CN100520694C - 笔迹检测片和手写系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供笔迹检测片和手写系统。所述笔迹检测片包括手写层、编码层和光学层。手写层可以显示笔迹。编码层设置在手写层的背面侧。编码层包括按矩阵方式排列的多个编码图像。在这些编码图像中，用吸收红外光的吸光材料编码有位置码。光学层设置在编码层的背面侧。光学层反射红外光并透射可见光。

Description

笔迹检测片和手写系统
技术领域
本发明涉及一种笔迹检测片和使用该笔迹检测片的手写系统，所述笔迹检测片能够通过电子纸或手稿纸来显示使用电子笔的手写并获得笔迹数据。
背景技术
近来，已提出了一种手写系统，该手写系统使用摄像机来读取点图案的位置、计算笔尖的位置并将笔迹转换为数据。(例如，参见日本特开2003-255919号公报)。
该手写系统主要包括：显示部，其能够显示从个人计算机接收的图像和手写绘制的图像；控制部，其用于对在显示部上显示的图像进行显示控制；以及输入笔，其具有向显示部进行手写输入、分析输入轨迹并将基于输入轨迹分析的数据传送到控制部的功能。
显示部包括手写输入层、位置信息提供层和显示层。手写输入层由透明或半透明树脂膜形成，以使得可以从上方透过其而看到印刷在位置信息提供层上的位置信息提供图案。位置信息提供层由透明树脂形成，在正面或背面上印刷有由按照给定规则排列的点或栅格组成的位置信息提供图案。
输入笔包括：不具有墨水或不具有石墨的笔尖；用于捕捉笔尖附近的图像的摄像机；以及用于从摄像机捕捉到的位置信息提供图案的图像获取位置信息并计算笔迹数据的处理器。
在日本特开2003-255919号公报的手写系统中，如果用户使用带墨水的笔尖在显示部的表面上手写图像和/或字符，则使用摄像机来读取显示图像、点图案(编码图像)和笔迹的全体，并通过图像处理来分离它们，并且根据点图案的排列来计算笔尖的位置。然而，由于这三种类型的图像混合在一起，所以难以准确地获得笔迹数据。
发明内容
本发明提供即使显示图像、编码图像和笔迹混合在一起也能够准确地获得笔迹数据的笔迹检测片和手写系统。
为了实现该目的，根据本发明的特征，提供以下的笔迹检测片和手写系统。
[1]笔迹检测片包括：手写层，其可以显示笔迹；设置在所述手写层的背面侧的编码层，所述编码层包括按矩阵方式排列的多个编码图像，在所述多个编码图像中用吸收红外光的吸光材料编码有位置码；以及设置在所述编码层的背面侧的光学层，该光学层反射红外光并透射可见光。
[2]在[1]中描述的笔迹检测片还包括：其上显示的内容可以重写的电子纸，所述电子纸设置在所述光学层的背面侧。
[3]在[1]中描述的笔迹检测片，其中所述吸光材料透射可见光。
[4]手写系统包括：根据[1]、[2]和[3]中的任一项所述的笔迹检测片；电子笔，所述电子笔包括：笔尖，其可以在所述手写层上进行手写；红外光源，其产生红外光；和捕捉部，其将所述红外光源产生的红外光施加到所述笔迹检测片的所述编码层，所述捕捉部接收反射的光以捕捉所述编码图像；解码部，其根据所述捕捉部捕捉到的所述编码图像来读取所述位置码；以及计算部，其基于由所述解码部读取的所述位置码来计算包括所述笔尖的轨迹的笔迹数据。
[5]手写系统包括：在[2]中所描述的笔迹检测片；电子笔，其包括可以在所述手写层上进行手写的笔尖、产生红外光的红外光源、以及向所述笔迹检测片的所述编码层施加所述红外光源产生的红外光的捕捉部，所述捕捉部接收反射的光以捕捉所述编码图像；解码部，其根据所述捕捉部捕捉到的所述编码图像来读取所述位置码；计算部，其基于由所述解码部读取的所述位置码来计算包括所述笔尖的轨迹的笔迹数据；以及控制部，其基于图像数据向所述电子纸上写入图像，并向所述电子纸写入通过对(i)由所述计算部提供的所述笔迹数据与(ii)写在所述电子纸上的所述图像进行合成而获得的合成图像。
根据第一方面所述的笔迹检测片，使得即使显示图像、编码图像和笔迹混合在一起也可以准确地获得笔迹数据。
根据第二方面所述的笔迹检测片，除了第一方面所述的优点之外，还使得重写显示图像变得更容易。
根据第四方面所述的手写系统，使得即使显示图像、编码图像和笔迹混合在一起也可以准确地获得笔迹数据。
根据第五方面所述的手写系统，除了第四方面所述的优点之外，还可以将合成了显示图像和手写图像的合成图像电子化。
附图说明
将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例，在附图中：
图1是表示根据本发明示例性实施例的手写系统的概要的图；
图2A是笔迹检测片的编码层的平面图；图2B是表示编码图像的总体结构的图；图2C是表示编码图像的详细结构的图；
图3是表示根据本发明示例性实施例的电子笔的内部结构的剖面图；
图4是根据本发明示例性实施例的电子笔的框图；
图5A和5B是描述根据本发明示例性实施例的解码部进行的编码读取的图；
图6A至6D是用于描述根据本发明示例性实施例的手写系统的操作的笔迹检测片的剖面图；以及
图7A至7E是表示根据本发明的示例1至示例5的笔迹检测片的层结构的剖面图。
具体实施方式
(系统的总体结构)
图1表示根据本发明示例性实施例的手写系统1。手写系统1包括：用于检测笔迹的笔迹检测片2；用于在形成笔迹检测片2的电子纸上重写显示图像的打印机3；用于使用户能够在笔迹检测片2上手写图像和/或字符的电子笔4；以及用于通过电缆4a从电子笔4获得笔迹数据并处理笔迹数据并且通过电缆4b来控制打印机3的信息处理装置5。
(笔迹检测片)
笔迹检测片2具有如下的结构：从上层到下层按顺序层叠有手写层20、编码层21、光学层22和电子纸23。例如，在笔迹检测片2中，手写层20、编码层21和光学层22可以集成为一体，电子纸23可以是可拆卸的，或者可以采用书页形式。笔迹检测片2的形式并没有限制。
手写层20还用作保护层。可以使用从电子笔4的笔尖410供给的墨水将图像和字符写在手写层20上。可以通过电子笔4的擦除部件420擦除书写的墨水。手写层20由使得可见光和红外光可以透过的透明或半透明树脂材料形成，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。
编码层21具有(i)由用于吸收红外光的吸光材料(稍后进行详细描述)形成的图案部分和(ii)除了图案部分之外的其他部分，其他部分由使得红外光和可见光可以透过的树脂材料形成，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。
光学层22由透射可见光并反射红外光的树脂材料形成，例如，用介电多层膜涂敷了红外光反射涂层(Edmond Optics Japan的热镜，HarrisonToshiba Lighting公司的HIR系列)的PET膜。
(电子纸)
电子纸23可以具有大致薄型矩形的形状，并具有在无供电的情况下保持显示图像的存储特性。然而，应该注意的是，电子纸23可以不具有存储特性。此外，电子纸23可以是具有图像重写功能的自重写型。然而，应该注意的是，电子纸23可以是依靠打印机的重写系统。此外，电子纸23可以是反射外部光(可见光)以显示图像的反射型，或者可以是发射光以显示图像的发光型。
反射型包括光写入型的电子纸、使用无色染料的热敏记录介质和显示记录介质，所述显示记录介质例如是使带电粒子移动以切换显示的电泳系统、使带电粒子旋转以切换显示的粒子旋转系统、以及通过磁力使粒子移动以切换显示的磁泳系统。
发光型包括使用液晶(具有存储特性的铁电液晶或不具有存储特性的向列液晶)的LCD(液晶显示器)；ELD(电致发光显示器)；PDP(等离子体显示器)；VFD(真空荧光显示器)；LED(发光二级管)；和FED(场致发射显示器)。
在示例性实施例中，电子纸23使用光写入型电子纸。光写入型电子纸包括：反射率(透射率)根据施加在一对电极之间的电压而变化的液晶层；和电阻值随着向其施加光而降低的光导层。例如，液晶层具有填充了胆甾型液晶的微胶囊。光导层包括电荷传输层和层叠在电荷传输层两侧的一对电荷产生层。因此，可以向液晶层施加AC(交流)电压，从而可以抑制液晶层的劣化，可以使驱动电压更低，并且可以实现电子纸的长寿命。
(打印机)
打印机3向电子纸23施加在电子纸23上重写显示图像所需要的驱动电压。如果电子纸23是光写入型电子纸，那么，打印机3在根据图像数据向电子纸23施加图像光的同时向电子纸23施加驱动电压。如果电子纸23是自重写型电子纸，则不需要打印机3，将信息处理装置5和电子纸23相连接以使其彼此直接进行通信。
(电子笔)
电子笔4包括外形几乎类似于普通笔的外形的壳体400、以及按笔尖410从壳体400的尖端露出的方式容纳在壳体400中的手写笔部41。电子笔4具有捕捉笔迹检测片2的编码图像的功能、从编码图像读取码的功能、获取笔尖410的笔迹数据的功能、以及发送来自编码图像的读取码的功能。稍后详细描述电子笔4的这些功能。
笔部41在其尖端处具有笔尖410。笔部41在其后方还包括墨水槽和用于检测给予笔尖410的书写压力的书写压力检测部411(稍后描述)。墨水可以包括如下的墨水材料：该墨水材料可以写入到手写层20，可以使用擦除部件420将其擦除，其反射可见光并透射红外光。例如，由TokaiOptical有限公司制造的B类型可以用作墨水。
(信息处理装置)
信息处理装置5包括：用于控制整个装置5的CPU；用于存储CPU的应用程序和各种数据(例如显示在电子纸23上的图像数据)的存储部，例如ROM、RAM和/或硬盘；诸如键盘和鼠标的输入装置；连接到网络的网络接口；用于显示画面的显示部，例如LCD(液晶显示器)；和具有用于输出声音的扬声器的音频输出部。信息处理装置5可以实现为个人计算机，但也可以实现为个人数字助理(PDA)或移动电话。
(编码层上的图像)
图2A至2C表示笔迹检测片2的编码层21的详情。例如，在笔迹检测片2的整个编码层21上按矩阵方式排列有许多2×2mm编码图像30，如图2A和2B所示。
编码图像30由吸收红外光的不可见有色材料形成，例如透明调色剂(由Sumitomo Dow有限公司制造的吸收远红外光的聚碳酸酯树脂)。然而，编码图像30可以由吸收红外光的可见吸光材料形成，例如普通的墨水材料。如果使用吸收红外光的不可见吸光材料，则可以防止编码图像30使得难以识别用电子笔4手写在手写层20上的字符。
编码图像30包括设置在左上角的旋转编码部30a、设置在旋转编码部30a下方的X坐标编码部30b、设置在旋转编码部30a的右侧的Y坐标编码部30c、以及设置在旋转编码部30a的右下侧的识别编码部30d。
在旋转编码部30a中编码有表示编码图像30存在方向的信息。在X坐标编码部30b和Y坐标编码部30c中编码有编码图像30在笔迹检测片2上的X坐标和Y坐标。在识别编码部30d中编码有笔迹检测片2的识别信息。在沿纵向排列的X坐标编码部30b中编码有相同的X坐标。同样，在沿横向排列的Y坐标编码部30c中编码有相同的Y坐标。在旋转编码部30a中编码有相同的编码。无论编码图像30的位置如何，在识别编码部30d中都编码有相同的编码。
笔迹检测片2的识别信息例如包括大小、文档的类型(如名片、病历或帐票)。
编码部30a至30d中的每一个都包括斜杠“/”的斜线图案300a与反斜杠“\”的斜线图案300b的组合，如图2C所示。斜线图案300(300a、300b)例如按0.2mm的间距形成。一个斜线图案300a、300b表示1比特信息(0或1)。
编码图像30中的图案不限于斜线图案300a、300b，而可以是诸如已知的QR编码、PDF417、数据矩阵或Maxi编码的二维编码，或者可以是诸如条形码、唯一编码或点图案的一维编码。可以根据目的来组合使用不同类型的编码。
(电子笔的内部结构)
图3是表示电子笔4的内部结构的剖面图。如上所述，电子笔4具有笔型壳体400和笔部41。此外，电子笔4包括红外光LED(发光二极管)灯42(其充当向笔迹检测片2施加红外光的红外光源)和捕捉部43(其用于捕捉笔迹检测片2上的编码图像30)。笔部41、红外光LED灯42和捕捉部43容纳在壳体400中。
红外光LED灯42发射波长为800nm至1000nm的近红外光。可以使用激光器或卤素灯作为红外光LED灯42。
捕捉部43包括可见光滤光器430和红外光CCD(电荷耦合装置)431。可见光滤光器430从施加到笔迹检测片2并在笔迹检测片2上反射的红外光中滤除可见光，并且使红外光可以透过。红外光CCD 431充当捕捉透过可见光滤光器430的红外光的图像捕捉装置。
红外光CCD 431根据光的强度将接收到的光转换为电信号。红外光CCD 431可以从可见区域到近红外区域都具有灵敏度，或者可以在近红外区域具有灵敏度。可以使用CMOS(互补金属氧化物半导体)作为图像捕捉装置来代替CCD 431。
图4是电子笔4的框图。除了如上所述的红外光LED灯42、红外光CCD 431和书写压力检测部411之外，电子笔4还包括：用于处理来自红外光CCD 431的信号的信号处理部44；用于对经信号处理部44处理的信号进行解码的解码部45；用于存储由解码部45提供的码的存储器46；用于驱动红外光LED灯42的灯驱动部47；用于控制电子笔4的部件的控制部48；用于向信息处理装置5发送信息并从信息处理装置5接收信息的通信接口(I/F)49；以及用于向电子笔4的部件供电的电池440，例如镍镉电池或锂离子电池。
书写压力检测部411、信号处理部44、解码部45、存储器46、灯驱动部47、控制部48、通信I/F49和电池440都容纳在壳体400中。可以从电子笔4中去除信号处理部44、解码部45和控制部48的笔迹计算功能的一部分或者全部并将其包括在信息处理装置5或另一外部系统中。
信号处理部44将来自CCD 431的模拟电信号转换为数字信号并进行各种类型的处理，例如倾斜校正、伽马校正和噪声消除。
当书写压力检测部411检测到给定或更大的书写压力时，控制部48根据由解码部45解码的表示笔尖410的坐标的X坐标码和Y坐标码来计算笔尖410的轨迹。然后，控制部48将该轨迹存储在存储器46中作为笔迹数据。当通信I/F 49连接到信息处理装置5时，控制部48从存储器46中读取笔迹数据并通过通信I/F 49将该笔迹数据发送到信息处理装置5。
灯驱动部47驱动红外光LED灯42以连续地产生红外光。当要获得笔迹数据(读取编码)时，灯驱动部47可以使红外光LED灯42瞬间地点亮或按脉冲方式点亮。
如以下参照图5所述，解码部45从编码图像30的旋转编码部30a中读取旋转编码、从X坐标编码部30b中读取X坐标编码、从Y坐标编码部30c中读取Y坐标编码、并从识别编码部30d中读取识别编码。
图5是描述解码部45进行的编码读取的图。如图5A所示，在笔迹检测片2的编码层21上二维地排列有各自包括旋转编码部30a、X坐标编码部30b、Y坐标编码部30c和识别编码部30d的多个编码图像30。在图5A中，由长短交替的虚线包围的区域表示CCD 431捕捉到的图像6，即读取区域。图5B表示捕捉到的图像6的详情。
使得由CCD 431捕捉到的图像6大于编码图像30。如果编码图像30的尺寸如上所述地为2mm×2mm，则捕捉的图像6的尺寸例如为3mm×3mm。解码部45对捕捉到的图像6的图像部60a、60b、61a、61b、62a、62b、62c和62d进行组合以恢复X坐标码、Y坐标码和识别码，如图5B所示。尽管实际捕捉到的图像6相对于编码图像30往往是倾斜的，但是按与图5A和图5B所示的方式类似的方式来组合各个部分，由此恢复编码。
(手写系统的操作)
下面，将参照图6来讨论根据示例性实施例的手写系统1的操作。
图6A至6D是用来描述根据示例性实施例的手写系统1的操作的笔迹检测片2的剖面图。
(1)通过电子纸来显示图像
信息处理装置5的CPU将控制信号与由操作输入装置的用户从存储在存储部中的多项图像数据中选择的图像数据一起发送到打印机3。打印机3基于从信息处理装置5发送的图像数据和控制信号而在电子纸23的电极对之间施加电压，并根据图像数据而对电子纸23施加图像光，从而在电子纸23上写入图像。
如图6A所示，可以从笔迹检测片2的正面观看写在电子纸23上的图像，这是因为外部光透过手写层20、编码层21和光学层22并施加到电子纸23，并且其反射光透过光学层22、编码层21和手写层20。
(2)获取笔迹数据
电子笔4的红外光LED灯42在由灯驱动部47驱动时连续地产生红外光。如果用户使用电子笔4的笔尖410在笔迹检测片2的手写层20上手写图像和/或字符，则从红外光LED灯42产生的红外光透过手写层20并施加到编码层21。在施加到编码层21的红外光中，透过除了斜线图案300之外的任何其他部分的红外光在光学层22上发生反射，如图6B所示。此外，施加到斜线图案300的红外光被斜线图案300吸收，如图6C所示。电子笔4的可见光滤光器430从在光学层22上反射的红外光中滤除可见光，随后，透过可见光滤光器430的红外光入射在红外光CCD 431上。红外光CCD 431将入射的红外光转换为电信号。
信号处理部44将从红外光CCD 431输入的模拟电信号转换为数字信号，并进行各种类型的处理，例如倾斜校正、伽马校正和噪声消除。解码部45将经信号处理部44处理的信号解码为旋转码、X坐标码、Y坐标码和识别码。按每秒60到100个周期来执行红外光CCD 431的图像捕捉、信号处理部44的信号处理、和解码部45的解码。
当书写压力检测部411检测到给定或更大的书写压力时，控制部48基于由解码部45获取的码中的X坐标码和Y坐标码(它们表示笔尖410的坐标)来计算笔尖410的轨迹。然后，控制部48将轨迹存储在存储器46中作为笔迹数据。
如图6D所示，由于可见光在用电子笔4的笔尖410在手写层20上进行手写所使用的墨水412上发生反射，所以可以视觉地识别墨水412。在墨水412上反射的光还入射在红外光CCD 431上，但是是在由可见光滤光器430滤除了可见光之后才入射在红外光CCD 431上的。因此，可以清楚地捕捉斜线图案300的图像。
(3)传送笔迹数据
如果用户通过电缆4a将电子笔4连接到信息处理装置5，则电子笔4的控制部48从存储器46读取笔迹数据并通过通信I/F 49和电缆4a将读取的笔迹数据发送到信息处理装置5。信息处理装置5的CPU将从电子笔4发送的笔迹数据存储在存储部中，并且还将该笔迹数据叠加在电子纸23上显示的图像(显示图像)上，以产生合成图像。然后，信息处理装置5的CPU对打印机3进行控制，以将该合成图像写在电子纸23上。
即使在电子纸23上显示合成图像之后，也可以根据用户的选择而在电子纸23上显示附加之前的图像。可以将合成图像显示在显示部上。此外，可以将合成图像与显示图像和笔迹数据一起存储在存储部中，或者可以通过网络接口将其传送到服务器以进行管理。
可以使用附属于电子笔4的擦除部件420来擦除在手写层20上进行手写所使用的墨水412。
[示例]
下面，将参照图7A至7E来讨论笔迹检测片2的层结构具体示例。图7A至7E表示与本发明的示例1至5对应的制造处理中的层叠顺序。
<示例1>
在本发明的示例1中，在电子纸23上形成光学层22。然后，在光学层22上形成斜线图案300。向光学层22和斜线图案300上涂布手写层20，如图7A所示。
例如，光学层22可以是通过用Harrison Toshiba Lighting公司的HIR(卤素灯红外光反射膜)技术来涂布反射红外光并透射可见光的多层薄膜而形成的高度干涉多层膜。可以使用具有氮化钛(TiN)膜(其具有红外光反射特性)和氧化钛(TiO2)膜(其用于提高可见光透射率)的夹层结构(TiO2/TiN/TiO2)的层叠薄膜。(例如，参见日本特开2005-3614号公报)。
<示例2>
在本发明的示例2中，颠倒示例1中的层叠顺序。在手写层20上形成斜线图案300，在手写层20和斜线图案300上涂布光学层22，并且在光学层22上设置电子纸23，如图7B所示。
<示例3>
在本发明的示例3中，在电子纸23上形成光学层22，将基板24接合到光学层22，在基板24上形成斜线图案300，并且在基板24和斜线图案300上涂布手写层20，如图7C所示。该结构适合于难以直接在光学层22上形成斜线图案300的情况。
<示例4>
本发明的示例4与示例1的不同之处在于没有接合电子纸23。在光学层22上形成斜线图案300，向光学层22和斜线图案300上涂布手写层20，如图7D所示。在示例4中，将电子纸23设置在光学层22侧并且加以使用。
<示例5>
在本发明的示例5中，颠倒示例4中的层叠顺序。在手写层20上形成斜线图案300，在手写层20和斜线图案300上涂布光学层22，如图7E所示。在示例5中，将电子纸23设置在光学层22侧并且加以使用。
<其他实施例>
应理解的是，本发明不限于上述示例性实施例和示例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种修改和变化。
例如，可以使用由纸张、塑料、布等制成的记录介质来代替电子纸23。
在示例性实施例中描述了其中对笔提供读取笔迹的信息读取器的情况，但是也可以对个人数字助理(PDA)、移动电话等提供该信息读取器。在该情况下，个人数字助理、移动电话等可以不具有书写功能。
可以通过红外通信来进行电子笔4与信息处理装置5之间的通信。在该情况下，信息处理装置5可以设置有红外线发送-接收部，并且电子笔4可以使用红外光LED灯来进行图像拾取或者可以设置有红外光LED灯。优选的是，电子笔4包括通信启动按钮。
例如，红外通信可以使用基于IrDA(红外数据协会)标准的四值PPM(脉冲位置调制)，但本发明不限于此。四值PPM是在四时隙时间中的一个时隙时间段内发光并且发送“00”、“01”、“10”或“11”的两比特的系统。

Claims (5)

1、一种笔迹检测片，该笔迹检测片包括：
手写层，其可以显示笔迹；
设置在所述手写层的背面侧的编码层，该编码层包括按矩阵方式排列的多个编码图像，在所述多个编码图像中用吸收红外光的吸光材料编码有位置码；以及
设置在所述编码层的背面侧的光学层，该光学层反射红外光并透射可见光。
2、根据权利要求1所述的笔迹检测片，所述笔迹检测片还包括：
其上显示的内容可以重写的电子纸，所述电子纸设置在所述光学层的背面侧。
3、根据权利要求1所述的笔迹检测片，其中，所述吸光材料透射可见光。
4、一种手写系统，该手写系统包括：
根据权利要求1至3中的任一项所述的笔迹检测片；
电子笔，所述电子笔包括：
笔尖，其可以在所述手写层上进行手写；
红外光源，其产生红外光；以及
捕捉部，其将所述红外光源产生的红外光施加到所述笔迹检测
片的所述编码层，该捕捉部接收反射的红外光以捕捉所述编码图像；
解码部，其根据由所述捕捉部捕捉到的所述编码图像来读取所述位置码；以及
计算部，其基于由所述解码部读取的所述位置码来计算包括所述笔尖的轨迹的笔迹数据。
5、一种手写系统，该手写系统包括：
根据权利要求2所述的笔迹检测片；
电子笔，该电子笔包括：
笔尖，其可以在所述手写层上进行手写；
红外光源，其产生红外光；以及
捕捉部，其将所述红外光源产生的红外光施加到所述笔迹检测
片的所述编码层，该捕捉部接收反射的红外光以捕捉所述编码图像；
解码部，其根据由所述捕捉部捕捉到的所述编码图像来读取所述位置码；
计算部，其基于由所述解码部读取的所述位置码来计算包括所述笔尖的轨迹的笔迹数据；以及
控制部，其基于图像数据向所述电子纸上写入图像，并向所述电子纸写入通过对由所述计算部提供的所述笔迹数据与写在所述电子纸上的所述图像进行合成而获得的合成图像。
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