CN103389581A - 激光指示器和光输入设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光指示器，包括：至少两个光源，用于分别发出至少第一波长的光和第二波长的光；以及光路合成器，用于使第一波长光的第一光束与第二波长光的第二光束合路以形成输出光束，其中，在所述输出光束中，所述第一光束与所述第二光束的光轴平行，并且所述第一光束在所述第二光束的外围。根据本发明，可以通过单个激光指示器，实现通过改变光输入面板上的光敏材料的光学性质来进行输入、并在光点移开之后使其光敏材料恢复初始光学性质的效果。还提供了利用这种激光指示器的光输入设备。

Description

激光指示器和光输入设备

技术领域

本发明涉及一种激光指示器，更具体地，涉及一种多波长激光指示器以及利用这种激光指示器的光输入设备。

背景技术

当前，触摸板已获得广泛应用。针对触摸板系统的输入技术也随之受到人们的关注。针对触摸板系统的一种主要输入技术是不需要靠近系统，通过遥控等方式，利用光波进行输入。传统的激光指示器发出单色光。例如，在传统的投影仪中，激光指示器发出红色光，在投影仪的幕布上形成红色光斑，以向观看演示的用户展示所指向的位置。但是，这种激光指示器无法应用于LCD屏幕，这是因为当前的LCD屏幕被处理为具有低表面反射率，例如层压有抗反射层，因此当用传统的入射光源照射LCD屏幕时，难以在LCD屏幕上看到光点。

在一些改进的光触摸板系统中，在显示屏上涂覆一层光敏材料或者在显示屏前方放置一包含光敏材料的指示板。在用特定波长的光照射显示屏时，光敏材料的光学性质发生改变，从而呈现颜色的变化。这种光触摸板系统利用光敏材料的光学性质的变化而不是反射光，因此可以结合LCD屏幕来应用。

这种光敏材料包括自恢复材料和非自恢复材料。自恢复材料在照射的光移开之后，其光学性质自动恢复。非自恢复材料无法自动恢复其光学性质。对于这种材料，需要利用预定波长的光或热来激发其恢复。

因此，发出单波长光的激光指示器无法应用于具有非自恢复材料的光触摸板系统。

当前存在一些多波长激光指示器，但是这些多波长激光指示器一般用于实现多信号输出。

例如，在专利文献1中提供了一种遥控交互笔，其包括：电源、激光模组、控制模组、镜头组，镜头组中设置有反光镜，激光模组包括可见光激光模组及红外激光模组，可见光激光模组发射的可见光与红外激光模组发射的红外光经过镜头组反射后同轴出射；可见光激光模组发射可见光让操作者准确知道交互笔的位置及运动轨迹，自由控制交互笔的运动，红外激光模组发射红外光，由接收器检测其投射位置，将位置信息转换为鼠标信号用于交互操作；另提供一种交互笔的接收器，设有与交互笔输出的红外光光谱相应的窄带滤光片，减小外界光线干扰，提高工作稳定性。

专利文献2公开了一种激光指示器，其中，通过操作一开关来操作红色激光二极管或绿色激光二极管，以产生红色或绿色的光，使得用户可以根据其偏好而选择红色或绿色的光，其中，通过操作开关使得红色激光二极管和绿色激光二极管同时工作，可以呈现黄色的光，因此，用户可根据其偏好来选择红色、绿色或黄色的光，从而得到多种颜色的光。

如专利文献1和2所述的激光指示器的输出光束中多个波长的光在空间上是混杂在一起的，并不适用于具有非自恢复材料的光触摸板系统。

专利文献：

(1)中国发明专利申请公开CN 101833385A，2010年9月15日；

(2)国际专利申请公开WO 2009/102096A1，2009年8月20日。

发明内容

如上所述，现有的激光指示器并不适用于改进的光触摸板系统。

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种适用于改进的光触摸板系统的激光指示器，以及包含这种激光指示器的光输入设备。

根据本发明的第一方面，提供一种激光指示器，包括：至少两个光源，用于分别发出至少第一波长的光和第二波长的光；以及光路合成器，用于使第一波长光的第一光束与第二波长光的第二光束合路以形成输出光束，其中，在所述输出光束中，所述第一光束与所述第二光束的光轴平行，并且所述第一光束在所述第二光束的外围。

优选地，所述光路合成器还包括：挡光装置，用于阻挡一部分第一光束，形成中空的第一光束，其中，在输出光束中，所述第二光束在第一光束内所述挡光装置所形成的空间中。

优选地，所述第二光束完全在所述挡光装置所形成的空间内。

优选地，所述第二光束与所述第一光束部分重叠，且输出光束的最外侧是第一光束。

优选地，所述光路合成器还包括：准直透镜，放置于所述至少两个光源之一之前，用于形成准直的第一光束和/或准直的第二光束。

优选地，所述光路合成器还包括：凹面镜，所述至少两个光源之一放置于所述凹面镜的焦点处，以形成平行的第一光束和/或平行的第二光束。

优选地，所述光路合成器还包括：带通滤光片，能够透射第一光束并反射第二光束，其中，所述第一光束和所述第二光束分别以+45°和-45°入射到所述带通滤光片，透射的第一光束与反射的第二光束合路，以形成输出光束。

优选地，所述光路合成器还包括：反射镜，其中第二光束入射到反射镜上，反射的第二光束以-45°入射到所述带通滤光片。

优选地，所述光路合成器还包括：半透半反镜，入射到半透半反镜的第一光束和第二光束能够透射通过所述半透半反镜并被反射，其中，所述第一光束和所述第二光束分别以+45°和-45°入射到所述半透半反镜，透射的第一光束与反射的第二光束合路，以形成输出光束。

优选地，在输出光束中，所述第一光束和第二光束的横截面均为圆形。

优选地，在输出光束中，第一光束和第二光束同轴。

优选地，所述第一波长约为700nm，所述第二波长约为400nm。

优选地，所述激光指示器还包括：延迟电路，用于在关闭激光指示器的电源时对发出第一波长光的光源继续供电一段时间。

优选地，所述激光指示器还包括：模式切换按钮，用于在位置指示模式和光输入模式之间切换激光指示器。

根据本发明的第二方面，提供一种光输入设备，包括：光输入面板，包含光敏材料；以及根据本发明的激光指示器，用于向所述光输入面板照射所发出的光束，其中，所述光敏材料在第二波长光的照射下光学性质发生改变，而在第一波长光的照射下光学性质恢复。

根据本发明，可以通过单个激光指示器，实现通过改变光输入面板上的光敏材料的光学性质来进行指不/输入、并在光点移开之后便其光敏材料恢复初始光学性质的效果。因此，根据本发明的激光指示器使得可以识别光点在光敏材料上的位置，但是不会在光点移动之后留下永久的记号。

附图说明

根据下文的描述，本发明的附加目标、特征和优点将会更加清楚。而且，根据参照附图的下述解释，本发明的优点将会是明显的，附图中：

图1是示出了根据本发明第一实施例的光输入设备的示意图；

图2是示出了根据本发明实施例的光敏材料的光学性质的示意图；

图3是示出了根据本发明第一实施例的激光指示器的结构的框图；

图4是示出了根据本发明第一实施例的激光指示器的示意图；

图5是示出了根据本发明第二实施例的激光指示器的结构的框图；

图6是示出了根据本发明第三实施例的激光指示器的结构的框图；

图7是示出了根据本发明第四实施例的激光指示器的结构的框图。

图8是示出了根据本发明另一示例的激光指示器的结构的框图；

图9是示出了根据本发明又一示例的激光指示器的结构的框图；以及

图10是示出了根据本发明实施例的多种输出光束的横截面的示意图。

具体实施方式

现在将通过示例性例子并参照附图来描述本发明的优选实施例。在整个说明书和附图中，相同的附图标记表示相同的组件。

[第一实施例]

图1是示出了根据本发明第一实施例的光输入设备10的示意图。

如图1所示，光输入设备10包括光输入面板110和激光指示器120。

光输入面板可以是透明的面板，包含光敏材料。光敏材料可以包括：光致变色材料、光折变材料和光致变形材料中的任意一种。

将光输入面板110放置在一显示屏前方时，用户可以看到在显示屏上显示的内容。作为示例，在图1中示出了在显示屏上显示有两个待指示的按钮：确定按钮和取消按钮。

作为不例，在本实施例中，光敏材料由双噻吩-3-基-全氟环戊烯组成。

图2是示出了这种光敏材料的光学性质的示意图。双噻吩-3-基-全氟环戊烯是一种光致变色材料，其吸收特性会在特定波长的光的激发下发生改变。图2中的虚线示出了在没有光照射的情况下的双噻吩-3-基-全氟环戊烯材料的吸收特性，图2中的实线示出了在400nm的光照射的情况下的双噻吩-3-基-全氟环戊烯材料的吸收特性。

从图2可见，当没有光照射时，双噻吩-3-基-全氟环戊烯对波长为700nm的光的吸收率很低。当用波长约为400nm的光照射这种材料时，双噻吩-3-基-全氟环戊烯材料被激发，其光吸收特性改变，对波长为700nm左右的光的吸收率增强。

但是，图2中的波长和光吸收率仅仅是示意性的，并不表示该材料的精确的吸收率与波长的关系。

当激光指示器120发出波长为400nm的光，并指向显示屏上显示的“确定”按钮时，光将在光输入面板110上形成直径为1～5mm的光点。在光点处，双噻吩-3-基-全氟环戊烯材料的光吸收特性发生改变，对550-850nm波长范围内的光的吸收率变大。因此，当手持激光指示器120的用户查看显示屏时，会看到，光点位置处由透明变为深蓝色，从而该用户能够确认指向了显示屏上的“确定”按钮。如果在光输入面板内设置检测吸收率发生变化的位置的装置，则可以进一步确定光点位置。例如，可以在光输入面板的一侧设置内置光源，并在另一侧设置光检测器。内置光源向光敏材料照射750-950nm的光。由于在光点处，双噻吩-3-基-全氟环戊烯材料对550-850nm波长范围内的光的吸收率变大，所以，光点处750-850nm范围内的光被吸收。与内置光源相对放置的光检测器接收透射通过双噻吩-3-基-全氟环戊烯材料的光。显然，光检测器在光点位置处接收到的光比在其他位置处接收到的光微弱。这样，与光检测器相连的处理器可以根据光检测器的检测结果，确定光输入面板上光点的位置，从而实现光输入。

但是，双噻吩-3-基-全氟环戊烯是非自恢复材料。当激光指示器120的光点移动，例如，移动到“取消”按钮时，先前“确定”按钮仍然保持为深蓝色。

此时，如果向“确定”按钮照射波长为700nm的光，将使得“确定”按钮处的双噻吩-3-基-全氟环戊烯材料恢复其初始的吸收特性，即恢复为透明无色的。

图3是示出了根据本发明第一实施例的激光指示器300的结构的框图。如图3所示，激光指示器300包括：光源310和光源320，用于分别发出700nm和400nm波长的光；光路合成器，用于使700nm的光束与400nm的光束合路以形成输出光束。

图3右侧示出了输出光束在光输入面板上的光斑。如图3所示，光斑为圆环状，400nm的光束为内环(在图中表示为黑色)，700nm的光束为外环(在图中表示为白色)。

当用激光指示器300照射显示屏上的“确定”按钮时，400nm的光束将使得光输入面板上的光点处变为深蓝色。随后当激光指示器300的光点移动，指向“取消”按钮时，在光点移动期间，外环的700nm的光束将扫射过“确定”按钮，使得“确定”按钮处的双噻吩-3-基-全氟环戊烯材料的吸收特性恢复。

因此，利用根据本发明实施例的激光指示器，可以实现在光输入面板上进行输入、并且在光点移开之后恢复光敏材料的吸收特性的功能。

如上所述，光敏材料可以包括：光致变色材料、光折变材料和光致变形材料中的任意一种。光致变色材料在特定波长光的照射下光吸收特性会发生改变。光折变材料在特定波长光的照射下折射率会发生改变。光致变形材料在特定波长光的照射下外形会发生改变，外形的改变会引起折射或散射效应的改变。通过检测吸收特性、折射率或外形改变导致的折射或散射效应的变化，可以确定光的照射位置。

如图3所示，根据本发明实施例的激光指示器300的光路合成器包括：挡光装置330，位于700nm光束的中心位置，使得700nm光束形成为中空的光束；准直透镜340，用于分别对700nm光束和400nm光束进行准直；以及带通滤光片350，其能够使得700nm的光透射通过，而反射400nm的光。

如图3所示，在光源310和光源320之前分别部署了准直透镜。作为示例，通过准直透镜的700nm光束为外径R1的圆形光束。挡光装置330为直径R2的圆片，R2小于R1。挡光装置330与700nm光束同心。通过挡光装置的70nm光束形成为外径R1、内径R2的环状光束。环状的700nm光束入射到带通滤光片350上，透射通过带通滤光片350。光源320发出的400nm光束经准直透镜340的准直后照射到带通滤光片350上，被带通滤光片350反射。反射的400nm光束的光路与环状的700nm光束的光路一致。400nm光束的外径为R3，R3不大于R2。在此，需要调整两个光束的光路，使得400nm光束的光轴与700nm光束的光轴重合，从而两个光束在空间上不会重叠。这样，输出光束在光输入面板上的光斑将如图3右侧所示。

如上所述，根据本发明实施例的激光指示器发出的光可以使得所照射位置的颜色发生改变，从而用户能够直观地看到。此外，如果在光输入面板内设置检测吸收率发生变化的位置的装置，则可以进一步确定光点位置。根据本发明实施例的激光指示器可以工作于位置指示模式，或者光输入模式。在这种情况下，光输入面板内可以设置模式切换电路，用于按照激光指示器的工作模式，对激光指示器所照射的光束做出不同的响应。例如，在位置指示模式下不进行响应，从而用户直观地看到光指示的位置。或者，在位置指示模式下在面板上所确定的光点位置处显示标记，以向用户指示光点的位置。或者，在光输入模式下，响应于检测到光点，对面板上光点位置处的内容进行进一步处理。因此，在光输入模式下，根据本发明实施例的激光指示器可以用作光输入设备，例如远程的“鼠标”、“遥控器”等。

图4是示出了根据本发明第一实施例的激光指示器的示意图。如图4所示，可以在根据本发明实施例的激光指示器的外壳上设置两个按钮401和402，用于切换激光指示器的工作模式。在按下按钮401时，激光指示器发出的光在显示屏幕上只有位置指示功能，而按下按钮402时，激光指示器发出的光还具有点击功能。在按下按钮401或402时，激光指示器向光输入面板发出无线信号，指示其工作模式。当然，仅设置一个按钮也可以实现工作模式的切换。本领域技术人员可以认识到，进行模式切换的其他实现方式也是可行的。例如，将按钮设置在光输入面板上。

[第二实施例]

图5是示出了根据本发明第二实施例的激光指示器500的结构的框图。

如图5所不，激光指不器500的结构与根据本发明第一实施例的激光指示器300的结构类似，只是其中以半透半反镜550代替了带通滤光片350。

环状的700nm光束入射到半透半反镜550上，一部分透射通过，一部分被反射。同样地，400nm光束入射到半透半反镜550上，一部分透射通过，一部分被反射。透射的700nm光束与反射的400nm光束合路，与第一实施例相同，形成同轴光束。

[第三实施例]

图6是示出了根据本发明第三实施例的激光指示器600的结构的框图。

如图所示，根据第三实施例的激光指示器600包括：光源610和光源620；挡光装置630；以及光具组640。

光源610、光源620以及挡光装置630与根据第一和第二实施例的激光指示器中的光源和挡光装置相同。

在激光指示器600中，光源610和光源620发出的光准直后平行传播。光路合成器包括光具组640，包括位于400nm光束的光路上的反射镜和位于700nm光束的光路上的带通滤光片。400nm光束经反射镜反射后，入射到带通滤光片上。该带通滤光片与根据第一实施例的激光指示器300中的带通滤光片350相同，反射400nm光束并透射700nm光束。因此，同样可以形成如图右侧所示的双环状输出光束。

[第四实施例]

图7是示出了根据本发明第四实施例的激光指示器700的结构的框图。

如图所示，根据第四实施例的激光指示器700包括：光源710和光源720以及延迟电路730。

根据本发明实施例的光源710和720与根据第一～第三实施例的激光指示器中的光源相同，分别发出700nm和400nm波长的光。

在根据本发明实施例的激光指示器700中布置有延迟电路730。在图7中，该延迟电流源730示为与光源710并联的电容器。在电源导通时，光源710和光源720均开启，激光指示器发出700nm和400nm的光。此时，电容器充电。在电源断开时，电容器放电，从而对光源710供电。而此时，光源720关闭。因此，光源710在电源断开后的一段时间内仍然工作。

根据本发明实施例的激光指示器700将在关闭后的一段时间内仍然发出700nm的光。因此，可以使得光输入面板上的所有点均恢复其初始的吸收特性。

当然，根据本发明的延迟电路并不局限于与光源710并联的电容器。其他延迟电路也适用于本发明。

[其他示例]

在上面的实施例中，挡光装置位于准直透镜之后。当然，挡光装置也可以位于准直透镜之前、甚至准直透镜之中。

光路合成器可以根据不同的光源布置而不同，可以包括各种光学器件，例如透射镜、反射镜、半透半反镜、带通滤光片等。图8是示出了根据本发明另一示例的激光指示器的结构的框图，其中，两个光源顺序放置在光路上，发出第二波长光的光源放置在挡光装置之后，图8(a)示出了挡光装置位于发出第一波长光的光源的准直透镜之后，图8(b)示出了挡光装置位于发出第一波长光的光源的准直透镜之中，图8(c)示出了挡光装置位于发出第一波长光的光源之后、准直透镜之前。

在上述实施例中，准直透镜用于使得光源发出的光为平行光束。当然，也可以使用其他光学器件来形成平行光束。图9是示出了根据本发明又一示例的激光指示器的结构的框图，其中使用凹面镜代替图8中的准直透镜，光源位于凹面镜的焦点处。如图所示，图9(a)中凹面镜取代了发出第一波长光的光源的准直透镜，图9(b)中凹面镜取代了两个光源的准直透镜，图9(c)中凹面镜取代了发出第一波长光的光源的准直透镜。从图9(a)也可看出，在一些情况下，如果发出第一波长光的光源大小适当，则甚至可以省略挡光装置，而由光源自身来充当挡光装置。另外，从图9(b)和9(c)也可看出，在一些情况下，甚至可以省略挡光装置，由发出第二波长光的光源的反光镜来阻挡一部分第一波长的光。

在上面的实施例中，所形成的输出光束为同轴光束。当然，不同轴的平行光束也适用于本发明。图10是示出了根据本发明实施例的多种输出光束的横截面的示意图。图中，左斜划线部分所示为700nm波长的光束，而右斜划线部分所示为400nm波长的光束。图10(a)示出了同轴的光束，且400nm波长的光束恰好完全填充700nm波长光束的中心部分；图10(b)示出了400nm光束偏离700nm光束的中心；图10(c)示出了400nm光束不仅偏离700nm光束的中心，而且其横截面为椭圆形而不是圆形，并在两个光束之间存在一些间隙；图10(d)示出了400nm光束不仅偏离700nm光束的中心，而且两个光束有部分重叠，但重叠仅发生在输出光束的内部，输出光束的最外侧仅有700nm光束。

因此，本发明对于挡光装置相对于700nm光束、400nm光束位置之间的调整要求不是很严格，只要700nm光束在400nm光束的外围，就适用于本发明。

此外，在上面的实施例中，以双噻吩-3-基-全氟环戊烯作为光敏材料为例进行了说明。激光指示器的两个波长分别为双噻吩-3-基-全氟环戊烯的激发波长和恢复波长。对于使用具有不同激发波长和恢复波长的其他材料的光输入设备，激光指示器的两个波长也会不同。

虽然已经展示并描述了本发明的特定实施例和应用，应当理解，本发明不限于在此公开的精确配置和元件。在不偏离本发明的精髓和保护范围的前提下，可以在在此公开的本发明的方法和系统的配置、操作和细节上进行对本领域技术人员来说非常明显的各种修改、变形和变化。

Claims (20)

1.一种激光指不器，包括：

至少两个光源，用于分别发出至少第一波长的光和第二波长的光；以及

光路合成器，用于使第一波长光的第一光束与第二波长光的第二光束合路以形成输出光束，

其中，在所述输出光束中，所述第一光束与所述第二光束的光轴平行，并且所述第一光束在所述第二光束的外围。

2.根据权利要求1所述的激光指示器，其中，所述光路合成器还包括：

挡光装置，用于阻挡一部分第一光束，形成中空的第一光束，

其中，在输出光束中，所述第二光束在第一光束内所述挡光装置所形成的空间中。

3.根据权利要求2所述的激光指示器，其中，所述第二光束完全在所述挡光装置所形成的空间内。

4.根据权利要求2所述的激光指示器，其中，所述第二光束与所述第一光束部分重叠，且输出光束的最外侧是第一光束。

5.根据权利要求1所述的激光指示器，其中，所述光路合成器还包括：

准直透镜，放置于所述至少两个光源之一之前，用于形成准直的第一光束和/或准直的第二光束。

6.根据权利要求1所述的激光指示器，其中，所述光路合成器还包括：

凹面镜，所述至少两个光源之一放置于所述凹面镜的焦点处，以形成平行的第一光束和/或平行的第二光束。

7.根据权利要求1所述的激光指示器，其中，所述光路合成器还包括：

带通滤光片，能够透射第一光束并反射第二光束，

其中，所述第一光束和所述第二光束分别以+45°和-45°入射到所述带通滤光片，透射的第一光束与反射的第二光束合路，以形成输出光束。

8.根据权利要求7所述的激光指示器，其中，所述光路合成器还包括：

反射镜，其中第二光束入射到反射镜上，反射的第二光束以-45°入射到所述带通滤光片。

9.根据权利要求1所述的激光指示器，其中，所述光路合成器还包括：

半透半反镜，入射到半透半反镜的第一光束和第二光束能够透射通过所述半透半反镜并被反射，

其中，所述第一光束和所述第二光束分别以+45°和-45°入射到所述半透半反镜，透射的第一光束与反射的第二光束合路，以形成输出光束。

10.根据权利要求1-9之一所述的激光指示器，其中，在输出光束中，所述第一光束和第二光束的横截面均为圆形。

11.根据权利要求10所述的激光指示器，其中，在输出光束中，第一光束和第二光束同轴。

12.根据权利要求1-9之一所述的激光指示器，其中，所述第一波长约为700nm，所述第二波长约为400nm。

13.根据权利要求1-9之一所述的激光指示器，还包括：

延迟电路，用于在关闭激光指示器的电源时对发出第一波长光的光源继续供电一段时间。

14.根据权利要求1-9之一所述的激光指示器，还包括：

模式切换按钮，用于在位置指示模式和光输入模式之间切换激光指示器。

15.一种光输入设备，包括：

光输入面板，包含光敏材料；以及

根据权利要求1-14之一所述的激光指示器，用于向所述光输入面板照射所发出的输出光束，

其中，所述光敏材料在第二波长光的照射下光学性质发生改变，而在第一波长光的照射下光学性质恢复。

16.根据权利要求15所述的光输入设备，其中，所述激光指示器所发出的光束在所述光输入面板上平滑移动。

17.根据权利要求15所述的光输入设备，其中，所述光敏材料包括：光致变色材料、光折变材料和光致变形材料中的任意一种。

18.根据权利要求17所述的光输入设备，其中，如果所述光敏材料是光致变色材料，则所述光学性质是吸收特性；如果所述光敏材料是光折变材料，则所述光学性质是折射率；如果所述光敏材料是光致变形材料，则所述光学性质是外形改变所引起的折射或散射效应。

19.根据权利要求17所述的光输入设备，其中，所述光敏材料是双噻吩-3-基-全氟环戊烯。

20.根据权利要求15所述的光输入设备，其中，所述光输入面板还包括：模式切换电路，用于按照激光指示器的工作模式，对激光指示器所照射的光束进行响应。

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