèi)部，所述第二彈簧擋板連接到光導(dǎo)。當(dāng)尖端與表面不接觸時(shí)，連接在光導(dǎo)上的電極222與第一開關(guān)電極218接合，彈簧216的作用保持該接觸。這構(gòu)成了第一電路，第一電路致使發(fā)光設(shè)備212發(fā)射具有某一組特性的光。當(dāng)尖端接觸表面時(shí)，尖端被向后推入外殼，使得電極222與第二開關(guān)電極220接合。這樣構(gòu)成第二電路，第二電路致使發(fā)光設(shè)備212發(fā)射具有另一組特性的光，可以通過光檢測(cè)器陣列區(qū)別所述特性。例如，包括開關(guān)電極218的電路可以包括與包括開關(guān)電極220的電路不同的電阻器，從而改變光束的強(qiáng)度。開關(guān)機(jī)構(gòu)還可以影響光束的調(diào)制、光束的顏色等。作為另一個(gè)例子，可以使用一個(gè)以上的發(fā)光設(shè)備，其中尖端開關(guān)控制激活哪個(gè)或哪些設(shè)備。
圖2(b)示出發(fā)光觸控筆230的兩個(gè)視圖，上面視圖顯示觸控筆與表面不接觸時(shí)的尖端位置，下面視圖顯示觸控筆接觸表面時(shí)的尖端位置。觸控筆230包括發(fā)光設(shè)備238，該發(fā)光設(shè)備設(shè)置用來通過光導(dǎo)232發(fā)射光。小孔234形成觸控筆的尖端，并且根據(jù)小孔出口與光導(dǎo)末端之間的距離，來控制從光導(dǎo)末端發(fā)出的光束的展寬。如所示的那樣，當(dāng)尖端與表面不接觸時(shí)，小孔出口離光導(dǎo)的末端較遠(yuǎn)，從而產(chǎn)生較窄的光束展寬B。當(dāng)尖端接觸表面時(shí)，小孔出口更靠近光導(dǎo)的末端，從而產(chǎn)生較寬的光束展寬B′。彈簧239可用來在沒有向尖端施加壓力時(shí)保持懸浮模式的小孔位置，并在與表面接觸時(shí)允許當(dāng)小孔向內(nèi)移動(dòng)，更靠近光源。
圖2(c)示出同一發(fā)光觸控筆240的兩個(gè)視圖，下面視圖顯示觸控筆與表面不接觸時(shí)的尖端位置，上面視圖顯示觸控筆接觸表面時(shí)的尖端位置。觸控筆240包括發(fā)光設(shè)備245，該發(fā)光設(shè)備設(shè)置用來通過光導(dǎo)242發(fā)射光。圓筒246設(shè)置在光導(dǎo)的尖端附近，該圓筒包括透鏡248，該透鏡設(shè)置用來發(fā)射光束B。圓筒246形成尖端，借助彈簧248的推動(dòng)，該尖端可以向觸控筆內(nèi)外移動(dòng)。在所示的構(gòu)造中，當(dāng)尖端與表面不接觸時(shí)，圓筒完全伸出，從而導(dǎo)致該透鏡位置產(chǎn)生相對(duì)聚焦的、準(zhǔn)直的光束B。當(dāng)尖端接觸表面時(shí)，圓筒246被向里推，使得透鏡248展開光束，如光束B′所示。
圖3示出發(fā)光觸控筆310，該發(fā)光觸控筆包括側(cè)開關(guān)或輔助開關(guān)320，開關(guān)320用來激活或改變發(fā)射光束B的性質(zhì)，而不管尖端開關(guān)(未示出)是否被激活。側(cè)開關(guān)可以是壓力啟動(dòng)的開關(guān)，該開關(guān)形成電接觸或斷開電接觸，從而產(chǎn)生信號(hào)。該信號(hào)可以是觸控筆光束中的變化，例如光束強(qiáng)度、調(diào)制光束的負(fù)載周期、光束調(diào)制頻率、光束顏色、光束中光的偏振、光束的開/關(guān)狀態(tài)等中的變化。觸控筆光束中的變化可以被用戶輸入設(shè)備的光傳感器檢測(cè)，并且可以被解釋為左右鼠標(biāo)點(diǎn)擊的等同形式或者觸控筆狀態(tài)變化。側(cè)開關(guān)320可以是電容式感測(cè)傳感器，當(dāng)觸摸接觸觸控筆外殼的特定區(qū)域時(shí)，該傳感器被激活。
圖4示出在用戶輸入設(shè)備中使用本發(fā)明的發(fā)光觸控筆的一種方法。觸控筆410被設(shè)置成當(dāng)尖端與表面不接觸時(shí)，通過尖端412發(fā)射光束B，當(dāng)尖端接觸表面時(shí)，通過尖端412發(fā)射光束B′。光束B是相對(duì)準(zhǔn)直的，而光束B′的形狀是隨著與觸控筆410尖端的距離展開的錐形。圖4還示出可透射光束B和B′的層420，層420具有輸入表面422。光檢測(cè)器430陣列與設(shè)備相聯(lián)，光檢測(cè)器被設(shè)置用來感測(cè)透射通過基板420的光。光檢測(cè)器430以距離S間隔開，中心對(duì)中心，并且置于輸入表面422下的距離P處。光束B在檢測(cè)器430的平面上具有光斑直徑D。為了增大在所有位置上檢測(cè)到光束B的可能性，希望光斑直徑D在檢測(cè)器間距S的數(shù)量級(jí)上。在這種情況下，光束位置確定的位置分辨率等于1/S。光束B′隨著與觸控筆410的尖端的距離而展開，并且在光檢測(cè)器的平面上具有光束直徑D′，D′大于檢測(cè)器的間距S。如果D′足夠大，使得在所有感興趣的位置上至少兩個(gè)檢測(cè)器被光束B′照亮，則可以使用內(nèi)插法來確定光束的位置，其分辨率高于1/S。這樣，可以使用本發(fā)明來確定從以懸浮模式使用的觸控筆發(fā)出的光束的位置，并且當(dāng)觸控筆接觸輸入表面時(shí)，以更高的分辨率確定光束的位置。在一些應(yīng)用中，當(dāng)觸控筆處于懸浮模式時(shí)，較低的位置分辨率可能是足夠的或者甚至是理想的。這還可以允許使用可以遠(yuǎn)距離檢測(cè)的更準(zhǔn)直的、類似激光的光束，例如象激光筆一樣。于是，當(dāng)觸控筆接觸輸入表面時(shí)，可以使用相同的系統(tǒng)用于更高的分辨率位置檢測(cè)。
本發(fā)明不應(yīng)該被認(rèn)為只局限于上述的具體例子，相反，應(yīng)該這樣理解，即本發(fā)明覆蓋附屬權(quán)利要求書中清楚陳述的本發(fā)明的所有方面。對(duì)于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，通過對(duì)本說明書進(jìn)行回顧，很容易看出本發(fā)明可應(yīng)用的各種變形、等效處理和多種結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種與光敏用戶輸入設(shè)備一起使用的觸控筆，該觸控筆包括發(fā)光設(shè)備，該發(fā)光設(shè)備被構(gòu)造成當(dāng)所述觸控筆的尖端與所述輸入設(shè)備的輸入表面不接觸時(shí)，通過所述尖端發(fā)射光束；當(dāng)所述觸控筆的尖端與所述輸入表面充分接觸時(shí)，所述光束的性質(zhì)會(huì)突然改變，可通過所述光敏用戶輸入設(shè)備檢測(cè)所述光束中的所述突變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控筆，所述觸控筆還包括與所述尖端耦合的開關(guān)，所述開關(guān)被構(gòu)造成用來操縱所述突變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控筆，其中，所述突變是光束強(qiáng)度的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控筆，其中，所述突變是光束波長的變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控筆，其中，所述突變是光束調(diào)制的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的觸控筆，其中，所述光束調(diào)制的變化是頻率調(diào)制的變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的觸控筆，其中，所述光束調(diào)制的變化是調(diào)制的負(fù)載周期的變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的觸控筆，其中，所述光束調(diào)制的變化是調(diào)制的脈沖寬度的變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控筆，其中，所述突變是光束的橫截面尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控筆，其中，所述突變是偏振的變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸控筆，所述觸控筆還包括用于控制光束的輔助開關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸控筆，其中，所述輔助開關(guān)打開和關(guān)閉光束。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸控筆，其中，所述輔助開關(guān)致使光束發(fā)生突變，以模擬所述尖端接觸所述輸入表面的狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸控筆，其中，所述輔助開關(guān)改變光束強(qiáng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸控筆，其中，所述輔助開關(guān)改變光束調(diào)制。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸控筆，其中，所述輔助開關(guān)改變光束波長。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸控筆，其中，所述輔助開關(guān)使光束聚焦。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的觸控筆，其中，所述輔助開關(guān)使光束散焦。
19.一種用戶輸入設(shè)備，該設(shè)備包括多個(gè)光傳感器，所述多個(gè)光傳感器被設(shè)置用來檢測(cè)透射通過所述輸入設(shè)備的輸入表面的光；觸控筆，所述觸控筆被構(gòu)造成不管尖端是否接觸所述輸入表面都通過該尖端發(fā)射光束，可通過所述傳感器檢測(cè)所述光束；以及電子裝置，所述電子裝置與所述傳感器耦合，并且被構(gòu)造用來確定光束在參考平面上的位置，其中，當(dāng)所述尖端接觸所述輸入表面時(shí)，所述光束的性質(zhì)以可以通過所述傳感器檢測(cè)的方式發(fā)生突變。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用戶輸入設(shè)備，其中，所述輸入表面包括電子顯示器的外表面。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用戶輸入設(shè)備，其中，所述電子顯示器包括液晶顯示器。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用戶輸入設(shè)備，其中，所述電子顯示器包括有機(jī)電致發(fā)光顯示器。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用戶輸入設(shè)備，其中，所述多個(gè)光傳感器被集成到晶體管陣列中，所述晶體管陣列控制電子顯示器的像素。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用戶輸入設(shè)備，其中，所述參考平面是所述輸入表面。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用戶輸入設(shè)備，其中，所述光傳感器被構(gòu)造成用來檢測(cè)選定波長范圍內(nèi)的光，并且所述光束具有所述選定波長范圍內(nèi)的顏色。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的用戶輸入設(shè)備，所述用戶輸入設(shè)備還包括顏色濾光器，所述顏色濾光器設(shè)置成用來過濾被所述光傳感器接收的光。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的用戶輸入設(shè)備，其中，所述顏色濾光器是藍(lán)色濾光器，并且所述觸控筆被構(gòu)造成用來發(fā)射藍(lán)光。
28.一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求19所述的用戶輸入設(shè)備和電子顯示器，所述電子顯示器設(shè)置用來通過所述輸入設(shè)備的輸入表面顯示信息。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述電子顯示器是液晶顯示器。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)光傳感器被結(jié)合到所述液晶顯示器中。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述電子顯示器包括多個(gè)有機(jī)電致發(fā)光的發(fā)光設(shè)備。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中，所述有機(jī)電致發(fā)光的發(fā)光設(shè)備中的至少一部分用作所述光傳感器。
33.一種使用輸入設(shè)備的方法，所述輸入設(shè)備包括用于發(fā)射光束的發(fā)光觸控筆和多個(gè)光傳感器，所述光傳感器被設(shè)置用來檢測(cè)透射通過所述輸入設(shè)備的輸入表面的光束，該方法包括當(dāng)所述觸控筆與所述輸入表面不接觸時(shí)，檢測(cè)所述光束；當(dāng)所述觸控筆與所述輸入表面接觸時(shí)，檢測(cè)所述光束；當(dāng)所述觸控筆與所述輸入表面充分接觸時(shí)，突然改變所述光束的性質(zhì)；以及檢測(cè)所述光束的突變的性質(zhì)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，所述方法還包括當(dāng)所述觸控筆與所述輸入表面不接觸時(shí)，確定所述光束在參考平面上的位置。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，所述方法還包括當(dāng)所述觸控筆接觸所述輸入表面時(shí)，確定所述光束在參考平面上的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光觸控筆，該發(fā)光觸控筆被構(gòu)造成當(dāng)觸控筆充分接觸表面時(shí)，突然改變發(fā)射光束的性質(zhì)?？赏ㄟ^光敏檢測(cè)器陣列來檢測(cè)光束的突變，當(dāng)光束透射通過輸入表面時(shí)，可使用所述光敏檢測(cè)器來確定光束的位置。當(dāng)觸控筆接觸輸入表面時(shí)，所述檢測(cè)器可以檢測(cè)發(fā)射光的突變，發(fā)出信號(hào)表示從觸控筆懸浮模式到觸控筆接觸模式的變化。
文檔編號(hào)G06F3/042GK1886722SQ200480034928
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2004年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者伯納德·O·吉安, 邁克爾·J·羅布瑞特 申請(qǐng)人:3M 創(chuàng)新有限公司