CN102405454A - 数码笔 - Google Patents

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Abstract

一种数码笔，该数码笔包括：墨盒，该墨盒具有用于标记一表面的书写尖端；相机系统，该相机系统用于捕获所述表面的图像，从而数字记录形成在所述表面上的笔行程；以及可拆卸帽，该可拆卸帽待被放置在所述数码笔的书写端处，该数码笔可选择性地作为非标记笔或作为标记笔操作，在所述非标记笔的情况下，所述帽被放置在所述书写端处，而在所述标记笔的情况下，所述帽不放置在所述书写端处，并且该数码笔被构造成当作为非标记笔和作为标记笔操作时数字记录笔行程。

Description

数码笔
技术领域
本发明涉及一种数码笔，该数码笔包括：墨盒，该墨盒具有用于标记表面的书写尖端；相机系统，该相机系统用于捕获所述表面的图像，从而对形成在所述表面上的笔行程进行数字记录；以及可拆卸帽，该可拆卸帽待被放置在所述数码笔的书写端处。
背景技术
已知通过数码笔数字记录在表面上形成的笔行程，所述数码笔在形成笔行程的同时捕获所述表面的图像。为了能够数字记录笔行程，所述表面可设置有图案，该图案使得可以利用被捕获的图案的内容来确定数码笔在所述表面上的位置。
本申请的受让人Anoto AB已研制出一种数码笔，该数码笔在绝对位置编码图案上操作。所述笔包括：外壳；墨盒，该墨盒具有书写尖端；相机系统，该相机系统用于捕获位置编码图案的图像；处理器，该处理器用于从图像中表示的位置编码图案解码坐标；以及传输器，该传输器用于将坐标传输至外部装置。
图1示意性地示出了这种数码笔的设计。笔1具有帽3，该帽3放置在笔外壳2上，以便在笔未使用时保护其书写端。如图1中的虚线所示，笔的书写端包括书写尖端4和窗口5，图像通过该窗口5被相机捕获。
如WO02/093467中进一步描述的，该笔可在从外壳去除帽时开启，并且在帽被放回到外壳上时关闭。
本受让人此外已提出提供具有位置编码图案的白色书写板，并使用位置感测装置来记录用笔在白色书写板上书写的笔行程，见WO01/16872。所记录的笔行程可以被即时地显示在计算机屏幕上或者被存储以随后浏览。
US6,999,061公开了一种电子白色书写板系统，该电子白色书写板系统通过投影仪将PC的图像数据投影在电子白色书写板的屏幕上。电子白色书写板包括坐标检测装置，以检测电子笔在屏幕上的位置。坐标检测装置利用从电子笔同时发出并由坐标检测传感器接收的红外线和超音速波之间的时差来计算电子笔和传感器之间的距离。
近来PolyVision公司已将一种交互式白色书写板引入市场。该白色书写板系统以商标ENO销售，并且包括设置有绝对位置编码图案的钢外壳白色书写板。该系统还包括：传统的干擦标记笔，该干擦标记笔能够被用于以与在普通的白色书写板上相同的方式在白色书写板上绘制；非标记数码笔，该非标记数码笔能够被用于白色书写板上而不留下任何痕迹，但其通过对位置编码图案成像而对其在白色书写板上的位置进行数字记录；计算机，该计算机接收来自非标记数码笔的位置数据；以及投影仪，所述计算机能够被连接至该投影仪，以便将计算机的显示器上显示的图像数据投影在白色书写板上。非标记数码笔能够被用作白色书写板上的虚拟鼠标，以控制计算机并且绘制被投影在白色书写板上的笔行程。ENO系统中使用的数码笔已由AnotoAB研制，并且除了墨盒已由非标记指示笔取代以外与上述的数码笔相对应。
发明内容
本发明涉及一种数码笔，该数码笔包括：墨盒，该墨盒具有用于标记一表面的书写尖端；相机系统，该相机系统用于捕获所述表面的图像，以数字记录形成在所述表面上的笔行程；以及可拆卸帽，该可拆卸帽待被放置在所述数码笔的书写端处。所述数码笔可选择性地作为非标记笔或作为标记笔操作，在所述非标记笔的情况下，所述帽被放置在所述书写端处，而在所述标记笔的情况下，所述帽不放置在所述书写端处，并且该数码笔被构造成当作为非标记笔和作为标记笔操作时数字记录笔行程。
该数码笔将标记笔和非标记笔(指示笔)结合为一个物理整体，从而使用者能够使用处于标记模式和处于非标记模式的同一笔，在标记模式的情况下在表面上形成永久或非永久墨水笔行程，在非标记模式的情况下在表面上形成非墨水笔行程。使用者仅需将所述帽盖上而将所述数码笔从标记笔变换成非标记笔，并且取下所述帽以将所述数码笔从非标记笔变换成标记笔。使用者例如可首先利用作为标记笔的数码笔在活动挂图上书写，然后盖上帽并且移向白色书写板以利用作为非标记笔的数码笔照亮投影到白色书写板上的图像中的特征。与数码笔被用作标记笔或非标记笔无关，由所述数码笔形成的所有笔行程均被数字记录，从而它们例如能够被即时地显示在计算机屏幕上，投影到白色书写板上，用于控制计算机或者存储用于稍后的使用。该数码笔比前述的数码笔具有更大的多功能性。其可被使用在旨在用于永久标记、用于非永久标记和用于不进行任何标记的表面上。
附图说明
现在将参考如附图中所示的本发明的示例性实施方式，附图中：
图1示意性地示出了现有技术的数码笔的设计。
图2a和2b分别示意性地示出了处于标记模式和非标记模式的数码笔的使用。
图3示意性地示出了其中可以使用组合的标记和非标记数码笔的系统。
图4是示例性数码笔的分解图。
图5是去除了盖的图4的示例性数码笔的从上方看去的视图。
图6是图4的示例性数码笔的墨盒和帽的示意图。
图7是帽的另选实施方式的示意图。
图8是另一个示例性数码笔的示意图。
图9a是又一个示例性数码笔的示意图。
图9b至9d示意性地示出了安装图9a中的数码笔的盖的不同方式。
图10a和10b分别示出了处于关闭状态和打开状态的再一个示例性数码笔。
具体实施方式
图2a和2b示出了数码笔作为标记笔或作为非标记笔的选择性使用。图2a示意性地示出了数码笔10，该数码笔以标记模式使用于表面12上，表面12设置有位置编码图案(未示出)。该笔具有：外壳14，该外壳14承载具有书写尖端16的墨盒15；相机系统18，该相机系统18用于对靠近书写尖端的区域19成像；处理模块20，该处理模块20控制笔的操作；以及通信模块22，该通信模块22用于将位置信息通信到外部装置(未示出)。当数码笔在使书写尖端与表面接触的情况下在该表面上移动时，书写尖端沉积下墨水并且在表面上留下可见痕迹。同时，相机系统捕获靠近书写尖端的位置编码图案的部分的一系列图像。笔在表面上的连续位置能够从表示在表面的图像中的位置编码图案的部分确定。这样，能够对表面上形成的任何墨水笔行程进行数字记录。
图2b示出了与图2a中相同的数码笔10，但是该数码笔被用作非标记笔。书写尖端16现在被帽24覆盖，从而其能够被用于非标记模式。帽被设计成不在功能上妨碍相机系统的视野，由此在帽24存在于笔的书写尖端上的情况下能够捕获靠近书写尖端16的相同区域19中的图像。当在帽与表面接触的情况下数码笔在表面上移动时，不配送墨水因此不在表面上留下可见痕迹。然而在数码笔运动期间，笔在表面上的连续位置能够从表示在由相机系统捕获的表面图像中的位置编码图案的部分确定。因此，能够对在表面上形成的任何非墨水笔行程进行数字记录。
图3示意性地示出了系统的实施例，其中，图2a和2b的数码笔10可被用作组合的标记笔和指示笔。示例性系统包括下列部件：白色书写板30或者其它类型的书写板，其被设计用于非永久性的可擦除标记并且设置有位置编码图案(未示出)；活动挂图32或者其它书写表面，其被设计用于永久标记并且设置有位置编码图案(未示出)；计算机34，该计算机34可以通过局域网或广域网被连接至其它计算机或者服务器，并且可安装有计算机程序，该计算机程序处理从处于标记模式和非标记模式的数码笔接收的位置指示；投影仪36，该投影仪36与计算机连接，用于将静止图像和视频投影在白色书写板上；以及数字擦除器38，该数字擦除器38用于擦除来自白色书写板的非永久笔行程，并且同时擦除相应的数码笔行程。为了示出数码笔10既能够用作标记笔也能够用作指示笔，笔被示出位于白色书写板30上以及位于活动挂图32上，在位于白色书写板上的情况下，虚线笔行程表示以非标记模式形成但是被数字记录并且投影在白色书写板上的笔行程，在位于活动挂图上的情况下，实线笔行程表示以标记模式形成并且被数字记录的笔行程。从数码笔至计算机的虚线表示至计算机的位置信息传输。
使用者可以用数码笔以标记模式在活动挂图32上书写。活动挂图上形成的笔行程可以被作为一系列位置指示以数字形式捕获，并且从笔传输到计算机34。笔行程的数字表示可被存储在本地计算机34中用于即时或稍后浏览或处理，或者被传输到远程计算机。使用者可以从活动挂图移动到白色书写板30，并且继续使用处于标记模式的数码笔。以与活动挂图相同的方式，笔行程可以利用位置编码图案以数字形式被捕获，并且被传输到本地计算机。然后使用者可以在本地计算机34上开始演示，并且将该本地计算机连接至投影仪36以在白色书写板上显示所述演示。在该情况下，使用者可能想要将数码笔在白色书写板上用作处于非标记模式的指示笔，以从白色书写板控制本地计算机上的演示和/或以在白色书写板上绘制而不在白色书写板上留下任何可见痕迹。为此，使用者可以在数码笔上盖上帽24。当处理由处于非标记模式的数码笔记录的位置指示时，计算机程序可模拟左侧按钮按下的鼠标。数码笔因此可用作虚拟鼠标，以与将鼠标用于控制计算机屏幕上的显示相同的方式来控制在白色书写板上的演示。数码笔此外可用于以与将鼠标用于在计算机显示屏上绘制相同的方式在白色书写板上绘制，从而由数码笔在白色书写板上形成的不可见(非墨水)笔行程可在计算机中重复生成，并且由投影仪投影在白色书写板上的演示部的顶部。
上述系统例如可以被使用于教室、会议室或演讲礼堂。
转到图2，现在将更加详细地讨论数码笔10的主要部件。外壳14可以是细长的并且大体上为笔形状，并且可包括一个或更多个承载并封装其它笔部件的部分。其可限定一个或更多个用于诸如墨盒和电池之类的可更换部件的隔间。外壳中的这些隔间中的每个均可以经由完全可拆卸或半拆卸的盖来接近。盒隔间可以在一个短端部处具有用于书写尖端的开口，并且盖可形成隔间的一个壁以及开口的对应壁，从而当帽24具有比用于书写尖端的开口大的截面积时，墨盒可以被插入所述隔间并且从所述隔间移除。外壳还可限定用于一个或更多个PCB(印刷电路板)的一个或更多个空间。笔的设置有书写尖端的一端被指定为书写端，而另一端被指定为非书写端。在书写端，外壳可限定第一开口和第二开口，图像通过第一开口由相机系统捕获，当墨盒被加载于外壳中时墨盒的书写尖端通过第二开口突出。笔的非书写端可以被设计成在帽被从书写端移除以使用处于标记模式的笔时该帽能够被保持在该非书写端上。
数码笔的相机系统18可包括光学模块和光学图像传感器。光学模块可包括光源，该光源可包括例如发光二极管(LED)或者激光二极管，用于通过照明辐射(例如红外光)来照明表面的位于图像传感器的视野内的一部分。光学模块此外可包括：透镜装置，该透镜装置用于将所观察的区域的图像投影在图像传感器上；以及可能的一个或更多个导光元件，该一个或更多个导光元件用于将光从光源引导到所述表面和/或从所述表面引导到传感器。图像传感器例如可以是二维CCD(电荷耦合装置)或者CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器，该传感器被触发而以固定速率或可变速率(通常大约为70至100Hz)捕获图像。相机系统还可包括波长过滤器，该波长过滤器适于去除不需要的波长。数码笔的一个实施方式可包括两个照明光源，这两个照明光源能够被选择性地或者交替地致动以减小由于镜面反射而可能产生的问题。在另一个实施方式中，相机系统可包括一个或更多个偏光器以去除镜面反射光。
在示例性数字笔中，相机系统18可如WO2005/057471中所公开的那样被构造。
数码笔的处理模块20可包括一个或更多个处理器、存储块和关联软件。处理模块可以负责笔中的不同功能，例如图像处理、位置解码、曝光控制、用户反馈和电源管理，并且可由商业上可得到的诸如CPU(“中央处理单元”)的微处理器、DSP(“数字信号处理器”)或者诸如FPGA(“现场可编程门阵列”)或者另选地ASIC(“特定用途集成电路”)、离散分析和数字部件的其它一些可编程的逻辑装置，或者以上的一些组合实施。处理模块可包括一个或更多个子模块，所述一个或更多个子模块可以被实施在一个或更多个硬件部件上。存储块可包括不同类型的存储器，诸如工作存储器(例如RAM)以及程序编码和永久存储存储器(非易失型存储器，例如闪存)。
通信模块22可包括通信界面，该通信界面用于向附近或远程设备，诸如计算机、移动电话、PDA、网络服务器等传输或曝光数据。通信模块可包括用于有线或无线短程通信的部件(例如，USB、RS232、无线电传输、红外传输、超声传输、电感耦合等)。通信模块可包括一个或更多个子模块，该一个或更多个子模块可被实施在一个或更多个硬件部件上。
示例性数码笔可如WO2008/002239中所描述的那样被构造。在该数码笔中，相机系统的图像传感器被集成在ASIC(特定用途集成电路)上，该图像传感器还包括图像处理逻辑电路，该图像处理逻辑电路准备由图像传感器捕获的图像数据以进行解码。该数码笔还具有带备用处理能力的标准蓝牙通信电路，该蓝牙通信电路用于从自ASIC接收的预处理图像数据解码坐标数据。在示例性笔中，ASIC可以被放置在第一PCB上，该第一PCB还承载光学模块，并且蓝牙通信电路可以被放置在第二PCB上。
数码笔可以被构造成向外部装置或多或少即时地传输记录信息，或者存储信息直到由用户触发以传输信息。在一个实施方式中，笔的功能可以被限制为捕获图像并且向外部装置传输图像数据。在另一个实施方式中，数码笔可从图像解码位置指示，例如x和y坐标，并且将位置指示传输到外部装置(任选地和补充信息一起)，所述补充信息例如为：时间戳，该时间戳指示在记录每个位置指示时的时间点；笔识别数据，该笔识别数据独特地识别记录位置指示的笔；方位数据，该方位数据指示笔的方位；以及/或力值，该力值指示当记录位置指示时笔被压靠在表面上的力。在又一实施方式中，笔另外可响应于解码位置执行某些操作，诸如确定随后的笔行程的期望颜色或线宽，或者将笔设置成蓝牙TM配对模式。
墨盒15包括墨供给部和书写尖端16，该书写尖端允许使用者通过沉积在表面上的墨来在所述表面上物理地书写或者绘制。墨盒的标记墨可以透过照明辐射，以避免干扰数码笔中的光电检测。墨盒可以是细长的。墨盒在其长度的大部分上可具有大体上圆形的截面，或者其可具有不同的几何形状截面，例如矩形截面。截面的面积沿长度可以相同或不同。墨盒可包括：壳体，该壳体封装墨；以及书写尖端，该书写尖端由毛毡或者另外的材料制成，该毛毡或者另外的材料适用于数码笔的预期使用，由壳体保持并从壳体中的开口部分地突出。墨盒可以被永久地结合在数码笔中或者可更换。该墨盒可被设计成在外壳中具有预定旋转位置，或者其可以对旋转不敏感。在第一种情况下，墨盒可以设置有一个或更多个引导元件，该一个或更多个引导元件旨在与外壳中的一个或更多个对应的引导元件协作，以控制其在外壳中的旋转位置。该墨盒还可以设置有一个或更多个引导元件，该一个或更多个引导元件旨在与帽24的一个或更多个对应的引导元件协作，以控制帽相对于盒的旋转位置并由此相对于外壳的旋转位置。
数码笔的帽24的一个目的可以是为了在数码笔不使用时或者在数码笔以非标记模式使用时防止墨从墨盒沉下。另一个目的可以是为了防止墨变干。为了能够数字记录处于非标记模式的笔行程，数码笔的帽被设计成覆盖书写尖端，但是当帽被放置在数码笔的书写端时不在功能上妨碍相机系统的视野。“不在功能上妨碍相机系统的视野”在这里是指当帽覆盖书写尖端时，帽应允许相机系统捕获用于确定笔的位置的图像，从而可以数字记录笔行程。帽可被构造成紧固在盒或外壳上，或者两者上。在一个实施方式中，帽仅被紧固在盒上并且仅覆盖书写尖端。帽可被设计成如同具有封闭前端的盒外壳的连续部，例如象图2b中那样。通过这样的设计，能够避免干扰相机系统的视野。然而，存在安全规程，用于防止阻塞故障，所述安全规程保证小的可拆卸部分应设计成使得其不能穿过直径为16mm的孔。出于其它原因(例如出于美学原因或功能原因)还可能期望具有较大截面的帽。为了符合这样的规程，并且仍在功能上不妨碍相机系统的视野，帽可以设置有上部结构，当帽被放置在笔的书写端时，该上部结构增大了位于相机系统的视野外的帽直径。该上部结构可例如在横向于帽的纵轴线的平面中是不对称的。在另一实施方式中，帽可透过用于捕获靠近尖端的表面的图像的辐射。在该情况下，帽在存在于笔的书写端上时可延伸到视野中，而在功能上不妨碍相机系统的视野。在又一实施方式中，帽可具有开口，该开口的尺寸适于相机系统的视野，从而在帽被放置在数码笔的书写端时不在功能上妨碍相机系统的视野。
帽可具有一个或更多个引导元件，该一个或更多个引导元件旨在与外壳上/中或盒上的一个或更多个引导元件协作，以控制其相对于外壳的旋转位置，从而帽在被放置在笔的书写端时不在功能上妨碍相机系统的视野。帽还可以设置有保持元件，所述保持元件旨在与盒上的或外壳上的对应保持元件协作，以在笔不使用时或者以非标记模式使用时将帽保持在笔的书写端上。
用于笔的电源可以由电池提供，所述电池可以被反复充电。为了节约电池时间，数码笔可包括电源管理模块以控制笔的电源状态。在示例性数码笔中，电源管理模块可以如WO2008/002239中那样构造。
数码笔可以设置有下笔检测器，以检测何时笔被应用(下笔)于表面和从表面抬起(起笔)，并且任选地允许确定施加力。下笔检测器可以是接触传感器或者近程传感器，并且可以被操作性地连接至墨盒。笔行程可以由下笔和随后的起笔限定。下笔和起笔可发生在一个相同位置，从而笔行程可以包括单个位置或者一对坐标。基于下笔检测器的输出，相机系统可以由处理模块控制，以捕获下笔和起笔之间的图像。下笔检测器可以是光学的、机械的、阻抗的、感应的、电容性的或者基于任何其它适当的物理特性。在示例性数码笔中，下笔检测器可以是力传感器，如在WO03/069547或JP2006-301979中公开的那样。在这些文献中公开的力传感器被设计用于圆珠型数码笔。力传感器的参数因此可必须适于标记笔式数码笔。
数码笔可以以不同的方式开启。在一个实施方式中，数码笔设置有待由使用者操作的通/断开关，以开启/关闭笔。在另一个实施方式中，笔具有自动地检测使用者握住笔的传感器，例如热传感器或者压力传感器。传感器的输出触发笔的启动行为，诸如设定通信链路并且在工作存储器中加载软件。在示例性数码笔中，下笔检测器可用于不仅触发由相机系统捕获图像，而且开启笔。在该情况下，使用者仅通过开始使用笔而开启笔。当下笔检测器检测到下笔时，通信模块启动一处理以设定通信链路，例如蓝牙连接。平行地，软件被加载到工作存储器中并且开始执行，并且相机系统被触发以开始捕获图像。如果数码笔能够在通信链路已被建立前开始确定其位置，则笔可能缓冲一些或所有位置，直到笔能够开始向外部单元发送位置信息。使用接触传感器用于通/断和用于控制开始和停止相机系统捕获图像的概念可以使用于不同种类的数码笔中，而不仅是本文所描述的数码笔，也不仅是数码擦除器。
与笔如何被开启无关，笔可以具有不同的电源模式，以节约电池时间。例如其可以具有高电源模式、中电源模式和低电源模式，如在上述的WO2008/002239中所描述的。因为不活动超时可能发生向低电源模式的转换。因为下笔检测可能发生向较高电源模式转换。当笔未被使用预定时间时，笔可以被自动关闭。
笔还可以包括MMI(人机界面)，该人机界面可以由处理模块选择性地致动以用于用户反馈。MMI可包括显示器、指示灯、振动器和扬声器中的一个或更多个。
此外，笔可包括一个或更多个按钮，通过该一个或更多个按钮，笔能够被致动和/或控制。
笔可被构造成在绝对位置偏码图案上操作，该绝对位置编码图案对表面上的绝对位置进行编码。在表面上编码的位置可以或者不可以包括表面上的位置的起点。不同的表面可以设置有不同种类的位置编码图案，或者设置有一个和相同位置编码图案的不同部分，或者甚至设置有一个和相同位置编码图案的相同部分。在后一情况下，使用者可能必须指示表面的变化并且识别新表面。数码笔可存储有信息，该信息能够使笔在不同种类的表面之间辨别。还可以存储数据库，该数据库通过不同的参数或指令与位置编码图案的不同部分关联，或者与对应于位置编码图案的这些不同部分的位置关联。位置编码图案的特定部分可例如被用作控制区域以控制笔的操作，或者被用作限制区域以限制笔行程。位置编码图案的至少一部分可以与对笔的指令相关联，以进入可被另一装置(例如蓝牙装置)发现的配对模式。如果使用者想使数码笔与另一装置配对，就将数码笔放置在表面的设置有位置编码图案的配对模式部分的区域。利用数据库，数码笔将解释从作为指令的位置编码图案的该部分解码的位置以进入配对模式。位置编码图案的至少一个其它部分可与向系统指示笔现在将用于标记模式/非标记模式的参数相关联。如果使用者想向系统指示笔现在用于标记模式/非标记模式，就将数码笔放置在表面的设置有位置编码图案的相关部分的区域中。数码笔然后可将与位置编码图案的该部分相关联的参数发送到外部装置，例如图3中的计算机，该计算机可利用该信息来控制系统，从而以合适的方式操作。位置编码图案的其它部分可与用于限制笔行程的不同参数相关联。在非标记模式下，使用者可能想向系统指示例如待投影在白色书写板上笔行程的颜色和/或线宽。然后他将笔放置在表面的设置有位置编码图案的专用于特定颜色/线宽的部分的区域。结果，笔将向计算机发送相关联的指令或参数，计算机将把笔行程处理成具有特定的颜色/线宽。应注意到，上述控制区域可以在标记模式和非标记模式中使用。
示例性数码笔可构造成在由Anoto AB研制的位置编码图案上操作。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中描述的并且在其中引用的那样，构造和解码位置编码图案。
可以在例如US5,852,434；WO2006/065045；WO99/50787；US5,661,506；US2004/0085287；US5,442,147；以及US2005/0173544中发现可以在表面上使用的能够数字记录笔行程的其它绝对位置编码图案的实施例。
处理模块可独立于使用的位置编码图案，处理图像数据以计算由编码图案的成像部分编码的位置。所生成的系列临时协调位置形成笔行程的数字表示。
数码笔不必必须在设置有绝对位置编码图案的表面上操作。表面和笔例如可以通过用于使用三角测量法或飞行时间技术确定笔的绝对参考位置的方式设置。数码笔然后可通过相对定位技术确定其在参考点之间的位置。笔例如可与连续捕获的图像的内容匹配，以确定连续的相对位置。
现在将参照图4至6描述示例性数码笔，该示例性数码笔作为处于标记模式的标记笔和处于非标记模式的指示笔操作。
图4示出了示例性数码笔的分解视图，该数码笔具有其主要机械部件：外壳14、墨盒15和帽24。该分解视图还包括作为用于数码笔的电源的电池36，并且其示意性地示出了存在两个PCB 37、38。第一PCB 37可承载图像传感器和光学模块(未示出)，第二PCB 38可承载蓝牙通信电路(未示出)。
外壳14大体上包括承载件40、底部41、顶部42、盒盖43和电池盖44。承载件和顶部被示出处于组装状态。承载件40从书写端向非书写端延伸通过整个数码笔。数码笔的操作部分，例如两个PCB 37、38以及下笔检测器45和墨盒15，均由承载件保持，从而形成短的公差链。更具体地，第一PCB 37和第二PCB 38固定到承载件40，例如拧在承载件上。墨盒15保持在盒隔间47中，该盒隔间由承载件40与顶部42和盒盖43一起限定。盒的纵向位置和旋转位置由承载件和盒盖中的引导元件控制。接触传感器45被安装在位于凹部中的盒隔间的一个短端部中，该凹部设置有顶盖48，以防止其在墨盒更换时磨损。电池36被保持在电池隔间49中，该电池隔间由承载件和底部与电池盖一起限定。
电池盖44具有舌状件50，当盖被关闭并且承载件承载弹性偏压锁定板52时，该舌状件50被保持在底部中的凹部51中，当电池盖被关闭时，弹性偏压锁定板52延伸通过位于电池盖的底部中的开口53，但该弹性偏压锁定板52可由使用者推回以打开电池盖。电池盖44在其后端中设置有保持元件(未示出)，从而在笔在标记模式中使用时帽24能够被保持在笔的非书写端上。
底部41旨在由螺钉固定到承载件40。该底部与承载件一起限定位于盒隔间47下方的用于第一PCB 37的空间。第一PCB上的测试点可通过盒隔间的底部中的舱口54接近。第一PCB上的相机系统通过位于外壳的书写端处的窗口55捕获图像。
承载件形成为位于书写端处的托架56。该托架突出到用于相机系统的窗口55的前方。该托架与顶部42一起限定位于数码笔的书写端处的第二开口57，当墨盒被放置在盒隔间中时，墨盒的书写尖端通过第二开口57突出。
顶部42通过螺钉固定到承载件。顶部42与承载件40一起限定位于电池隔间49上方的用于第二PCB 38的空间。第二PCB上的多色LED(未示出)通过顶部中的透明狭缝58可见，从而可经由LED提供用户反馈。顶部还包括弹性按钮59，盒盖43可通过该弹性按钮被锁定和解锁。按钮59的前部构成保持元件60，当盖被放置在顶部上时，该保持元件被弹性偏压到位于盒盖43的下面的凹槽(未示出)中。
盒盖在其前端具有两个钩62。当盒盖被置于数码笔上时，这两个钩旨在被接收在外壳中的位于托架56的每侧处的相应槽63中。盒盖的后部设置有保持元件，该保持元件与顶部上的对应保持元件协作，以将盖保持在数码笔上。
墨盒15具有壳体70，该壳体70保持墨供应部和呈毡尖形式的书写尖端16。壳体具有：基本柱形的前部72，毡尖放置在该前部中，使其从该前部突出；基本柱形的中间部73；以及基本上柱形的后部74。前部、中间部和后部的截面积不同。前部设置有围绕其外周的呈环74形式的保持元件。环74旨在与帽内的环协作，以将帽保持在墨盒上。前部还设置有呈锥形引导区域75形式的引导元件，该引导元件位于前部的上侧。该引导区域旨在与帽内的对应凹部协作，以将帽引导到盒上的预定旋转位置。这些引导元件还简化了帽的去除。如果帽略微转动，则帽将通过盒与帽的引导元件之间的相互作用被迫从书写尖端离开。
中间部在其上侧具有纵向引导脊76，该引导脊76被布置成抵靠盒盖内的脊(未示出)，以防止盒在盒隔间内倾斜。而且，中间部73在其下侧具有凹槽78，该凹槽78旨在与盒隔间47的底部中的引导脊79(参见图5)协作，以控制墨盒15在外壳中的旋转位置以及由此控制帽24相对于外壳的旋转位置。中间部的截面积比后部的截面积小。这样，具有相机系统的第一PCB能够被较靠近墨盒的纵轴线放置，从而相机系统能够捕获靠近书写尖端的图像。笔也能够以此形成得较薄。引导脊76的上侧与后部的上侧对准。这样，盒盖内的脊的高度能够被保持得较小，从而将允许盒盖在被移除时在帽上滑动。
后部具有突钮80(参见图6)，当墨盒被放置在盒隔间中并且笔在表面上操作时，该突钮旨在作用于下笔检测器45上。
帽24包括：圆锥部81，该圆锥部81旨在覆盖书写尖端；以及柱形部82，该柱形部82旨在通过上述的内环而被锁定在墨盒的前部上，所述内环在位于盒的前部上的外环74上滑动，以将帽保持在盒上。当帽24被放置在盒上时，帽的柱形部82可抵靠中间盒部73的短端83。而且，盒设置有呈防护部85形式的上部结构，该防护部被设计成当帽被安装在墨盒上时能够绕承载件的托架56延伸。防护部85被设置在帽的上侧。该防护部围绕帽的周长的大约一半延伸，从而不在功能上妨碍相机系统的视野。通过该防护部，帽的直径被增大，使得横向于柱形部的纵轴线的平面中的最大尺寸至少为16mm，由此防止堵塞危险。
图4中所示的示例性数码笔的墨盒能够被从数码笔去除，并且能够更换为另一个墨盒，例如当墨储器变空或者当使用者希望使用具有另一种颜色的墨的墨盒时。
当要更换墨盒时，帽24被放置在书写尖端16上。然后使用者挤压位于顶部42上的弹性按钮59，从而将保持元件60从盒盖43中的凹槽松开。同时，使用者朝向书写端推动盖43，从而前端中的钩62从承载件中的凹槽63松开，并且盖能够被去除。
当盒盖43已被去除时，盒隔间47的顶壁(上侧)完全通向书写端处的敞开短端(开口57)。这意味着在帽存在于书写尖端上的情况下盒隔间中的墨盒能够容易地从数码笔被抬起和去除。然后在帽24存在于书写尖端上的情况下，如图4示意性所示，另一个墨盒15可在与盒隔间的纵轴线基本上垂直的运动中使纵轴线近似平行于盒隔间的纵轴线而从上方被插入盒隔间中。
当已将新墨盒15放置在盒隔间47中时，通过在使盒盖43的边缘86抵靠外壳的顶部的边缘87滑动的纵向运动中使盒盖43在外壳上滑动，直到将盒盖的后端处的保持元件接合到外壳的保持元件中并且将前端处的钩62接合到承载件的凹槽63中，而能够将盒盖43放回外壳上。为了如上所述能够将盖以该方式放上并且被去除，其前端的横截面比帽的横截面大，从而前端能够在帽上滑动。
从以上清楚的是，在帽被保持在盒上的情况下，墨盒能够被插入数码笔中并且从其移除，由此防止与墨盒更换相关的不想要的墨迹。
为了允许通过位于盒隔间的最远离书写端的短端部处的下笔检测器进行下笔检测，墨盒当被放置在盒隔间中时可沿纵向略微地运动。在图4的示例性数码笔中，墨盒朝书写端的运动受位于盒隔间47的底部的止动件90(图5)的限制，墨盒的中间部73抵靠止动件90。墨盒朝非书写端的运动受下笔检测器45的限制。来自墨盒在盒隔间内的运动的任何噪音可通过用某种弹性材料覆盖止动件而降低。为了也允许在非标记模式中进行下笔检测，墨盒还可在将帽放置在书写尖端上的情况下在盒隔间中运动。这通过仅将帽固定在盒上并且可与盒一起运动的情况下变得可行，而使其纵向运动不被外壳的任何部分阻挡。帽和盒可以作为一个单元在外壳中运动，而在帽和盒之间无任何相对运动。
为了使帽不妨碍相机的视野，可能需要控制帽相对于外壳的旋转位置。从以上清楚的是，通过帽与盒具有控制帽在盒上的旋转位置的协作引导元件，并且通过盒与外壳具有控制盒相对于外壳的旋转位置且由此控制帽相对于外壳的旋转位置的协作引导元件，来实现该控制。在另选实施方式中，帽的旋转位置由外壳直接控制。帽和托架例如能够被设计成使帽被保持在托架内，但使得帽仅在预定旋转位置装配到托架中，该预定旋转位置不会功能性地妨碍相机系统。在该实施方式中，帽可被放置在墨盒上的任何旋转位置，并且墨盒不必被旋转地控制在盒隔间中。为了允许下笔检测，在该情况下，帽需要能够在托架内运动。
图7示出了帽的不同设计。在该情况下，上部结构是对称的，从而帽能够被放置在盒上或外壳上/中的两个不同旋转位置，而不功能性地妨碍相机系统的视野。
如以上图4和5的示例性数码笔所示，外壳14包括沿笔的纵向结合的底部41和顶部42。换言之，数码笔沿笔的纵向在顶部42和底部41之间具有分割线。外壳14具有盒隔间47和电池隔间49，盒隔间47和电池隔间49可通过顶部42中的盒盖43和底部41中的电池盖44接近。在不同的实施方式中，盒隔间能够通过底部中的盖接近，并且电池隔间通过顶部中的盖接近。
图8示意性地示出了一实施方式，根据该实施方式，墨盒15和电池36均可从外壳的上侧接近。在该实施方式中，外壳14可以是单个部件，该单个部件可在其上侧限定盒隔间和电池隔间，并且可保持相机18、一个或多个PCB 37以及如上所述的在数码笔中使用的其它部件。盒隔间和电池隔间可通过相应的盖43和44接近。盒隔间可在其上侧和其前端中被打开，使得在基本上垂直于盒隔间的纵轴线的运动中，在盒15的纵轴线基本上平行于笔的纵轴线的情况下，可将盒15从顶部加载至盒隔间中。
图9a示意性地示出了示例性数码笔，该数码笔具有外壳，该外壳具有顶部42和底部41，并且沿笔的纵向具有分割线410。在该实施方式中，底部限定用于盒15的隔间和用于电池36的隔间，该两个隔间可从数码笔的相同侧(在该情况下为上侧)接近。顶部42形成用于数码笔的单个盖。图9b至9d示意性地示出了开/关盖的不同方式。在图9b的实施方式中，盖基本上被从上方放置在底部41上并且通过卡合动作紧固到底部41。盖以对应的方式被释放。在图9c的实施方式中，盖通过位于数码笔的非书写端的铰链430被铰接到底部，并且在图9d的实施方式中，盖被滑动到数码笔的底部上或者滑离该底部。在关闭的状态下盖可被固定到底部从而使其不被误打开。
在另一实施方式中，外壳可包括单个部分，该单个部分限定纵向盒隔间。墨盒可通过隔间的前短端或后短端被加载/更换。
在又一实施方式中，数码笔的外壳可包括两个部分，沿数码笔的大体横向具有分割线。外壳的两个部分例如可通过螺接、卡合或者铰接而彼此紧固。图10a和10b示意性地示出了示例性数码笔，该数码笔具有两个外壳部分，即，前部410和后部420，该两个部分通过铰链430铰接在一起。前部限定纵向盒隔间，该纵向盒隔间具有位于其前短端440中的用于盒的尖端的开口和位于其后短端450处的开口(盒待通过该开口被插入/移除)。以相似的方式，后部限定用于电池的隔间，该用于电池的隔间在其前短端460处具有开口，电池通过该开口被插入/移除。盒隔间和电池隔间通过如图10b所示的打开射击枪状的外壳，即，通过打开铰链来接近。
如前面所提及的，可期望具有帽，当墨盒被加载到数码笔中时并且当从数码笔移除时，该帽被放置在墨盒的书写尖端上。在帽的截面比供书写尖端通过而突出的开口大时，这在图8和9a至9d的数码笔中也是可行的。这样的原因在于盖形成用于书写尖端的开口的一个壁，使得可以在基本上垂直于盒隔间的纵轴线的运动中，在墨盒的纵轴线基本上平行于盒隔间的纵轴线的情况下，将墨盒插入盒隔间中和从盒隔间移除。
当墨盒沿外壳的纵轴线从后向前插入外壳中，诸如图10a和10b中所示的数码笔中时，帽的截面不应比供书写尖端通过而突出的开口的最大截面大，以在帽存在于书写尖端上的情况下可更换墨盒。然而如果墨盒沿外壳的纵轴线从书写端朝非书写端被插入外壳中，则帽的截面可比书写尖端开口的最大截面大，这是因为帽不必通过开口。然而，墨盒的壳体可能需要适于书写尖端开口的截面。
对于利用处于非标记模式的帽的上述方案的另选方案可以是，由处于非标记模式的指示笔(无墨的模拟盒)取代墨盒。在该方案中，帽仍可存在于墨盒上，以防止当数码笔未在使用时并且墨盒被更换时墨弄脏。帽的设计可以不同于上述的设计，因为帽可覆盖相机系统的窗口。帽可被紧固在墨盒上，从而在帽存在于书写尖端的情况下墨盒可被移除和插入。为此，数码笔的外壳可限定盒隔间，该盒隔间在其短端处具有盖和用于书写尖端的开口，其中盖形成隔间的一个壁和用于书写尖端的开口的对应壁，从而墨盒可在基本上垂直于盒隔间的纵轴线的运动中在墨盒的纵轴线基本平行于盒隔间的纵轴线的情况下被插入和移除。
以上已示出了通过将数码笔放置在位置编码图案的专用部分上，使用者能够指示从标记模式到非标记模式的变化，反之亦然。在这一点上应该观察到，笔不需要知道笔是以标记模式操作还是非标记模式操作，只要其仅记录两个模式中的笔行程即可。然而位置信息从数码笔发送所至的装置可能需要知道笔的模式，以适当地处理位置信息。作为使用位置编码图案的专用部分的另选例，数码笔可包括用于检测帽是开启或关闭的不同方案。该方案例如可包括：接触或近程传感器，该接触或近程传感器放置在外壳中或者靠近书写端的墨盒上，用于检测帽存在于书写尖端上；图像处理，以检测帽的一部分存在于由相机系统捕获的图像的边界处或者检测至表面的距离；帽检测器，该帽检测器位于数码笔的后端处，用于当笔以标记模式使用时检测帽的存在；以及在使用透明帽时对辐射强度的测量。如果系统包括由处于标记模式的笔专有地使用的一个表面和由处于非标记模式的笔专有地使用的另一个表面，则系统可从设置在不同表面上的不同位置编码图案解码的不同位置确定当前模式。
数码笔可具有悬停模式，在该模式下，当笔从所述表面移动小的距离或者与所述表面接触但具有不触发下笔检测器的非常轻的压力下也确定笔的位置。该悬停模式能够被用于模拟“普通”鼠标运动，即，不压下任何鼠标按钮。可通过触发相机来实现悬停，以始终(即，不仅在下笔和起笔之间)捕获图像。相机系统的范围深度可限制距可以悬停的表面的距离。
数码笔在以上描述为适于使用在例如白色书写板上和/或活动挂图上。当然其还能够使用在适于用永久或可擦除的墨标记的其它表面上、和/或能够用作指示表面的其它表面上，所述指示表面即这样的表面：笔可在其上以非标记模式使用以用于数字记录能够被显示在相同或不同表面上的笔行程，和/或用于数字记录用于控制例如数字演示或计算机应用的笔行程。笔还可具有毛毡型书写尖端之外的书写尖端。书写尖端例如能够是圆珠笔书写尖端、自来水笔书写尖端、中性笔书写尖端或者任何其它类型的合适书写尖端。数码笔例如能够以标记模式用于在设置有位置编码图案的笔记本中做记录，然后以非标记模式用于设置有位置编码图案的计算机屏幕上以用于控制计算机程序，或者其能够以标记模式使用于一组纸上以用于产生演示然后以非标记模式使用以控制演示。

Claims (17)

1.一种数码笔，该数码笔包括：
墨盒(15)，该墨盒具有用于标记一表面的书写尖端(16)；
相机系统(18)，该相机系统用于捕获所述表面的图像，从而数字记录形成在所述表面上的笔行程；
可拆卸帽(24)，该可拆卸帽待被放置在所述数码笔的书写端处，
所述数码笔的特征在于，
该数码笔可选择性地作为非标记笔或标记笔操作，在所述非标记笔的情况下，所述帽(24)被放置在所述书写端处，而在所述标记笔的情况下，所述帽(24)不放置在所述书写端处，并且该数码笔被构造成当作为非标记笔和作为标记笔操作时数字记录笔行程。
2.一种数码笔，其中该数码笔包括外壳(14)。
3.根据权利要求1或2所述的数码笔，其中，所述帽(24)被设计成覆盖所述书写尖端，而在所述帽被放置在所述数码笔的所述书写端时不功能性地妨碍所述相机系统(18)的视野。
4.根据权利要求1、2或3所述的数码笔，其中，所述帽(14)被设计成保持在所述盒(15)上。
5.根据权利要求4所述的数码笔，其中，所述帽和所述盒设置有协作保持元件以将所述帽保持在所述盒上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的数码笔，其中，所述笔包括下笔检测器(45)，并且所述盒可在所述外壳中纵向移动，从而在所述帽放置或不放置在所述数码笔的所述书写端的情况下触发所述下笔检测器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的数码笔，其中，所述盒和所述帽具有协作引导元件，以控制所述帽相对于所述盒的旋转位置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的数码笔，其中，所述盒和所述外壳具协作引导元件，以控制所述盒相对于所述外壳的旋转位置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的数码笔，其中，所述帽(24)包括上部结构，该上部结构增大所述帽的直径。
10.根据权利要求9所述的数码笔，其中，所述上部结构在横向于所述帽的纵轴线的平面中是非对称的。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的数码笔，其中，所述外壳限定盒隔间(47)，该盒隔间具有盖(43)和用于所述书写尖端的开口(57)，该开口位于所述盒隔间的一个短端部处，所述盖形成所述隔间的一个壁和用于所述书写尖端的所述开口的对应壁。
12.根据权利要求11所述的数码笔，其中，PCB可通过所述盒隔间的底部(54)接近以进行检测。
13.根据权利要求11所述的数码笔，其中，所述可移除盖(43)的最靠近所述数码笔的所述书写端的截面比所述帽的截面大。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的数码笔，其中，所述外壳包括通过铰链(430)连接的第一部分(41，410)和第二部分(42，420)，从而当所述铰链打开时提供所述墨盒(15)的更换。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的数码笔，其中，所述表面设置有位置编码图案，其中所述数码笔还包括处理模块(20)，该处理模块用于从表示在由所述相机系统(18)捕获的图像中的位置编码图案解码位置信息，其中数字记录的笔行程由所述位置信息构成。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的数码笔，其中，所述墨盒(15)可更换。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的数码笔，其中，所述墨盒的所述书写尖端(16)适于在白色书写板上使用。
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