光输入设备、光输入装置和位置输入方法
【专利摘要】本发明公开了一种光输入设备，包括：透明指示板，包含光吸收材料，其中，当用第一波长的光从光输入设备外部照射透明指示板时，照射位置处的所述光吸收材料吸收所述第一波长的光，在所述透明指示板中产生弯曲波或表面声波；多个波传感器，布置在所述透明指示板的边缘，用于检测所产生的弯曲波或表面声波到达所述波传感器的时间或强度；以及处理器，与所述多个波传感器相连，用于根据所述多个波传感器检测到的弯曲波或表面声波的时间或强度之差来确定所述第一波长的光在所述透明指示板上的照射位置。根据本发明的光输入设备的制造成本较低，且能够以高精度来确定光输入位置。本发明还公开了包括这种光输入设备的光输入装置以及利用这种光输入设备的位置输入方法。
【专利说明】光输入设备、光输入装置和位置输入方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光输入设备、光输入装置和位置输入方法，更具体地，涉及一种针 对IXD屏幕的光输入设备、光输入装置和位置输入方法。
【背景技术】
[0002]当前，触摸板已获得广泛应用。针对触摸板系统的输入技术也随之受到人们的关 注。针对触摸板系统的输入技术主要分为两类，一类是对触摸板系统的屏幕表面进行触摸 以进行输入，另一类是不需要靠近系统，通过遥控等方式，利用光波进行输入。传统的入射 光源，例如激光指示器，无法应用于LCD屏幕，这是因为当前的LCD屏幕被处理为具有低表 面反射率，例如层压有抗反射层，因此当用传统的入射光源照射LCD屏幕时，难以在LCD屏 幕上看到光点。
[0003]当前，针对IXD屏幕的光输入技术主要包括以下几种类型:光电传感器类型、入射 光散射类型、光致发光类型、光-光交互类型。光电传感器类型包括:利用高密度且透明的 光电传感器覆盖触摸板。入射光照射光电传感器，并产生电信号。产生的电信号能够给出 光点的位置信息。入射光散射类型是:入射光在触摸板上的光点处散射。位于触摸板的一 侧的光检测器可以捕获散射的光，从而确定光点的位置。光致发光类型是:触摸板涂覆有磷 光体材料，并向磷光体材料照射入射光。磷光体材料被激发，从而重新发出光。位于触摸板 的侧面的光检测器可以捕获重新发出的光，从而确定光点的位置。光-光交互类型是:使用 入射光与内部透射光进行干涉。
[0004]在专利文献I中，提供了光电传感器类型的光输入技术。其中，提供了一种触摸 板，其上按照二维矩阵排列有多个光传感器单元。每个光传感器单元可以包括光敏半导体 层以及与光敏半导体层电连接的第一和第二电极。例如，可以使用简单的光源设备(例如， 激光指示器)来控制这种触摸板，因此可以在远处对触摸板进行控制。
[0005]在专利文献2中，提供了入射光散射类型的光输入技术。其中，提供了一种光学触 控装置，包括:触控面板；至少一个红外光源，该红外光源设置在该触控面板的周围，该红 外光源所发出的红外光线覆盖该触控面板的表面；至少两个线性感测器，设置在该触控面 板的周围，用来感测物体触碰该触控面板时反射的红外光线；控制器，用来在该触控面板上 形成一红外光点，并同时发出遥控信号以对该触控面板进行遥控输入；一个与该触控面板 电连接的信号接收装置，用来接收该控制器的遥控信号；至少两个与该触控面板电连接的 红外影像感测器，围绕该触控面板设置，用来摄取该控制器透射到高触控面板上的红外光 点图像以确定其在该触控面板上的位置以及运动轨迹。
[0006]在专利文献3中，提供了光致发光类型的光输入技术。其中，提供了一种光触摸 屏，该触摸屏包括:光触摸面板，包含当暴露于红外光时发光的红外磷光体材料；传感器部 分，放置在光触摸面板的侧部，用于检测从光触摸面板发射的光。因此，当红外光源照射该 触摸屏时，光触摸面板上的光点处的红外磷光体发光。传感器部分根据检测到的光，可以确 定红外光源照射在该触摸屏上的光点的位置。[0007]在专利文献4中,提供了光-光交互类型的光输入技术。其中,提供了一种激光笔 触摸系统，其包括有红外触摸屏、激光笔、及计算模块，所述红外触摸屏与所述计算模块连 接，所述红外触摸屏包括有一个电路板外框，所述电路板在红外触摸屏的显示器四边设有X 轴发射管、X轴接收管、Y轴发射管、及Y轴接收管，其对应产生红外线矩阵，所述X轴发射管 及所述Y轴发射管发射的红外线为脉冲红外线，所述激光笔发出的激光为脉冲激光，根据 激光与红外触摸屏X轴发射管、Y轴发射管发出的脉冲红外线叠加后，计算红外线脉冲光强 的最小处，则判断此处为触摸处。
[0008]但是，这些现有的光输入技术均存在一些问题，例如:
[0009]1.光敏传感器类型:需要在整个屏幕表面布置光电传感器，因而需要的传感器数 量很大，因而成本较高。对于大型触摸板,尤其如此。
[0010]2.入射光散射类型:由于触摸板需要是透明的，所以实际上，垂直方向上的散射 光的强度非常弱，因此输入光的检测灵敏度和精确性较差。此外，很容易受到环境光和IXD 光的影响。而且，由于散射光的强度非常弱，需要高灵敏的光检测器。
[0011]3.光致发光类型:磷光体效率非常低。重新发出的光通常是各向同性的，这意味 着，触摸板侧面的光检测器仅能够捕获非常少量的光。与入射光散射类型的光输入技术类 似，这种非常弱的光信号很难以用于定位光点位置。
[0012]4.光-光交互类型:根据独立通信原理，无论是否重叠，两个或多个光波中的每个 将独立地传播，不会相互影响。例如，入射光难以干扰垂直光。因此，专利文献4所描述的 方法难以根据其描述来实现其功能。只存在一种可能，即激光笔所发出的激光是高强度激 光(对于人类而言有害)，并且红外触摸屏由极高成本的非线性光学晶体制成。然而，在这 种情况下，这也不再是光-光交互类型的光输入技术了。
[0013]专利文献:
[0014](I)美国专利公开 US20110241989，2011 年 10 月 6 日；
[0015](2)美国专利公开 US2010328267，2010 年 12 月 30 日；
[0016](3)美国专利公开 US20100060612，2010 年 3 月 11 日；
[0017](4)中国实用新型授权公告CN201867779U，2011年6月15日。
【发明内容】
[0018]如上所述，现有的针对触摸板系统的光输入技术存在一些问题，难以广泛应用。
[0019]本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够利用较低成本， 精确地识别出光输入位置的光输入设备、光输入装置和对应方法。
[0020]根据本发明的第一方面，提出了一种光输入设备，包括:透明指示板，包含光吸收 材料，其中，当用第一波长的光从光输入设备外部照射透明指示板时，照射位置处的所述光 吸收材料吸收所述第一波长的光，在所述透明指示板中产生弯曲波或表面声波；多个波传 感器，布置在所述透明指示板的边缘，用于检测所产生的弯曲波或表面声波到达所述波传 感器的时间或强度；以及处理器，与所述多个波传感器相连，用于根据所述多个波传感器检 测到的弯曲波或表面声波的时间或强度之差来确定所述第一波长的光在所述透明指示板 上的照射位置。
[0021]根据本发明的第二方面，还提出了一种光输入装置，包括如根据本发明第一方面提出的光输入设备；以及激光指示器，用于发出并向所述透明指示板照射所述第一波长的 光。
[0022]根据本发明的又一方面，还提出了一种位置输入方法，包括:用第一波长的光从外 部照射透明指示板，所述透明指示板包含光吸收材料，所述光吸收材料能够吸收所述第一 波长的光，从而在所述透明指示板中产生弯曲波或表面声波；在透明指示板的边缘处的至 少两个点处检测所产生的弯曲波或表面声波到达该点处的时间或强度；以及根据所述至少 两个点的弯曲波或表面声波的时间或强度之差来确定所述第一波长的光照射在所述透明 指示板上的位置
[0023][本发明的效果]
[0024]根据本发明的光输入设备可以方便地结合各种显示屏来使用。即使对于具有低表 面反射率的LCD屏幕，根据本发明的光输入设备通过利用位于LCD屏幕前方的透明指示板 (振动层)的光点处的光吸收特性，检测由于光吸收而产生的波，从而确定光点的位置。而 且，因为不需要大规模的光电传感器，因此，根据本发明的光输入设备的成本远低于光电传 感器类型的光输入设备。与入射光散射类型和光致发光类型的光输入设备相比，根据本发 明的光输入设备的灵敏度和精确性非常好，因为布置在透明指示板中的波传感器检测的是 由入射光产生的振动波，而不是入射光本身或由入射光引起的其他光。此外，根据本发明的 光输入设备不需要高功率激光和诸如高成本的非线性光学晶体之类的材料，不会对人体产 生伤害。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]根据下文的描述，本发明的附加目标、特征和优点将会更加清楚。而且，根据参照 附图的下述解释，本发明的优点将会是明显的，附图中:
[0026]图1示出了根据本发明第一实施例的光输入设备；
[0027]图2示出了根据本发明第一实施例的光输入设备的横截面示意图。
[0028]图3示出了根据本发明第二实施例的位置输入方法的流程图；
[0029]图4示出了根据本发明第三实施例，振动层位于透明指示板内不同位置的示例； 以及
[0030]图5示出了根据本发明第三实施例的透明指示板的截面图。
【具体实施方式】
[0031]现在将通过示例性例子并参照附图来描述本发明的优选实施例。在整个说明书和 附图中，相同的附图标记表示相同的组件。
[0032][第一实施例]
[0033]图1示出了根据本发明第一实施例的光输入设备10。
[0034]如图1所示，光输入设备10包括:透明指示板110、波传感器120以及处理器130。 透明指示板110可以由诸如玻璃、塑料等材料制成的。透明指示板110被放置在一个显示 屏的前方。在显示屏上显示有图像或其他内容。由于指示板110是透明的，因此，在指示板 110前方的用户可以看到显示屏所显示的内容。
[0035]图2示出了根据本发明第一实施例的光输入设备的横截面示意图。[0036]如图所示，在透明指示板110的表面有一层光吸收材料，形成振动层。在本实施例 中，该材料包含吸收紫外光的透明添加剂。该添加剂可以是例如但不局限于树脂添加剂、玻 璃添加剂等。进一步地，树脂添加剂的示例包括2- (2 ’ -羟基-3 ’，5 ’ - 二叔丁基苯基)-5-氯 化苯并三唑；六甲基磷酰三胺；2_羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；以及2-羟基-4-甲氧基二 苯甲酮，玻璃添加剂的示例包括氧化钛、氧化二钒、氧化铁。
[0037]图1中还示出了一个激光指示器20。当外部的脉冲激光指示器20发出波长为 365nm的光，并指向显示屏时，光将首先照射到显示屏前方的透明指示板110上，在其上形 成直径为I?5mm的光点。在光点处，透明指示板110上的振动层中的吸收紫外光的透明 添加剂吸收入射光，并在局部发热。这种发热会引起热膨胀和热收缩。热膨胀和热收缩将 在透明指示板内传导，并形成弯曲波或表面声波。
[0038]波传感器120布置在透明指示板110的边缘，能够检测由激光指示器20发出的光 在透明指示板110上引起的弯曲波或表面声波。弯曲波或表面声波传播经过不同的距离到 达各个波传感器，因此，每个波传感器在不同的时间接收到波，而且由于损耗，每个波传感 器接收到不同的波强度。处理器130根据各个波传感器之间的时间差或者强度差，可以确 定光点的位置。
[0039]当光点移动，先前光点处的振动层冷却，并且先前的弯曲波或表面声波消失。此 时，新的光点处的透明指示板110变热并由此处开始发生热膨胀或热收缩，相应地，由此处 作为振动源开始形成新的弯曲波或表面声波。
[0040]当将根据本发明第一实施例的光输入设备10用于远程输入的触摸设备(例如，交 互式白板)时，透明指示板110放置在触摸设备的显示屏的前方，其上有包含光吸收材料的 振动层。在该触摸设备中还可包括定位单元，用于确定透明指示板相对于显示屏的位置。在 触摸设备中，根据处理器130所确定的透明指示板上光点的位置，结合定位单元所确定的 透明指示板相对于显示屏的位置，可以进一步确定光点相对于显示屏的位置。因此，当远处 的用户利用激光指示器20指向屏幕上的特定位置时，触摸设备确定用户“点击” 了屏幕上 特定位置，对这种输入做出响应，从而实现对触摸设备的远程输入。
[0041]根据本发明的实施例，当具有特定波长的入射光照射透明指示板时，光点处的吸 收材料吸收入射光并产生弯曲波或表面声波。通过对所产生的弯曲波或表面声波传播通过 透明指示板到达位于透明指示板边缘的波传感器的时间差或强度差进行检测，可以获得入 射光在透明指示板上光点位置的信息。作为反馈，可以对所获得的结果进行处理，并通过显 示屏给用户提供响应。根据本发明的实施例，由于并不借助于反射光，而是借助于光输入设 备上的光点处的振动(即，弯曲波或表面声波)来确定用户所指向的位置，所以即使对于具 有较低表面反射率的LCD屏幕，也可以精确地确定用户所指向的位置。
[0042]在上面的实施例中，以激光指示器发出365nm的光为例进行说明。本领域技术人 员可以认识到，其它波长的光也是适用的。例如，可以使用240nm的光。相应地，对于这种 入射光，在透明指示板110的振动层可以由能够吸收200nm-280nm的光的聚碳酸酯形成。 当然，适用的入射光不局限于紫外光。例如，可以使用830nm的红外光。相应地，对于这种 入射光，透明指示板110的振动层的添加剂可以包括例如花青化合物、二亚胺化合物等，或 者，振动层可以由能够吸收830nm的光的Cu2+氟磷酸盐玻璃形成。再例如，光吸收材料可以 是金属氧化物半导体，例如氧化铟锡(ITO)。相应地，可以使用240nm的紫外光。[0043]优选地，使用红外光或紫外光，以便不影响用户对在显示屏上显示的内容的观看。
[0044][第二实施例]
[0045]图3示出了根据本发明第二实施例的位置输入方法的流程图。
[0046]如图3所示，根据本发明第三实施例的位置输入方法包括步骤:
[0047]S301，用预定波长的光从外部照射透明指示板，所述透明指示板包含光吸收材料， 所述光吸收材料能够吸收所述预定波长的光，从而在所述透明指示板中产生弯曲波或表面
声波；
[0048]S302，在透明指示板的边缘处的至少两个点处检测所产生的弯曲波或表面声波到 达该点处的时间或强度；以及
[0049]S303，根据所述至少两个点的弯曲波或表面声波的时间或强度之差来确定所述预 定波长的光照射在所述透明指示板上的位置。
[0050]在根据本发明实施例的位置输入方法中，将透明指示板放置于显示屏之前，利用 发出预定波长的光的激光指示器在显示屏上进行远程输入。
[0051]如上所述，根据本发明实施例的位置输入方法和光输入设备对于诸如液晶显示器 LCD屏幕、有机发光二极管OLED或等离子屏幕之类的低反射率屏幕，可以良好地工作。
[0052][第三实施例]
[0053]在上述实施例中，以在透明指示板的表面布置有一振动层为例进行了说明。当然， 振动层并不局限于位于透明指示板的外层。在其他实施例中，振动层可以位于透明指示板 的底层、或者中间层中的任意位置。
[0054]图4示出了根据本发明第三实施例，振动层位于透明指示板内不同位置的示例， 其中图4(a)示出了振动层位于透明指示板的外层的示例，图4(b)示出了振动层位于透明 指示板的底层的示例，图4(c)示出了振动层位于透明指示板的中间层的示例。从图4可 见，根据本发明实施例的光输入设备和位置输入方法对于振动层在透明指示板内的位置没 有限制。
[0055]在本发明中，透明指示板内的振动层并不局限于形成单独层的形式。图5示出了 根据本发明第四实施例的透明指示板的截面图。
[0056]在图5所示的透明指示板的截面图中示出了，在由聚碳酸酯(PC)构成的透明指示 板内，吸收光的添加剂以栅格形式分布聚碳酸酯(PC)中，从而均匀分布在透明指示板内。 在其他实施例中，添加剂可以均匀地掺入构成透明指示板的其他材料中。
[0057]在根据本发明的第一实施例中，示出了沿透明指示板的侧面、放置在X和Y轴上的 四个波传感器。显然，分别位于X和Y轴上的两个波传感器就足以确定光点在透明指示板 上的位置。
[0058]虽然已经展示并描述了本发明的特定实施例和应用，应当理解，本发明不限于在 此公开的精确配置和元件。在不偏离本发明的精髓和保护范围的前提下，可以在在此公开 的本发明的方法和系统的配置、操作和细节上进行对本领域技术人员来说非常明显的各种 修改、变形和变化。
【权利要求】
1.一种光输入设备，包括:透明指示板，包含光吸收材料，其中，当用第一波长的光从光输入设备外部照射透明指示板时，照射位置处的所述光吸收材料吸收所述第一波长的光，在所述透明指示板中产生弯曲波或表面声波；多个波传感器，布置在所述透明指示板的边缘，用于检测所产生的弯曲波或表面声波到达所述波传感器的时间或强度；以及处理器，与所述多个波传感器相连，用于根据所述多个波传感器检测到的弯曲波或表面声波的时间或强度之差来确定所述第一波长的光在所述透明指示板上的照射位置。
2.根据权利要求1所述的光输入设备，其中，所述第一波长的光是紫外光。
3.根据权利要求1所述的光输入设备，其中，所述第一波长的光是红外光。
4.根据权利要求1所述的光输入设备，其中，所述光吸收材料包括添加剂。
5.根据权利要求4所述的光输入设备，其中，所述添加剂包括树脂添加剂或玻璃添加剂。
6.根据权利要求5所述的光输入设备，其中，所述树脂添加剂包括:2-(2’-羟基-3’， 5’ - 二叔丁基苯基)-5-氯化苯并三唑；六甲基磷酰三胺；2_羟基-4-正辛氧基二苯甲酮； 以及2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮之一，并且，所述第一波长的光为365nm波长。
7.根据权利要求5所述的光输入设备，其中，所述玻璃添加剂包括氧化钛、氧化二钒、 氧化铁之一，并且，所述第一波长的光为365nm波长。
8.根据权利要求1所述的光输入设备，其中，所述光吸收材料是聚碳酸酯，并且，所述第一波长的光为240nm波长。
9.根据权利要求4所述的光输入设备，其中，所述添加剂包括:花青化合物、二亚胺化合物之一，并且，所述第一波长的光为830nm波长。
10.根据权利要求1所述的光输入设备，其中，所述光吸收材料是Cu2+氟磷酸盐玻璃， 并且，所述第一波长的光为830nm波长。
11.根据权利要求1所述的光输入设备，其中，所述光吸收材料是金属氧化物半导体。
12.根据权利要求11所述的光输入设备，其中，所述金属氧化物半导体是氧化铟锡 (ITO),并且,所述第一波长的光为240nm。
13.根据权利要求6-10和12之一所述的光输入设备，其中，所述光吸收材料在透明指示板中形成单独层，所述层位于所述透明指示板的外层、底层或中间层中的任意位置。
14.根据权利要求4或9所述的光输入设备，其中，所述添加剂通过以下方式之一均匀分布在所述透明指示板内:掺入构成所述透明指示板的其它材料中；或者在所述透明指示板中形成栅格。
15.—种光输入装置,包括:如权利要求1-14之一所述的光输入设备；以及激光指示器，用于发出并向所述透明指示板照射所述第一波长的光。
16.根据权利要求15所述的光输入装置，其中，所述光输入设备的透明指示板被配置用于放置在显示屏的前方，所述显示屏被配置用于显示内容。
17.根据权利要求16所述的光输入装置，其中，所述显示屏是液晶显示器屏幕、有机发光二极管屏幕或等离子屏幕。
18.一种位置输入方法，包括:用第一波长的光从外部照射透明指示板，所述透明指示板包含光吸收材料，所述光吸收材料能够吸收所述第一波长的光，从而在所述透明指示板中产生弯曲波或表面声波； 在透明指示板的边缘处的至少两个点处检测所产生的弯曲波或表面声波到达该点处的时间或强度；以及根据所述至少两个点的弯曲波或表面声波的时间或强度之差来确定所述第一波长的光照射在所述透明指示板上的位置。
19.根据权利要求18所述的位置输入方法，其中，所述第一波长的光是紫外光或红外光。
20.根据权利要求18所述的位置输入方法，其中，所述光吸收材料包括添加剂。
21.根据权利要求20所述的位置输入方法，其中，所述添加剂包括树脂添加剂或玻璃添加剂。
22.根据权利要求21所述的位置输入方法，其中，所述树脂添加剂包括:2-(2’-羟基-3’，5’-二叔丁基苯基)-5-氯化苯并三唑；六甲基磷酰三胺；2_羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；以及2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮之一，并且，所述第一波长的光为365nm波长。
23.根据权利要求21所述的位置输入方法，其中，所述玻璃添加剂包括氧化钛、氧化二钥;、氧化铁之一，并且，所述第一波长的光为365nm波长。
24.根据权利要求18所述的位置输入方法，其中，所述光吸收材料是聚碳酸酯，并且， 所述第一波长的光为240nm波长。
25.根据权利要求20所述的位置输入方法，其中，所述添加剂包括:花青化合物、二亚胺化合物之一，并且，所述第一波长的光为830nm波长。
26.根据权利要求18所述的位置输入方法，其中，所述光吸收材料是Cu2+氟磷酸盐玻璃，并且，所述第一波长的光为830nm波长。
27.根据权利要求18所述的位置输入方法，其中，所述光吸收材料是金属氧化物半导`体。
28.根据权利要求27所述的位置输入方法，其中，所述金属氧化物半导体是氧化铟锡 (ITO),并且,所述第一波长的光为240nm。
29.根据权利要求18所述的位置输入方法，还包括:将所述透明指示板放置于显示屏的前方，所述显示屏被配置用于显示内容。
30.根据权利要求29所述的位置输入方法，其中，所述显示屏是液晶显示器屏幕、有机发光二极管屏幕或等离子屏幕。
【文档编号】C09K9/02GK103529997SQ201210262759
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2012年7月4日
【发明者】张彤, 刘宇 申请人:夏普株式会社