专利名称：一种用于操作交互式电子白板的激光笔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光笔，属于计算机人机交互设备技术领域，特别是用于采用图 像处理技术构建的交互式电子白板的输入光笔的结构设计技术领域。
背景技术：
用于教学、会议系统的交互式电子白板已经越来越被广泛应用，其中使用图像处 理技术构建的交互式电子白板也开始被应用。这种技术一般使用一只红外发光笔在投影屏 幕或者平板显示器上进行图文输入，再利用一只或多只摄像头捕捉发光笔的位置和运动轨 迹，然后利用图像处理得到光笔的输入信息。现有的光笔主要由笔头、可调或固定长度的笔 杆、发光器件、触发开关、手柄、控制电路和电源构成，如号码为200520100588. X和号码为 XXXX的中国专利所公开的一种结构。在这种结构中，笔杆的长度很有限，只能近距离在屏幕 上操作，因此不适合在较大型的会议、演讲、教学等领域在远距离通过投影等大尺寸显示屏 幕来操作计算机。而目前最常用的彩色激光笔虽然能起到在远距离指示屏幕显示内容的目 的，但是一般都无法用于操作计算机。虽然也有利用图像处理技术、通过检测屏幕的对比度 的方式检测可见光激光笔在屏幕上的亮点的方式来实现操作计算机的技术，但是因为这种 激光笔所发射的光线的波长落在可见光的范围内，所以很容易受到屏幕显示内容或环境光 得干扰，使用范围受到限制。发明内容本发明的目的就是针对现有技术的缺点，提供了一种可以在远程操作交互式电子 白板的激光笔。为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。本发明的激光笔包含有作为手柄 的壳体、安装在壳体内的激光器组件和激光器组件的驱动电路、电源，控制激光器发光的开 关。在本发明中，所述激光器组件有两套，分别是红外激光器组件和可见光激光器组件，光 轴朝向同一方向并列且互相靠近地安装在所述作为手柄的壳体的一端，并且激光器组件的 激光发射孔对应着壳体一端的通光孔；所述开关是一个双触点的位置开关，所述两个激光 器发光的驱动电路各有至少一组控制端，分别与所述开关的两组触点相连接；所述位置开 关，当其操作柄移动到第一个位置时，第一组触点接通可见光激光器的驱动电路的控制端； 当其操作柄移动到第二个位置时，第一组触点依然接通，同时第二组触点还接通红外激光 器的驱动电路的控制端。在这里，可见光激光器被接通后，其发射的光点起到引导指示操作点的作用，而红 外激光器被接通后，因为其发射的光点能够被摄像头识别，所以被用来操作计算机。由于可 见光激光器发射的光线与红外激光器所发射的光线平行且距离非常近，故可见光激光器所 指示的位置，即为红外激光器在显示屏幕上需要输入操作的位置。为更好地实现这个功能， 两套激光器组件可以光轴平行地安装在一起使其所发射的激光束相平行，或者采用光轴在 同一平面内相互倾斜一个微小的角度的安装方式，在一定距离上让两束激光汇聚为一点。在一般情况下，这里的位置开关的两组触点都分别有一个独立的引出端，并且在 接通时都与一个公共触点相连接；可见光激光器和红外激光器的驱动电路的控制端的一
3端，分别连接在两组触点独立的引出端上，另外一端并联后与位置开关的公共触点相连接。 更一般的方案是使用按键结构的位置开关。这里按键的键帽即为所述的操作柄；按键开关 中包含有两组弹性元件和分别附着于这两组弹性元件上的两组触点。当按键被按下移动第 一个距离时，第一组弹性元件变形，所述第一组触点和公共触点接通；当按键被按下继续移 动第二个距离时，第二组弹性元件变形，所述第一组触点和第二组触点都和公共触点接通。为了进一步将可见光激光束和红外激光束之间的距离尽可能拉近，以保证所述指 示点和操作点尽可能重合，还可以在所述两个通光孔的前方，安装光学元件用以汇聚两束 激光。一个方案是利用平板透镜对光线的平移作用，在两个通光孔的前方分别安装一块两 个透光面相平行的平板透镜，并且两块平板透镜的透光面，相对着成一个V形的夹角安装； 夹角的尖端指向两个激光器组件的激光发射孔的连线中间，并与该连线相垂直；可见光激 光器组件和红外激光器组件的光轴，分别倾斜着与所述两块平板透镜的表面相交。第二种方案是利用光线反射的原理，拉近两束激光之间的距离。具体结构是在两 个通光孔的前方分别安装有一块平板反射镜，所述反射镜反射面相对；在所述两个激光器 组件的激光发射孔的连线之间，还安装有一块具有两个反射面的平板反射镜，其反射面分 别与所述安装在通光孔前方的反射镜的反射面相面对，并平行于各自相面对的反射面。 第三个方案是利用凸、凹透镜对光线的汇聚和发散作用，拉近两束激光之间的距 离。具体结构是在两个通光孔的前方，还分别安装有一块凸透镜和一块凹透镜；凸透镜和凹 透镜的光轴重合，位于两个激光器组件的激光发射孔的连线的中点，并且平行于所述激光 器的光轴；所述凸透镜的焦点和所述凹透镜的虚焦点重合，并且凸透镜安装在所述激光器 和凹透镜之间的空间内。为保护所用的光学元件，所述的各种光学元件均安装在所述壳体延伸部分的空间 内。发明的益处由于采用了上述技术方案，所以本发明的激光笔具有结构简单、抗干 扰力强、可以在几米甚至十几米的距离上操作上白英寸甚至几百英寸的大尺寸显示屏幕的 优点，因此非常适合用于大型的演讲、会议、授课等场合的应用。
图1 本发明的基本结构示意图；图2 —种按键结构的位置开关的结构示意图；图3 另一种按键结构的位置开关及其与激光器驱动电路连接的示意图；图4 使用平板透镜汇聚两束激光的光路和安装结构示意图；图5 使用反射镜汇聚两束激光的光路和安装结构示意图；图6 使用凸透镜和凹透镜汇聚两束激光的光路和安装结构示意图。图中，101是本发明激光笔的壳体兼手柄，102是可见光激光器组件，103红外激光 器组件，104是按键结构的位置开关，105按键结构的位置开关的键帽，106是安装包含两只 激光器的驱动电路等电子元件的电路板，107是可见光激光束，108是红外激光束。201是一种按键结构的位置开关的操作柄兼壳体，202是按键开关中安装在第一 组弹性元件206上的导电体，203是按键开关的第一组触点，204是按键开关中安装在第二 组弹性元件207上的导电体，205是按键开关的第二组触点。[0022]301是可见光激光器的驱动电路，302是红外激光器的驱动电路，303是另外一种 触点结构的按键位置开关的第一组触点中的一个，304是所述按键位置开关的第二组触点 中的一个，305是所述两组触点的公共触点。401是安装在可见光激光器发射孔前方的平板透镜，402是安装在红外激光器发 射孔前方的平板透镜。501是安装在可见光激光器发射孔前方的反射镜，502是安装在红外 激光器发射孔前方的反射镜，503是安装在上面两面反射镜之间的一体化反射镜。601是安 装在两只激光器发射孔前方的凸透镜，602是安装在凸透镜前方的凹透镜。
具体实施例图1是本发明的基本结构示意图，也是本发明的基本实施方案。图中，两只都包含 有激光器和镜头的可见光和红外激光器组件102、103，并排近距离安装在作为壳体的手柄 101的内部，且两只激光器组件的光轴一即激光器发射的激光束107、108的方向相平行。 为定位方便，如图所示，壳体一端的通光孔在本实施例和后面的实施例中都设置了两个。一 般情况下也可以只有一个，实施时可自由设计，以不遮挡激光束为准。因为两只激光器的距 离很近且光束平行，所以在电子白板上形成的亮点的距离也很近，当显示在电子白板上的 被操作目标的尺寸较大时，可以认为是重合的。又因为显示屏幕的尺寸很大，所以本来很小 的被操作目标如虚拟按钮、图标、链接等的尺寸也同时被放大，所以两个光点容易落在同一 目标上。分别用于驱动两只激光器的驱动电路安装在电路板106上，用于控制两个驱动电 路的按键结构的位置开关104也安装在电路板106上。用于共给所述驱动电路的电源(本 图中未画出)也安装或连接在电路板106上。本实施方案中的另一部分是电路的连接部分。图2给出了一种按键结构的位置开 关的一种基本结构，图3则给出了另一种按键结构的位置开关的结构以及与所述两套激光 器组件的驱动电路之间的连接方式。在图2所示的结构中，当按键开关的操作柄201被按压 时，随着压力的增加，第一组弹性元件变形，附着在第一组弹性元件206上的整体结构的导 电体202向下移动，与第一组触点203相接触，将第一组触点203接通。如果压力再增加， 第二组弹性元件207也被压缩，附着在该组弹性元件上的整体结构的导电体204也随之向 下移动，与第二组触点205相接触，将第二组触点接通。在本实施例中，按键结构的位置开 关的第一组触点与可见光激光器的驱动电路的两个控制端相连接，被接通后将驱动可见光 激光器发光；第二组触点与红外激光器的驱动电路的两个控制端相连接，被接通后将驱动 红外激光器发光。这样，当轻按按键开关时，可见光激光器发光，供使用者指向并定位操作 点；继续压下开关红外激光器随之被接通，在屏幕上形成的亮点驱动计算机实施所设定的 操作。这与自动对焦数码相机上快门开关非常相似轻按对焦，重按拍照。在图3中，可见光和红外激光器的驱动电路被以另外的形式与按键结构的位置开 关相连接。图中，可见光激光器的驱动电路301的一个控制端A被连接到按键开关104的 第一组触点的一个触点303上，红外激光器的驱动电路302的一个控制端D被连接到按键 开关104的第二组触点的一个触点304上，而两个驱动电路301和302的另外两个控制端 B和C则并联后，共同连接到按键开关104的公共触点305上。通过电子电路的设计，例如 设置高电平或低电平有效，这种有公共点的电路结构很容易实现。这里按键开关104的工 作原理与图2所示的按键开关的工作原理相同。[0027]尽管本发明中两只激光器组件射出的光束之间的距离很近，但由于激光器组件本 身具有一定的尺寸如直径，所以两束激光之间仍然有几毫米到一厘米多的距离，因此在电 子白板上形成的光点之间也有一定的距离，有可能造成操作上的误差。虽然采用光轴在同 一平面内相互倾斜一个微小的角度的安装方式，在一定距离上让两束激光汇聚为一点，有 助于克服这个缺点，但是在不同的距离上两个光点之间的距离是变化的，在较近的距离上 操作尺寸较小的电子白板时，操作误差会随距离缩小而增加。因此本发明的进一步实施方 案中，使用了光学元件来拉近两束激光之间的距离，如图4、图5和图6所示的结构。在图4的结构中，在壳体一端的两个通光孔的前方分别安装有一块两个透光面相 平行的平板透镜401和402，并且其透光面相对着成一个V形的夹角安装；夹角的尖端指向 两套激光器组件的激光发射孔的连线中间，并与该连线相垂直。这样可见光激光器组件和 红外激光器组件的光轴分别倾斜着与所述两块平板透镜的表面相交，根据光学原理，两套 激光器组件所发射的激光束107和108将被向中间平移，如图所示，拉近了二者之间的距 罔。在图5所示的结构中，在两个通光孔的前方分别安装有一块平板反射镜501和 502，反射面相对安装；在两个激光器组件的激光发射孔的连线之间，还安装有一只具有两 个发射面的平板反射镜503，其两个反射面分别与通光孔前方的反射镜的反射面相对，并平 行于各自相面对的反射面。如图所示，这里利用了光线反射的原理拉近了两束激光之间的距离。在图6所示的结构中，在两个通光孔的前方，光轴重合地分别安装有一块凸透镜 601和一块凹透镜602，且光轴位于两个激光发射孔的连线的中点、平行于所述激光器的光 轴；所述凸透镜的焦点和所述凹透镜的虚焦点重合，并且凸透镜安装在所述激光器和凹透 镜之间的空间内。根据光学原理，光束被凸透镜会聚后又被凹透镜发散，因为两片透镜的焦 点重合，所以发散后的两束光束的发散角和方向都不变，但两束光线之间的距离被缩小。为保护上述实施例中的光学元件，在壳体上开有通光孔的一端，壳体延伸到通光 孔的外侧。这样上述实施例中各种光学元件，均被安装在所述壳体延伸部分的空间内。上述实施例给出了本发明的一些可用结构，但不是全部的可用实施方案，且不包 括电路部分。因此，在本发明的基本技术方案的基础上构建的其它可用的改进、替代的实施 方案，如使用多个独立的位置开关来实现鼠标的双击、右键等功能的应用方案，或者利用激 光束持续的时间不同而实现其他的操作的方案，以及使用结构上可以千变万化的不同的机 械或者电子结构的位置开关的实施方案，均在本发明的保护范围之内。
权利要求一种用于操作交互式电子白板的激光笔，包含有作为手柄的壳体、安装在壳体内的激光器组件和激光器组件的驱动电路、电源，控制激光器发光的开关，其特征在于所述激光器组件有两套，分别是红外激光器组件和可见光激光器组件，光轴朝向同一方向并列且互相靠近地安装在所述作为手柄的壳体的一端，并且激光器组件的激光发射孔对应着壳体一端的通光孔；所述开关是双触点的位置开关，所述两个激光器发光的驱动电路各有至少一组控制端，分别与所述开关的两组触点相连接；所述位置开关，当其操作柄移动到第一个位置时，第一组触点接通可见光激光器的驱动电路的控制端；当其操作柄移动到第二个位置时，第一组触点依然接通，同时第二组触点还接通红外激光器的驱动电路的控制端。
2.根据权利要求1所述的激光笔，其特征在于所述红外激光器组件和可见光激光器 组件的光轴平行地安装在所述壳体的一端。
3.根据权利要求1所述的激光笔，其特征在于所述红外激光器组件和可见光激光器 组件的光轴，在同一平面内相互倾斜地安装在所述壳体的一端。
4.根据权利要求1所述的激光笔，其特征在于所述位置开关包含有两组触点，两组触 点分别有一个独立的引出端与一个公共引出端；所述可见光激光器和红外激光器的驱动电 路的控制端的一端，分别连接在两组触点独立的引出端上，另外一端并联后与所述位置开 关开关的公共引出端相连接。
5.根据权利要求4所述的激光笔，其特征在于所述位置开关是一个按键开关，按键的 键帽即为所述的操作柄；所述按键开关中包含有两组弹性元件和分别附着于这两组弹性元 件上的两组触点，当按键被按下移动第一个距离时，第一组弹性元件变形，所述第一组触点 和公共触点接通；当按键被按下继续移动第二个距离时，第二组弹性元件变形，所述第一组 触点和第二组触点都和公共触点接通。
6.根据权利要求1所述的激光笔，其特征在于在所述壳体一端的两个通光孔的前方， 还分别安装有一块两个透光面相平行的平板透镜，并且所述两块平板透镜的透光面，相对 着成一个V形的夹角安装；夹角的尖端指向所述两个激光器组件的激光发射孔的连线中 间，并与该连线相垂直；所述可见光激光器组件和红外激光器组件的光轴，分别倾斜着与所 述两块平板透镜的表面相交。
7.根据权利要求6所述的激光笔，其特征在于所述的两块平板透镜的一个边缘相交 安装在一起，构成V字形的平板透镜。
8.根据权利要求1所述的激光笔，其特征在于在所述壳体一端的两个通光孔的前方， 还分别安装有一块平板反射镜，所述反射镜反射面相对；在所述两个激光器组件的激光发 射孔的连线之间，还安装有一块具有两个反射面的平板反射镜，其两个反射面分别与所述 安装在通光孔前方的反射镜的反射面相面对，并平行于各自相面对的反射面。
9.根据权利要求1所述的激光笔，其特征在于在所述壳体一端的两个通光孔的前方， 还分别安装有一块凸透镜和一块凹透镜；所述凸透镜和所述凹透镜的光轴重合，位于所述两 个激光器组件的激光发射孔的连线的中点，并且平行于所述激光器的光轴；所述凸透镜的焦 点和所述凹透镜的虚焦点重合，并且凸透镜安装在所述激光器和凹透镜之间的空间内。
10.根据权利要求6、7、8或9所述的激光笔，其特征在于所述壳体设置有两个通光孔 的一端，壳体延伸到通光孔的外侧；所述的各种光学元件，均安装在所述壳体延伸部分的空 间内。
专利摘要一种用于操作交互式电子白板的激光笔，包含有作为手柄的壳体、红外激光器组件和可见光激光器组件，以及相应的驱动电路、电源，控制开关。本实用新型中两套激光器组件光轴朝向同一方向并列且互相靠近地安装在壳体的一端，发射孔对应着壳体一端的通光孔；两个激光器的驱动电路至少各有一组控制端，分别与一个双触点的位置开关的两组触点相连接。当行程开关的操作柄移动到一个位置时，第一组触点接通有色激光器；当操作柄移动到第二个位置时，第一组触点保持接通，同时第二组触点接通红外激光器。本实用新型的激光笔具有结构简单、抗干扰力强、可以在远距离上操作大尺寸显示屏幕的优点，非常适用于大型的演讲、会议、授课等场合。
文档编号H01S3/23GK201622534SQ20092024686
公开日2010年11月3日 申请日期2009年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者刘中华 申请人:北京爱易玛克科技有限公司