CN104067203B - 电子笔 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子笔，能够使利用该电子笔书写的轨迹立即反映在屏幕上，从而使用户的书写感良好。输出关于书写位置的信息的电子笔，包括：发出特定波段的光线的发光元件；对电子笔的被书写面射出光线的笔前端部；输出表示笔前端部与被书写面是否接触的信息的传感器；基于传感器输出的信息检测笔前端部与被书写面是否接触的控制部；和通过弹性体的弹性力使对传感器施加的压力保持一定的保持机构，控制部在传感器从被保持机构保持的压力释放时，判断为笔前端部与被书写面接触。

Description

电子笔

技术领域

本发明涉及电子笔。

背景技术

近年来，在展示现场中开始使用具有演讲者能够在电子黑板等上显示的原图像中追加图或文字等信息的互动功能的显示装置。一起设置该电子黑板(互动白板)和投影仪的情况下，投影仪将预先制作的格式图像投影在屏幕上，之后用户在格式图像上进行修改。

该电子黑板中，为了使屏幕上投影的格式图像与利用电子笔修改的图像合成，需要在电子笔中设置发光部或超声波发生部，在投影仪本体或屏幕上设置光或超声波或这两者的检测部，检测电子笔的位置信息。

此处，作为电子笔的位置检测方法，例如有使超广角透镜与半导体摄像元件组合作为1个红外线受光部，将屏幕上的图像作为图像数据导入，通过之后的运算处理与预先制作的格式图像进行比较而检测出电子笔的位置(参考专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-059768号公报

发明内容

发明所要解决的课题

根据专利文献1，因为用电子笔书写的轨迹不能立刻反映在屏幕上，所以存在对于用户而言书写舒适度差的课题。

于是，本发明的目的在于提供一种用电子笔书写的轨迹能够立刻反映在屏幕上的电子笔。

用于解决课题的技术手段

为了解决上述课题，本发明的优选方式之一如下所述。

输出关于书写位置的信息的电子笔，具备：发出特定波段的光线的发光元件；对电子笔的被书写面射出光线的笔前端部；输出表示笔前端部与被书写面是否接触的信息的传感器；基于传感器输出的信息，检测笔前端部与被书写面是否接触的控制部；和通过弹性体的弹性力，使对传感器施加的压力保持一定的保持机构，控制部在传感器从被保持机构保持的压力释放时，判断为笔前端部与被书写面接触。

发明效果

根据本发明，能够提供一种用电子笔书写的轨迹能够立刻反映在屏幕上的电子笔。

附图说明

图1是系统结构图。

图2是电子笔的外观图。

图3是电子笔整体的分解立体图。

图4是电子笔内部的分解立体图。

图5是电子笔的截面图。

图6是电子笔内部的详细的分解立体图。

图7是电子笔的内部结构图。

图8是表示压敏传感器的配置例的图。

图9是表示电子笔的控制电路的图。

图10是表示发光元件的发光分布的特性图。

图11是压敏传感器的特性图。

图12是表示反射镜折返型的投影型图像显示装置的图。

图13是表示反射镜折返型的投影型图像显示装置的图。

图14是表示前面投影型图像显示装置的图。

图15是表示前面投影型图像显示装置的图。

符号说明

1……电子笔，2……端部，21……钩，31……上部框体，32……下部框体，31a……凹陷部，33……外部开关，34……显示用LED，4……盖，5……笔前端部，51……笔尖保持部，52……笔尖

具体实施方式

以下用附图说明实施方式。

图1是系统结构图。该系统由投影型图像显示装置(投影仪)131、在投影型图像显示装置131设置的接收特定波段的光线的受光部(超广角透镜与半导体摄像元件的组合)134、被书写面(白板或电子黑板等的屏幕)129、和电子笔1构成。此处表示了用电子笔1描绘线130的状况。

本实施例中，设特定波段的光线为红外线进行说明。电子笔1在用户书写时从笔尖射出红外线。受光部134通过接收从电子笔1射出的红外线而识别用户用电子笔1模拟地书写的轨迹。受光部134将从电子笔1射出的红外线和射出该红外线的位置作为电子笔1的位置信息(图像数据)导入，发送到描绘装置。

描绘装置从受光部134接收该图像数据时，与预先制作的格式图像进行比较，进行运算处理。即，根据由电子笔1射出红外线的射出位置(书写位置)的轨迹，生成关于识别的轨迹的图像数据，将关于该轨迹的图像叠加于原图像。然后，将叠加后的图像数据发送到投影型图像显示装置131。投影型图像显示装置131将在此接收的图像投影在屏幕129上。由此，在屏幕129上显示用电子笔书写的轨迹。

描绘装置可以内置在投影型图像显示装置131中，也可以是与该装置131连接的PC(Personal Computer：个人电脑)。

接着，说明电子笔1的结构。图2是电子笔的外观图((A)是整体的外观图，(B)是从笔尖观察的图)，图3是电子笔整体的分解立体图，图4是电子笔内部的分解立体图。

电子笔1是模仿书写时使用的所谓笔的形状，其外观包括：笔前端部5(笔尖保持部51、笔尖52)、笔前端部5的保持部(盖)4、上部框体31、下部框体32、凹陷部31a、外部开关33、显示用LED34、钩21、和笔尾2构成。

笔前端部5通过将笔尖52插入笔尖保持部51而形成，被盖4保持固定。盖4对笔前端部5在与被书写面129平行的方向上受到的笔压进行缓冲。上部框体31和下部框体32是构成电子笔1的外包装的一部分的部件，是沿着通过电子笔1的中心的假想轴Ax分割为2部分的大致圆筒形状，成为在接合时一方端部开口的容器形状。此外，为了能够固定收纳框体内部的部件，而在内壁面设置若干个固定用棱321。

凹陷部31a是为了改善书写时拇指和食指的握持感，以及为了防止放置在桌上的情况下因不可抗力等而发生的滚转，而在握持部分设置的。

在收纳有上述部件的下部框体32叠加上部框体31，通过在一方的端部设置的公螺纹和在盖4的内面设置的母螺纹机械结合。另一方的端部通过压入设置有钩21的笔尾2而机械结合。

发光元件7例如是具有图10所示的指向特性(光的发散特性)的发光二极管。使用发光二极管时，具有寿命长、可以将成本抑制得较低的效果。

作为其他光源有发散角小、能量的光变换效率优秀的红外激光二极管。该情况下，因为激光发散角小、直线性优秀，所以对于笔尖保持部52可以使用光扩散效果高的部件，但为了增加射向受光部134的红外光，也可以使其具有指向特性。

此外，电子笔1内置有双电层电容器(EDLC：Electric Double LayerCapacitor)或干电池等作为对发光元件7的供给电源，形成大致圆筒形状。图5中表示了作为EDLC100，使用了用于控制从外部电源的充电的控制电路1011以及2个电源110和111的例子。

电子笔1由沿着通过笔前端部5的中心的假想轴Ax配置的多个中空部件构成。在电子笔1的内部，从被书写面129起依次配置有笔前端部5、发光元件7、检测部75。

图5是电子笔的截面图。此处在假想轴Ax方向上分解表示了发光元件7、检测部75、基件76等。发光元件7配设在笔前端部5，由设置在电路基板8的一面的发光元件驱动电路(通过连接器102与发光元件7的连接器103连接(图7(A))控制发光。由此，笔前端部5射出红外光。

发光元件7从笔前端部5一侧插入到第一中空部件71，被圆筒形的支撑部件713的笔前端部5一侧的端面固定。在支撑部件713的外周部具备具有弹性的凸部711，沿着第二中空部件74(由741、742、743这3个部分构成)的圆筒内面滑动时，该凸部711与同样设置在圆筒内面的孔部7421嵌合。此时，弹簧件72的一端被在第二中空部件74的圆筒面设置的壁面固定。

此外，第一中空部件71的另一方的端面部以与通过电子笔1的中心的假想轴Ax大致平行的方式被分割，在其外周部设置有翻回部712。

将发光元件7、第一中空部件71和弹簧件72插入沿着通过电子笔1的中心的假想轴Ax延伸的圆筒状的第二中空部件74，通过固定部件73固定在第二中空部件74的内部。在固定部件73的底面设置贯通孔734，在第一中空部件71的端面外周部设置的翻回部712通过与贯通孔734嵌合而与固定部73结合固定。

发光元件7在导线701插通在第二中空部件74中的状态下安装在第二中空部件74的笔尖一侧的端部。此外，导线701从第二中空部件74的另一方的端部被引出，通过连接器102和103与发光元件驱动基板102(图7(A))电连接。

第二中空部件74的外周部，固定发光元件7的笔尖侧部743比中央部742细，在该笔尖侧部743插入保持笔尖52的保持部分51，假想轴Ax方向的位置由因中央部742与笔尖侧部743的外径差产生的阶差部分的端面决定。

进而，第二中空部件74的另一方的端部形成向外周方向伸出的大致圆板状的伸出部741。在该伸出部741的一部分形成向轴Ax凹陷的切口部7411，使信号电缆751通过该切口部7411和在固定部件73的圆筒面设置的平坦部，与在电路基板8设置的压敏传感器驱动基板101的压敏传感器端子104连接。接着，对用于检测笔尖52与被书写面129接触时的接触状态和笔压的检测部75进行说明。

图6中，检测部75由基件76、压敏传感器固定部件752、信号电缆751、第一中空部件71、第二中空部件74和伸出部741构成。基件76在其圆周上具备3个销761。压敏传感器固定部件752在其圆周上具备3个压敏传感器753和3个贯通孔756。这3个贯通孔与上述3个销对应，各个销分别与对应的贯通孔嵌合。由此，能够决定压敏传感器固定部件752的位置，对压敏传感器753施加大致一定(恒定)的压力。

压敏传感器753通过在第一中空部件71的外周部配设的弹簧件72的弹力而在第二中空部件74的伸出部741的笔尖侧的面与基件76之间保持大致一定的压力。

图7是电子笔的内部结构图，(A)表示电子笔1为OFF状态(笔前端部5没有与被书写面129接触的状态)，(B)表示电子笔1为ON状态(笔前端部5与被书写面129接触的状态)。(A)的情况下，对压敏传感器753施加一定压力，(B)的情况下，对压敏传感器753没有施加由弹簧件72产生的压力。

图9是包括检测来自压敏传感器的输出的检测电路122的电路图。检测电路122安装在电路基板8的发光元件驱动电路102上。CPU(Central Processing Unit)121通过对检测值和预先设定的值进行比较处理(比较多个压敏传感器端子123的电压变化)而电检测出电子笔1处于ON状态还是OFF状态。具体而言，CPU121在对压敏传感器753施加有由弹簧件72产生的压力的情况下判断为电子笔1处于OFF状态，在对压敏传感器753没有施加由弹簧件72产生的压力的情况下判断为电子笔1处于ON状态。即，总是对压敏传感器753施加一定压力，在该压力消失时检测出电子笔1的ON状态，所以与通过对压敏传感器施加压力而检测出电子笔的ON状态的方法相比，能够更快地使电子笔的轨迹反映在被书写面上。

125表示电子笔1的电源，在发明人的试制品中为了轻量化而使用EDLC，采用能够通过电源电路120从外部电源充电和减轻电源变动等的结构。

图11(A)是表示发明人在实验中用作压敏传感器的电阻型压敏传感器的特性的图，表示了电阻值相对于图中的横轴(负载)的变化。发现了以施加相对于负载的变化电阻值的变化量较大的500gf以下的弹力的方式选择弹簧件的弹力时，能够明确地检测出电子笔1的ON状态和OFF状态。同样的，使周围温度变化为0度、25度、50度的情况下，因为电阻型压敏传感器的相对(负载)的电阻值变化具有温度特性，所以优选以施加特性比较稳定的500gf以下区域的弹力的方式选择弹簧件的弹力。

图11(B)是表示研究上述电阻型压敏传感器因反复加压(此处为10次加压)特性恢复至何种程度的结果的图，10次加压后即使施加相同负载，电阻值也减小。因此，具备在完全不使用电子笔1的情况(保管的情况)下电子笔1为OFF状态、即以不对压敏传感器施加负载的方式持续按压电子笔1的笔尖而保管的保管单元较好。由此，也能够减少弹簧件的弹力降低。

另一方面，电子笔1为ON状态、即笔尖5与被书写面129接触的情况下，压敏传感器753从通过配设在第一中空部件71的外周部的弹簧件72的弹力施加在检测部75的基件76与第二中空部件74的伸出部741的笔尖侧的面之间的压力释放，成为无负载状态。结果，电阻型压敏传感器的输出(电阻值)成为几乎无穷大，与上述同样地由检测电路122对此进行检测，CPU121检测出电子笔1为ON状态。

进而，为了检测笔压而变更电子笔1的笔迹信息的粗细(描绘的线的粗细)，通过使用相对于负载的变化而电阻值的变化量较大的500gf以下的区域能够将笔压变化作为大的电阻值变化检测出来。与上述同样地由检测电路122对此进行检测，CPU121通过对检测值和与预先设定的多个笔压对应的值进行比较处理而电检测对电子笔1施加的笔压。

其中，在上述实施例中，说明了使用3个压敏传感器的情况(图8(A))，但为了更高精度地检测笔压，或者基于电子笔1的笔迹推测之后的笔的移动方向，也可以增加压敏传感器的使用数量。例如，可以在圆周方向上分别等分地每隔90度配置4个压敏传感器(图8(B))，也可以为了进一步提高检测精度和分辨能力，而在圆周方向上分别等分地每隔60度配置6个压敏传感器(图8(C))。

上述实施例中，基件76和框体的承受面311、321是与假想轴Ax正交的平面，但也可以使基件76和框体的承受面311、321的形状在笔尖的相反一侧为凸面或凹面，伸出部741的笔尖侧的面相应地为凸面或凹面。由此，通过弹簧件72的弹力在伸出部741的笔尖侧的面与基件76之间保持大致一定的压力，即使电子笔1的笔尖从斜方向与被书写面129接触，也能够与接触角无关地对压敏传感器施加一定压力。

图12是表示具备使图像导向屏幕的反射镜133的反射镜折返型的投影型图像显示装置131(以下称为本体)的图。此处，表示了在本体131通过固定用带135外装了受光部134的状态(在本体外部安装固定的状态)。

受光部134的半导体摄像元件内置部分是相对于本体131能够改变安装角度的结构。此外，为了减少误动作，优选将接收来自遥控器的光线的受光部132和接收来自电子笔1的光线的受光部134配置在不同的平面上。

图13是表示反射镜折返型的本体131的其他方式的图。此处，表示了将受光部134内置在本体131中的状态。将受光部134配置在投影透镜附近(或者反射镜133的开闭部分附近)。此外，为了减少误动作，优选受光部134的超广角透镜光轴与遥控器的受光部132的光轴的垂线形成规定角度地配置。

图14是表示前面投影型图像显示装置131的图。除了不是反射镜折返型这一点以外，与图12相同。

图15是表示前面投影型图像显示装置131的其他方式的图。除了不是反射镜折返型这一点以外，与图13相同。

以上，根据本实施例，因为总是对压敏传感器施加一定压力，在该压力消失时检测出电子笔的ON状态，所以与通过对压敏传感器施加压力而检测电子笔的ON状态的方法相比，能够更快地将电子笔的轨迹反映在被书写面上。此外，不会发生用电子笔书写的轨迹与在被书写面上的关于书写位置的显示图像的偏差量因画面位置而不同这一现象。此外，能够与笔尖与被书写面接触时的笔压相应地立刻将书写的轨迹的粗细反映为显示图像。进而，能够根据笔尖和被书写面上书写的轨迹立刻检测出电子笔的移动方向。

从而，能够提供一种电子笔，利用该电子笔用户能够以与用通常使用的书写工具在纸面上书写文字等的情况同样的感觉自然地书写。

Claims (5)

1.一种输出关于书写位置的信息的电子笔，其特征在于，包括：

发出特定波段的光线的发光元件；

对所述电子笔的被书写面射出所述光线的笔前端部；

输出表示所述笔前端部与所述被书写面是否接触的信息的传感器；

基于所述传感器输出的信息，检测所述笔前端部与所述被书写面是否接触的控制部；

通过弹性体的弹性力，使对所述传感器施加的压力保持一定的保持机构；和

沿着通过所述笔前端部中心的假想轴延伸的多个中空部件，

所述控制部在所述传感器从被所述保持机构保持的压力释放时，判断为所述笔前端部与所述被书写面接触，

所述多个中空部件中的第一中空部件，在其一端具备所述发光元件，在其另一端具备翻回部，在外壁面具备突起部，

在所述突起部与所述翻回部之间具备所述弹性体，

所述多个中空部件中的第二中空部件包括以内壁面的一部分支撑所述第一中空部件使得所述第一中空部件相对于所述假想轴不倾倒的圆筒轴，并且所述圆筒轴在所述第二中空部件的一端为比所述第一中空部件的外形大且比所述弹性体的外形小的内径。

2.如权利要求1所述的电子笔，其特征在于：

从所述被书写面起依次配置所述笔前端部、所述发光元件和所述传感器。

3.如权利要求1或2所述的电子笔，其特征在于：

所述发光元件是发光二极管。

4.如权利要求1或2所述的电子笔，其特征在于：

所述传感器是压电电阻元件。

5.一种投影型影像显示装置，其特征在于，包括：

如权利要求1～4中任一项所述的电子笔；

包括广角透镜和半导体摄像元件的受光部；

显示部，其通过所述半导体摄像元件将所述发光元件的发光点的轨迹作为画面信息取入，通过与预先制作的格式图像进行比较来检测电子笔的位置，并且将所述发光点的轨迹重叠显示在映出的原图像上。