專利名稱：具有光學(xué)輸入功能的顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示設(shè)備，其可以通過使用從光源照射到顯示屏上的光來輸入位置信息。
背景技術(shù)：
近年來，液晶顯示設(shè)備廣泛地使用為例如手機、筆記本個人電腦等各種裝置的顯示設(shè)備。液晶顯示設(shè)備包括一陣列基板，其中，像素排列在多條掃描線和多條數(shù)據(jù)線的各個的交叉點；以及，一驅(qū)動電路，用于驅(qū)動該掃描線和信號線。每一像素包括一薄膜晶體管(TFT)、一液晶電容器(liquid crystalcapacitor)以及一輔助電容器。隨著近年來集成電路技術(shù)以及處理技術(shù)的實際使用的發(fā)展，使得現(xiàn)在可以在該陣列基板上形成部分驅(qū)動電路。這樣，促成了液晶顯示設(shè)備整體重量和尺寸的減少。
同時，也揭示了一種顯示設(shè)備，其包括一位于一陣列基板上的光學(xué)傳感元件，并具有通過使用光來捕捉圖像的光學(xué)輸入功能。在這個顯示設(shè)備中，各個像素包括例如作為光學(xué)傳感元件的光電二極管。每個光電二極管連接一電容器。由于該電容器的電荷量(charge quantity)是基于由光電二極管接收的光的量而變化，因此可以通過檢測該電容器兩端的電壓來生成圖像數(shù)據(jù)。這個顯示設(shè)備提供圖像處理，其可以產(chǎn)生與入射光的照射強度相應(yīng)的多色調(diào)圖像數(shù)據(jù)。
同時，還揭示了，當(dāng)通過在用于顯示一個圖像的多個顯示幀中插入一個圖像捕捉幀而顯示該圖像時的一種數(shù)據(jù)輸入方法。通過使用這個方法，可以通過以手指接觸或者以筆形光源將光照射到該顯示屏上，而將顯示設(shè)備使用作同等的輸入設(shè)備。
順便提及，當(dāng)使用筆形光源的時候，必須將該光源的筆尖壓在顯示屏上。然而，在該常規(guī)的顯示設(shè)備中，很難檢測到筆尖對顯示屏的壓力的程度。
并且，該光學(xué)傳感元件除了對來自該光源的光之外，還對外部環(huán)境光起反應(yīng)。因而，在同等輸入處理中可能依據(jù)環(huán)境而發(fā)生故障。
另外，當(dāng)筆形光源閃爍時，將增加功耗。因而，增加電池的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的為，檢測光源在顯示屏上的壓力。
本發(fā)明的另一個目的為，防止由外界環(huán)境光引起的故障。
本發(fā)明的又一目的為，減少光源的功耗。
本發(fā)明的一種光學(xué)輸入顯示設(shè)備包括光源設(shè)備和顯示設(shè)備。該光源設(shè)備包括光源單元，配置來在其尖端壓在顯示設(shè)備的顯示屏上時，照射光；以及，光傳送單元，配置來傳送來自光源單元的光，以響應(yīng)于壓力的程度改變顯示屏上的光接收強度和光接收區(qū)域中的任何一個。該顯示設(shè)備包括顯示單元，其包括，配置來顯示經(jīng)由信號線所提供的圖像信號的像素單元、以及配置來檢測從光源設(shè)備照射到顯示屏上的光的光電檢測器單元，該像素單元和光電檢測器單元提供在多條掃描線和多條信號線的交叉點上；光接收與檢測單元，配置來基于來自光電檢測器單元的光檢測信號，檢測來自光傳送單元的光在顯示屏上的光接收強度和光接收區(qū)域中的任何一個；以及，距離計算單元，配置來基于所檢測到的光接收強度和所檢測到的光接收區(qū)域中的任何一個，計算光傳送單元和顯示屏之間的距離。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)光源設(shè)備的尖端壓顯示屏?xí)r，光源設(shè)備響應(yīng)于壓力的程度而改變光接收區(qū)域的面積。同時，顯示設(shè)備的距離計算單元基于這個光接收區(qū)域，計算光源設(shè)備的光傳送單元與顯示屏之間的距離。在其他的情況下，光源設(shè)備響應(yīng)于對顯示屏的壓力的程度而改變顯示屏上的光接收強度。同時，距離計算單元基于這個光接收強度，計算光傳送單元和顯示屏之間的距離。通過使用這個距離，可以檢測光源設(shè)備對顯示屏的壓力的程度。
此外，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)光源單元的尖端沒有壓顯示屏?xí)r，光源單元不輸出光。因此，可以防止歸因于外部環(huán)境光的故障，并可以通過停止顯示單元中的光檢測操作來減少光源單元的功耗。


圖1示出了依據(jù)本發(fā)明一實施例的光學(xué)輸入顯示設(shè)備的示意性框圖；圖2A示出了圖1中所示的筆形光源設(shè)備的截面圖；圖2B示出了光源單元的電路圖；圖3示出了圖1中所示的顯示單元的電路框圖；圖4A示出了圖1中所示的光源設(shè)備壓在顯示單元的顯示屏上的截面圖；圖4B示出了這種情況中在該顯示屏上的光接收區(qū)域；圖5A示出了圖1中所示的光源設(shè)備比圖4的情況更強地壓在顯示設(shè)備的顯示屏上的截面圖；圖5B示出了這種情況中在該顯示屏上的光接收區(qū)域；圖6A示出了具有修改結(jié)構(gòu)的光源設(shè)備的尖端的放大透視圖；圖6B示出了從光源設(shè)備照射光時顯示屏上的光學(xué)圖案；圖6C示出了與該光學(xué)圖案對應(yīng)的匹配圖案；圖7示出了另一光學(xué)輸入顯示設(shè)備的示意性框圖。
圖8示出了一時序圖，其用于描述圖7中所示的光學(xué)輸入顯示設(shè)備的各個單元的操作；圖9示出了在圖7所示的光學(xué)輸入顯示設(shè)備中用于邏輯運算的真值表。
具體實施例方式
如圖1所示，根據(jù)一實施例的光學(xué)輸入顯示設(shè)備包括筆形光源設(shè)備1和顯示設(shè)備。該顯示設(shè)備包括顯示單元3、信號處理單元5以及主處理器7。
光源設(shè)備1包括光源單元，配置來在光源設(shè)備1一端的筆尖壓在顯示設(shè)備的顯示屏?xí)r，照射光；以及光傳送單元，配置來傳送來自光源單元的光，使得響應(yīng)于筆尖的壓力程度而改變顯示屏上光接收區(qū)域的面積。
顯示單元3具有在顯示屏上顯示任意圖像的顯示功能，并具有檢測從光源設(shè)備1照射到顯示屏上的光的光學(xué)輸入功能。
信號處理單元5包括光接收與檢測單元、距離計算單元以及位置計算單元。該光接收與檢測單元接收由顯示單元3所檢測到的光檢測信號，并基于這個光檢測信號檢測顯示屏上的光接收區(qū)域。該距離計算單元基于所檢測到的光接收區(qū)域，計算光源設(shè)備1的光傳送單元與顯示屏之間的距離。該位置計算單元基于所檢測到的光接收區(qū)域，計算顯示屏上光照射的位置。
主處理器7從信號處理單元5接收距離數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)，并執(zhí)行各種處理。例如，主處理器7以線條連接顯示屏上的多個位置，并在顯示屏上顯示該位置，其中，該多個位置是由顯示屏上的多個位置數(shù)據(jù)所指定的。同時，主處理器7響應(yīng)于距離數(shù)據(jù)，把要在顯示屏上顯示的線條的粗細程度變成細線、粗線、中等線等。
如圖2A中的截面圖所示，光源設(shè)備1包括以虛線表示的光傳送單元17，其提供在筆形殼體31的尖端，該筆形殼體31具有形成為圓錐體形或棱錐形的尖端1a。光傳送單元17也形成為圓錐體形或棱錐形，并在其尖端部分包括一個孔?？梢詡魉凸獾臈l形透明的筆尖15從該孔中突出。光傳送單元17形成來將光從該孔傳送到預(yù)定位置。為了防止光源單元發(fā)射的光泄漏到光傳送單元17和筆尖15部分之外，因此，殼體31形成為不能發(fā)光。
在光源設(shè)備1中，在尖端1a中提供有發(fā)光二極管11，在發(fā)光二極管11和筆尖15之間提供有透鏡13。發(fā)光二極管11由透鏡13覆蓋，并且發(fā)光二極管11和透鏡13整合地固定在絕緣基片12上。發(fā)光二極管的陽極端14和陰極端16突出于基片12。此后，將發(fā)光二極管11和透鏡13共同地參考為光源單元。
從發(fā)光二極管11輸出并經(jīng)過透鏡13的光，經(jīng)由光傳送單元17和筆尖15傳送而輸出到外部。發(fā)光二極管11的陽極端14連接到導(dǎo)線19的一端。導(dǎo)線19的另一端電性地且可移動地與導(dǎo)電的第一機械接觸構(gòu)件21相接觸，該第一機械接觸構(gòu)件21靠近于光源設(shè)備1的內(nèi)壁而設(shè)置。
第一機械接觸構(gòu)件21通過電阻23連接到電池25的正極(+)。電池25的負極(-)電連接到光源設(shè)備1的殼體31，并且進一步通過殼體31連接到固定于殼體31內(nèi)壁的第二機械接觸構(gòu)件29。
發(fā)光二極管11的陰極16連接到導(dǎo)線27的一端。導(dǎo)線27的另一端27a對著第二機械接觸構(gòu)件29附近垂直地彎曲且突出。導(dǎo)線27的另一端27a和第二機械接觸構(gòu)件29共同構(gòu)成圖2B的電路圖中所示的開關(guān)35。如后所述的當(dāng)導(dǎo)線27的另一端27a接觸第二機械接觸構(gòu)件29時，開關(guān)35導(dǎo)通。這里，在圖2A所示的狀態(tài)中，導(dǎo)線27的另一端27a從第二機械接觸構(gòu)件29上移開。因此，開關(guān)35處于斷開狀態(tài)。
壓縮彈簧33的一端固定在基片12上。該壓縮彈簧33的另一端固定到在殼體31內(nèi)部提供的一個固定部分。基片12和光源單元通過該壓縮彈簧33而對著筆尖15壓下，因此，筆尖15也被壓。這樣，筆尖15的邊緣略微地突出到尖端1a的孔之外。
圖2B為光源設(shè)備1的等同電路圖。如圖所示，光源設(shè)備1包括串聯(lián)的發(fā)光二極管11、電阻23、電池25以及開關(guān)35。開關(guān)35包括導(dǎo)線27的另一端27a和第二機械接觸構(gòu)件29。當(dāng)開關(guān)35導(dǎo)通時，電流從電池25的正極經(jīng)由電阻23、發(fā)光二極管11和開關(guān)35流到電池25的負極。通過該電流導(dǎo)通發(fā)光二極管11，因而照射光。
如圖3所示，顯示單元3包括像素單元45和光電檢測器單元47，該像素單元45和光電檢測器單元47設(shè)置在平行排列的多條掃描線d1、d2、d3...和dn與平行排列的多條信號線e1、e2、e3...em的各個的交叉點。像素單元45將經(jīng)由信號線提供的圖像信號顯示在顯示屏上。光電檢測器單元47檢測從光源設(shè)備1照射到顯示屏上的光。通過掃描線驅(qū)動電路41將掃描信號順次輸出到掃描線d。通過信號線驅(qū)動電路43將圖像信號輸出到信號線。
像素單元45和光電檢測器單元47整體以nxm矩陣排列在玻璃陣列基板上。通過使用最近的集成電路技術(shù)和處理技術(shù)，也可以將掃描線驅(qū)動電路41和信號線驅(qū)動電路42提供在同一陣列基板上。
每個像素單元45包括一個薄膜晶體管、液晶電容器以及輔助電容器。每個光電檢測器單元47包括一個光電轉(zhuǎn)換器，例如光電二極管、電荷存儲電容器、放大器晶體管、開光晶體管以及預(yù)充電晶體管。
這里，像素單元45的配置并不僅限于前述例子，例如，該像素單元45還可以包括電致發(fā)光(EL)元件。同時，光電檢測器單元47的配置并不僅限于上述例子，該光電檢測器單元47可以采用任何配置，只要這樣的配置可以檢測從光源設(shè)備1照射到顯示單元3的顯示屏3a上的光。
圖4A示出了當(dāng)光源設(shè)備1的筆尖15壓顯示單元3的顯示屏3a時的一種狀態(tài)。關(guān)于顯示單元3，在圖4A中的底部，只圖示了像素單元45和光電檢測器單元47中的光電檢測器單元47，同時出于簡化的目的，只在顯示單元3的頂部圖示了顯示屏幕3a。就光源設(shè)備1而言，當(dāng)允許光源設(shè)備1的筆尖15接觸顯示單元3的顯示屏3a并將其輕輕地壓在顯示屏3a上時，如圖2中所示，導(dǎo)線27的另一端27a與第二機械接觸構(gòu)件29之間的間隙沒有橋接(Bridged)。在這種情況下，開關(guān)35沒有導(dǎo)通。
相反，如圖4A所示，當(dāng)光源設(shè)備1的筆尖15以給定的壓力壓顯示屏3a時，筆尖15經(jīng)由發(fā)光二極管11、透鏡13以及基片12抵抗壓縮彈簧33的力，并且筆尖15沿著箭頭111指示的方向運動到尖端1a中。結(jié)果是，連接到基片12的陰極端16的導(dǎo)線27也在相同的方向移動。相應(yīng)地，導(dǎo)線27的另一端27a接觸第二機械接觸構(gòu)件29，使開關(guān)35導(dǎo)通，因此，發(fā)光二極管11發(fā)光。
來自發(fā)光二極管11的光經(jīng)由透鏡13、筆尖15以及光傳送單元17，照射到顯示屏3a上。
光照射到顯示屏3a上由該圖中的鏈狀線51指示的范圍內(nèi)，并且，因此在顯示屏3a上形成了光接收區(qū)域53。這里，在圖4A中，將光接收區(qū)域53臨近于多個光電檢測器單元47而描繪，而將顯示屏3a遠離光電檢測器單元47以及光接收區(qū)域53而描繪。然而，實際上，光電檢測器單元47的平面位置幾乎位于顯示屏3a相同的平面上。以下，將光接收區(qū)域假設(shè)為形成于顯示屏3a上。
圖4B是顯示屏3a的上平面圖，當(dāng)不考慮光源設(shè)備1時，光照射在顯示屏3a上。該圖中僅僅描繪了多個光電檢測器單元47和像素單元45，省略了掃描線d和信號線e。
在圖4B中，光照射到的顯示屏3a上的光接收區(qū)域53由虛線所環(huán)繞。在光接收區(qū)域53內(nèi)的多個光電檢測器單元47獨立地檢測從發(fā)光二極管11照射的光并輸出光檢測信號。在圖4B中，以黑色描繪存在于光接收區(qū)域內(nèi)的光電檢測器單元47。
將多個光電檢測器單元47輸出的、作為光檢測結(jié)果的光檢測信號提供到信號處理單元5。在信號處理單元5中，光接收與檢測單元基于光檢測信號檢測光接收區(qū)域53，并且，距離計算單元基于光接收區(qū)域53，計算光傳送元件17的錐形尖端17a和顯示屏3a之間的距離。更明確地，距離計算單元包括面積計算單元和基于面積的距離計算單元。面積計算單元基于檢測到光的光電檢測器單元47的數(shù)量，計算光接收區(qū)域53的面積。在圖4B中，以黑色描繪的在光接收區(qū)域53內(nèi)的光電檢測器單元47的數(shù)量為21個。該基于面積的距離計算單元基于該面積，計算光傳送單元17的尖端17a和顯示屏3a之間的距離。這里，光接收區(qū)域53的面積可以通過使用來自多個光電檢測器單元47的光檢測信號的數(shù)量來計算。
圖5A和5B示出了當(dāng)通過施加大于預(yù)定量的壓力而使光源設(shè)備1的筆尖15強烈地壓顯示屏3a時的一種狀態(tài)。這里，圖5A和5B分別相應(yīng)于圖4A和4B。
如圖5A所示，當(dāng)施加大于預(yù)定量的壓力而使筆尖15壓顯示屏3a時，筆尖15抵抗壓縮彈簧的力，并沿著箭頭111所指示的方向運動到孔中。相應(yīng)地，光傳送單元17的尖端17a接近顯示屏3a。在這種情況下，與圖4A中的情況相比，通過從發(fā)光二極管11照射的光而形成于顯示屏3a上的光接收區(qū)域的尺寸，即光接收區(qū)域53的面積變小了。此外，當(dāng)光傳送單元17的尖端17a接觸顯示屏3a，筆尖15不能進一步進入孔中，因此，停在那個位置上。
如圖5B所示，當(dāng)從上面觀看來自發(fā)光二極管11的光所照射到的顯示屏3a時，形成于顯示屏3a上的光接收區(qū)域53的面積明顯小于圖4B中所示的面積。描繪成黑色的檢測到光的光電檢測器單元47的數(shù)量減少到9個。
如上所述，當(dāng)光傳送單元17的尖端17a遠離顯示屏3a時，光接收區(qū)域的面積變大，并且，當(dāng)光傳送單元17的尖端17a接近顯示屏3a時，光接收區(qū)域的面積變小。光傳送單元17和顯示屏3a之間的距離與光接收區(qū)域具有上述的關(guān)系。
因此，可以使用信號處理單元5，通過計算輸出光檢測信號的光電檢測器單元47的數(shù)量、或者光檢測信號的數(shù)量來計算光接收區(qū)域53的面積。此外，可以基于這個面積，計算光傳送單元17和顯示屏3a之間的距離。
這里，當(dāng)數(shù)量范圍為10到39(10和39包含在內(nèi))時，可以將所計算的數(shù)量和距離之間的關(guān)系定義為距離等于0，當(dāng)數(shù)量范圍為40到69(40和69包含在內(nèi))時，定義為距離等于1，當(dāng)數(shù)量范圍為70到99(70和99包含在內(nèi))時，定義為距離等于2，并且，當(dāng)數(shù)量范圍為大于等于100或者小于等于9時，定義為距離等于3。例如，可以將這樣的規(guī)則預(yù)先作為數(shù)據(jù)存儲在信號處理單元5的存儲器中。然后，信號處理單元5通過對照該數(shù)據(jù)核對實際計算數(shù)量，從而計算距離。
將由信號處理單元5所計算的距離數(shù)據(jù)提供到主處理器7。主處理器7響應(yīng)于該距離數(shù)據(jù)，而改變線條的粗度，該線條用于在顯示屏上繪制圖形，例如圓形、或者長方形。
特別是，主處理器7響應(yīng)于上述距離，而改變由顯示屏3a上的光學(xué)輸入的位置中的像素單元45所顯示的圖片或圖像，該圖像例如為符號、線條、圖形。例如，主處理器7響應(yīng)于上述距離，將線條的粗度改變?yōu)榧毦€、粗線、中等線等，并將線條的顏色改變?yōu)榧t色、綠色、黃色或者黑色。同時，主處理器7響應(yīng)于該距離改變圖形的線條的粗度和顏色，該圖形例如為圍繞顯示屏3a上的光學(xué)輸入的位置而繪制的圓形或者長方形。另外，主處理器7響應(yīng)于上述距離，改變線條的粗度等，該線條是從光學(xué)輸入的位置繪制到預(yù)先指定的不同位置。更明確地，主處理器7在距離長時繪制細線，并在距離短時繪制粗線。
信號處理單元5的位置計算單元基于顯示屏3a上的光接收區(qū)域53，計算顯示屏上光照射的位置，即，光接收位置。更明確地，首先，信號處理單元5順次掃描各個光電檢測器單元47且接收光檢測信號。通過執(zhí)行這個處理，位置計算單元可以識別傳送光檢測信號的光電檢測器單元47的位置，并獲得位于光接收區(qū)域53內(nèi)部的多個光電檢測器單元47的位置數(shù)據(jù)。信號處理單元5可以容易地計算光接收區(qū)域53的中心位置或者位于光接收區(qū)域53內(nèi)任一位置。
將光接收區(qū)域53的中心位置數(shù)據(jù)從信號處理單元5提供到主處理器7。主處理器7將光接收區(qū)域53的中心位置數(shù)據(jù)使用作繪制例如圓形或長方形的圖形或者線條的起始點。
這里，將來自各個光電檢測器單元47的光檢測信號與在顯示單元3或者信號處理單元5中的給定閾值進行比較，僅將大于該閾值的光檢測信號形成二進制數(shù)據(jù)。信號處理單元5基于已形成為二進制數(shù)據(jù)的光檢測信號，計算上述的面積、距離以及位置。
這里，光接收區(qū)域53的周界相對于中心可能接收較低光強的光，而且該邊界可能變得不清楚。相應(yīng)的，最好使用二進制形式的光檢測信號，來清楚地定義光接收區(qū)域的周界。
順便地，光接收區(qū)域53是顯示屏3a自發(fā)光二極管11所接收到的光強大于給定值的區(qū)域。相應(yīng)的，也可以依據(jù)每個光電檢測器單元47來檢測光接收強度，以及基于光接收強度的分布來定義光接收區(qū)域53。
當(dāng)來自光源設(shè)備1的光發(fā)射強度依據(jù)壓力的程度而變化，而顯示屏上的光接收強度與光發(fā)射強度成正比變化時，光接收與檢測單元基于來自光電檢測器單元47的光檢測信號，來檢測光接收強度。然后，距離計算單元基于光接收強度，計算光傳送單元和顯示屏之間的距離，并且，位置計算單元基于光接收強度，計算顯示屏上光照射的位置。
因此，在這個實施例中，當(dāng)光源設(shè)備1的尖端壓顯示屏3a時，光源設(shè)備1響應(yīng)于壓力的程度而改變光接收區(qū)域53的面積。同時，顯示設(shè)備的信號處理單元5基于光接收區(qū)域53，計算光源設(shè)備的光傳送單元17和顯示屏3a之間的距離。在其他的情況下，光源設(shè)備1響應(yīng)于壓在顯示屏3a上的壓力的程度，改變顯示屏3a上的光接收強度。同時，顯示設(shè)備的信號處理單元5基于光接收強度，計算光傳送單元17和顯示屏3a之間的距離。通過使用該距離，可以檢測光源設(shè)備1壓在顯示屏3a上的壓力的程度。這樣，當(dāng)例如通過使用來自光源設(shè)備1的光來輸入線條或者圖形時，可以例如根據(jù)壓力的程度改變處理，從而，在距離長時繪制細線，以及在距離短時繪制粗線。這樣，可以提高可用性。
根據(jù)這個實施例，當(dāng)光源設(shè)備1沒有壓顯示屏3a時，光源單元不輸出光。因此，可以防止歸因于外部環(huán)境光的故障，并可以通過停止顯示單元中的光檢測操作而減少光源的功耗。
在這個實施例中，面積計算單元計算光接收強度等于或者大于預(yù)定值的區(qū)域的面積、或者光接收區(qū)域的面積。同時，基于面積的距離計算單元基于這個面積，計算光傳送單元17和顯示屏3a之間的距離。通過計算如上所述的接收光的面積，可以容易地計算出光傳送單元17和顯示屏3a之間的距離。
在這個實施例中，位置計算單元基于光接收強度或者光接收區(qū)域，計算光照射到的顯示屏上的位置。這樣，可以根據(jù)來自光源設(shè)備的光學(xué)輸入，很容易地將所檢測到的位置設(shè)置為繪制例如線條或者圖形的起始點。
接下來，將描述根據(jù)另一實施例的光學(xué)輸入顯示設(shè)備。
圖6A是在采用修正結(jié)構(gòu)的筆形光源設(shè)備1中的尖端1a的放大透視圖。在這個圖中的光源設(shè)備1的尖端1a包括十字形開口61以及四個小直徑孔63，該小直徑孔63以十字形開口61的交叉點作為中心，同時以面對的方式形成于相鄰的開口61之間。這樣，當(dāng)從光源設(shè)備1的尖端1a照射光時，要投射到顯示屏3a上的光的形狀被形成為一個圖案，該圖案包括十字形開口形狀61a和四個具有相對小直徑的點形狀，如圖6B所示，該四個點形狀以十字形開口61的交叉點作為中心，同時以面對的方式形成于相鄰的開口61之間。
當(dāng)這個光學(xué)圖案照射到顯示屏3a上時，由顯示單元3的光電檢測器單元47檢測該光學(xué)圖案，并將其作為光檢測信號提供到信號處理單元5。
這里，信號處理單元5包括存儲單元、核對單元以及判斷單元。存儲單元預(yù)先存儲如圖6C所示的匹配圖案67，匹配圖案67與自十字形開口61和小直徑孔63照射的光的形狀一致。核對單元基于光電檢測器單元47檢測的光檢測信號，對照存儲在存儲單元中的匹配圖案來核對該圖案。判斷單元將在核對處理中與匹配圖案一致的光檢測信號判斷為合格信號。
更明確地，核對單元從存儲單元中讀取出匹配圖案67，然后通過使用給定的閾值，將提供自顯示單元的光檢測信號轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)據(jù)，并對照匹配圖案67核對已轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)據(jù)的光學(xué)圖案。判斷單元執(zhí)行圖案匹配，從而判斷顯示單元3所檢測的光學(xué)圖案是自光源設(shè)備1輸出的真實的光學(xué)圖案，并判斷該光學(xué)圖案沒有收到來自外部的其他光學(xué)成分的影響。
當(dāng)該光學(xué)圖案判斷為真實的圖案時，信號處理單元5計算如上所述的顯示屏3a上的這個光學(xué)圖案的位置、以及光傳送元件17和顯示屏3a之間的距離，并將位置數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)提供到主處理器7。主處理器7基于該位置數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，執(zhí)行如上所述的各種處理。
因此，在這個實施例中，光源設(shè)備1照射包括十字形開口和小直徑點形狀的光到顯示屏上。信號處理單元的核對單元對照預(yù)先存儲在存儲單元中的匹配圖案67核對光學(xué)圖案，該光學(xué)圖案包括由光電檢測器單元47檢測到的十字形開口和小直徑點形狀，并且，當(dāng)該光學(xué)圖案與匹配圖案67一致時，判斷單元判斷這個光學(xué)圖案的光檢測信號代表真實的信號。上述人工的光學(xué)圖案不能自然地發(fā)生，或者由環(huán)境光產(chǎn)生。因此，可以精確地判斷該光學(xué)圖案。這樣，顯示設(shè)備可以正確地執(zhí)行各種處理，而不會引起歸因于來自外部的環(huán)境光的影響的故障。
盡管上述光學(xué)圖案提供四個小直徑孔63，從而投射四個小直徑的光學(xué)點形狀63a。然而，孔63的數(shù)量并不限于4個，孔的數(shù)量可以是等于或者大于1的任何數(shù)量。同樣，開口61的形狀也不僅限于十字形。
同時，來自光源設(shè)備1的光學(xué)圖案的光接收強度依賴于旋轉(zhuǎn)、傾斜、和光源設(shè)備1的壓力程度而變化。因此，也可以通過執(zhí)行考慮到形變的圖案匹配，獲得關(guān)于旋轉(zhuǎn)、傾斜以及光源設(shè)備1的壓力程度的信息。
接下來，將描述根據(jù)又一實施例的光學(xué)輸入顯示設(shè)備。
與圖1所示的設(shè)備相比，圖7所示的這個設(shè)備中，加入了定時控制器73和受制于定時控制器73的開啟和關(guān)閉控制的電源71。定時控制器73執(zhí)行顯示單元3中多個光電檢測器單元47操作的同步控制，以及光源設(shè)備10的光照射的操作的同步控制。光電檢測器單元檢測與光電檢測器單元47的操作同步的光接收強度或者顯示屏上的光接收區(qū)域。光源設(shè)備10使用電源71代替電池25。開關(guān)71a連接到電源71的輸出線，并且，電流從電源經(jīng)由開關(guān)71a提供到光源設(shè)備10。開關(guān)71a的開啟和關(guān)閉操作由定時控制器73控制。圖7中的其他構(gòu)成和操作與前述實施例中所描述的相同。相同的構(gòu)成以相同的參考數(shù)字標示。
如圖7所示，為了操作顯示單元3中的多個光電檢測器單元47，定時控制器73將圖像捕捉控制信號提供到顯示單元3，產(chǎn)生與這個圖像捕捉控制信號同步的開關(guān)控制信號，并通過使用這個開關(guān)控制信號，控制開關(guān)71a的導(dǎo)通和斷開。定時控制器73利用開關(guān)71a的導(dǎo)通和斷開操作，使光源設(shè)備10開啟和熄滅。此外，定時控制器73將指示光源設(shè)備10狀況的開啟標記或者熄滅標記提供到信號處理單元5。
通過執(zhí)行如上所述的同步控制，如果光源設(shè)備10沒有照射光、即熄滅標記從定時控制器73輸出到信號處理單元5時，信號處理單元5接收到來自顯示單元3的光電檢測器單元47的光檢測信號，則信號處理單元5可以識別到該光檢測信號歸因于外部環(huán)境光。相應(yīng)地，可以通過忽略有關(guān)的光檢測信號，正確地防止歸因于外部環(huán)境光的故障等。同時，如果光源設(shè)備10照射光、即開啟標記從定時控制器73輸出到信號處理單元5時，信號處理單元5接收到來自顯示單元3中的光電檢測器單元47的光檢測信號，則信號處理單元5可以識別到光檢測信號是來自光源設(shè)備10的筆尖15的合格信號。
更明確地，如圖8所示，通過以幀同步的雙周期而同步的閃爍光源設(shè)備10，來實現(xiàn)上述操作定時。這里，一個幀周期等于一輪順次掃描多個光電檢測器單元47的時間段。這個時間段也等于用于捕捉一圖像捕捉數(shù)據(jù)的時間段。
在圖8中，在顯示為熄滅n、點亮n、熄滅n+1和點亮n+1的幀同步的雙周期中，光源設(shè)備10被操作來反復(fù)點亮和熄滅。通過根據(jù)來自定時控制器73的開關(guān)控制信號來導(dǎo)通和斷開電源71的開關(guān)71a、以及通過根據(jù)該導(dǎo)通和斷開操作來將電流從電源71提供到光源設(shè)備10，來實現(xiàn)圖8的操作。
如圖8所示，在顯示單元3中，多個像素單元45根據(jù)來自定時控制器73的圖像捕捉控制信號，交替進行與操作同步的液晶顯示和閃爍，從而使光源裝置10導(dǎo)通和關(guān)閉，并且，多個光電檢測器單元47交替進行曝光(exposure)(光檢測)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及初始電荷(charge)存儲。
通過執(zhí)行如上所述的同步控制，將表示處于熄滅狀態(tài)的光檢測信號的二進制圖像數(shù)據(jù)(例如F(2n))和表示處于點亮狀態(tài)的光檢測信號的二進制圖像數(shù)據(jù)(例如F(2n+1))交替地提供到信號處理單元5。
如圖9所示，信號處理單元5的操作單元對于每一像素，計算處于熄滅狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)的邏輯非值(非F(2n))和處于點亮狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)(F(2n+1))與的的邏輯乘積。這樣，只有當(dāng)一處于熄滅狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n)等于0(黑)、而一處于點亮狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n+1)等于1(白)時，該邏輯乘積等于1，其中，0表示沒有檢測到光，1表示檢測到光。只有在前述情況下，信號處理單元的判斷單元才將光檢測信號判斷為屬于來自光源裝置10的真實光的合格光檢測信號。
圖9中的真值表將從其上部開始進行詳細描述。首先，當(dāng)一處于熄滅狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n)等于0(黑)和一處于點亮狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n+1)等于0(黑)時，該兩個值的邏輯乘積(非F(2n)與F(2n+1))等于0(黑)，其中，0表示沒有檢測到光。這個結(jié)果表示沒有檢測到光。
當(dāng)一處于熄滅狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n)等于0(黑)和一處于點亮狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n+1)等于1(白)時，上述邏輯乘積等于1(白)，其中，1表示檢測到光。只有在這種情況下，信號處理單元5的判斷單元才將來自光電檢測器單元47的光檢測信號判斷為屬于來自光源裝置10的真實光的合格光檢測信號。
當(dāng)一處于熄滅狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n)等于1(白)和一個處于點亮狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n+1)等于0(黑)時，上述的邏輯乘積等于0(黑)。這里，盡管是熄滅狀態(tài)，一處于熄滅狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n)等于表示檢測到光的邏輯值1。這個邏輯值1是作為歸因于外部環(huán)境光等的故障的結(jié)果而引起的。將邏輯乘積設(shè)置為0以檢測這樣的故障。這里，盡管是點亮狀態(tài)，一處于點亮狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n+1)仍等于表示沒有檢測到光的邏輯值0，這種現(xiàn)象意味著來自光源設(shè)備10的光沒有照射到與光檢測有關(guān)的光電檢測器單元47所處的位置。換句話說，這個現(xiàn)象意味著相關(guān)的光電檢測器單元47位于圖4A-圖5B中顯示的光接收區(qū)域53之外，或意味著盡管光電檢測器單元47位于光接收區(qū)域53之內(nèi)、但其沒有成功的檢測來自光源設(shè)備10的光。
當(dāng)一處于熄滅狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n)等于1(白)和一處于點亮狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n+1)等于1(白)時，上述邏輯乘積等于0(黑)。這里，盡管是熄滅狀態(tài)，處于熄滅狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n)仍等于表示檢測到光的邏輯值1。這個邏輯值1是作為歸因于外部環(huán)境光等的故障的結(jié)果而引起的。將邏輯乘積設(shè)置為0以檢測這樣的故障。
如上所述，在這個實施例中，定時控制器73同步地控制顯示單元3中光電檢測器單元47的操作和由光源設(shè)備10照射光的操作，并且，光接收與檢測單元與光電檢測器單元47的操作同步地檢測顯示屏上的光接收強度或光接收區(qū)域。這樣，即使在光源設(shè)備沒有照射光、而光電檢測器單元47錯誤地檢測到外部環(huán)境光等等時，也可以容易地判斷這樣的故障，因而正確地防止歸因于外部環(huán)境光的故障。
在這個實施例中，定時控制器73與光電檢測器單元47的操作同步地使光源設(shè)備10閃爍。這樣，即使在例如光源設(shè)備沒有照射光、而光電檢測器單元47錯誤地檢測到外部環(huán)境光等等時，也可以容易地判斷這樣的故障，因而正確地防止歸因于外部環(huán)境光的故障。
在這個實施例中，定時控制器73以幀同步的雙周期同步地使光源設(shè)備10閃爍。這樣，即使在光源設(shè)備沒有照射光、而光電檢測器單元47錯誤地檢測到外部環(huán)境光等等時，也可以容易地判斷這樣的故障，因而正確地防止歸因于外部環(huán)境光的故障。
在這個實施例中，信號處理單元的操作單元計算處于熄滅狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n)的邏輯非信號(非F(2n))和處于點亮狀態(tài)的二進制圖像數(shù)據(jù)F(2n+1)與的邏輯乘積，其被交替且連續(xù)地輸出。通過使用該計算結(jié)果，可以正確地防止歸因于外部環(huán)境光的故障。
這里，在這個實施例中，提供有光源71和開關(guān)71a，并且，通過來自定時控制器73的電源開關(guān)控制信號的使用，使開關(guān)71a受制于導(dǎo)通和斷開控制，以使光源裝置10閃爍。然而，本發(fā)明的顯示設(shè)備并不僅限于上述的配置。例如，對于圖2A所示的光源設(shè)備1，也可以在用于將電流從電池25提供到發(fā)光二極管11的路徑上提供一個開關(guān)，并通過來自定時控制器73的控制信號的使用，使開關(guān)71a受制于導(dǎo)通和斷開控制，以使發(fā)光二極管11閃爍。
在上述實施例中，從每個光電檢測器單元47輸出的信號被定義為光檢測信號，該光檢測信號被單獨地提供來表示光的檢測。然而，由于圖像是通過收集這些光電檢測器單元47的多個輸出信號而形成的，因此，也可以提供圖像捕捉信號來代替光檢測信號。同時，由顯示單元3或信號處理單元5將該光檢測信號與給出的給定閾值進行比較，并將其作為二進制數(shù)據(jù)輸出，因此，也可以將該光檢測信號設(shè)置為二進制數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種提供有光源設(shè)備和顯示設(shè)備的光學(xué)輸入顯示設(shè)備，該光源設(shè)備包括光源單元，在其尖端壓在顯示設(shè)備的顯示屏上時，照射光；以及光傳送單元，發(fā)送來自光源單元的光，以響應(yīng)于壓力的程度改變顯示屏上的光接收強度和光接收區(qū)域中的任何一個，并且該顯示設(shè)備包括顯示單元，其包括，顯示經(jīng)由信號線所提供的圖像信號的像素單元、以及檢測從光源設(shè)備照射到顯示屏上的光的光電檢測器單元，該像素單元和光電檢測器單元提供在多條掃描線和多條信號線的交叉點上；光接收與檢測單元，基于來自光電檢測器單元的光檢測信號，計算顯示屏上的、來自光傳送單元的光的光接收強度和光接收區(qū)域中的任何一個；以及距離計算單元，基于所檢測到的光接收強度和所檢測到的光接收區(qū)域中的任何一個，計算光傳送單元和顯示屏之間的距離。
2.一種具有光學(xué)輸入功能的顯示設(shè)備，該顯示設(shè)備包括顯示單元，其包括，檢測從光源設(shè)備照射到顯示屏上的光的光電檢測器單元、以及顯示經(jīng)由信號線所提供的圖像信號的像素單元，該像素單元和光電檢測器單元提供在多條掃描線和多條信號線的交叉點上，該光源設(shè)備包括光源單元和光傳送單元，光源單元在其尖端壓顯示設(shè)備的顯示屏?xí)r照射光，光傳送單元傳送來自光源單元的光，以響應(yīng)于壓力的程度，改變顯示屏上的光接收強度和光接收區(qū)域中的任何一個；光接收與檢測單元，基于來自光電檢測器單元的光檢測信號，計算顯示屏上的、來自光傳送單元的光的光接收強度和光接收區(qū)域中的任何一個；以及距離計算單元，基于所檢測到的光接收強度和所檢測到的光接收區(qū)域中的任何一個，計算光傳送單元和顯示屏之間的距離。
3.如權(quán)利要求2所述的顯示設(shè)備，其中，距離計算單元進一步包括面積計算單元，計算具有由光接收與檢測單元所檢測到的、等于或者大于預(yù)定值的光接收強度的面積，以及由光接收與檢測單元所檢測到的光接收區(qū)域的面積中的任何一個；以及基于面積的距離計算單元，基于由面積計算單元所計算的任何一個面積，來計算光傳送單元和顯示屏之間的距離。
4.如權(quán)利要求2所述的顯示設(shè)備，進一步包括位置計算單元，基于光接收與檢測單元所檢測到的光接收強度和光接收區(qū)域中的任何一個，來計算在顯示屏上光的照射位置。
5.如權(quán)利要求2所述的顯示設(shè)備，進一步包括定時控制器，執(zhí)行光電檢測器單元的光檢測操作的同步控制以及光源設(shè)備的光照射操作的同步控制，其中，光接收與檢測單元，與光電檢測器單元的操作同步地檢測顯示屏上光接收強度和光接收區(qū)域中的任何一個。
6.如權(quán)利要求5所述的顯示設(shè)備，其中，定時控制器，與光電檢測器單元的操作同步地使光源設(shè)備的光源單元閃爍。
7.如權(quán)利要求5所述的，其中，定時控制器在幀周期的雙周期中，使光源設(shè)備的光源單元閃爍。
8.如權(quán)利要求2所述的顯示設(shè)備，其中，光傳送元件包括十字形開口、以及以十字形開口的交叉點作為中心，且以面對方式形成于相鄰的開口之間的小直徑孔，以及，顯示設(shè)備進一步包括存儲單元，預(yù)先存儲與從十字形開口和小直徑孔照射出的光的形狀一致的匹配圖案；核對單元，對照存儲在存儲單元中的匹配圖案，從而基于由光電檢測器單元所檢測到的光檢測信號來核對光學(xué)圖案；以及判斷單元，配置來判斷，通過核對單元的使用而與匹配圖案一致的光檢測信號是被檢測為來自光源裝置的真實光的信號。
9.一種光源裝置，包括光源單元，在其尖端壓在顯示設(shè)備的顯示屏上時，照射光；以及光傳送單元，傳送來自光源單元的光，以響應(yīng)于壓力的程度改變顯示屏上的光接收強度和光接收區(qū)域中的任何一個。
10.如權(quán)利要求9所述的光源裝置，其中，光傳送單元形成為位于筆形殼體的尖端的圓錐體形或棱錐形的任何一種，該筆形殼體內(nèi)部容納有可以傳送光的光源單元，并且包括位于光傳送單元尖端的孔，該光傳送單元包括可傳送光的條形筆尖；以及壓縮彈簧，配置來壓筆尖，使其突出在該孔之外，并且當(dāng)筆尖突出在該孔之外的量等于或者大于預(yù)定距離時，該光源單元不產(chǎn)生光，當(dāng)對彈簧施加等于或者大于預(yù)定量的力來壓筆尖、并且因此使筆尖運動到該孔中時，光源單元產(chǎn)生光。
全文摘要
為了檢測光源設(shè)備對顯示設(shè)備的顯示屏的壓力，光源設(shè)備響應(yīng)于光源設(shè)備的尖端對顯示屏的壓力的程度，而改變顯示屏上的光接收區(qū)域的面積。同時，顯示設(shè)備的信號處理單元計算光源設(shè)備的光傳送單元與顯示屏之間的距離。通過使用這個距離，可以檢測壓力的程度。此外，為了防止歸因于外部環(huán)境光的故障、以及減少光源設(shè)備的光源單元的功耗，而將光源單元配置成當(dāng)光源設(shè)備的尖端沒有壓顯示屏?xí)r，不發(fā)光。
文檔編號G06F3/042GK1690939SQ20051006618
公開日2005年11月2日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月22日
發(fā)明者吉田征弘 申請人:東芝松下顯示技術(shù)有限公司