CN203178932U - 无线数码笔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无线数码笔，包括笔管、用于书写的笔芯、安装于所述笔管前端用于捕获笔尖书写位置处图像的镜头模组，以及安装于所述笔管内部的主控制器、电池和无线传输模块。实施本实用新型，加上专用的、排布有隐形二维码的数码笔记本，可以和智能手机配合使用，即时记录书写的笔迹数据，并可由本实用新型控制智能手机进行同步录音录像等操作，为用户提供了一种书写手感和普通书写笔相同但笔迹数据完全信息化的多功能数码笔，加之成本低廉、便于携带，具有可观的市场前景。

Description

无线数码笔

技术领域

本实用新型涉及数码笔产品，具体地说，涉及一种笔管的粗细程度与普通书写笔相同、具有无线通讯功能、与智能手机配用的多功能数码笔。

背景技术

千百年来，用笔在纸上书写一直是人们当然的记录手段，作为人们生活的一部分，没有人觉得这有什么需要改变的。藉此衍生的书法艺术，更吸引了亿万爱好者趋之若鹜，以致书法艺术突破国界遍及世界各个角落，影响着人们世世代代的生活。

电脑的普及使键盘成为另一种流行的“书写”方式，其最大优点在于本身具有的信息化和数字化，更便于人们随意传输、共享、检索和保存。以致于，很多年轻人“手写”的机会越来越少，“敲得一手好键”成了比“写得一手好字”更为向往的追求。然而，无论如何键盘却终究无法取代纸笔，人们外出办公、开会记录、签字取证的时候，不得不继续使用纸笔书写，大量生活场景中，纸笔书写仍然占据统治地位。

于是，尝试以电子书写取代纸笔书写的各种工具开始涌现，从各种平板电脑的手写笔到智能手机的sPen、ePen、iPen，其宗旨都是向用户提供一种“更为便捷”的类似纸笔书写的工具或手段，并将书写的笔迹数据信息化。

然而，在平板电脑或智能手机僵硬平滑的屏幕上书写毕竟和在柔软糙滞的纸张上书写相差太远，后者的手感舒适和携带方便是前者无法实现的。

另一方面，结合了数码拍照技术和隐形二维码技术的数码笔成为在书写感觉上和纸笔书写完全相同书写工具，并且实现了笔迹数据的信息化。特别是，申请号为201220739705.1的实用新型专利申请通过改进数码笔结构缩小了数码笔的体积，使得数码笔作为单体使用成为可能，因而为数码笔的推广应用提供了可能。

但是，在智能手机日益普及的今天，人们的生活习惯和工作模式都已发生了翻天覆地的变化，很多信息和知识通过智能手机达到最充分的传输和共享。与云存储结合，又使人们随时随地可以象在办公室一样享用自己电脑上的海量信息资源。相比之下，单体使用的数码笔显得有些传统和落伍，而且在资源共享和存储方面绕了个大圈，必须先将数据传输到电脑上才能充分共享和存储！

由此我们得到启示，既然智能手机已成为必须随身携带的信息终端，那为什么不把数码笔和智能手机结合起来，把尽可能多的功能转移到智能手机上完成呢？一则简化了数码笔的内部结构，减小了数码笔的体积；二则也使得笔迹数据更加直接地实现随时共享管理，而不必先“传输”到电脑上；三则，缩减功能的同时也大大降低了数码笔的功耗，为同样电池容量下延长使用时间奠定了基础。

本实用新型提出一种无线数码笔，包含书写、拍照、二维码图像处理与识别、以及得出笔迹数据的功能，还包括将这些笔迹数据以无线传输的方式即时传递给给智能手机的功能。剩余的其他数码笔功能，如笔迹数据在屏幕上的再现、同步进行的录音录像以及复合数据的组织管理等等，全部由智能手机实现。

这样一来，数码笔的结构大大简化，可以做得和普通笔一样大小。笔迹数据也可以即时地直接无线传输到智能手机，不必要先经过USB传输到电脑就实现了随时充分共享。而对于智能手机来说，由于无线传输功能(蓝牙、WiFi等)基本都是标配，根本不需要做任何改变，只要为智能手机专门设计一个应用软件就行了。

于是，在人们必然随身携带的智能手机与纸和笔中，只是把纸和笔换成了体积一样大小的数码本和数码笔，丝毫没有增加携带方面的不便，却完美地实现了自由地纸笔书写和笔迹数据的即时信息化管理，实在是理想之至。

实用新型内容

本实用新型要解决现有数码笔笔管过粗、功耗过大而使用不便的问题，提供一种和普通笔粗细相同、功耗较低、具有无线通讯功能的数码笔，结合智能手机实现数码笔手写笔迹数据的信息化管理。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种无线数码笔，包括笔管、笔芯、安装于所述笔管前端的镜头模组，所述笔管内装有带图像处理模块的主控制器、存储器、无线传输模块以及供电电池，所述主控制器与镜头模组、存储器、无线传输模块电连接，所述供电电池为数码笔供电。所述笔管上设有电源开关、指示灯和充电插座。

本实用新型的无线数码笔中，设置有传输笔迹数据的无线传输模块，所述无线传输模块可以使用蓝牙技术或WiFi技术与外部数据处理设备（例如智能手机）的无线传输模块相互通讯。

本实用新型的无线数码笔中，所述无线传输模块和所述主控制器集成在一块电路芯片中，所述电路芯片中还集成有存储器。

在本实用新型所述的无线数码笔中，所述无线传输模块的天线，采用片状天线安装在上盖盖住的充电插座上，或者采用螺旋形天线缠绕在充电插座周围，将上盖设计成塑胶件。

在本实用新型所述的无线数码笔中，也可以直接以金属的笔芯滑套作为所述无线传输模块的天线，笔头设计成塑胶件。

在本实用新型所述的无线数码笔中，所述笔管上设有笔夹，所述电源开关位于笔夹与笔管的结合部并与笔管相垂直地穿透所述笔夹伸入所述笔管中。为了美观，电源开关的键帽做成宝石型，可以发光，同时作为电源状态及充电指示灯。

本实用新型所述的无线数码笔中，所述镜头模组的镜筒截面设计成弧长大于半圆的优弓形或扇形，所述优弓形或扇形相对于所在园的空缺部分能包容笔芯滑套放置在镜筒上所占据的空间，使得镜筒和笔芯滑套的配合轮廓直径小于镜筒外弧面的直径，即如果将镜筒的外弧面延展封闭，形成的圆柱体能够容纳笔芯滑套放置在镜筒上所占据的空间。

本实用新型所述的无线数码笔中，所述笔管内设有由所述书写笔芯触控的触控开关或压力传感器，所述触控开关或压力传感器与所述主控制器电连接。

本实用新型所述的无线数码笔中，所述笔管内在镜头模组前方设置有红外防尘镜片，其作用是防尘和进一步滤光。

本实用新型所述的无线数码笔中，所述笔管内设有用于指示数码笔工作状态的LED指示灯，所述LED灯与所述主控制器电连接。

本实用新型所述的无线数码笔中，在所述笔管的前端装有一个套在所述笔管外部的可拆卸笔帽，用于防尘和保护笔头。

本实用新型所述的无线数码笔中，在所述笔管的顶端设有一个与笔管螺旋结合的上盖，盖住设于笔管上端的充电插座，拧下上盖可插入外接电源对数码笔进行充电。

本实用新型所述的数码笔中，采用圆柱形聚合物锂电池，安装在笔管上端内部。

采取这些措施得到的好处是：

1）数码笔成本更低。因为任何智能手机都标配蓝牙、WiFi等无线通讯模块，只要数码笔加入相应的无线传输模块，就可将书写中拍摄的图像数据以最少的工作量进行处理后经无线传输方式交给智能手机完成剩余的工作。对于智能手机来说，只需要设计一个应用软件就行了。由于取消了数字录音、录像、声音播放、文件系统、USB传输等功能，数码笔可以采用成本较低的主控制器甚至单片机，即便增加了无线模块，整体成本还是降低了很多。

2）采用体积更小的主控制器和无线传输模块而且去掉了音频相关的各种元件后，数码笔本身可以做得更细、更小、更便于书写和携带。

3）目前超低功耗的控制器和无线传输模块已经很成熟，以致数码笔的功耗可以很低，因而充电后的使用时间大大延长。

4）由于本实用新型除了产生笔迹数据外，实际也是智能手机的遥控器，因而可以通过点击预先定义的二维功能码操纵智能手机为用户同步实现比单体数码笔更为丰富实用的便捷功能。基于此一功能，本使用新型也可以作为通用点读笔。

5）结合智能手机本身的云存储机制，可以使用户越来越多的数码书写资料得到更合理有效的管理，不管身处何地随时可用，再也不必象传统笔记本那样放得到处都是而查询起来却非常麻烦！设想一下，如果用纸笔记录，30年后您现在用的笔记本还在吗？要在其中找到今天记录过的某一信息容易吗？另外，假如你身在外地，想翻阅几年前的笔记本怎么办？有了本实用新型，这一切都唾手可得、随手拈来！

综上所述，本实用新型的数码笔中，由于采取了一系列措施，尤其是采用无线传输模块实现笔迹数据即时传输后，将大量处理功能借助用户随身携带的智能手机完成，因而使数码笔的笔管和普通书写笔一样粗细，功耗大大降低，并且使笔迹数据处理更为直接和及时，使之成为名符其实的可方便书写的数码笔。不敢说它会改变人们的生活，至少可以使人们的书写记录发生巨大的变化。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1a是本实用新型一个优选实施例中无线数码笔的外形示意图；

图1b是本实用新型一个优选实施例中无线数码笔的使用状态示意图；

图2是本实用新型一个优选实施例中无线数码笔的内部结构剖视图；

图3a是本实用新型一个优选实施例中无线数码笔的镜头模组外形可选设计示意图(为清晰起见加入了笔芯及笔芯滑套)；

图3b是图3a所示实施例中无线数码笔的镜头模组的剖视图(示出图像传感器PCB元件布局)；

图3c是本实用新型另一个优选实施例中无线数码笔的镜头模组外形可选设计示意图(为清晰起见加入了笔芯及笔芯滑套)；

图3d是图3c所示实施例中无线数码笔的镜头模组的剖视图(示出图像传感器PCB元件布局)；

图4是本实用新型一个优选实施例中无线数码笔的原理框图。

具体实施方式

本实用新型的无线数码笔是在专利号为201120432932.5和申请号为201220739705.1的中国实用新型专利/申请所公开的多功能数码笔的基础上做出的改进，本申请参考并结合该两个实用新型专利。

本实用新型一个优选实施例中，数码笔整体外形如图1a所示，包括下管102、中箍103和上管104组成的笔管，可以摘下的笔帽101，笔夹105、装配在笔夹上的电源开关106以及上盖107。

图1b是数码笔使用状态的示意图。取下笔帽101，露出笔头110和套在笔芯滑套109中的笔芯108。书写时纸面上宽度L见方的面积内的画面被拍摄，如专利201120432932.5和专利申请201220739705.1所述，由于数码笔采用的是均匀排布了隐形二维码的专用数码笔记本，拍摄的图像可以经过处理得出笔尖位置的几何坐标数据。随着书写进行，不断地拍摄处理可以得到连续的笔迹数据。

图1b所示的上盖107和上管104通过中间部件以螺纹拧合，平时是盖上的。需要充电时，可将上盖107拧下来，露出充电插座111，插入外接电源对数码笔进行充电。本实用新型所述的数码笔中，可采用圆柱形聚合物锂电池，安装在笔管上端内部。

数码笔整体结构的剖视图如图2所示。其中，下管102前端设有笔头110，其中装有书写笔芯108，且书写笔芯108伸出笔头110前端。笔芯108可在笔芯滑套109内部无障碍地滑动，其后端由笔芯夹具208夹持，使笔芯108插入后不致脱落。笔芯夹具208后部是一个触控开关209，由笔芯108接触纸面时通过笔芯夹具208的压力接通触控开关209，通知主控制器开始处理书写信息。笔芯夹具208和触控开关209相互配合使笔芯108书写时的行程在0.2mm左右，让使用者感觉不到笔芯108的松动。

在本实用新型的另一实施例中，触控开关209可用压力传感器替代。这样，主控制器205可以根据压力传感器检测到的笔尖对纸面的压力确定书写的笔划的粗细，进而实现有笔锋、牵丝、附钩、甚至露白的书法艺术风格。

下管102内靠近笔头110处装有镜筒202，镜筒202内部装有镜头201和图像传感器203，纸面上的画面经镜头201折射在图像传感器203上成像并由装在PCB207上的主控器205接收，PCB207和镜筒202里的图像传感器203经镜筒FPC204连接。

镜筒202前端装有曝光用的红外LED灯(由于红外LED位于镜筒前端的左右两侧，在剖视图中看不见，图3a和图3b中示出了红外LED灯303)。为了防止长久使用积累的灰尘影响拍摄效果，镜筒202前面还设有防尘镜片217。防尘镜片217可以是红外的，其另一作用是加强红外滤光效果。

必须提及，笔芯108的油墨不是纯黑的，而隐形二维码的颜色是纯黑的，经红外LED灯和红外防尘镜片217的滤光作用，图像传感器203接收到的是不受笔划墨迹干扰的只含有二维码码元黑点的图像，通过主控制器205解码，可得到笔芯108尖端位置的坐标数据。

解码的笔尖坐标数据(笔迹数据)由设在PCB207上的无线传输模块206(蓝牙或WiFi)和天线215发出，传递给用户的智能手机或其他数据处理设备。天线215和装载无线传输模块206的PCB207由附件FPC211(图2中黑粗线)连接。

图2中，天线215采用的是片状天线，直接焊在焊接有充电插座111的附件FPC211上。实用中也可以采用缠绕在充电插座111周围的螺旋形天线，甚至可以直接将笔芯滑套109作为天线。天线215放在充电插座上时需将上盖107设计成塑胶件，用笔芯滑套109作为天线时需将笔头设计成塑胶件。

和附件FPC211相连的还有触控开关209，连接触控开关209的触控开关FPC210和附件FPC211靠外力压合在一起，保持接通。

附件FPC211上还装有LED灯213、轻触按键214和充电插座111。LED灯213的光线通过LED导光柱212发散到笔管外部，向用户提示数码笔的工作状态。轻触按键214由电源开关106触控，用于控制数码笔通电或断电。充电插座111在拧下上盖后可插入外接电源进行充电。

电池216装在上管内部，通过连接线与PCB207电连接。

作为优选方案，在本实用新型的数码笔中，镜头模组的主体镜筒202的截面设计成图3a和图3b所示的弧长大于半圆的扇形或图3c和图3d所示的弧长大于半圆的优弓形，所述扇形或优弓形相对于所在园的空缺部分能包容笔芯滑套109的直径，使得镜筒202和笔芯滑套109的配合轮廓外径小于镜筒202外弧面的直径，即如果将镜筒202的外弧面延展封闭，形成的圆柱体能够容纳笔芯滑套109放置在镜筒上所占据的空间。

图3a和图3b都是可选的设计方案，为便于理解装配关系，图中也示出了笔芯108和笔芯滑套109。由图3b所示的图3a的剖面图和图3d所示的图3c的剖视图可知，这样的结构使得镜筒202后部的图像传感器PCB301(图3b、图3d中斜线阴影区域)不仅可以轻松容纳图像传感器203(图3b和图3d中方格阴影区域)和必要的阻容元件302，还可以使其与笔芯滑套109的装配外径达到最小。本实施例的尺寸如图3b和图3d所示，镜筒外弧面半径只有3.8mm，加上外壳可以使得数码笔手握部分的直径缩减到10mm以下，这已经是即便女孩也不觉得粗的笔管了。

本实用新型无线数码笔的工作原理参见图4。数码本401上依矩阵规律均匀排布隐形二维码，书写时笔芯108的笔尖处L见方区域的画面被拍摄，此区域画面经红外LED灯303发出的红外光曝光后，滤除了黑色以外的光线经红外防尘镜片217进一步滤光，只剩下含有二维码码元黑点的画面，由镜头201折射后在图像传感器203上成像。笔芯108接触纸面时接通触控开关209，通知主控制器205开始处理笔迹数据。主控制器205从图像传感器203读取笔尖处的图像数据，经过处理解析出笔尖在纸面上所处位置的x、y坐标以及系统时间等信息，通过无线传输模块206(例如蓝牙模块或者WiFi模块)和天线215发射出去，借助无线信道传输给智能手机或其他信息处理设备进行后续处理。

主控制器205处理图像时会用到存储器403，但由于需要的存储器403容量较小，一般会将存储器403嵌入在主控制器205内部。

为了便于装配作业，镜头201和图像传感器203装在镜筒202内部、红外LED灯303装在镜筒202前部两侧，这些部件组装起来形成镜头模组402。

值的着重指出，从获取图像到解析出笔尖坐标的处理过程包括获取图像、图像二值化、图像坐标化、图像畸变校正、二维码码字定向定位、二维码解码、计算笔尖坐标等若干个步骤。根据主控制器205承担的图像处理工作的多少，对主控制器205的选型有很大影响。主控制器205承担的图像处理工作越多，无线传输模块传输的数据量就越小。极端的情况是：

1）主控制器205将图像处理工作全部承担下来，那么对所获取的每帧图像需要经过无线传输模块206传输的就只有计算得到的笔尖坐标数据。根据实测得知，为了支持较快速的书写，数码笔拍摄图像的速度应该达到每秒75帧。如果每帧计算出一对笔尖位置坐标，每坐标用x、y方向两个2字节整数表示，则这种情况下对无线传输模块206的传输速率要求是(2*8*75=)1200bps。对于现行成熟的无线传输技术来说，这是非常低的传输速率，采用任何现成的无线传输芯片都显得浪费。另一方面，由于主控制器205必须在一个帧周期(13.33mS)内完成全部图像处理和坐标计算工作，因而必须采用速度很高的主控制器，同样显得浪费。另外，由于主控制器的高速运转也导致功耗加大，造成另一种不利因素。

2）主控制器205只完成图像获取工作，直接将获取的图像经无线传输模块206发送出去，由配用的智能手机或其他信息处理设备完成后续的处理工作。这样，对主控制器的要求可以很低，采用成本很低的8位单片机就能实现。但由于原始图像数据量较大，对无线传输模块206却提出了很高要求。实践中，获取的笔尖处图像一般在128*128像素到160*160像素之间，按照每个像素占用1个字节算，需要的传输速度是(160*160*8*75=)15,360,000bps，约15Mbps。按照现有技术，虽然可以实现，但毕竟对无线传输模块206的要求过高，导致其成本上升，同样是不合理的。

据此分析，需要做出折中，把整个图像处理工作分割成两部分，让主控制器205只承担其中一部分，将得到的中间结果发送给配用的智能手机完成，这样必定可以找到对主控制器205和无线传输模块206都比较合理的较佳配置，使得两部分负担均衡，成本最低。

分割的方式很多，可以让主控制器205只完成二值化处理，然后将二值化图像发送出去。这样，对无线传输模块的速度要求就降低为(160*160*75=)1,920,000bps，不到2Mbps。对于主控制器205和无线传输模块206来说，这都不是很高的要求，两者的成本都不是很高。

当然，让主控制器205完成进一步的坐标化处理，传输的数据会更少，也许是更好的配置，这可以根据实际情况优选配置。

幸运的是，市场上已经出现很多把控制器和无线传输模块集成到一起的专用芯片(比如TI公司的CC2541等)，这样我们就有机会用一块集成电路芯片完成主控制器205和无线传输模块206的全部工作，不但成本大大降低，体积和功耗也大大降低，使得本使用新型更加具有使用价值。

本实用新型的数码笔，其手握部分至少可缩减到直径10mm以下，和普通书写笔在手感上已全无差异，即便是女性使用者也可像使用普通笔一样用本实用新型的数码笔进行日常书写，同时进行笔迹记录和现场同步录音录像。

由于本实用新型是控制智能手机进行操作的，除了产生笔迹数据外，它实际也是智能手机的遥控器，当然可以通过点击数码本上的定义为功能码的二维码由它控制智能手机为用户在书写的同时进行更多实用性更强的功能操作，甚至也可以兼作通用点读笔，因而大大扩展了应用领域和实用价值，加之成本低廉，具有很好的推广前景。

Claims (10)

1.一种无线数码笔，包括笔管，所述笔管前端内部设有用于书写的笔芯和用于捕获笔芯书写位置处的图像的镜头模组以及供电电池，其特征在于，所述笔管内还设置有用于和外部数据处理设备通讯的无线传输模块以及与其电连接的主控制器。

2.根据权利要求1所述的无线数码笔，其特征在于，所述无线传输模块是蓝牙模块或者WiFi模块。

3.根据权利要求1所述的无线数码笔，其特征在于，所述笔管的顶端设有一个与笔管螺旋结合的上盖，所述上盖盖住设于笔管上端的充电插座，拧下所述上盖可插入外接电源对数码笔进行充电。

4.根据权利要求1所述的无线数码笔，其特征在于，所述无线传输模块的天线位于所述充电插座的侧边或缠绕在所述充电插座周围；或者，所述无线传输模块直接采用包裹在笔头内的金属笔芯滑套作为天线。

5.根据权利要求1所述的无线数码笔，其特征在于，所述无线传输模块和所述主控制器集成在一块电路芯片中，所述电路芯片中还集成有存储器。

6.根据权利要求1所述的无线数码笔，其特征在于，所述镜头模组的镜筒截面设计成弧长大于半圆的优弓形或扇形，所述优弓形或扇形所在园的空缺部分能包容笔芯滑套放置在镜筒上所占据的空间。

7.根据权利要求1所述的无线数码笔，其特征在于，所述笔管内设有由所述笔芯触控的触控开关或者压力传感器，所述触控开关或所述压力传感器与所述主控制器电连接。

8.根据权利要求1所述的无线数码笔，其特征在于，所述笔管上端装有笔夹，在所述笔夹与所述笔管的结合部设有电源开关，所述电源开关与所述笔管相垂直地穿透所述笔夹伸入所述笔管中。

9.根据权利要求1所述的无线数码笔，其特征在于，在笔头内部位于所述镜头前方位置设置有红外防尘镜片。

10.根据权利要求1所述的无线数码笔，其特征在于，所述笔管内设有用于指示数码笔工作状态的LED指示灯，所述LED指示灯与所述主控制器电连接。

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