專利名稱：電子毛筆及識別碼定位觸摸屏的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及計算機輸入設備，特別涉及一種用于計算機繪圖、繪畫及書法的
輸入設備。
背景技術：
目前，計算機已被廣范應用到與圖形處理有關的所有領域，在CAD， GIS等以規(guī)則
線條和規(guī)則顏色為特點的圖形領域，現(xiàn)行的輸入設備(鼠標、手寫板、數(shù)字化儀)可以說已
經完全能夠滿足輸入要求，但在繪畫、書法、圖像藝術處理等以非規(guī)則線條和非規(guī)則色彩為
特點的領域，現(xiàn)行的鼠標、手寫板、數(shù)字化儀等輸入設備則顯得完全力不從心。 另一個現(xiàn)存的問題是每一臺計算機上只能有一個輸入設備工作，不能支持類似于
在宣紙上多個畫家各執(zhí)一筆同時作畫的工作狀況。因此，有必要提供一種直觀、直感的輸入
工具，解決在計算機繪圖環(huán)境下存在的如何方便輸入非規(guī)則線條和色彩的問題，美國Adobe
公司所開發(fā)的PhotoShop和IllustratorCS軟件以及Microsoft公司的PhotoDraw等圖形
/圖像處理軟件都提供了不同程度的對畫筆的力度和寬度變化的軟件模擬，但不能夠像使
用普通毛筆一樣直觀、真實反映使用者的用筆力度、運筆特點，書寫風格。 中國專利ZL95112761.6號(電子藝術毛筆)提出了一種解決方案，但其存在三個
缺點一是筆的輸入界面是獨立的寫字板，輸入與繪圖顯示效果分離，二是該實用新型并沒
有說清楚其光纖筆毛在寫字板上如何得到精確定位的，在計算機上沒有定位信息，要進行
輸入就無從談起，三是其與計算機之間通過串口電纜有線連接，如果多支筆使用，在實際應
用中將可能因出現(xiàn)電纜相互纏繞而完全不可行。

實用新型內容為解決上述問題，本實用新型的目的是提供一種電子毛筆及識別碼定位觸摸屏， 可在計算機屏幕上直觀精確定位，具有毛筆的手感，能夠像使用毛筆一樣真實反映使用者 的用筆力度、運筆特點，書寫風格，可進行繪圖、繪畫、書法的輸入。 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術方案 —種電子毛筆及識別碼定位觸摸屏，由電子毛筆和觸摸屏組成，其特征是電子毛 筆的筆毛由主接收光纖、輔接收光纖和發(fā)射光纖構成，這些光纖固定在一個光纖盤上，呈環(huán) 形排列，各圈光纖的長度由內向外依次遞減，輔接收光纖和發(fā)射光纖由單一的光導纖維構 成，主接收光纖由傳像束光纖構成；電子毛筆的內部設置有光錐、電荷耦合器件和紅外發(fā)光 二極管，所述筆毛中的主接收光纖、輔接收光纖的頂端與光錐的底面相連，光錐的頂面通過 濾光片與所述電荷耦合器件的采光窗連接，發(fā)射光纖的頂端與所述紅外發(fā)光二極管連接， 電子毛筆內還設置有控制電路，該控制電路與所述電荷耦合器件連接；所述觸摸屏由對紅 外線反射、對可見光透明的薄膜構成，該觸摸屏上密布有透明的且能反射紅外線的識別碼， 每個識別碼內存貯有代表自身位置的坐標信息，識別碼的數(shù)量等于或大于計算機屏幕上像 素的數(shù)量。
3[0008] 所述每個識別碼由起始標志條、終止標志條和位于這兩個標志條之間的上、下兩 組十六位條碼組成，每組十六位條碼中的低十五位為坐標數(shù)據(jù)，最高一位為數(shù)據(jù)校驗位，條 碼由長短棒構成，長棒表示1，短棒表示0，上組十六位條碼代表橫坐標信息，下組十六位條 碼代表縱坐標信息。 本實用新型的有益效果是采用觸摸屏，支持直觀定位，能夠像普通毛筆一樣真實 反映使用者的用筆力度、運筆特點、書寫風格，可進行繪圖、繪畫、書法的輸入。能完全模擬 真實的毛筆，與真實的毛筆有相同的手感，相似的書寫繪畫效果。

圖1是本實用新型的結構示意圖，圖2是電子毛筆的外形示意圖。圖3是圖2的分解圖。圖4是圖3的分解圖。圖5是筆頭的分解圖。圖6是筆頭的剖視圖。圖7是圖6的A-A剖視圖。圖8是連接器的局部剖視圖。圖9是圖8的仰視圖。圖10是圖6的B-B剖視圖。圖11是圖10中主接收光纖的放大圖。圖12是圖6的C局部放大圖。圖13是將觸摸屏粘貼在計算機屏幕上的結構示意圖。[0023]圖14是圖13的D局部放大圖。圖15是圖14的E局部放大圖。
具體實施方式
圖中標號1.電子毛筆2.觸摸屏3.筆頭4.筆桿5.筆毛6.連接器7.光錐8.濾光片9.電荷耦合器件10.光纖盤11.主接收光纖12.輔接收光纖13.發(fā)射光纖14.定位板15.通孔16.紅外發(fā)光二極管17.控制電路18.倉蓋19.電池20.識別碼21.微處理器模塊22.無線發(fā)射模塊23.計算機24.無線接收裝置25.起始標志條26.終止標志條27.上組十六位條碼28.下組十六位條碼29電池匣倉請參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，本實用新型是一種電子毛筆觸摸屏，由電子毛筆1和觸摸屏2兩部分組成。[0037] 電子毛筆1由筆頭3和筆桿4組成，筆頭3內設置有連接器6、光錐7、濾光片8、電 荷耦合器件9組成。電荷耦合器件9即為通常所說的CCD。 電子毛筆1的筆毛5由主接收光纖11、輔接收光纖12和發(fā)射光纖13構成，這些光 纖固定在一個光纖盤10上，呈環(huán)形排列，各圈光纖的長度由內向外依次遞減，輔接收光纖 12和發(fā)射光纖13由單一的光導纖維構成，主接收光纖11由光導纖維傳像束構成。光導纖 維傳像束是由多根極細的密集排列的光導纖維構成。 請參照圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12，筆毛5的上部與連接器6的下部相連， 光錐7的下部與連接器6的上部相連，連接器6為圓筒形，其內部設置有一定位板14，定位 板14上開有多個通孔15，通孔15的位置與主接收光纖11、輔接收光纖12的位置對應相符。 筆毛5中的主接收光纖11、輔接收光纖12由連接器的定位板14上的通孔15穿過，主接收 光纖11、輔接收光纖12的頂端與光錐7的底面相連，光錐7的頂面通過濾光片8與電荷耦 合器件9的采光窗連接。 在定位板14上還設置有多個紅外發(fā)光二極管16，這些紅外發(fā)光二極管16的位置 與發(fā)射光纖13的位置對應相符，紅外發(fā)光二極管16嵌裝在定位板14上，其方向朝下，發(fā)射 光纖13的頂端與紅外發(fā)光二極管16相連，因此紅外發(fā)光二極管16發(fā)出的光線不會向上進 入光錐7中，由于主接收光纖11、輔接收光纖12的頭部都穿過的定位板14，所以紅外發(fā)光 二極管16發(fā)出的光線也不會進入主接收光纖11、輔接收光纖12中。 主接收光纖11、輔接收光纖12、發(fā)射光纖13的分布狀態(tài)如圖IO所示，請參照圖 10，圖中的實心圓圈為主接收光纖ll，空心圓圈為輔接收光纖12，柵格圓圈為發(fā)射光纖13。 請參照圖3、圖4，筆桿4內設置有控制電路17，該控制電路17由微處理器模塊21 和無線發(fā)射模塊22組成，微處理器模塊21與電荷耦合器件9連接；筆桿4的尾部設置有電 池匣倉29，電池匣倉29內裝有電池19，電池19由倉蓋18封堵。微處理器模塊21內裝有 圖像解碼軟件、預處理軟件、顏色管理軟件及毛筆身份碼管理軟件。 請參照圖13、圖14、圖15，觸摸屏2由對紅外線反射、對可見光透明的薄膜構成，該 觸摸屏2上刻有多個識別碼20，識別碼20的數(shù)量等于或大于計算機屏幕上像素的數(shù)量。 請參照圖15，每一個識別碼20由起始標志條25、終止標志條26和位于這兩個 標志條之間的上、下兩組十六位條碼27、28組成，每組十六位條碼中的低十五位表示坐標 數(shù)據(jù)，最高一位用作數(shù)據(jù)校驗位，條碼由簡單的長短棒構成，長棒表示1，短棒表示0，因此 十五位條碼能夠表示的橫坐標或縱坐標的最大范圍是0 32767，校驗位為十五位數(shù)據(jù)位 的簡單和，從而保證解析數(shù)據(jù)的正確性。上組十六位條碼27代表橫坐標信息，下組十六位 條碼28代表縱坐標信息。 觸摸屏2上的識別碼20通過鍍膜、壓膜技術處理后，具有選擇透過性，即識別碼20 會將紅外光反射，而讓其它的光線通過。識別碼20表面的光潔度與觸摸屏2表面的光潔度 不同，這樣，其對紅外光的反射率不同，當主接收光纖11和輔接收光纖12在識別碼20的區(qū) 域內或區(qū)域外時，其反射的紅外光的亮、暗程度不同，從而在電荷耦合器件9上呈現(xiàn)出識別 碼20的圖像。 本實用新型的原理如下 本產品的筆毛由光纖構成，由于單根光纖只能傳輸光，而不能傳輸圖像，所以在筆 毛中設置了主接收光纖11和輔接收光纖12，主接收光纖11由多根極細的獨立的光纖密集
5排列構成，即通常所說的傳像束光纖，可以傳輸圖像，輔接收光纖12可以傳輸光的明暗度。 主接收光纖11的作用是將觸摸屏2上的識別碼圖像傳送到光錐7，通過濾光片 8，并最終到達電荷耦合器件9。 紅外發(fā)光二極管16的作用是發(fā)射特定波長的紅外線，并由發(fā)射光纖13傳導照射 到觸摸屏2上。考慮到電子毛筆所發(fā)出的光不應該干擾使用者對計算機屏幕的正常視覺感 受，因此選用紅外線。 發(fā)射光纖13的作用是將紅外發(fā)光二極管16發(fā)射的紅外線傳導照射到觸摸屏上。 輔接收光纖12的作用是將觸摸屏2上反射的紅外線傳導至光錐7，通過濾光片8，并最終 到達電荷耦合器件9。 光錐7是由許多精確排列的單獨光纖組成的光纖塊，其兩個端頭的光纖是熱熔固 化在一起的，這樣，光錐7可忠于原樣地傳送圖像信號，并可以將圖像從輸入表面放大或縮 小傳送到輸出表面。在本實用新型中，其作用是將主接收光纖ll傳送的識別碼圖像以及輔 接收光纖12傳送的紅外線明、暗信息傳送至至濾光片8，然后到達電荷耦合器件9。 濾光片8的作用是只允許紅外發(fā)光二極管16發(fā)射的特定波長的紅外線通過，而 來自于光錐7的其它波長的光線則不能通過，這樣保證了電荷耦合器件9只處理由該電子 毛筆所發(fā)射的紅外線，避免環(huán)境光，比如計算機23的屏幕上所顯示圖像光線的影響。 電荷耦合器件9是一種圖像采集芯片，即通常所說的CCD圖像傳感器，CCD (Charge Coupled Device)由一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過其內部的 模數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號，可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給微處理器，CCD由數(shù)百萬個感光 單位組成，當CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光 單位所產生的信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。 電荷耦合器件9的作用是接收來自于主接收光纖11傳導的代表二進制條碼信息， 以及輔接收光纖12傳導的紅外線強、弱信息，這些信息在電荷耦合器件9中形成圖像，圖像 解碼軟件根據(jù)公知的算法將圖像中的信息解析出來，該信息代表了主接收光纖11所在位 置和輔接收光纖12與觸摸屏2接觸與否，并輸出，交由電子毛筆1內預處理軟件進行進一 步計算 觸摸屏2上的每一個識別碼20包含有自身位置的信息，即自身的的橫縱坐標信 息，電子毛筆1通過獲取此橫縱坐標信息，可知道電子毛筆1在觸摸屏2上的位置；觸摸屏 2緊密貼附于計算機23的屏幕上，觸摸屏2上的識別碼的數(shù)量等于或大于計算機屏幕上的 像素數(shù)量，這樣才能完成定位功能。 由于光纖對光線的約束傳播特性，當主、輔接收光纖11、12頭部與觸摸屏2接近時 才能有最強的來自觸摸屏2的紅外線進入主、輔接收光纖11、12，而遠離觸摸屏2時，主、輔 接收光纖11、12能接收到的紅外線強度會很快降低，降低程度與其同觸摸屏2距離的二次 方成正比，因此可根據(jù)主、輔接收光纖11、12中傳導的紅外線的亮度判斷其與觸摸屏的接 觸情況；只有與觸摸屏2接觸的主、輔接收光纖11、12，在電荷耦合器件9上才有其傳導來 的足夠亮度的紅外線信息。 預處理軟件的作用是根據(jù)電荷耦合器件9上的圖像數(shù)據(jù)計算出代表電子毛筆1 工作狀態(tài)的各項基本參數(shù)，這些基本參數(shù)包括電子毛筆1的位置、方向、力度、傾角、運筆速 度、運筆方向信息。下面詳述其原理[0058] 電子毛筆1位置的獲得預處理軟件提取圖像解碼軟件解析出來的完整的由主接 收光纖11接觸觸摸屏所獲得的識別碼20信息，因識別碼20的上組十六位條碼27代表橫坐 標信息，下組十六位條碼28代表縱坐標信息，所以預處理軟件通過二進制轉換就可得到識 別碼的橫、縱坐標。該坐標即為主接收光纖11接觸觸摸屏時所在的位置，由于每一根主接 收光纖11在電子毛筆1中的排列位置是已知的，因此也就得到了電子毛筆1的當前位置。 電子毛筆1在觸摸屏2上的相對方向的獲得，觸摸屏2有自己內定的基準線，該基 準線即為觸摸屏2的水平中心線，當電子毛筆1在觸摸屏上移動時，會有兩根或兩根以上的 主接收光纖與觸摸屏接觸，則預處理軟件可以解析出各主接收光纖11在觸摸屏2上的位置 點信息，兩點確定一條直線，各根主接收光纖的位置點兩兩相連，形成多條參照線，通過公 知的幾何學公式，預處理軟件即可計算出主接收光纖位置點形成的參照線與觸摸屏基準線 的夾角，即電子毛筆1在觸摸屏2上的相對方向。 電子毛筆1力度的獲得即筆毛與觸摸屏的接觸強弱程度，眾所周知，按照人們寫 字的習慣，用力越大，則筆毛中與觸摸屏接觸的主接收光纖11、輔接收光纖12的數(shù)量越多， 因此，根據(jù)筆毛光纖與觸摸屏2接觸的數(shù)量多少可以計算出用筆的力度。 電子毛筆1傾角的獲得由于筆毛中的主接收光纖11、輔接收光纖12的排列是由 中心向外的長度是減小的，而且主、輔接收光纖11、12的排列順序是已知的，當人們握筆姿 態(tài)不同時，例如豎直或傾斜握筆時，必然在筆毛的某一局部區(qū)域上，主接收光纖11、輔接收 光纖12與觸摸屏2接觸數(shù)量多，而在其它的區(qū)域上，主接收光纖11、輔接收光纖12與觸摸 屏2接觸數(shù)量少，由此可計算出筆毛相對觸摸屏的傾斜情況。 運筆速度的獲得即電子毛筆1的移動速度，預處理軟件是實時的計算筆毛光纖 在觸摸屏上的位置信息，因此，通過設定固定的時間間隔，比較當前位置與前一時間間隔處 筆所在的位置的坐標，可計算出其移動的距離，用該距離除以兩位置的時間間隔，即為速度。 運筆走向的獲得即電子毛筆1在觸摸屏2上的移動趨勢，預處理軟件是實時的計 算筆毛在觸摸屏上的位置信息，因此，通過設定固定的時間間隔，即可比較當前位置與前一 時間間隔處筆所在的位置的坐標，由于每點的位置坐標是已知的，所以筆頭的運動軌跡就 是各點位置坐標的連線，該運動軌跡即為運筆走向。 每一支電子毛筆1都內設一個身份碼，由毛筆身份碼管理軟件進行管理，在工作 時，向宿主計算機提供自己的身份碼，當多支電子毛筆1在同一臺計算機上同時工作時，由 于身份碼不同而可互相區(qū)分開，因而宿主計算機通過調用相應的程序可以支持多支電子毛 筆同時使用，且不同的電子毛筆1可模擬不同的書寫特性。 考慮到在做畫時，常常需要調色、配色，即將不同的顏料放在調色盤上，進行均勻 攪拌，產生新的漸變的顏色，為模擬這種色彩變化效果本實用新型的每一支電子毛筆1內 都設置有顏色管理軟件，顏色管理軟件可以賦予電子毛筆中每一根主、輔接收光纖11、12 獨立的顏色特性，其方法是，顏色管理軟件中為每一根主、輔接收光纖11、12分配一個獨立 的顏色值存儲空間，該存儲空間可記錄所對應每根筆毛光纖當前的顏色信息，該顏色信息 即為進行繪畫或書法輸入時的真實的顏色，比如赤、橙、黃、綠、青、藍、紫等不同顏色，當電 子毛筆1與計算機23輸入交互時，可接受計算機的顏色設置操作而改變每一根筆毛光纖的 顏色設置，即顏色調色，也可向計算機提供每一根筆毛光纖的顏色信息，即顏色輸出。[0066] 不需要調色、配色時，顏色管理軟件可以將電子毛筆1上的所有主、輔接收光纖 11、12設置成一個顏色，這時，用戶可以將每支電子毛筆看成是沾有單一顏料的普通毛筆， 從而進行繪圖、繪畫、書法。 請參照圖13、圖14、圖15，每一支電子毛筆l將自身的參數(shù)信息通過無線發(fā)射模 塊22傳輸給計算機23，在計算機端要相應設置無線接收裝置24，為了便于用戶使用，無線 接收裝置24可以做成U盤的形狀如圖1所示，內置USB2. 0傳輸協(xié)議，通過USB接口與計算 機23連接。這樣做的優(yōu)點是不用對宿主計算機的硬件做任何改造。無線接收裝置24可 以接收來自一支電子毛筆或多只電子毛筆1的信息，并交由計算機23處理。 計算機23上的繪圖軟件利用上述電子毛筆1提供的這些信息便可以完全模擬出 直觀的、類似于普通毛筆在紙上繪圖的效果，從而實現(xiàn)定位直觀、觸感真實的毛筆輸入，這 樣就實現(xiàn)了本實用新型的目的。 值得一提的是，本實用新型在具體實施時應注意以下幾點 —、可根據(jù)需要定制不同的筆毛光纖數(shù)量和筆毛光纖排列，并選擇不同的材質硬 度，從而實現(xiàn)排筆、鋼筆、鉛筆的不同輸入效果； 二、無線發(fā)射模塊22和無線接收裝置24使用公知的通信技術進行無線通信，如已 經成熟的藍牙通信技術，從而滿足小型化、輕型化、一對多且互不干擾的數(shù)據(jù)通信要求； 三、考慮到不宜頻繁更換電池，電子毛筆所用電池應選用可充電鋰電池，且電子毛 筆l上可以設置充電接口，為便于充電，充電器可以設計成筆架的形式。充電器的結構為現(xiàn) 有技術，故本實用新型不再加以贅述； 四、考慮到電子毛筆調色的直觀性，在實施時，可在筆桿上增加一個小型彩色液晶 顯示板，以顯示筆毛的顏色狀態(tài)，是單一的標準顏色，還是經過調色、配色后的漸變顏色。這 樣，在使用時，雖然每支電子毛筆的筆毛是由無色的光纖構成，但用戶可以將每支電子毛筆 看成是沾有不同顏料的普通毛筆，從而進行繪圖、繪畫、書法。小型彩色液晶顯示板結構為 現(xiàn)有技術，故本實用新型亦不做贅述。
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權利要求一種電子毛筆及識別碼定位觸摸屏，由電子毛筆和觸摸屏組成，其特征是電子毛筆的筆毛由主接收光纖、輔接收光纖和發(fā)射光纖構成，這些光纖固定在一個光纖盤上，呈環(huán)形排列，各圈光纖的長度由內向外依次遞減，輔接收光纖和發(fā)射光纖由單一的光導纖維構成，主接收光纖由傳像束光纖構成；電子毛筆的內部設置有光錐、電荷耦合器件和紅外發(fā)光二極管，所述筆毛中的主接收光纖、輔接收光纖的頂端與光錐的底面相連，光錐的頂面通過濾光片與所述電荷耦合器件的采光窗連接，發(fā)射光纖的頂端與所述紅外發(fā)光二極管連接，電子毛筆內還設置有控制電路，該控制電路與所述電荷耦合器件連接；所述觸摸屏由對紅外線反射、對可見光透明的薄膜構成，該觸摸屏上密布有透明的且能反射紅外線的識別碼，每個識別碼內存貯有代表自身位置的坐標信息，識別碼的數(shù)量等于或大于計算機屏幕上像素的數(shù)量。
2. 如權利要求1所述的電子毛筆及識別碼定位觸摸屏，其特征是所述每個識別碼由起始標志條、終止標志條和位于這兩個標志條之間的上、下兩組十六位條碼組成，每組十六位條碼中的低十五位為坐標數(shù)據(jù)，最高一位為數(shù)據(jù)校驗位，條碼由長短棒構成，長棒表示l，短棒表示0，上組十六位條碼代表橫坐標信息，下組十六位條碼代表縱坐標信息。
專利摘要一種電子毛筆及識別碼定位觸摸屏，由電子毛筆和觸摸屏組成，電子毛筆的筆毛由主接收光纖、輔接收光纖和發(fā)射光纖構成，輔接收光纖和發(fā)射光纖由單一的光導纖維構成，主接收光纖由傳像束光纖構成；電子毛筆的內部設置有光錐、電荷耦合器件和紅外發(fā)光二極管，筆毛中的主接收光纖、輔接收光纖的頂端與光錐的底面相連，光錐的頂面通過濾光片與電荷耦合器件的采光窗連接，發(fā)射光纖的頂端與紅外發(fā)光二極管連接，電子毛筆內還設置有控制電路，觸摸屏上密布有能反射紅外線的識別碼，識別碼的數(shù)量等于或大于計算機屏幕上像素的數(shù)量。本產品能夠像普通毛筆一樣直觀真實反映使用者的用筆力度、運筆特點、書寫風格，可進行繪畫書法及繪圖的輸入。
文檔編號G06F3/033GK201477568SQ20092017280
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月11日 優(yōu)先權日2009年8月11日
發(fā)明者曾榮佳 申請人:北京大業(yè)嘉成科技有限公司;曾榮佳