基于表面电磁波的电子白板的制作方法

本实用新型涉及多媒体设备技术领域，特别涉及一种基于表面电磁波的电子白板。

背景技术：

随着多媒体设备的普及，电子白板的使用愈加广泛，区别于传统黑板，其无粉尘、易书写和擦拭等优点，使得其受到更多人的青睐。目前的电子白板一般为电磁感应白板、电容式白板和红外式白板等类型。

电磁感应白板是利用电磁感应原理实现人机交互，其一般包括显示屏、线圈、供电线路等，当电子笔触碰到白板的显示屏时，线圈感应到电子笔发射的电磁波，产生感应电动势，通过监控线路阵列中各个线圈的电势高低或电流大小来对书写的位置进行定位。

电容式白板是通过检测书写位置处的直流电信号的变化来确定具体书写位置，其可以具有多点同时检测的功能。红外式白板是通过检测书写处的红外信号的变化来确认书写位置，其用任何可以散射或者吸收红外信号的物体来书写均可以被识别。

虽然现有的电磁感应白板、电容式及红外式白板均能够实现书写功能，但其仍然有着如下的不足。

1.现有的电磁感应白板需要配置有相应的能发射电磁波的电子笔，并不能随手书写或用其它物体书写，而且其电子白板的使用寿命不高。

2.现有的电容式白板都是多层显示屏，校准工艺复杂，透光性差，显示屏分辨率低而且显示屏表面易损坏。

3.现有的红外式电子白板显示屏造价高，多层结构工艺复杂，且也过于敏感，显示屏的分辨率不高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种基于表面电磁波的电子白板，以期能够克服现有电子白板结构的至少一点不足。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于表面电磁波的电子白板，其包括：

白板框架；

超表面电磁波书写屏，固定于所述白板框架上，所述超表面电磁波书写屏具有介电基底，设于所述介电基底两相邻侧的若干构成对外部生成的特定频率的电磁波于所述介电基底表面的耦合、而形成表面电磁波的表面电磁波输入单元，设于所述介电基底表面的使各所述表面电磁波输入单元输入的表面电磁波形成沿所述介电基底表面的直轴扫描或斜轴扫描的周期性导体图案，以及与所述表面电磁波输入单元间一一对应设于所述介电基底另两相邻侧的若干耦合接收表面电磁波、并向外输出所接收的表面电磁波对应的电信号的表面电磁波输出单元；

电磁波生成单元，设于所述白板框架上，并与所述表面电磁波输入单元连接，以生成特定频率的电磁波并传输于所述表面电磁波输入单元；

信号处理单元，位于所述白板框架上，且与所述表面电磁波输出单元连接，所述信号处理单元被配置为对所输出的电信号进行处理，以计算获得所述超表面电磁波书写屏上的书写点的坐标；

输出单元，位于所述白板框架上，并与所述信号处理单元连接，以将所述信号处理单元识别的所述书写点的坐标信息输出；

供电单元，位于所述白板框架上，所述供电单元具有与外部电源连接的电连接端、并与所述电磁波生成单元、所述表面电磁波输入单元、所述表面电磁波输出单元和所述信号处理单元、所述输出单元连接，以向各单元供电。

进一步的，还包括：

保护层，覆设于所述介电基底的具有所述导体图案一侧表面上，且所述保护层由透明或非透明的材料制成，所述保护层的厚度为0～1cm。

进一步的，所述保护层的材料包括纳米玻璃，高分子聚乙烯、纳米陶瓷，或者石英、聚丙烯薄膜和钢化膜。

进一步的，所述介电基底由透明或非透明的材料制成，且所述介电基底的相对介电常数为1～100，厚度为10nm～10cm。

进一步的，制成所述介电基底的材料包括石英，硅片，f4b板，tp板。

进一步的，每个所述导体图案的特征尺寸为亚波长尺寸，所述导体图案的材料包括金属、石墨烯、聚乙撑二氧噻吩以及导电聚合物。

进一步的，所述导体图案的材料为铜。

进一步的，所述导体图案为分形图形，所述分形图形的基本图形为由横条形体与正交连接于所述横条形体两端的竖条形体构成的h形；且所述导体图案包括呈h形的第一级图形，以及于所述第一级图形的两所述竖条形体两端设置的呈h形的第二级图形，和于所述第二级图形的两所述竖条形体两端设置的呈h形的第三级图形；其中，所述第一级图形中的两个竖条形体的长度不同，各所述第二级图形之间以及各所述第三级图形之间均满足：横条形体的长度相同，而位于所述第一级图形一侧的竖条形体的长度小于所述第一级图形另一侧的竖条形体。

进一步的，每个所述导体图案被设置在形成于所述介电基底表面的一个矩形区域内，且每个所述矩形区域的边长在50nm-10cm之间，各所述矩形区域相互分隔。

进一步的，所述表面电磁波输入单元和所述表面电磁波输出单元包括可对表面电磁波进行耦合的梯度超表面或微带线。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

本实用新型所述的电子白板，基于表面电磁波位置传感原理，其通过利用输入的表面电磁波沿介电基底表面的自准直传播，可通过直轴扫描与斜扫描的方式对白板上的书写物进行检测，并经由计算而获得书写点的位置坐标，且通过斜轴扫描的加入可识别伪坐标而提升坐标识别准确性，以此可提供一种新的，特别是可进行多书写点位置准确判断的基于表面电磁波的电子白板。

同时，本实用新型的书写屏基于能够实现表面电磁波直轴扫描或斜轴扫描的人工超表面结构，由介电基底及其上周期性导体图案所构成的主体结构，更可实现单层结构特性，而可有效简化书写屏的制作和校准工艺。

此外，本实用新型的书写屏通过调节介电基底和导体图案的结构参数，可改变屏的性能，不仅能够实现书写屏分辨率的调节，也可对书写屏的工作频率进行调整，因而能够满足电子书写部件在不同场景下的分辨率需要。

另外，由于表面电磁波对物质的介电常数敏感，因而可通过调节表面电磁波衰减侧介质的相对介电常数做到对具有不同介电常数的物质的探测，可增加检测的可选择性与准确性，且因表面电磁波在工作频率下具有无散射性，能够降低表面电磁波在传播过程中的能量损耗，进而可使表面电磁波用于任何面积大小的位置检测，由此能够实现书写屏制作时任意大小的调整，便于其应用。

综上所述，本实用新型的基于表面电磁波的电子白板，可简化书写屏制作和校准工艺，可减少传播过程中的损耗，并能够利于表面电磁波的特性有效避免环境中的声波与电磁波的干扰，且可获得更为精准的书写定位效果，而有着很好的实用性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的电子白板的结构的示意图；

图2为本实用新型实施例所述的超表面电磁波书写屏的结构构成图；

图3为本实用新型实施例所述的电子白板的工作原理图；

图4为本实用新型实施例所述的导体图案的结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为本发明实施例所述的导体图案的构成示意图；

图7为沿x方向激发频率分别为13.4ghz、14.5ghz、15.5ghz、16.5ghz时电场的分布情况；

图8为沿y方向激发频率为21.5ghz、22.5ghz、23.5ghz、25ghz时电场的分布情况；

附图标记说明：

1-白板框架；

11-超表面电磁波书写屏，111-介电基底，112-导体图案，113-表面电磁波输入单元，114-表面电磁波输出单元，115-保护层；

2-电磁波生成单元；

3-信号处理单元；

4-输出单元；

5-供电单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例涉及一种基于表面电磁波的电子白板，该基于表面电磁波的电子白板(简称为电子白板)的示例性结构如图1所示，其整体构成上包括白板框架1，固定于白板框架1上的超表面电磁波书写屏11，以及设于白板框架1上的电磁波生成单元，还包括位于白板框架1上的信号处理单元、输出单元和供电单元。

白板框架1作为整个电子白板的承载基体，其不仅用于超表面电磁波书写屏11的设置，同时也为电磁波生成单元、信号处理单元、输出单元以及供电单元提供安装位置，由此可使各部件按序布置在该白板框架1上，实现电子白板整体结构的集成布置。同时，在白板框架1上还可设置构成该白板框架11于外部载体上安装的安装部，该安装部的安装形式例如可为螺接、卡接或插接等，而上述外部构件例如可是现有普遍采用的带脚轮的可移动支架，或者外部构件也可是专门用于电子白板固定设置的布置于墙壁上的安装结构。

由图2所示，本实施例的超表面电磁波书写屏11整体上包括介电基底111，设置在介电基底111表面的周期性导体图案112，以及设置于介电基底111两相邻侧的多个表面电磁波输入单元113，和相对于该表面电磁波输入单元113位于介电基底111的另两相邻侧的表面电磁波输出单元114，任意两个相对侧的表面电磁波输入单元113和表面电磁波输出单元114之间一一对应布置。

介电基底111构成了书写屏的主体结构，其优选为矩形状，表面电磁波输入单元113用于将外部生成的电磁波耦合于介电基底111的表面，进而形成表面电磁波。该介电基底111优选的采用具有介电特性的的板状结构。导体图案112的周期性也即导体图案112在介电基底111的两个维度上具有重复性，本实施例的导体图案112的设置可适配于介电基底111的结构，而使得表面电磁波输入单元113耦合输入的特定频率下的表面电磁波形成沿介电基底111表面的自准直传播。同时，本实施例的每个导体图案112的特征尺寸也为亚波长尺寸，也即单个导体图案112的特征尺寸小于表面电磁波的波长。

具体的，介电基底111的结构包含有介电基底111的相对介电常数以及介电基底111的尺寸等参数，而术语“适配于”则表示导体图案112与不同结构参数下的介电基底111配合，可实现自准直传播的表面电磁波的频率也是不同的，特定结构参数的介电基底111与导体图案112对应着特定频率的可自准直传播的表面电磁波，且该特定频率下的表面电磁波自准直传播的角度也是固定的。

与耦合输入表面电磁波的表面电磁波输入113单元相对应的，表面电磁波输出单元114用于对自准直传播的表面电磁波的耦合接收，且表面电磁波输出单元114还可将接收的表面电磁波转化为电信号而实现向外部的电导出，导出的电信号的大小即代表接收的表面电磁波信号的大小。此时，其一表面电磁波输出单元3导出、也即接收的表面电磁波信号的大小与相对应的表面电磁波输入单元2输入的表面电磁波信号的大小做比较，便可判断出该表面电磁波信号的传输路径上是否存在书写物，进而导致了表面电磁波信号衰减。

仍如图2中所示出的，本实施例中介电基底111位于底部，周期性排布的导体图案112布置于介电基底111一侧端面上，并于两个维度上重复，而位于介电基底111一侧的表面电磁波输入单元113具体由沿x方向与y方向分别设置在介电基底111的两个相邻侧边缘处，对应的表面电磁波输出单元114则由位于介电基底11的另外两个相邻侧边缘处。x方向和y方向上的输入单元及输出单元均为并排布置有若干个，且各方向上的输入单元与输出单元之间形成一一对应的关系。

本实施例中为对设置于介电基底111上的导体图案112以及各表面电磁波输入单元113及表面电磁波输出单元114进行保护，以避免其遭受意外破坏，在介电基底111的布置有导体图案112的一侧端面上还可设置如图2所示的保护层115，保护层115直接覆设于介电基底111上即可。本实施例中保护层115在材料上可采用透明或非透明的材料，如其可采用如纳米玻璃，高分子聚乙烯、纳米陶瓷等的高分子纳米材料，或是石英，聚丙烯薄膜、钢化膜等材料。此外，保护层115在设置时其厚度可在0～1cm之间，例如可为0.5mm，而厚度为0则表明本实施例中可选择不在介电基底111上设置保护层115。

本实施例中介电基底111在设置时，制成介电基底111的材料的相对介电常数范围，其应在1～100之间，介电基底111的厚度一般为10nm～10cm，且介电基底111在材料上具体可采用如石英，硅片，f4b板，tp板等透明或非透明的材料制得，如此可大大增加介电基底111材料选取的种类。当然，在介电基底111和保护层115都为透明时，如若恰好就想制造透明的电子白板，则只包括有透明介电基底111和保护层115便可，而若想制造“白”板，那么此时便可在透明的介电基底111的背部增加衬板。而对于导体图案112，本实施例中制成导体图案112的材料包括但不限于金属、石墨烯、聚乙撑二氧噻吩及导电聚合物，且上述金属例如可为铜。

此外，针对于导体图案112，本实施例中在其于介电基底111上设置时，出于便于设置的考虑，也将每个导体图案112布置于介电基底111的表面上的一个矩形区域内，该矩形区域的边长在50nm～10cm之间，多个导体图案112所处的矩形区域相互分隔，而沿介电基底111的表面铺展，以此能够实现导体图案112在介电基底11表面的周期性重复。当然，除了使得各导体图案112位于上述边长范围的矩形区域内，本实施例中导体图案112在布置时，其于介电基底111表面所占用的平面区域的形状及尺寸也可根据需要或是导体图案112的具体形状而进行设计。

此外，针对于导体图案112的具体结构，由图4、图5并结合图6所示的，本实施例的导体图案112为分形图形，且该分形图形的基本图形为由横条形体与正交连接于所述横条形体两端的竖条形体构成的h形。

其中，横条形体的端部连接在竖条形体的中部。而本实施例的导体图案112具体包括呈h形的第一级图形，于第一级图形的两个竖条形体两端设置的呈h形的第二级图形，以及于第二级图形的两个竖条形体两端设置的呈h形的第三级图形。而且第一级图形中的两个竖条形体的长度设置成不同的，各第二级图形之间以及各第三级图形之间在设计上也均满足各第二级图形中各横条形体的长度相同，各第三级图形中各横条形体的长度相同，但是，各第二级图形中位于第一级图形一侧的竖条形体的长度小于位于第一级图形另一侧的竖条形体的长度，各第三级图形中位于第一级图形一侧的竖条形体的长度小于位于第一级图形另一侧的竖条形体的长度，同时第二级图形与第三级图形中长度较小的竖条形体在第一级图形的同一侧。

本实施例中以上设置的导体图案112可使得各表面电磁波输入单元113输入的表面电磁波形成沿所述介电基底111表面的特定角度的直轴扫描或斜轴扫描，其将通过下文的具体样品制备及检测得以证实。而本实施例设置于介电基底111侧边缘处的表面电磁波输入单元113以及表面电磁波输出单元114在设计上可为能够对表面电磁波进行耦合的梯度超表面或微带线，而除了为梯度超表面及微带线，其它如直接耦合等耦合方式所对应的实现表面电磁波耦合的方式也是可以的。

本实施例进一步的，对于以上所介绍的超表面电磁波书写屏11，基于如图4及图5中所示的各尺寸参数，选择各导体图案112所处矩形区域的边长dx＝2mm、dy＝2mm，导体图案112的厚度t＝1um，介电基底111的厚度h＝2mm。导体图案112中第一级图形中横条形体的长度a＝1mm、两个竖条形体的长度分别为b1＝1mm、b2＝0.8mm。第二级图形中横条形体的长度c1和c2均为0.5mm，位于第一级图形两侧的竖条形体的长度分别为d1＝0.5mm、d2＝0.4mm。第三级图形中横条形体的长度e1和e2均为0.25mm，位于第一级图形两侧的竖条形体的长度分别为f1＝0.25mm、f2＝0.2mm。各级图形中的各横条形体和竖条形体的宽度w均为0.05mm。

选择介电基底111的材料为石英玻璃，其相对介电常数为6.3，磁导率为1，且导体图案112的材料为金属铜。采用以上的各尺寸参数值进行超表面电磁波书写屏11样品的制备，并对制备好的超表面电磁波书写屏11的样品进行检测，在检测中分别于超表面电磁波书写屏11的一侧输入多个不同频率值的特定频率的电磁波，且使电磁波的输入方法分别为沿正交的x及y两个方向上。此时如图7和图8中所示的，通过对传播的表面电磁波场强分布的检测，发明人发现对应于所激发的不同频率值的特定频率输入的电磁波耦合于超表面电磁波书写屏11表面后，会形成沿一定角度的准直传播，且若以沿x及y方向的传播为直轴传播，以与x及y方向间呈夹角的传播为斜轴传播，则通过对所输入的特定频率的频率值的选择，即能够形成进行直轴传播的表面电磁波或者是所需角度的斜轴传播。

本实施例仍如图3所示的，其中的电磁波生成单元2用于生成特定频率的电磁波并传输于表面电磁波输入单元113，信号处理单元3则用于对表面电磁波输出单元114所输出的电信号进行处理，再经由计算以获得书写位置的位置坐标，其中该信号处理单元4一般为安装有相应处理程序的计算机。

本实施例中输出单元4用于将所述信号处理单元3识别的所述书写点的坐标信息输出，且本实施例的电磁波生成单元2采用现有电磁波生成模块，输出单元4采用与计算机或其它智能设备通信连接的模块便可。另外，本实施例的供电单元5具有与外部电源连接的电连接端，且其与电磁波生成单元2、表面电磁波输入单元113、表面电磁波输出单元114和信号处理单元3、输出单元4等连接，以向各单元提供电源。上述各单元均排布固定在白板框架1上即可。

本实施例中基于上述的特定频率的表面电磁波能够形成表面电磁波的直轴传播或所需角度的斜轴传播，对于置于超表面电磁波书写屏11上的书写物的书写位置坐标、特别是多点书写时的书写位置坐标的检测整体上包括的步骤如下所述。

首先，通过表面电磁波输入单元113输入特定频率的表面电磁波，而分别执行沿超表面电磁波书写屏11表面的直轴扫描和斜轴扫描。在扫描中因超表面电磁波书写屏11表面的书写物的吸收及散射，形成对书写物所处传输路径上的直轴扫描及斜轴扫描的表面电磁波信号的衰减。接着，通过表面电磁波输出单元114分别执行对直轴扫描和斜轴扫描的各传输路径上的表面电磁波的接收，并向外输出所接收的各传输路径上的表面电磁波对应的电信号。然后，通过信号处理单元3对所输出的电信号进行处理，再经由计算便可获得各书写物于超表面电磁波书写屏11表面的书写位置坐标。

本实施例中斜轴扫描的角度根据设计要求选择相应的表面电磁波频率便可，上述由直轴扫描与斜轴扫描(也即斜扫描)结合以计算处理而得到书写物的书写位置坐标的方法具体可参考诸如cn103019461a或其它现有的红外式触摸屏的多点定位方法，对其本文将不再进行赘述。而本实施例中将处理得到的书写位置坐标信息由输出单元4传输至外部的匹配于电子白板使用的计算机，便能够实现电子白板的实时交互功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。