數碼筆的製作方法

2023-09-12 19:37:15

專利名稱：數碼筆的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數碼筆，該數碼筆包括墨盒，該墨盒具有用於標記表面的書寫尖端；相機系統，該相機系統用於捕獲所述表面的圖像，從而對形成在所述表面上的筆行程進行數字記錄；以及可拆卸帽，該可拆卸帽待被放置在所述數碼筆的書寫端處。
背景技術：
已知通過數碼筆數字記錄在表面上形成的筆行程，所述數碼筆在形成筆行程的同時捕獲所述表面的圖像。為了能夠數字記錄筆行程，所述表面可設置有圖案，該圖案使得可以利用被捕獲的圖案的內容來確定數碼筆在所述表面上的位置。本申請的受讓人Anoto AB已研製出一種數碼筆，該數碼筆在絕對位置編碼圖案上操作。所述筆包括外殼；墨盒，該墨盒具有書寫尖端；相機系統，該相機系統用於捕獲位置編碼圖案的圖像；處理器，該處理器用於從圖像中表示的位置編碼圖案解碼坐標；以及傳輸器，該傳輸器用於將坐標傳輸至外部裝置。圖1示意性地示出了這種數碼筆的設計。筆1具有帽3，該帽3放置在筆外殼2 上，以便在筆未使用時保護其書寫端。如圖1中的虛線所示，筆的書寫端包括書寫尖端4和窗口 5，圖像通過該窗口 5被相機捕獲。如W002/093467中進一步描述的，該筆可在從外殼去除帽時開啟，並且在帽被放回到外殼上時關閉。本受讓人此外已提出提供具有位置編碼圖案的白色書寫板，並使用位置感測裝置來記錄用筆在白色書寫板上書寫的筆行程，見W001/16872。所記錄的筆行程可以被即時地顯示在計算機屏幕上或者被存儲以隨後瀏覽。US6，999，061公開了一種電子白色書寫板系統，該電子白色書寫板系統通過投影儀將PC的圖像數據投影在電子白色書寫板的屏幕上。電子白色書寫板包括坐標檢測裝置， 以檢測電子筆在屏幕上的位置。坐標檢測裝置利用從電子筆同時發出並由坐標檢測傳感器接收的紅外線和超音速波之間的時差來計算電子筆和傳感器之間的距離。近來PolyVision公司已將一種交互式白色書寫板引入市場。該白色書寫板系統以商標ENO銷售，並且包括設置有絕對位置編碼圖案的鋼外殼白色書寫板。該系統還包括 傳統的乾擦標記筆，該乾擦標記筆能夠被用於以與在普通的白色書寫板上相同的方式在白色書寫板上繪製；非標記數碼筆，該非標記數碼筆能夠被用於白色書寫板上而不留下任何痕跡，但其通過對位置編碼圖案成像而對其在白色書寫板上的位置進行數字記錄；計算機， 該計算機接收來自非標記數碼筆的位置數據；以及投影儀，所述計算機能夠被連接至該投影儀，以便將計算機的顯示器上顯示的圖像數據投影在白色書寫板上。非標記數碼筆能夠被用作白色書寫板上的虛擬滑鼠，以控制計算機並且繪製被投影在白色書寫板上的筆行程。ENO系統中使用的數碼筆已由AnotoAB研製，並且除了墨盒已由非標記指示筆取代以外與上述的數碼筆相對應。

發明內容
本發明涉及一種數碼筆，該數碼筆包括墨盒，該墨盒具有用於標記一表面的書寫尖端；相機系統，該相機系統用於捕獲所述表面的圖像，以數字記錄形成在所述表面上的筆行程；以及可拆卸帽，該可拆卸帽待被放置在所述數碼筆的書寫端處。所述數碼筆可選擇性地作為非標記筆或作為標記筆操作，在所述非標記筆的情況下，所述帽被放置在所述書寫端處，而在所述標記筆的情況下，所述帽不放置在所述書寫端處，並且該數碼筆被構造成當作為非標記筆和作為標記筆操作時數字記錄筆行程。該數碼筆將標記筆和非標記筆(指示筆)結合為一個物理整體，從而使用者能夠使用處於標記模式和處於非標記模式的同一筆，在標記模式的情況下在表面上形成永久或非永久墨水筆行程，在非標記模式的情況下在表面上形成非墨水筆行程。使用者僅需將所述帽蓋上而將所述數碼筆從標記筆變換成非標記筆，並且取下所述帽以將所述數碼筆從非標記筆變換成標記筆。使用者例如可首先利用作為標記筆的數碼筆在活動掛圖上書寫，然後蓋上帽並且移向白色書寫板以利用作為非標記筆的數碼筆照亮投影到白色書寫板上的圖像中的特徵。與數碼筆被用作標記筆或非標記筆無關，由所述數碼筆形成的所有筆行程均被數字記錄，從而它們例如能夠被即時地顯示在計算機屏幕上，投影到白色書寫板上，用於控制計算機或者存儲用於稍後的使用。該數碼筆比前述的數碼筆具有更大的多功能性。 其可被使用在旨在用於永久標記、用於非永久標記和用於不進行任何標記的表面上。


現在將參考如附圖中所示的本發明的示例性實施方式，附圖中圖1示意性地示出了現有技術的數碼筆的設計。圖加和2b分別示意性地示出了處於標記模式和非標記模式的數碼筆的使用。圖3示意性地示出了其中可以使用組合的標記和非標記數碼筆的系統。圖4是示例性數碼筆的分解圖。圖5是去除了蓋的圖4的示例性數碼筆的從上方看去的視圖。圖6是圖4的示例性數碼筆的墨盒和帽的示意圖。圖7是帽的另選實施方式的示意圖。圖8是另一個示例性數碼筆的示意圖。圖9a是又一個示例性數碼筆的示意圖。圖9b至9d示意性地示出了安裝圖9a中的數碼筆的蓋的不同方式。圖IOa和IOb分別示出了處於關閉狀態和打開狀態的再一個示例性數碼筆。
具體實施例方式圖加和2b示出了數碼筆作為標記筆或作為非標記筆的選擇性使用。圖加示意性地示出了數碼筆10，該數碼筆以標記模式使用於表面12上，表面12設置有位置編碼圖案 (未示出)。該筆具有外殼14，該外殼14承載具有書寫尖端16的墨盒15 ；相機系統18，該相機系統18用於對靠近書寫尖端的區域19成像；處理模塊20，該處理模塊20控制筆的操作；以及通信模塊22，該通信模塊22用於將位置信息通信到外部裝置(未示出)。當數碼筆在使書寫尖端與表面接觸的情況下在該表面上移動時，書寫尖端沉積下墨水並且在表面上留下可見痕跡。同時，相機系統捕獲靠近書寫尖端的位置編碼圖案的部分的一系列圖像。 筆在表面上的連續位置能夠從表示在表面的圖像中的位置編碼圖案的部分確定。這樣，能夠對表面上形成的任何墨水筆行程進行數字記錄。圖2b示出了與圖加中相同的數碼筆10，但是該數碼筆被用作非標記筆。書寫尖端16現在被帽M覆蓋，從而其能夠被用於非標記模式。帽被設計成不在功能上妨礙相機系統的視野，由此在帽M存在於筆的書寫尖端上的情況下能夠捕獲靠近書寫尖端16的相同區域19中的圖像。當在帽與表面接觸的情況下數碼筆在表面上移動時，不配送墨水因此不在表面上留下可見痕跡。然而在數碼筆運動期間，筆在表面上的連續位置能夠從表示在由相機系統捕獲的表面圖像中的位置編碼圖案的部分確定。因此，能夠對在表面上形成的任何非墨水筆行程進行數字記錄。圖3示意性地示出了系統的實施例，其中，圖加和2b的數碼筆10可被用作組合的標記筆和指示筆。示例性系統包括下列部件白色書寫板30或者其它類型的書寫板，其被設計用於非永久性的可擦除標記並且設置有位置編碼圖案(未示出)；活動掛圖32或者其它書寫表面，其被設計用於永久標記並且設置有位置編碼圖案(未示出)；計算機34，該計算機34可以通過區域網或廣域網被連接至其它計算機或者伺服器，並且可安裝有電腦程式，該電腦程式處理從處於標記模式和非標記模式的數碼筆接收的位置指示；投影儀36，該投影儀36與計算機連接，用於將靜止圖像和視頻投影在白色書寫板上；以及數字擦除器38，該數字擦除器38用於擦除來自白色書寫板的非永久筆行程，並且同時擦除相應的數碼筆行程。為了示出數碼筆10既能夠用作標記筆也能夠用作指示筆，筆被示出位於白色書寫板30上以及位於活動掛圖32上，在位於白色書寫板上的情況下，虛線筆行程表示以非標記模式形成但是被數字記錄並且投影在白色書寫板上的筆行程，在位於活動掛圖上的情況下，實線筆行程表示以標記模式形成並且被數字記錄的筆行程。從數碼筆至計算機的虛線表示至計算機的位置信息傳輸。使用者可以用數碼筆以標記模式在活動掛圖32上書寫。活動掛圖上形成的筆行程可以被作為一系列位置指示以數字形式捕獲，並且從筆傳輸到計算機34。筆行程的數字表示可被存儲在本地計算機34中用於即時或稍後瀏覽或處理，或者被傳輸到遠程計算機。 使用者可以從活動掛圖移動到白色書寫板30，並且繼續使用處於標記模式的數碼筆。以與活動掛圖相同的方式，筆行程可以利用位置編碼圖案以數字形式被捕獲，並且被傳輸到本地計算機。然後使用者可以在本地計算機34上開始演示，並且將該本地計算機連接至投影儀36以在白色書寫板上顯示所述演示。在該情況下，使用者可能想要將數碼筆在白色書寫板上用作處於非標記模式的指示筆，以從白色書寫板控制本地計算機上的演示和/或以在白色書寫板上繪製而不在白色書寫板上留下任何可見痕跡。為此，使用者可以在數碼筆上蓋上帽M。當處理由處於非標記模式的數碼筆記錄的位置指示時，電腦程式可模擬左側按鈕按下的滑鼠。數碼筆因此可用作虛擬滑鼠，以與將滑鼠用於控制計算機屏幕上的顯示相同的方式來控制在白色書寫板上的演示。數碼筆此外可用於以與將滑鼠用於在計算機顯示屏上繪製相同的方式在白色書寫板上繪製，從而由數碼筆在白色書寫板上形成的不可見 (非墨水)筆行程可在計算機中重複生成，並且由投影儀投影在白色書寫板上的演示部的頂部。上述系統例如可以被使用於教室、會議室或演講禮堂。
轉到圖2，現在將更加詳細地討論數碼筆10的主要部件。外殼14可以是細長的並且大體上為筆形狀，並且可包括一個或更多個承載並封裝其它筆部件的部分。其可限定一個或更多個用於諸如墨盒和電池之類的可更換部件的隔間。外殼中的這些隔間中的每個均可以經由完全可拆卸或半拆卸的蓋來接近。盒隔間可以在一個短端部處具有用於書寫尖端的開口，並且蓋可形成隔間的一個壁以及開口的對應壁，從而當帽M具有比用於書寫尖端的開口大的截面積時，墨盒可以被插入所述隔間並且從所述隔間移除。外殼還可限定用於一個或更多個PCB(印刷電路板)的一個或更多個空間。筆的設置有書寫尖端的一端被指定為書寫端，而另一端被指定為非書寫端。在書寫端，外殼可限定第一開口和第二開口，圖像通過第一開口由相機系統捕獲，當墨盒被加載於外殼中時墨盒的書寫尖端通過第二開口突出。筆的非書寫端可以被設計成在帽被從書寫端移除以使用處於標記模式的筆時該帽能夠被保持在該非書寫端上。數碼筆的相機系統18可包括光學模塊和光學圖像傳感器。光學模塊可包括光源， 該光源可包括例如發光二極體(LED)或者雷射二極體，用於通過照明輻射(例如紅外光) 來照明表面的位於圖像傳感器的視野內的一部分。光學模塊此外可包括透鏡裝置，該透鏡裝置用於將所觀察的區域的圖像投影在圖像傳感器上；以及可能的一個或更多個導光元件，該一個或更多個導光元件用於將光從光源引導到所述表面和/或從所述表面引導到傳感器。圖像傳感器例如可以是二維CCD(電荷耦合裝置)或者CMOS(互補金屬氧化物半導體)傳感器，該傳感器被觸發而以固定速率或可變速率(通常大約為70至100Hz)捕獲圖像。相機系統還可包括波長過濾器，該波長過濾器適於去除不需要的波長。數碼筆的一個實施方式可包括兩個照明光源，這兩個照明光源能夠被選擇性地或者交替地致動以減小由於鏡面反射而可能產生的問題。在另一個實施方式中，相機系統可包括一個或更多個偏光器以去除鏡面反射光。在示例性數字筆中，相機系統18可如W02005/057471中所公開的那樣被構造。數碼筆的處理模塊20可包括一個或更多個處理器、存儲塊和關聯軟體。處理模塊可以負責筆中的不同功能，例如圖像處理、位置解碼、曝光控制、用戶反饋和電源管理，並且可由商業上可得到的諸如CPU( 「中央處理單元」)的微處理器、DSP( 「數位訊號處理器」) 或者諸如FPGA(「現場可編程門陣列」)或者另選地ASIC(「特定用途集成電路」)、離散分析和數字部件的其它一些可編程的邏輯裝置，或者以上的一些組合實施。處理模塊可包括一個或更多個子模塊，所述一個或更多個子模塊可以被實施在一個或更多個硬體部件上。存儲塊可包括不同類型的存儲器，諸如工作存儲器(例如RAM)以及程序編碼和永久存儲存儲器(非易失型存儲器，例如快閃記憶體)。通信模塊22可包括通信界面，該通信界面用於向附近或遠程設備，諸如計算機、 行動電話、PDA、網絡伺服器等傳輸或曝光數據。通信模塊可包括用於有線或無線短程通信的部件(例如，USB、RS232、無線電傳輸、紅外傳輸、超聲傳輸、電感耦合等)。通信模塊可包括一個或更多個子模塊，該一個或更多個子模塊可被實施在一個或更多個硬體部件上。示例性數碼筆可如W02008/002239中所描述的那樣被構造。在該數碼筆中，相機系統的圖像傳感器被集成在ASIC(特定用途集成電路)上，該圖像傳感器還包括圖像處理邏輯電路，該圖像處理邏輯電路準備由圖像傳感器捕獲的圖像數據以進行解碼。該數碼筆還具有帶備用處理能力的標準藍牙通信電路，該藍牙通信電路用於從自ASIC接收的預處理圖像數據解碼坐標數據。在示例性筆中，ASIC可以被放置在第一 PCB上，該第一 PCB還承載光學模塊，並且藍牙通信電路可以被放置在第二 PCB上。數碼筆可以被構造成向外部裝置或多或少即時地傳輸記錄信息，或者存儲信息直到由用戶觸發以傳輸信息。在一個實施方式中，筆的功能可以被限制為捕獲圖像並且向外部裝置傳輸圖像數據。在另一個實施方式中，數碼筆可從圖像解碼位置指示，例如χ和y坐標，並且將位置指示傳輸到外部裝置(任選地和補充信息一起)，所述補充信息例如為時間戳，該時間戳指示在記錄每個位置指示時的時間點；筆識別數據，該筆識別數據獨特地識別記錄位置指示的筆；方位數據，該方位數據指示筆的方位；以及/或力值，該力值指示當記錄位置指示時筆被壓靠在表面上的力。在又一實施方式中，筆另外可響應於解碼位置執行某些操作，諸如確定隨後的筆行程的期望顏色或線寬，或者將筆設置成藍牙 配對模式。墨盒15包括墨供給部和書寫尖端16，該書寫尖端允許使用者通過沉積在表面上的墨來在所述表面上物理地書寫或者繪製。墨盒的標記墨可以透過照明輻射，以避免幹擾數碼筆中的光電檢測。墨盒可以是細長的。墨盒在其長度的大部分上可具有大體上圓形的截面，或者其可具有不同的幾何形狀截面，例如矩形截面。截面的面積沿長度可以相同或不同。墨盒可包括殼體，該殼體封裝墨；以及書寫尖端，該書寫尖端由毛氈或者另外的材料製成，該毛氈或者另外的材料適用於數碼筆的預期使用，由殼體保持並從殼體中的開口部分地突出。墨盒可以被永久地結合在數碼筆中或者可更換。該墨盒可被設計成在外殼中具有預定旋轉位置，或者其可以對旋轉不敏感。在第一種情況下，墨盒可以設置有一個或更多個引導元件，該一個或更多個引導元件旨在與外殼中的一個或更多個對應的引導元件協作，以控制其在外殼中的旋轉位置。該墨盒還可以設置有一個或更多個引導元件，該一個或更多個引導元件旨在與帽M的一個或更多個對應的引導元件協作，以控制帽相對於盒的旋轉位置並由此相對於外殼的旋轉位置。數碼筆的帽M的一個目的可以是為了在數碼筆不使用時或者在數碼筆以非標記模式使用時防止墨從墨盒沉下。另一個目的可以是為了防止墨變幹。為了能夠數字記錄處於非標記模式的筆行程，數碼筆的帽被設計成覆蓋書寫尖端，但是當帽被放置在數碼筆的書寫端時不在功能上妨礙相機系統的視野。「不在功能上妨礙相機系統的視野」在這裡是指當帽覆蓋書寫尖端時，帽應允許相機系統捕獲用於確定筆的位置的圖像，從而可以數字記錄筆行程。帽可被構造成緊固在盒或外殼上，或者兩者上。在一個實施方式中，帽僅被緊固在盒上並且僅覆蓋書寫尖端。帽可被設計成如同具有封閉前端的盒外殼的連續部，例如象圖2b中那樣。通過這樣的設計，能夠避免幹擾相機系統的視野。然而，存在安全規程，用於防止阻塞故障，所述安全規程保證小的可拆卸部分應設計成使得其不能穿過直徑為16mm 的孔。出於其它原因(例如出於美學原因或功能原因)還可能期望具有較大截面的帽。為了符合這樣的規程，並且仍在功能上不妨礙相機系統的視野，帽可以設置有上部結構，當帽被放置在筆的書寫端時，該上部結構增大了位於相機系統的視野外的帽直徑。該上部結構可例如在橫向於帽的縱軸線的平面中是不對稱的。在另一實施方式中，帽可透過用於捕獲靠近尖端的表面的圖像的輻射。在該情況下，帽在存在於筆的書寫端上時可延伸到視野中， 而在功能上不妨礙相機系統的視野。在又一實施方式中，帽可具有開口，該開口的尺寸適於相機系統的視野，從而在帽被放置在數碼筆的書寫端時不在功能上妨礙相機系統的視野。帽可具有一個或更多個引導元件，該一個或更多個引導元件旨在與外殼上/中或盒上的一個或更多個引導元件協作，以控制其相對於外殼的旋轉位置，從而帽在被放置在筆的書寫端時不在功能上妨礙相機系統的視野。帽還可以設置有保持元件，所述保持元件旨在與盒上的或外殼上的對應保持元件協作，以在筆不使用時或者以非標記模式使用時將帽保持在筆的書寫端上。用於筆的電源可以由電池提供，所述電池可以被反覆充電。為了節約電池時間，數碼筆可包括電源管理模塊以控制筆的電源狀態。在示例性數碼筆中，電源管理模塊可以如 W02008/002239中那樣構造。數碼筆可以設置有下筆檢測器，以檢測何時筆被應用(下筆)於表面和從表面抬起(起筆)，並且任選地允許確定施加力。下筆檢測器可以是接觸傳感器或者近程傳感器， 並且可以被操作性地連接至墨盒。筆行程可以由下筆和隨後的起筆限定。下筆和起筆可發生在一個相同位置，從而筆行程可以包括單個位置或者一對坐標。基於下筆檢測器的輸出， 相機系統可以由處理模塊控制，以捕獲下筆和起筆之間的圖像。下筆檢測器可以是光學的、 機械的、阻抗的、感應的、電容性的或者基於任何其它適當的物理特性。在示例性數碼筆中， 下筆檢測器可以是力傳感器，如在W003/069547或JP2006-301979中公開的那樣。在這些文獻中公開的力傳感器被設計用於圓珠型數碼筆。力傳感器的參數因此可必須適於標記筆式數碼筆。數碼筆可以以不同的方式開啟。在一個實施方式中，數碼筆設置有待由使用者操作的通/斷開關，以開啟/關閉筆。在另一個實施方式中，筆具有自動地檢測使用者握住筆的傳感器，例如熱傳感器或者壓力傳感器。傳感器的輸出觸發筆的啟動行為，諸如設定通信鏈路並且在工作存儲器中加載軟體。在示例性數碼筆中，下筆檢測器可用於不僅觸發由相機系統捕獲圖像，而且開啟筆。在該情況下，使用者僅通過開始使用筆而開啟筆。當下筆檢測器檢測到下筆時，通信模塊啟動一處理以設定通信鏈路，例如藍牙連接。平行地，軟體被加載到工作存儲器中並且開始執行，並且相機系統被觸發以開始捕獲圖像。如果數碼筆能夠在通信鏈路已被建立前開始確定其位置，則筆可能緩衝一些或所有位置，直到筆能夠開始向外部單元發送位置信息。使用接觸傳感器用於通/斷和用於控制開始和停止相機系統捕獲圖像的概念可以使用於不同種類的數碼筆中，而不僅是本文所描述的數碼筆，也不僅是數碼擦除器。與筆如何被開啟無關，筆可以具有不同的電源模式，以節約電池時間。例如其可以具有高電源模式、中電源模式和低電源模式，如在上述的W02008/002239中所描述的。因為不活動超時可能發生向低電源模式的轉換。因為下筆檢測可能發生向較高電源模式轉換。 當筆未被使用預定時間時，筆可以被自動關閉。筆還可以包括MMI (人機界面)，該人機界面可以由處理模塊選擇性地致動以用於用戶反饋。MMI可包括顯示器、指示燈、振動器和揚聲器中的一個或更多個。此外，筆可包括一個或更多個按鈕，通過該一個或更多個按鈕，筆能夠被致動和/ 或控制。筆可被構造成在絕對位置偏碼圖案上操作，該絕對位置編碼圖案對表面上的絕對位置進行編碼。在表面上編碼的位置可以或者不可以包括表面上的位置的起點。不同的表面可以設置有不同種類的位置編碼圖案，或者設置有一個和相同位置編碼圖案的不同部分，或者甚至設置有一個和相同位置編碼圖案的相同部分。在後一情況下，使用者可能必須指示表面的變化並且識別新表面。數碼筆可存儲有信息，該信息能夠使筆在不同種類的表面之間辨別。還可以存儲資料庫，該資料庫通過不同的參數或指令與位置編碼圖案的不同部分關聯，或者與對應於位置編碼圖案的這些不同部分的位置關聯。位置編碼圖案的特定部分可例如被用作控制區域以控制筆的操作，或者被用作限制區域以限制筆行程。位置編碼圖案的至少一部分可以與對筆的指令相關聯，以進入可被另一裝置(例如藍牙裝置)發現的配對模式。如果使用者想使數碼筆與另一裝置配對，就將數碼筆放置在表面的設置有位置編碼圖案的配對模式部分的區域。利用資料庫，數碼筆將解釋從作為指令的位置編碼圖案的該部分解碼的位置以進入配對模式。位置編碼圖案的至少一個其它部分可與向系統指示筆現在將用於標記模式/非標記模式的參數相關聯。如果使用者想向系統指示筆現在用於標記模式/非標記模式，就將數碼筆放置在表面的設置有位置編碼圖案的相關部分的區域中。數碼筆然後可將與位置編碼圖案的該部分相關聯的參數發送到外部裝置，例如圖 3中的計算機，該計算機可利用該信息來控制系統，從而以合適的方式操作。位置編碼圖案的其它部分可與用於限制筆行程的不同參數相關聯。在非標記模式下，使用者可能想向系統指示例如待投影在白色書寫板上筆行程的顏色和/或線寬。然後他將筆放置在表面的設置有位置編碼圖案的專用於特定顏色/線寬的部分的區域。結果，筆將向計算機發送相關聯的指令或參數，計算機將把筆行程處理成具有特定的顏色/線寬。應注意到，上述控制區域可以在標記模式和非標記模式中使用。示例性數碼筆可構造成在由Anoto AB研製的位置編碼圖案上操作。可以如在例如 US7, 110，609、US7, 283，676、US7, 050，653、US6, 667，695、US6, 732，927、US6, 929，183、 US7, 145，556、US6, 674，427、US7, 248，250、US7, 281，668、US7, 172，131、US2007/0064818、 US7, 195，166、US2005/0199729中描述的並且在其中引用的那樣，構造和解碼位置編碼圖案。可以在例如US5, 852，434 ;W02006/065045 ;W099/50787 ;US5,661，506 ； US2004/0085287 ；US5, 442, 147 ；以及US2005/017;3544中發現可以在表面上使用的能夠數
字記錄筆行程的其它絕對位置編碼圖案的實施例。處理模塊可獨立於使用的位置編碼圖案，處理圖像數據以計算由編碼圖案的成像部分編碼的位置。所生成的系列臨時協調位置形成筆行程的數字表示。數碼筆不必必須在設置有絕對位置編碼圖案的表面上操作。表面和筆例如可以通過用於使用三角測量法或飛行時間技術確定筆的絕對參考位置的方式設置。數碼筆然後可通過相對定位技術確定其在參考點之間的位置。筆例如可與連續捕獲的圖像的內容匹配， 以確定連續的相對位置。現在將參照圖4至6描述示例性數碼筆，該示例性數碼筆作為處於標記模式的標記筆和處於非標記模式的指示筆操作。圖4示出了示例性數碼筆的分解視圖，該數碼筆具有其主要機械部件外殼14、墨盒15和帽24。該分解視圖還包括作為用於數碼筆的電源的電池36，並且其示意性地示出了存在兩個PCB 37、38。第一 PCB 37可承載圖像傳感器和光學模塊(未示出)，第二 PCB 38可承載藍牙通信電路(未示出)。外殼14大體上包括承載件40、底部41、頂部42、盒蓋43和電池蓋44。承載件和頂部被示出處於組裝狀態。承載件40從書寫端向非書寫端延伸通過整個數碼筆。數碼筆
10的操作部分，例如兩個PCB 37,38以及下筆檢測器45和墨盒15，均由承載件保持，從而形成短的公差鏈。更具體地，第一 PCB 37和第二 PCB 38固定到承載件40，例如擰在承載件上。 墨盒15保持在盒隔間47中，該盒隔間由承載件40與頂部42和盒蓋43 —起限定。盒的縱向位置和旋轉位置由承載件和盒蓋中的引導元件控制。接觸傳感器45被安裝在位於凹部中的盒隔間的一個短端部中，該凹部設置有頂蓋48，以防止其在墨盒更換時磨損。電池36 被保持在電池隔間49中，該電池隔間由承載件和底部與電池蓋一起限定。電池蓋44具有舌狀件50，當蓋被關閉並且承載件承載彈性偏壓鎖定板52時，該舌狀件50被保持在底部中的凹部51中，當電池蓋被關閉時，彈性偏壓鎖定板52延伸通過位於電池蓋的底部中的開口 53，但該彈性偏壓鎖定板52可由使用者推回以打開電池蓋。電池蓋44在其後端中設置有保持元件(未示出)，從而在筆在標記模式中使用時帽M能夠被保持在筆的非書寫端上。底部41旨在由螺釘固定到承載件40。該底部與承載件一起限定位於盒隔間47下方的用於第一PCB 37的空間。第一PCB上的測試點可通過盒隔間的底部中的艙口 M接近。 第一 PCB上的相機系統通過位於外殼的書寫端處的窗口 55捕獲圖像。承載件形成為位於書寫端處的託架56。該託架突出到用於相機系統的窗口 55的前方。該託架與頂部42 —起限定位於數碼筆的書寫端處的第二開口 57，當墨盒被放置在盒隔間中時，墨盒的書寫尖端通過第二開口 57突出。頂部42通過螺釘固定到承載件。頂部42與承載件40 —起限定位於電池隔間49 上方的用於第二 PCB 38的空間。第二 PCB上的多色LED(未示出)通過頂部中的透明狹縫 58可見，從而可經由LED提供用戶反饋。頂部還包括彈性按鈕59，盒蓋43可通過該彈性按鈕被鎖定和解鎖。按鈕59的前部構成保持元件60，當蓋被放置在頂部上時，該保持元件被彈性偏壓到位於盒蓋43的下面的凹槽(未示出)中。盒蓋在其前端具有兩個鉤62。當盒蓋被置於數碼筆上時，這兩個鉤旨在被接收在外殼中的位於託架56的每側處的相應槽63中。盒蓋的後部設置有保持元件，該保持元件與頂部上的對應保持元件協作，以將蓋保持在數碼筆上。墨盒15具有殼體70，該殼體70保持墨供應部和呈氈尖形式的書寫尖端16。殼體具有基本柱形的前部72，氈尖放置在該前部中，使其從該前部突出；基本柱形的中間部 73;以及基本上柱形的後部74。前部、中間部和後部的截面積不同。前部設置有圍繞其外周的呈環74形式的保持元件。環74旨在與帽內的環協作，以將帽保持在墨盒上。前部還設置有呈錐形引導區域75形式的引導元件，該引導元件位於前部的上側。該引導區域旨在與帽內的對應凹部協作，以將帽引導到盒上的預定旋轉位置。這些引導元件還簡化了帽的去除。如果帽略微轉動，則帽將通過盒與帽的引導元件之間的相互作用被迫從書寫尖端離開。中間部在其上側具有縱向引導脊76，該引導脊76被布置成抵靠盒蓋內的脊(未示出)，以防止盒在盒隔間內傾斜。而且，中間部73在其下側具有凹槽78，該凹槽78旨在與盒隔間47的底部中的引導脊79 (參見圖幻協作，以控制墨盒15在外殼中的旋轉位置以及由此控制帽M相對於外殼的旋轉位置。中間部的截面積比後部的截面積小。這樣，具有相機系統的第一 PCB能夠被較靠近墨盒的縱軸線放置，從而相機系統能夠捕獲靠近書寫尖端的圖像。筆也能夠以此形成得較薄。引導脊76的上側與後部的上側對準。這樣，盒蓋內的脊的高度能夠被保持得較小，從而將允許盒蓋在被移除時在帽上滑動。後部具有突鈕80(參見圖6)，當墨盒被放置在盒隔間中並且筆在表面上操作時， 該突鈕旨在作用於下筆檢測器45上。帽M包括圓錐部81，該圓錐部81旨在覆蓋書寫尖端；以及柱形部82，該柱形部 82旨在通過上述的內環而被鎖定在墨盒的前部上，所述內環在位於盒的前部上的外環74 上滑動，以將帽保持在盒上。當帽M被放置在盒上時，帽的柱形部82可抵靠中間盒部73 的短端83。而且，盒設置有呈防護部85形式的上部結構，該防護部被設計成當帽被安裝在墨盒上時能夠繞承載件的託架56延伸。防護部85被設置在帽的上側。該防護部圍繞帽的周長的大約一半延伸，從而不在功能上妨礙相機系統的視野。通過該防護部，帽的直徑被增大，使得橫向於柱形部的縱軸線的平面中的最大尺寸至少為16mm，由此防止堵塞危險。圖4中所示的示例性數碼筆的墨盒能夠被從數碼筆去除，並且能夠更換為另一個墨盒，例如當墨儲器變空或者當使用者希望使用具有另一種顏色的墨的墨盒時。當要更換墨盒時，帽M被放置在書寫尖端16上。然後使用者擠壓位於頂部42上的彈性按鈕59，從而將保持元件60從盒蓋43中的凹槽鬆開。同時，使用者朝向書寫端推動蓋43，從而前端中的鉤62從承載件中的凹槽63鬆開，並且蓋能夠被去除。當盒蓋43已被去除時，盒隔間47的頂壁(上側)完全通向書寫端處的敞開短端 (開口 57)。這意味著在帽存在於書寫尖端上的情況下盒隔間中的墨盒能夠容易地從數碼筆被抬起和去除。然後在帽M存在於書寫尖端上的情況下，如圖4示意性所示，另一個墨盒15可在與盒隔間的縱軸線基本上垂直的運動中使縱軸線近似平行於盒隔間的縱軸線而從上方被插入盒隔間中。當已將新墨盒15放置在盒隔間47中時，通過在使盒蓋43的邊緣86抵靠外殼的頂部的邊緣87滑動的縱向運動中使盒蓋43在外殼上滑動，直到將盒蓋的後端處的保持元件接合到外殼的保持元件中並且將前端處的鉤62接合到承載件的凹槽63中，而能夠將盒蓋43放回外殼上。為了如上所述能夠將蓋以該方式放上並且被去除，其前端的橫截面比帽的橫截面大，從而前端能夠在帽上滑動。從以上清楚的是，在帽被保持在盒上的情況下，墨盒能夠被插入數碼筆中並且從其移除，由此防止與墨盒更換相關的不想要的墨跡。為了允許通過位於盒隔間的最遠離書寫端的短端部處的下筆檢測器進行下筆檢測，墨盒當被放置在盒隔間中時可沿縱向略微地運動。在圖4的示例性數碼筆中，墨盒朝書寫端的運動受位於盒隔間47的底部的止動件90 (圖幻的限制，墨盒的中間部73抵靠止動件90。墨盒朝非書寫端的運動受下筆檢測器45的限制。來自墨盒在盒隔間內的運動的任何噪音可通過用某種彈性材料覆蓋止動件而降低。為了也允許在非標記模式中進行下筆檢測，墨盒還可在將帽放置在書寫尖端上的情況下在盒隔間中運動。這通過僅將帽固定在盒上並且可與盒一起運動的情況下變得可行，而使其縱向運動不被外殼的任何部分阻擋。帽和盒可以作為一個單元在外殼中運動，而在帽和盒之間無任何相對運動。為了使帽不妨礙相機的視野，可能需要控制帽相對於外殼的旋轉位置。從以上清楚的是，通過帽與盒具有控制帽在盒上的旋轉位置的協作引導元件，並且通過盒與外殼具有控制盒相對於外殼的旋轉位置且由此控制帽相對於外殼的旋轉位置的協作引導元件，來實現該控制。在另選實施方式中，帽的旋轉位置由外殼直接控制。帽和託架例如能夠被設計成使帽被保持在託架內，但使得帽僅在預定旋轉位置裝配到託架中，該預定旋轉位置不會功能性地妨礙相機系統。在該實施方式中，帽可被放置在墨盒上的任何旋轉位置，並且墨盒不必被旋轉地控制在盒隔間中。為了允許下筆檢測，在該情況下，帽需要能夠在託架內運動。圖7示出了帽的不同設計。在該情況下，上部結構是對稱的，從而帽能夠被放置在盒上或外殼上/中的兩個不同旋轉位置，而不功能性地妨礙相機系統的視野。如以上圖4和5的示例性數碼筆所示，外殼14包括沿筆的縱向結合的底部41和頂部42。換言之，數碼筆沿筆的縱向在頂部42和底部41之間具有分割線。外殼14具有盒隔間47和電池隔間49，盒隔間47和電池隔間49可通過頂部42中的盒蓋43和底部41中的電池蓋44接近。在不同的實施方式中，盒隔間能夠通過底部中的蓋接近，並且電池隔間通過頂部中的蓋接近。圖8示意性地示出了一實施方式，根據該實施方式，墨盒15和電池36均可從外殼的上側接近。在該實施方式中，外殼14可以是單個部件，該單個部件可在其上側限定盒隔間和電池隔間，並且可保持相機18、一個或多個PCB 37以及如上所述的在數碼筆中使用的其它部件。盒隔間和電池隔間可通過相應的蓋43和44接近。盒隔間可在其上側和其前端中被打開，使得在基本上垂直於盒隔間的縱軸線的運動中，在盒15的縱軸線基本上平行於筆的縱軸線的情況下，可將盒15從頂部加載至盒隔間中。圖9a示意性地示出了示例性數碼筆，該數碼筆具有外殼，該外殼具有頂部42和底部41，並且沿筆的縱向具有分割線410。在該實施方式中，底部限定用於盒15的隔間和用於電池36的隔間，該兩個隔間可從數碼筆的相同側(在該情況下為上側)接近。頂部42 形成用於數碼筆的單個蓋。圖9b至9d示意性地示出了開/關蓋的不同方式。在圖9b的實施方式中，蓋基本上被從上方放置在底部41上並且通過卡合動作緊固到底部41。蓋以對應的方式被釋放。在圖9c的實施方式中，蓋通過位於數碼筆的非書寫端的鉸鏈430被鉸接到底部，並且在圖9d的實施方式中，蓋被滑動到數碼筆的底部上或者滑離該底部。在關閉的狀態下蓋可被固定到底部從而使其不被誤打開。在另一實施方式中，外殼可包括單個部分，該單個部分限定縱向盒隔間。墨盒可通過隔間的前短端或後短端被加載/更換。在又一實施方式中，數碼筆的外殼可包括兩個部分，沿數碼筆的大體橫向具有分割線。外殼的兩個部分例如可通過螺接、卡合或者鉸接而彼此緊固。圖IOa和IOb示意性地示出了示例性數碼筆，該數碼筆具有兩個外殼部分，即，前部410和後部420，該兩個部分通過鉸鏈430鉸接在一起。前部限定縱向盒隔間，該縱向盒隔間具有位於其前短端440中的用於盒的尖端的開口和位於其後短端450處的開口(盒待通過該開口被插入/移除)。 以相似的方式，後部限定用於電池的隔間，該用於電池的隔間在其前短端460處具有開口， 電池通過該開口被插入/移除。盒隔間和電池隔間通過如圖IOb所示的打開射擊槍狀的外殼，即，通過打開鉸鏈來接近。如前面所提及的，可期望具有帽，當墨盒被加載到數碼筆中時並且當從數碼筆移除時，該帽被放置在墨盒的書寫尖端上。在帽的截面比供書寫尖端通過而突出的開口大時， 這在圖8和9a至9d的數碼筆中也是可行的。這樣的原因在於蓋形成用於書寫尖端的開口的一個壁，使得可以在基本上垂直於盒隔間的縱軸線的運動中，在墨盒的縱軸線基本上平行於盒隔間的縱軸線的情況下，將墨盒插入盒隔間中和從盒隔間移除。當墨盒沿外殼的縱軸線從後向前插入外殼中，諸如圖IOa和IOb中所示的數碼筆中時，帽的截面不應比供書寫尖端通過而突出的開口的最大截面大，以在帽存在於書寫尖端上的情況下可更換墨盒。然而如果墨盒沿外殼的縱軸線從書寫端朝非書寫端被插入外殼中，則帽的截面可比書寫尖端開口的最大截面大，這是因為帽不必通過開口。然而，墨盒的殼體可能需要適於書寫尖端開口的截面。對於利用處於非標記模式的帽的上述方案的另選方案可以是，由處於非標記模式的指示筆(無墨的模擬盒)取代墨盒。在該方案中，帽仍可存在於墨盒上，以防止當數碼筆未在使用時並且墨盒被更換時墨弄髒。帽的設計可以不同於上述的設計，因為帽可覆蓋相機系統的窗口。帽可被緊固在墨盒上，從而在帽存在於書寫尖端的情況下墨盒可被移除和插入。為此，數碼筆的外殼可限定盒隔間，該盒隔間在其短端處具有蓋和用於書寫尖端的開口，其中蓋形成隔間的一個壁和用於書寫尖端的開口的對應壁，從而墨盒可在基本上垂直於盒隔間的縱軸線的運動中在墨盒的縱軸線基本平行於盒隔間的縱軸線的情況下被插入和移除。以上已示出了通過將數碼筆放置在位置編碼圖案的專用部分上，使用者能夠指示從標記模式到非標記模式的變化，反之亦然。在這一點上應該觀察到，筆不需要知道筆是以標記模式操作還是非標記模式操作，只要其僅記錄兩個模式中的筆行程即可。然而位置信息從數碼筆發送所至的裝置可能需要知道筆的模式，以適當地處理位置信息。作為使用位置編碼圖案的專用部分的另選例，數碼筆可包括用於檢測帽是開啟或關閉的不同方案。該方案例如可包括接觸或近程傳感器，該接觸或近程傳感器放置在外殼中或者靠近書寫端的墨盒上，用於檢測帽存在於書寫尖端上；圖像處理，以檢測帽的一部分存在於由相機系統捕獲的圖像的邊界處或者檢測至表面的距離；帽檢測器，該帽檢測器位於數碼筆的後端處， 用於當筆以標記模式使用時檢測帽的存在；以及在使用透明帽時對輻射強度的測量。如果系統包括由處於標記模式的筆專有地使用的一個表面和由處於非標記模式的筆專有地使用的另一個表面，則系統可從設置在不同表面上的不同位置編碼圖案解碼的不同位置確定當前模式。數碼筆可具有懸停模式，在該模式下，當筆從所述表面移動小的距離或者與所述表面接觸但具有不觸發下筆檢測器的非常輕的壓力下也確定筆的位置。該懸停模式能夠被用於模擬「普通」滑鼠運動，即，不壓下任何滑鼠按鈕。可通過觸發相機來實現懸停，以始終 (即，不僅在下筆和起筆之間)捕獲圖像。相機系統的範圍深度可限制距可以懸停的表面的距離。數碼筆在以上描述為適於使用在例如白色書寫板上和/或活動掛圖上。當然其還能夠使用在適於用永久或可擦除的墨標記的其它表面上、和/或能夠用作指示表面的其它表面上，所述指示表面即這樣的表面筆可在其上以非標記模式使用以用於數字記錄能夠被顯示在相同或不同表面上的筆行程，和/或用於數字記錄用於控制例如數字演示或計算機應用的筆行程。筆還可具有毛氈型書寫尖端之外的書寫尖端。書寫尖端例如能夠是原子筆書寫尖端、自來水筆書寫尖端、中性筆書寫尖端或者任何其它類型的合適書寫尖端。數碼筆例如能夠以標記模式用於在設置有位置編碼圖案的筆記本中做記錄，然後以非標記模式用於設置有位置編碼圖案的計算機屏幕上以用於控制電腦程式，或者其能夠以標記模式使用於一組紙上以用於產生演示然後以非標記模式使用以控制演示。
權利要求
1.一種數碼筆，該數碼筆包括墨盒(15)，該墨盒具有用於標記一表面的書寫尖端(16)；相機系統(18)，該相機系統用於捕獲所述表面的圖像，從而數字記錄形成在所述表面上的筆行程；可拆卸帽(M)，該可拆卸帽待被放置在所述數碼筆的書寫端處，所述數碼筆的特徵在於，該數碼筆可選擇性地作為非標記筆或標記筆操作，在所述非標記筆的情況下，所述帽 (24)被放置在所述書寫端處，而在所述標記筆的情況下，所述帽04)不放置在所述書寫端處，並且該數碼筆被構造成當作為非標記筆和作為標記筆操作時數字記錄筆行程。
2.一種數碼筆，其中該數碼筆包括外殼(14)。
3.根據權利要求1或2所述的數碼筆，其中，所述帽04)被設計成覆蓋所述書寫尖端， 而在所述帽被放置在所述數碼筆的所述書寫端時不功能性地妨礙所述相機系統(18)的視野。
4.根據權利要求1、2或3所述的數碼筆，其中，所述帽(14)被設計成保持在所述盒 (15)上。
5.根據權利要求4所述的數碼筆，其中，所述帽和所述盒設置有協作保持元件以將所述帽保持在所述盒上。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的數碼筆，其中，所述筆包括下筆檢測器(45)，並且所述盒可在所述外殼中縱向移動，從而在所述帽放置或不放置在所述數碼筆的所述書寫端的情況下觸發所述下筆檢測器。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的數碼筆，其中，所述盒和所述帽具有協作引導元件，以控制所述帽相對於所述盒的旋轉位置。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的數碼筆，其中，所述盒和所述外殼具協作引導元件，以控制所述盒相對於所述外殼的旋轉位置。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的數碼筆，其中，所述帽04)包括上部結構，該上部結構增大所述帽的直徑。
10.根據權利要求9所述的數碼筆，其中，所述上部結構在橫向於所述帽的縱軸線的平面中是非對稱的。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的數碼筆，其中，所述外殼限定盒隔間(47)，該盒隔間具有蓋G3)和用於所述書寫尖端的開口(57)，該開口位於所述盒隔間的一個短端部處，所述蓋形成所述隔間的一個壁和用於所述書寫尖端的所述開口的對應壁。
12.根據權利要求11所述的數碼筆，其中，PCB可通過所述盒隔間的底部(54)接近以進行檢測。
13.根據權利要求11所述的數碼筆，其中，所述可移除蓋的最靠近所述數碼筆的所述書寫端的截面比所述帽的截面大。
14.根據權利要求1至10中任一項所述的數碼筆，其中，所述外殼包括通過鉸鏈(430) 連接的第一部分Gl，410)和第二部分(42，420)，從而當所述鉸鏈打開時提供所述墨盒 (15)的更換。
15.根據權利要求1至14中任一項所述的數碼筆，其中，所述表面設置有位置編碼圖案，其中所述數碼筆還包括處理模塊(20)，該處理模塊用於從表示在由所述相機系統(18) 捕獲的圖像中的位置編碼圖案解碼位置信息，其中數字記錄的筆行程由所述位置信息構成。
16.根據權利要求1至15中任一項所述的數碼筆，其中，所述墨盒(1 可更換。
17.根據權利要求1至16中任一項所述的數碼筆，其中，所述墨盒的所述書寫尖端 (16)適於在白色書寫板上使用。
全文摘要
一種數碼筆，該數碼筆包括墨盒，該墨盒具有用於標記一表面的書寫尖端；相機系統，該相機系統用於捕獲所述表面的圖像，從而數字記錄形成在所述表面上的筆行程；以及可拆卸帽，該可拆卸帽待被放置在所述數碼筆的書寫端處，該數碼筆可選擇性地作為非標記筆或作為標記筆操作，在所述非標記筆的情況下，所述帽被放置在所述書寫端處，而在所述標記筆的情況下，所述帽不放置在所述書寫端處，並且該數碼筆被構造成當作為非標記筆和作為標記筆操作時數字記錄筆行程。
文檔編號G06F3/033GK102405454SQ201080017218
公開日2012年4月4日 申請日期2010年3月2日 優先權日2009年3月2日
發明者B·費爾姆耶德, D·奧曼, M·約瑟夫松, M·霍斯特羅姆 申請人:阿諾託股份公司