一种光电笔及包含该光电笔的电子白板系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种光电笔以及包含该光电笔的电子白板系统。所述光电笔包括笔身和笔头，笔头设置于笔身的前端，笔头或笔身的内部设有控制板以及与控制板电连接的红外发光装置和光敏传感器，所述光敏传感器固定设置于笔头的顶端，感应被反射的微功率红外信号并传送高电平信号或低电平信号至控制板，控制板根据电平信号控制所述红外发光装置发射微功率红外信号或大功率红外信号。本发明结构简单，应用灵活，不会在显示及书写装置上产生或留下物理性损伤的划痕，延长了笔头的使用寿命。
【专利说明】—种光电笔及包含该光电笔的电子白板系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光电输入装置，尤其涉及一种采用光电成像原理的光电笔，以及包含该光电笔的电子白板系统，属于电子白板领域。
【背景技术】
[0002]电子白板系统是一种广泛应用在教育、培训、视频会议、展示等领域中的集光电、软件、通讯等多种技术手段于一体的高新技术产品，通过计算机、平板电视或投影屏幕来实现交互功能，不仅能够非常方便的将书写内容存入计算机，还可对屏幕内容进行编辑、修改、标注等操作，并对计算机进行控制，达到控制与显示的交互目的。
[0003]目前市场上主要存在电磁感应原理、超声波测距原理、红外对管检测原理以及红外光电成像原理的电子白板系统。
[0004]其中，红外光电成像原理的电子白板系统主要包含光电笔、显示及书写装置(比如投影白板、平板电视、投影屏幕以及适合投影显示的墙壁等，便于显示欲展示的内容以及书写操作等)，信号接收盒(内部包含光电成像、处理以及通讯模块，以便摄取光电笔在显示及书写装置上亮与灭的操作动作与轨迹，形成有效地操作轨迹信号并传输至计算机)。
[0005]在红外光电成像原理电子白板领域中使用的光电笔，大都是属于机械式开关原理的光电笔，主要采用以下两种方式实现光电笔的点亮与熄灭:
一、采用活动的导电性零部件与另一固定的导电性部件接触与分离原理，模拟导电开关来实现光电笔的亮与灭，当活动的导电部件在外力作用下，与另一部件接触，此时发光电路被导通，光电笔发光；当撤销外力时，光电笔内部设置的弹性装置产生回弹力，使得发光电路被断开，此时光电笔熄灭。
[0006]二、采用内嵌轻触开关的原理，当活动部件受外力时，活动部件挤压轻触开关，此时轻触开关闭合，发光电路被导通，使得光电笔被点亮；当撤销外力时，轻触开关被其内部弹性部件复位，轻触开关断开，此时发光电路被断开，光电笔熄灭。
[0007]上述两种光电笔内部控制电路简单，但是，活动的导电性零部件与固定的导电零部件频繁触碰，会产生机械磨损，从而导致接触不良；活动部件必须在使用者的外力按压作用下才能保证可靠接触，并使光电笔发光；当活动部件在受到外力较大时，内嵌的轻触开关中的弹性部件会被损坏，导致光电笔无法使用；采用这种靠外力作用原理的光电笔，容易在显示及书写装置(如投影白板、平板电视等)上产生或留下物理性损伤的划痕；与显示及书写装置接触的光电笔书写头在经过一段时间磨损后，需要更换新的书写头；采用机械式开关原理的光电笔，结构比较复杂，既要能够实现微动即可有效操作，又要保证触点接触可靠，还要在操作动作撤销后能够及时产生回弹力，回弹力太大时，写字就需要较大的外力；回弹力太小时，在操作动作撤销时又不能快速复位或力度不够导致光电笔继续发光，产生误动作。
[0008]当机械式光电笔应用于长教鞭时，由于手柄比较长，力度无法施加于机械式光电笔的笔头，使用者根本无法实现实时书写或标注，此时，只能在教鞭的握把处频繁按压开关来实现简单的操作，在需要书写时，握教鞭的手既要完成写字的书写移动动作，又要在书写的文字笔划的断开处放开或按压开关，使得教鞭笔头的红外发光管按照笔划的有无被点亮或熄灭，这样会使使用者应接不暇，使用非常不方便。
【发明内容】
[0009]本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种在软性或硬性书写装置上均可书写、且无须接触书写装置即可控制亮灭的光电笔。
[0010]同时，本发明还提供一种包含光电笔的电子白板系统。
[0011]本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种光电笔，包括笔身和笔头，所述笔头设置于所述笔身的前端，所述笔身或笔头的内部设有控制板，以及与控制板电连接的红外发光装置和光敏传感器，所述光敏传感器固定设置于所述笔头的顶端，感应被反射的微功率红外信号，并传送高电平信号或低电平信号到所述控制板，所述控制板根据所述光敏传感器传送的电平信号控制所述红外发光装置发射微功率红外信号或大功率红外信号；并且，所述笔身的内部设有电源，所述笔身尾部凸出设置一按压式开关，所述控制板、所述电源和所述开关形成串联回路。
[0012]本发明技术方案的进一步限定为，所述红外发光装置包括设置于所述笔头顶端的微功率红外发光管和设置于笔身或笔头内部的大功率红外发光管，所述微功率红外发光管和所述大功率红外发光管通过导线与所述控制板电连接，
当所述控制板接收到所述光敏传感器传送的低电平信号时，所述控制板控制所述微功率发光管发射微功率红外信号，控制所述大功率红外发光管熄灭；
当所述控制板接收到所述光敏传感器传送的高电平信号时，所述控制板控制所述微功率红外发光管熄灭，控制所述大功率红外发光管发射大功率红外信号；
当所述大功率红外发光管发射大功率红外信号达到预设时间后，所述控制板设置所述光敏传感器的引脚为低电平，同时控制所述微功率发光管发射微功率红外信号，控制所述大功率红外发光管熄灭。
[0013]进一步地，所述红外发光装置为设置于笔身或笔头内部的红外发光管，所述红外发光管通过导线与所述控制板电连接，
当所述控制板接收到所述光敏传感器传送的低电平信号时，所述控制板传送弱电流至所述红外发光管，控制所述红外发光管发射微功率红外信号；
当所述控制板接收到所述光敏传感器传送的高电平信号时，所述控制板传送强电流至所述红外发光管，控制所述红外发光管发射大功率红外信号；
当所述红外发光管发射大功率红外信号达到预设时间后，所述控制板设置所述光敏传感器的引脚为低电平，同时传送弱电流至所述红外发光管，控制所述红外发光管发射微功率红外信号。
[0014]进一步地，所述笔头与所述笔身之间设置伸缩杆。
[0015]进一步地，所述笔头的顶端设置一个开孔，所述开孔的位置与所述光敏传感器的位置对应。
[0016]进一步地，所述笔头的外壳为透光材料。
[0017]本发明提供的另一技术方案为:一种电子白板系统，包括计算机、显示及书写装置、光电笔和接收处理装置，所述计算机与所述显示及书写装置电连接，传输图像信号至所述显示及书写装置，其特征在于，所述光电笔是权利要求1或2或3所述的光电笔，其以非物理接触的方式在所述显示及书写装置上写字、标注或调用各种软件；所述接收处理装置为基于光电成像原理的光电信号接收处理装置，其成像的红外波长与所述光电笔的红外波长相同，所述接收处理装置采集所述光电笔发射的大功率红外信号在显示及书写装置上形成的光斑图像，将图像信息转换为光电笔的位置坐标信息，并将所述位置坐标信息反馈到所述计算机。
[0018]对本发明进一步限定的技术方案为，所述显示及书写装置包括投影机和书写装置，所述书写装置为软性书写装置或硬性书写装置，所述软性书写装置包括投影幕布，所述硬性书写装置为可以产生漫反射的装置，包括投影白板、以及适合投影成像的平整墙壁等。
[0019]进一步地，所述显示及书写装置为平板电视，包括液晶电视、背投电视等。
[0020]有益效果
本发明所述的一种光电笔，结构简单，无活动机构、无弹性复位装置、无内嵌的轻触开关等部件，不存在开关部件磨损或接触不良的问题；只要靠近显示及书写装置就能书写，不会在显示及书写装置上产生留下物理性损伤的划痕，对投影白板、投影幕布、平板电视或墙壁等装置起到了保护作用；只要靠近显示及书写装置、无须用力就能书写，不存在笔头与显示及书写装置间的磨损，无须更换笔头，延长笔头的使用寿命，节省材料；通过调节伸缩杆，实现远距离的操作，包括点击、标注、或调用软件等动作，更重要的是可以远距离实现光电笔靠近显示及书写装置就写、远离显示及书写装置就停的实时书写习惯性的动作，方便实用；光电笔内无活动部件，并且都为标准件，降低加工难度，且内部无精密加工部件，易于高质量批量生产；既可在硬质投影白板或平板电视上应用，又可以在软性的投影幕布上应用，应用灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为实施例1所述的一种光电笔的结构示意图；
图2为实施例2所述的一种光电笔的结构不意图；
图3为实施例3所述的一种光电笔的结构不意图；
图4为实施例4所述的一种光电笔的结构不意图。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
本实施例公开的一种光电笔，其结构示意图如图1所示，包括笔身8、笔头9、控制板5、红外发光装置、光敏传感器3、电源6和开关7，红外发光装置包括微功率红外发光管2和大功率红外发光管4。
[0023]笔头9外壳为透光材料，设置于笔身8的前端，并在顶端设置一个开孔。
[0024]微功率红外发光管2和光敏传感器3安装于笔头9的头部，与笔头9顶端的开孔对应。大功率红外发光管4安装于笔头9内，控制板5设置于笔身8内。微功率红外发光管2、大功率红外发光管4和光敏传感器3分别通过两根导线与控制板5电连接。
[0025]电源6设置于笔身8内部，开关7凸出设置于笔身8尾部，控制板5、电源6和开关7形成串联回路。
[0026]本实施例所述的光电笔可组成电子白板系统，所述电子白板系统包括计算机、显示及书写装置、光电笔和接收处理装置，所述计算机与所述显示及书写装置电连接，传输图像信号至所述显示及书写装置。所述光电笔以非物理接触的方式在所述显示及书写装置上写字、标注或调用各种软件。所述接收处理装置为基于光电成像原理的光电信号接收处理装置，其成像的红外波长与所述光电笔的红外波长相同，所述接收处理装置采集所述光电笔发射的大功率红外信号在显示及书写装置上形成的光斑图像，将图像信息转换为光电笔的位置坐标信息，并将所述位置坐标信息反馈到所述计算机。所述显示及书写装置包括投影机和显示及书写装置10，所述显示及书写装置为软性书写装置或硬性书写装置，所述软性书写装置包括投影幕布，所述硬性书写装置为可以产生漫反射的装置，包括投影白板以及适合投影成像的平整墙壁等。
[0027]上述电子白板系统使用时，将计算机、显示及书写装置、光电笔和接收处理装置组装设置好，打开计算机、显示及书写装置和接收处理装置。按下光电笔的开关7，控制板5的电源被接通，控制板5开始工作。光敏传感器3的引脚为低电平，微功率发光管2发射940nm的微功率红外光信号，大功率红外发光管4熄灭。光电笔逐渐接近显示及书写装置10，当光电笔距离显示及书写装置10 —定距离范围内时，光敏传感器3接收到显示及书写装置反射回的940nm的红外光信号达到一定强度时,利用光敏传感器3的光电效应,将光强度的变化转化为电量的变化，使得光敏传感器3由原来的低电平状态转化为高电平状态，并将所述高电平传送至控制板5，本实施例中，光敏传感器3采用单光束反射式红外光电传感器，其感应波长为940nm，检测距离为0.25_2mm。控制板5接收到光敏传感器3传送的高电平信号，熄灭微功率红外发光管2，并控制大功率红外发光管4发射850nm的大功率红外信号，在显示及书写装置上写字、标注或调用各种软件。接收处理装置的成像波长为850nm，所述接收处理装置采集所述光电笔发射的大功率红外信号在显示及书写装置上形成的光斑图像，将图像信息转换为光电笔的位置坐标信息，并将所述位置坐标信息反馈到所述计算机，实现与计算机的信息交互。
[0028]大功率红外发光管4发射大功率红外信号达到5ms后,控制板5设置光敏传感器3的引脚为低电平，同时熄灭大功率红外发光管4，控制微功率发光管2发射微功率红外信号，继续判断光电笔与显示及书写装置之间的距离，如果距离大于所设定的距离，则保持大功率红外发光管4熄灭，微功率发光管2发射微功率红外信号的状态；如果距离显示及书写装置小于所设定距离范围内，则传送高电平信号至控制板5，如此轮询，直至关闭光电笔。
[0029]实施例2
本实施例公开的一种光电笔，其结构不意图如图2所不,其结构与实施例1中的光电笔基本相同，不同点为红外发光装置为红外发光管1，红外发光管I设置于笔头9内部，通过两根导线与控制板5电连接。
[0030]本实施例所述的光电笔可组成电子白板系统与实施例1中组成的电子白板系统相同，不同点为，所述显示及书写装置为平板电视，包括液晶电视、背投电视等。
[0031]上述电子白板系统使用时，将计算机、显示及书写装置、光电笔和接收处理装置组装设置好，打开计算机、显示及书写装置和接收处理装置。按下光电笔的开关7，控制板5的电源被接通，控制板5开始工作。光敏传感器3的引脚为低电平，控制板5传送弱电流至红外发光管1，控制红外发光管I发射940nm微功率红外信号。光电笔逐渐接近显示及书写装置10，当光电笔距离显示及书写装置10 —定距离范围内时，光敏传感器3接收到显示及书写装置反射回的940nm的红外光信号达到一定强度时，利用光敏传感器3的光电效应，将光强度的变化转化为电量的变化，使得光敏传感器3由原来的低电平状态转化为高电平状态，并将所述高电平传送至控制板5，本实施例中，光敏传感器3采用高灵敏度光电晶体管，其感应波长为940nm，有效检测距离为0.25_2mm。控制板5接收到光敏传感器3传送的高电平信号，传送强电流至红外发光管I，控制红外发光管I发射940nm大功率红外信号，在显示及书写装置上写字或调用各种软件。接收处理装置的成像波长为940nm，所述接收处理装置采集所述光电笔发射的大功率红外信号在显示及书写装置上形成的光斑图像，将图像信息转换为光电笔的位置坐标信息，并将所述位置坐标信息反馈到所述计算机，实现与计算机的信息交互。
[0032]红外发光管I发射大功率红外信号达到5ms时，控制板5设置光敏传感器3的引脚为低电平，控制板5传送弱电流至红外发光管I，控制红外发光管I发射微功率红外信号，此时判断光电笔笔头顶端与显示及书写装置之间的距离，如果距离大于所设定的距离，则保持传送弱电流至红外发光管I ;如果距离显示及书写装置小于所设定距离范围内，则传送强电流至红外发光管1，如此轮循，直至关闭光电笔。
[0033]实施例3
本实施例公开的一种光电笔，其结构不意图如图3所不,其结构与实施例1中的光电笔基本相同，不同点为:光电笔的笔头9与笔身8之间设置伸缩杆11，方便调节光电笔的长度，并且控制板5、光敏传感器3、微功率红外发光管2和大功率红外发光管4均设置于笔头9内。
[0034]本实施例所述的光电笔可组成电子白板系统与实施例1相同。
[0035]本实施例所述的光电笔及包含光电笔的电子白板系统与实施例1的工作原理相同。
[0036]实施例4
本实施例公开的一种光电笔，其结构不意图如图4所不,其结构与实施例2中的光电笔基本相同，不同4点为:光电笔的笔头9与笔身8之间设置伸缩杆11，方便调节光电笔的长度，并且控制板5、光敏传感器3和红外发光管I均设置于笔头9内。
[0037]本实施例所述的光电笔可组成电子白板系统与实施例2相同。
[0038]本实施例所述的光电笔及包含光电笔的电子白板系统与实施例2的工作原理相同。
[0039]除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种光电笔，包括笔身(8 )和笔头(9 )，所述笔头(9 )设置于所述笔身(8 )的前端，其特征在于，所述笔身(8)或笔头(9)的内部设有控制板(5)，以及与控制板(5)电连接的红外发光装置和光敏传感器(3)，所述光敏传感器(3)固定设置于所述笔头(9)的顶端，感应被反射的微功率红外信号，并传送高电平信号或低电平信号到所述控制板(5)，所述控制板(5)根据所述光敏传感器(3)传送的电平信号控制所述红外发光装置发射微功率红外信号或大功率红外信号；并且，所述笔身(8 )的内部设有电源(6 )，所述笔身(8 )尾部凸出设置一按压式开关(7)，所述控制板(5)、所述电源(6)和所述开关(7)形成串联回路。
2.根据权利要求1所述的一种光电笔，其特征在于，所述红外发光装置包括设置于所述笔头(9)顶端的微功率红外发光管(2)和设置于笔身(8)或笔头(9)内部的大功率红外发光管(4)，所述微功率红外发光管(2)和所述大功率红外发光管(4)通过导线与所述控制板(5)电连接， 当所述控制板(5 )接收到所述光敏传感器(3 )传送的低电平信号时，所述控制板(5 )控制所述微功率发光管(2)发射微功率红外信号，控制所述大功率红外发光管(4)熄灭； 当所述控制板(5 )接收到所述光敏传感器(3 )传送的高电平信号时，所述控制板(5 )控制所述微功率红外发光管(2)熄灭，控制所述大功率红外发光管(4)发射大功率红外信号； 当所述大功率红外发光管(4)发射大功率红外信号达到预设时间后，所述控制板(5)设置所述光敏传感 大功率红外发光管(4)熄灭。
3.根据权利要求1所述的一种光电笔，其特征在于，所述红外发光装置为设置于笔身(8)或笔头(9)内部的红 外发光管(1)，所述红外发光管(I)通过导线与所述控制板(5)电连接， 当所述控制板(5 )接收到所述光敏传感器(3 )传送的低电平信号时，所述控制板(5 )传送弱电流至所述红外发光管(1)，控制所述红外发光管(I)发射微功率红外信号； 当所述控制板(5)接收到所述光敏传感器(3)传送的高电平信号时，所述控制板(5)传送强电流至所述红外发光管(1)，控制所述红外发光管(I)发射大功率红外信号； 当所述红外发光管(I)发射大功率红外信号达到预设时间后，所述控制板(5)设置所述光敏传感器(3 )的引脚为低电平，同时传送弱电流至所述红外发光管(I)，控制所述红外发光管(I)发射微功率红外信号。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种光电笔，其特征在于，所述笔头(9)与所述笔身(8)之间设置伸缩杆(11)。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种光电笔，其特征在于，所述笔头(9)的顶端设置一个开孔，所述开孔的位置与所述光敏传感器(3)的位置对应。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种光电笔，其特征在于，所述笔头(9)的外壳为透光材料。
7.一种电子白板系统，包括计算机、显示及书写装置、光电笔和接收处理装置，所述计算机与所述显示及书写装置电连接，传输图像信号至所述显示及书写装置，其特征在于，所述光电笔是权利要求1或2或3所述的光电笔，其以非物理接触的方式在所述显示及书写装置上写字、标注或调用各种软件；所述接收处理装置为基于光电成像原理的光电信号接收处理装置，其成像的红外波长与所述光电笔的红外波长相同，所述接收处理装置采集所述光电笔发射的大功率红外信号在显示及书写装置上形成的光斑图像，将图像信息转换为光电笔的位置坐标信息，并将所述位置坐标信息反馈到所述计算机。
8.根据权利要求7所述的一种电子白板系统，其特征在于，所述显示及书写装置包括投影机和书写装置，所述书写装置为软性书写装置或硬性书写装置。
9.根据权利要求7所述的一种电子白板系统，其特征在于，所述显示及书写装置为平板电视。
【文档编号】G06F3/0354GK103970298SQ201310026048
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2013年1月24日
【发明者】史登峰 申请人:南京通派光电科技有限公司