DE212007000046U1 - Betriebssteuerung und Datenverarbeitung in einem elektronischen Stift - Google Patents

Betriebssteuerung und Datenverarbeitung in einem elektronischen Stift Download PDF

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Abstract

Elektronischer Stift zum Übertragen von Koordinatendaten an ein externes Endgerät, wobei der Stift gekennzeichnet ist durch:
eine Bildkomponente, die konfiguriert ist, um ein digitales Bild eines Bereichs einer Schreiboberfläche zu erzeugen, und
eine Kommunikationskomponente, die ein Bildanalysemodul aufweist, das konfiguriert ist, um Bilddaten, die das digitale Bild darstellen, zu empfangen und die Bilddaten in Koordinatendaten umzusetzen, und ein Sendermodul, das konfiguriert ist, um die Koordinatendaten an das externe Endgerät zu übertragen.

Description

  • Verweis auf verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der schwedischen Patentanmeldung Nr. 0601405-4, eingereicht am 28. Juni 2006, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/817 404, eingereicht am 30. Juni 2006, und der schwedischen Patentanmeldung Nr. 0700675-2, eingereicht am 16. März 2007, welche hier alle per Referenz eingebunden sind.
  • Technisches Fachgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen elektronischen Stift zum Übertragen von Koordinatendaten an ein externes Endgerät, und ein System, das einen elektronischen Stift und ein externes Endgerät aufweist. Die Erfindung betrifft auch einen elektronischen Stift, der eine elektronische Schaltungsanordnung aufweist, die in verschiedenen Leistungsbetriebsarten betreibbar ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Elektronische Stifte zum Umsetzen handschriftlicher Informationen in digitale Informationen wurden in den letzten Jahren in den Markt eingeführt. Zum Beispiel hat die schwedische Firma Anoto derartige elektronische Stifte entwickelt.
  • Die Anoto-Technologie basiert auf einem elektronischen Stift, der eine kleine eingebaute Kamera, einen eingebauten Prozessor und einen Speicher aufweist, in Verbindung mit einem Papier mit einem Punktmuster.
  • Wenn mit dem Stift geschrieben wird, erfaßt die Kamera fortlaufend Bilder des Punktmusters auf dem Papier. Gleichzeitig bestimmt der eingebaute Prozessor aus dem Punktmuster, in den Bildern die momentane Position der Stiftspitze.
  • Von Leapfrog Enterprises wurde ein interaktiver Stift basierend auf der Anoto-Technologie entwickelt. Ein derartiger Stift ist in US 2006/0033725 beschrieben und wird als ein Pentopcomputer unter dem Markennamen „FLY" vermarktet. Dieser Stift weist eine Anwendungssoftware auf, die basierend auf einer von dem Prozessor bestimmten Abfolge von Stiftpositionen, zum Beispiel bestimmen kann, welches Zeichen oder Wort geschrieben wurde. Wenn das Wort bekannt ist, kann die Anwendungssoftware das Wort in eine andere Sprache übersetzen, woraufhin die Übersetzung des Worts von dem Stift über einen integrierten Lautsprecher gesprochen werden kann.
  • Um diese Anwendungen jedoch möglich zu machen, kann in dem Stift ein leistungsfähiger Prozessor und/oder ein großer Speicher und in manchen Fällen auch zusätzliche Hardware, wie etwa ein Lautsprecher erforderlich sein. Diese Anforderungen können den Stift weniger kostengünstig, weniger energiewirtschaftlich und groß machen.
  • US 2002/0046887 offenbart eine andere Art von Stift, die einen Flächensensor zum Erfassen von Bildern eines Codierungsmusters hat, der in einer transparenten Platte eingebettet ist, die auf einem LCD (Flüssigkristallanzeige) überlagert ist. Der Stift enthält ferner eine Signalverarbeitungsschaltung zum Digitalisieren der Bilder, eine Berechnungssteuerschaltung zum Berechnen von Koordinaten aus den digitalisierten Bildern und eine Übertragungsschaltung zum Ausgeben der berechneten Koordinaten. Anwendungssoftware auf einer externen Vorrichtung kann basierend auf den Koordinaten von dem Stift bedient werden, und Rückmeldungen könne auf dem LCD bereitgestellt werden. Wenngleich der Stift grundsätzlich zum Ausgeben von Koordinaten bestimmt ist, können seine Herstellungskosten unter anderem aufgrund der Notwendigkeit kundenspezifischer Schaltungen zum Erfassen, Digitalisieren und Decodieren der Bilder immer noch unerwünscht hoch sein.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Angesichts des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der Erfindung, die vorstehend diskutierten Probleme zu lösen oder wenigstens zu verringern.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein elektronischer Stift zum Übertragen von Koordinatendaten an ein externes Endgerät, wobei der Stift aufweist: eine Bildkomponente, die konfiguriert ist, um ein digitales Bild eines Bereichs einer Schreiboberfläche zu erzeugen, und eine Kommunikationskomponente, die ein Bildanalysemodul aufweist, das konfiguriert ist, um Bilddaten zu empfangen, welche das digitale Bild darstellen, und um diese Bilddaten in Koordinatendaten umzusetzen, und ein Sendermodul, das aufgebaut ist, um die Koordinatendaten an das externe Endgerät zu übertragen.
  • Der erste Aspekt der Erfindung kann dazu dienen, die Anzahl von elektronischen Komponenten in dem Stift zu verringern, wodurch Verringerungen der Größe, der Kosten und des Energieverbrauchs ermöglicht werden.
  • In einer Ausführungsform ist die Kommunikationskomponente geeignet auf einer Standardkommunikationsschaltung mit überschüssiger Verarbeitungskapazität implementiert, indem dedizierte Bildanalysesoftware in einen Arbeitsspeicher der Kommunikationskomponente geladen wird und ein Prozessor in der Kommunikationskomponente betrieben wird, um die auf diese Weise geladene Software auszuführen. Dies kann die Kostengünstigkeit des Stifts weiter verbessern.
  • In einer anderen Ausführungsform wird die Software zum Steuern der Bedienung des Stifts von einem Prozessor in der Bildkomponente oder der Kommunikationskomponente ausgeführt, wodurch der Bedarf an einem getrennten Stiftsteuerprozessor verringert wird.
  • Die Schreiboberfläche kann ein Papier oder eine andere geeignete Art von Produkt sein, das mit einem Muster versehen ist, aus dem die Koordinatendaten abgeleitet werden können. In einer Ausführungsform ist das Muster ein Codierungsmuster, das absolute Positionen codiert. Ein derartiges Codierungsmuster kann Codesymbole einschließlich Kreisen, Quadraten, Dreiecken, Punkten, etc. aufweisen, ohne darauf beschränkt zu sein. Außerdem können derartige Codesymbole gefüllt oder ungefüllt sein. Außerdem kann das Codierungsmuster Codesymbole mit unterschiedlicher Größe, Form, Farbe, etc. aufweisen.
  • In einer Ausführungsform umfaßt der elektronische Stift ferner ein Vorprozessormodul, das konfiguriert ist, um die Bilddaten aus dem digitalen Bild zu extrahieren. Das Vorprozessormodul kann in der Bildkomponente oder der Kommunikationskomponente enthalten sein oder kann eine getrennte Komponente sein.
  • Die Bilddaten können aus dem digitalen Bild extrahiert werden, um Codesymbole anzuzeigen, die in dem digitalen Bild dargestellt sind. Folglich können die Bilddaten eine kompakte Darstellung des originalen digitalen Bilds, z. B. in der Form eines Ausschnitts eines originalen digitalen Bilds, einer digitalisierten Version wenigstens eines Teils eines derartigen originalen Bilds, eine Auflistung relevanter Codierungsmerkmale der Codesymbole (wie etwa Stelle, Größe, Form, Farbe, etc.) oder eine Auflistung von Codierungswerten der Codesymbole sein.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein System für die Übertragung von Koordinatendaten, das einen elektronischen Stift gemäß dem ersten Aspekt und ein externes Endgerät aufweist, welches für den Empfang von Koordinatendaten, die von dem elektronischen Stift übertragen werden, konfiguriert ist.
  • Ein exemplarisches Verfahren zum Übertragen von Koordinatendaten von einem elektronischen Stift, der eine Bildkomponente und eine Kommunikationskomponente aufweist, an ein externes Endgerät, weist auf: Erzeugen eines digitalen Bilds, das einen Bereich einer Schreiboberfläche darstellt, in der Bildkomponente; Empfangen von Bilddaten, welche das digitale Bild darstellen, in der Kommunikationskomponente; Umsetzen der empfangenen Bilddaten in Koordinatendaten in der Kommunikationskomponente; und Übertragen der Koordinatendaten von der Kommunikationskomponente an das externe Endgerät.
  • Ein Verfahren zum Verbinden eines elektronischen Stifts mit einem externen Endgerät, weist auf: Einleiten eines Aufbauverfahrens zum Verbinden des elektronischen Stifts mit einem vorausgewählten externen Endgerät; und wenn eine Stiftspitze des elektronischen Stifts während des Aufbauverfahrens auf eine Oberfläche aufgebracht wird, Ermöglichen der Auswahl zwischen nicht vorausgewählten externen Endgeräten und Einleiten eines Verfahrens zum Verbinden eines ausgewählten Endgeräts aus den nicht vorausgewählten externen Endgeräten.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein elektronischer Stift, der aufweist: eine elektronische Schaltungsanordnung, die in einer Hochleistungsbetriebsart, einer mittleren Leistungsbetriebsart und einer Niederleistungsbetriebsart betreibbar ist; einen Sensor zum Erfassen, ob eine Spitze des elektronischen Stifts auf eine Schreiboberfläche aufgebracht ist; und ein Leistungsverwaltungssystem, das mit dem Sensor gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die elektronische Schaltungsanordnung zu betreiben: in der Hochleistungsbetriebsart, immer dann, wenn die Spitze mit der Schreiboberfläche in Kontakt ist, in der mittleren Leistungsbetriebsart, immer wenn die Spitze weg von dem Kontakt mit der Schreiboberfläche gebracht wird, und in der Niederleistungsbetriebsart, wenn die Spitze länger als eine vorbestimmte Zeitspanne ohne Kontakt mit der Schreiboberfläche war.
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Be schreibung, aus den beigefügten abhängigen Ansprüchen ebenso wie aus den Zeichnungen erscheinen.
  • Im allgemeinen sollen alle in den Ansprüchen verwendeten Begriffe entsprechend ihrer ursprünglichen Bedeutung auf dem technischen Gebiet interpretiert werden, es sei denn sie sind hier ausdrücklich anders definiert. Alle Verweise auf ein/eine/der/die/das [Element, Vorrichtung, Komponente, Einrichtung, Schritt, etc.] sollen freiweg als Bezugnahme auf wenigstens eine Instanz des genannten Elements, der Vorrichtung, Komponente, Einrichtung, des Schritts etc. interpretiert werden, es sei denn es ist ausdrücklich anders angegeben. Die Schritte jedes hier offenbarten Verfahrens brauchen nicht in der exakten offenbarten Reihenfolge durchgeführt werden, es sei denn, dies ist ausdrücklich angegeben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorstehenden ebenso wie zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende veranschaulichende und nicht einschränkende detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Gesamtprinzips eines elektronischen Stiftsystems, das einen elektronischen Stift und ein externes Endgerät umfaßt.
  • 2A2C stellen drei verschiedene Hardwarekombinationen dar, welche die Verarbeitungsschaltungsanordnung eines elektronischen Stifts bilden, von denen jede eine Kommunikationskomponente umfaßt, die fähig ist, Koordinatendaten sowohl zu bestimmen als auch zu übertragen.
  • 3 ist ein schematisches Flußdiagramm zum Übertragen von Koordinatendaten von einem elektronischen Stift an ein externes Endgerät.
  • 4 ist eine schematische Darstellung eines elektronischen Stifts mit einem Näherungssensor, der mit der Stiftspitze verbunden ist.
  • 5 ist eine schematische Darstellung eines elektronischen Stifts mit einem Näherungssensor, der Echoortung verwendet.
  • 6 ist ein schematisches Flußdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen von Koordinatendaten aus einem Bild eines Punktmusters darstellt.
  • 7 ist ein schematisches Flußdiagramm, das den ersten Schritt in 6 detaillierter darstellt.
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das ein elektronisches Stiftsystem detaillierter darstellt.
  • 9 ist ein schematisches Blockdiagramm, das den Betrieb eines Zugriffsgewährungsmoduls eines elektronischen Stifts darstellt.
  • 10 ist eine schematische Darstellung einer Hardwarerealisierung eines elektronischen Stifts.
  • 11 ist eine schematische Darstellung einer Bildkomponente in einem elektronischen Stift.
  • 12 ist eine schematische Darstellung einer Gesamtfunktion eines Leistungsverwaltungssystems in einem elektronischen Stift.
  • 13 ist ein schematisches Flußdiagramm, das ein Aufbauverfahren für ein elektronisches Stiftsystem darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
  • Einführung in elektronisches Stiftsystem
  • 1 zeigt das Gesamtprinzip eines elektronischen Stiftsystems, das einen elektronischen Stift 100, ein Papier 101 mit einem auf seiner Oberfläche bereitgestellten Codierungsmuster 102 und ein externes Endgerät 104 aufweist.
  • Eine Nachricht oder eine andere Information, in diesem Fall der Buchstabe „H", wird mit dem elektronischen Stift 100 auf das Papier 101 geschrieben. Auf diese Weise wirkt die Papieroberfläche 101 mit dem Codierungsmuster 102 als eine Schreiboberfläche für einen Benutzer des Stifts 100. Ein Bild eines Bereichs der Oberfläche des Papiers 101 in der Nähe der Stiftspitze wird von einer Kamera in dem Stift 100 erfaßt. Die Kamera kann bildausbildende Optiken und eine Bildschaltung zum Erzeugen eines elektronischen Bilds und möglicherweise auch für die Vorverarbeitung des elektronischen Bilds umfassen. Eine Ausführungsform einer derartigen Bildschaltung oder Komponente wird später unter Bezug auf 8, 10 und 11 detailliertet beschrieben. Basierend auf dem Bild und dem Codierungsmuster, das es darstellt, können von einer Kommunikationsschaltung oder Komponente in dem Stift 100 Koordinatendaten für die momentane Stelle der Stiftspitze bestimmt werden. Eine Ausführungsform einer derartigen Kommunikationskomponente wird später unter Bezug auf 8 und 10 detaillierter beschrieben.
  • Die Koordinatendaten können dann von der Kommunikationskomponente für den Empfang durch ein externes Endgerät 104 zur weiteren Verarbeitung ausgegeben werden. Diese weitere Verarbeitung kann zum Beispiel dazu dienen, zu bestimmen, welches Wort geschrieben wurde und möglicherweise auch eine Übersetzung dieses Worts zu bestimmen, und wenn an dem externen Endgerät ein Lautsprecher verfügbar ist, auch um die Übersetzung auszusprechen.
  • Mit anderen Worten kann der Stift 100 Koordinatendaten bestimmen, und das externe Endgerät 104 kann die Koordinatendaten in wenigstens einem Anwendungsprogramm verwenden, wobei in diesem Beispiel ein Übersetzungsdienst implementiert wird.
  • Wenn die Koordinatendaten von dem Stift gemäß einem Standardkommunikationsprotokoll, wie etwa dem HID-Protokoll (Human Interface Device: menschliche Schnittstellenvorrichtung), ausgegeben werden, setzt die Tatsache, daß ein elektronischer Stift verwendet wird, keine besonderen Berücksichtigungen voraus, wenn Anwendungsprogramme für das externe Endgerät entwickelt werden.
  • Außerdem kann der Stift 100 eine Eingabevorrichtung, wie etwa einen Knopf 106, und eine Ausgabevorrichtung, wie etwa ein Anzeige-LED 108, für die Interaktion mit dem Benutzer aufweisen. Der Knopf 106 kann zum Beispiel ein Ein-/Aus- Knopf oder ein Mehrfunktionsknopf vom gewöhnlichen elektromechanischen oder berührungsempfindlichen Typ sein.
  • Das externe Endgerät 104 kann günstigerweise ein Mobiltelefon sein, das von seinem Wesen her mobil ist und einen leistungsfähigen Prozessor, eine hohe Speicherkapazität, eine Anzeige, einen Lautsprecher, etc. hat und äußerst häufig von dem Benutzer mitgeführt wird. Allerdings können andere Arten mobiler oder ortsfester Vorrichtungen als externes Endgerät, zum Beispiel ein PDA (persönlicher digitaler Assistent), ein Laptopcomputer, ein PC, eine Spielkonsole, ein Home Entertainment System (privates Unterhaltungssystem), ein Digitalempfänger, ein Fernseher, etc. verwendet werden.
  • Ein Ergebnis der Bestimmung der Koordinatendaten in dem Stift und der Ausführung des/der Anwendungsprogramms/e in dem externen Endgerät ist, daß der Stift einen weniger leistungsstarken Prozessor und einen kleineren Speicher enthalten kann, was bedeutet, daß der Stift kostengünstig und klein sein kann.
  • Ein anderes Ergebnis ist, daß die Art des Anwendungsprogramms und seine Implementierung nicht auf die Hardware des Stifts 100 beschränkt sind, welcher ein MMI (Man Machine Interface: Mensch-Maschinen-Schnittstelle) mit begrenzter Funktionalität und Rechenhardware mit begrenzter Leistungsfähigkeit haben kann.
  • Verarbeitungsschaltungsanordnung in elektronischem Stift
  • Wie vorstehend angegeben, kann der Stift eine Bildkomponente und eine Kommunikationskomponente aufweisen. Die Kommunikationskomponente kann durch dedizierte Hardware und/oder Software konfiguriert sein, um Koordinatendaten in einem oder mehreren vordefinierten Formaten/Protokollen auszugeben. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist diese Kommunikationskomponente auch dedizierte Hardware und/oder Software auf, um die Koordinatendaten zu bestimmen. Dadurch kann die Anzahl getrennter elektronischer Komponenten in dem Stift verringert werden. Dies kann die Kosten des Stifts senken und möglicherweise auch seinen Energieverbrauch senken.
  • In einer Ausführungsform ist die Kommunikationskomponente eine Standardkommunikationsschaltung, in welcher die Bestimmung von Koordinatendaten durch Laden dedizierter Software in einen Arbeitsspeicher der Kommunikationsschaltung und Veranlassen, daß ein Prozessor in der Kommunikationsschaltung die auf diese Weise geladene Software ausführt, bewerkstelligt wird. Auf diese Weise kann die überschüssige Verarbeitungsleistung einer Standardkommunikationsschaltung verwendet werden, um die Koordinatenbestimmung zu implementieren. Die Verwendung einer standardisierten Schaltung kann die Kostengünstigkeit des Stifts weiter verbessern.
  • In noch einer anderen Ausführungsform steuert ein Prozessor in der Bildkomponente oder der Kommunikationskomponente den Gesamtbetrieb des Stifts, einschließlich des Anlaufens, des Betriebs und des Abschaltens seiner elektronischen Schaltungsanordnung. Dies kann erreicht werden, indem die Komponente dedizierte Systemsteuerungshardware von einem internen oder externen Speicher in einen internen Arbeitsspeicher (RAM) lädt. Das Nichtvorhandensein eines dedizierten Prozessors zum Steuern des Stifts ermöglicht niedrige Kosten und einen niedrigen Energieverbrauch.
  • 2A2C stellen drei verschiedene Kombinationen getrennter Hardwarekomponenten zum Implementieren der Funktionalität des Stifts in 1 dar.
  • In 2A weist der Stift eine Bildkomponente 200 und eine Kommunikationskomponente 202 auf. Die Bildkomponente 200 erzeugt Bilder der Schreiboberfläche. Die Kommunikationskomponente 202 weist auf: einen Vorprozessorteil 202a, der Bilder verarbeitet, um Daten zu extrahieren, einen Decodierteil 202b, der die extrahierten Daten verarbeitet, um die Koordinatendaten zu bestimmen, und einen Kommunikationsteil 202c, der die Koordinatendaten ausgibt.
  • In 2B weist der Stift eine Bildkomponente 200, eine Bildvorprozessorkomponente 201 und eine Kommunikationskomponente 202 auf. Die Bildkomponente 200 erzeugt Bilder der Schreiboberfläche. Die Bildvorprozessorkomponente 201 verarbeitet die Bilder, um Daten zu extrahieren. Die Kommunikationskomponente 202 weist einen Decoderteil 202b auf, der die extrahierten Daten verarbeitet, um die Koordinatendaten zu bestimmen, und einen Datenausgabeteil 202c, der die Koordinatendaten ausgibt.
  • In 2C weist der Stift eine Bildkomponente 200 und eine Kommunikationskomponente 202 auf. Die Bildkomponente 200 weist einen Bilderzeugungsteil 200a auf, der Bilder der Schreiboberfläche erzeugt, und einen Vorprozessorteil 200b, der die Bilder verarbeitet, um Daten zu extrahieren. Die Kommunikationskomponente 202 weist einen Decoderteil 202 auf, der die extrahierten Daten verarbeitet, um die Koordinatendaten zu bestimmen, und einen Datenausgabeteil 202c, der die Koordinatendaten ausgibt.
  • Der Betrieb, die Steuerung, die Funktionalität und die Struktur einer Ausführungsform des elektronischen Stifts werden nun basierend auf der in 2C dargestellten grundlegenden Hardwarekombination detaillierter beschrieben. Es sollte jedoch erkannt werden, daß die Einzelheiten der folgenden Ausführungsform ohne weiteres auch auf die alternativen Hardwarekombinationen in 2A2B anwendbar sind.
  • Übertragen von Koordinatendaten von einem elektronischen Stift an ein externes Endgerät
  • Die Kommunikationskomponente 202 kann für die drahtlose Ausgabe von Koordinatendaten, z. B. unter Verwendung der BluetoothTM- oder IrDA-Standards oder jeder beliebigen WLAN-Technik, oder für die leitungsbasierte Ausgabe, z. B. unter Verwendung des USB-Standards oder jedes anderen geeigneten Standards, für die serielle oder parallele Datenkommunikation konfiguriert sein.
  • 3 stellt ein Verfahren in einem elektronischen Stift für das Ausgeben von Koordinatendaten dar.
  • In Schritt 300 wird durch Betreiben des Bilderzeugungsteils 200a der Bildkomponente 200 in dem elektronischen Stift ein Bild erzeugt.
  • In Schritt 302 wird das Bild durch Betreiben des Vorprozessors 200b der Bildkomponente 200 verarbeitet. Dieser Schritt kann das Identifizieren von Codesymbolen in dem Bild der Schreiboberfläche und das Bilden extrahierter Bilddaten basierend auf diesen Codesymbolen aufweisen. Auf diese Weise können die extrahierten Bilddaten aus dem Bild extrahiert werden, um Codesymbole darin anzuzeigen.
  • Wahlweise können die extrahierten Bilddaten in Schritt 304 unter Verwendung jedes bekannten verlustfreien oder verlustbehafteten Datenkompressionsalgorithmus komprimiert werden.
  • In Schritt 306 werden die extrahierten Bilddaten an die Kommunikationskomponente 202 übertragen.
  • In Schritt 308 werden die extrahierten Bilddaten von der Kommunikationskomponente 202 empfangen.
  • In Schritt 310 werden die extrahierten Bilddaten durch Betrieben des Decoderteils 202b der Kommunikationskomponente 202 in Koordinatendaten umgesetzt. Dieser Schritt kann das Umsetzen der extrahierten Bilddaten in eine vorbestimmte Perspektive und dann das Bestimmen der Koordinatendaten, die den Codesymbolen entsprechen, welche in den extrahierten Bilddaten dargestellt sind, aufweisen.
  • In Schritt 312 werden die Koordinatendaten durch Betreiben des Datenausgabeteils 202c der Kommunikationskomponente 202 für den Empfang durch das externe Endgerät ausgegeben.
  • Entsprechend werden die Bildkomponente 200 und die Kommunikationskomponente 202 gesteuert, um immer dann zu arbeite, wenn der Stift auf die Schreiboberfläche aufgebracht wird, so daß Koordinatendaten ausgegeben werden, um die Bewegung des Stifts auf der Oberfläche (Stiftstriche) darzustellen.
  • In einer Variante wird der Schritt 312 verschoben, bis der Stift von der Schreiboberfläche angehoben wird, so daß von dem Stift anstelle einzelner Positionen Koordinatengruppen (z. B. Stiftstriche) ausgegeben werden. Wie nachstehend weiter beschrieben wird, kann der Stift auch konfigu riert sein, um die Koordinatendaten, z. B. wenn die Kommunikationskomponente 202 nicht in der Lage ist, den Kontakt mit dem externen Endgerät herzustellen, in einem internen Speicher zu Puffern.
  • Das Papier
  • Das Codierungsmuster 102 auf dem Papier 101 kann eine Anzahl von Punkten aufweisen, die in einer derartigen Weise angeordnet sind, daß der Stift 100 basierend auf einem Bild eines Musterabschnitts eine absolute Position bestimmen kann. Wenn der Stift 100 eine Stiftspitze hat, kann der Stift Bilder dieses Punktmusters nahe der Stiftspitze erfassen und daraus die Positionen ableiten, die an jeder momentanen Stelle der Stiftspitze auf dem Papier 101 codiert werden.
  • In der beispielhaften Ausführungsform sind die Punkte in Zeilen und Spalten angeordnet. Außerdem ist jeder Punkt ein wenig nach rechts, links, oben oder unten von einem zugehörigen Gitterpunkt in einer unsichtbaren regelmäßigen Gitterformation auf dem Papier 101 verschoben. Auf diese Weise stellt jeder Punkt einen von vier verschiedenen Werten, d. h. 2 Datenbits dar. In einer kommerziellen Implementierung codiert jede Gruppe von 6 × 6 benachbarten Punkten eine eindeutige Position, was nominal 272 verschiedene Positionen zuläßt. Der Abstand zwischen zwei Gitterpunkten in der gleichen Zeile oder Spalte ist 0,3 mm, was bedeutet, daß eine sehr große Fläche mit eindeutig codierten Stiftpositionen erreichbar ist.
  • In der beispielhaften Ausführungsform sind die von der Kamera in dem Stift 100 erfaßten Bilder digitale Bilder als Graustufen oder Farbe, in denen die Punkte als dunkle Bereiche gegen einen leuchtenden Hintergrund erscheinen.
  • Auch ist das Punktmuster 102 auf dem Papier 101 in der beispielhaften Ausführungsform eine Teilmenge eines großen abstrakten Positionscodierungsmusters, das in Seiteneinheiten unterteilt ist. Beispiele für derartige abstrakte Muster sind in US-A-6 570 104 ; US-A-6 663 008 und US-A-6 667 695 gegeben, die hiermit per Referenz eingebunden sind. Die Seiteneinheiten können in einer Hierarchie von Seiteneinheitsgruppen, die Segmente, Fächer, Bücher und Seiteneinheiten (wobei auf die letzteren auch als „Musterseiten" Bezug genommen wird) einschließen, individuell adressierbar sein. Entsprechend haben alle Musterseiten das gleiche Format innerhalb einer Ebene der vorstehenden Musterhierarchie. Zum Beispiel können manche Fächer aus Musterseiten im A4-Format bestehen, während andere Fächer aus Musterseiten im A5-Format bestehen. Der Ort einer gewissen Musterseite in dem abstrakten Muster kann als eine Seitenadresse der Form: Segment.Fach.Buch.Seite, zum Beispiel 99.5000.1.1500, mehr oder weniger wie eine IP-Adresse, notiert werden. Aus Gründen der Verarbeitungseffizienz kann die interne Darstellung der Seitenadresse anders, zum Beispiel als eine ganze Zahl mit einer vorgegebenen Länge, z. B. 64 Bit, sein.
  • In einem Beispiel kann jedes Segment aus mehr als 26000000 Musterseiten, jede mit einer Größe von etwa 50 × 50 cm2, bestehen. Wenigstens ein derartiges Segment kann in 5175 Fächer unterteilt werden, von denen jedes aus 2 Büchern mit jeweils 2517 Seiten besteht.
  • Jede Musterseite ist folglich eine eindeutige Teilmenge des abstrakten Musters und codiert einen Satz von eindeutigen absoluten Positionen, typischerweise X-, Y-Koordinaten. Jede derartige absolute Position kann als eine globale Position in dem Koordinatensystem des Gesamtmusters oder als logische Position, d. h. eine Seitenadresse und eine lokale Position in einem gegebenen Koordinatensystem innerhalb der Musterseite dargestellt werden.
  • Abhängig von der Implementierung kann der elektronische Stift seine Bewegung auf der Schreiboberfläche (Papier 101) entweder als eine Folge globaler Positionen oder eine Folge logischer Positionen aufzeichnen.
  • Wenngleich das vorstehend beschriebene Punktmuster viele Vorteile hat, kann die vorliegende Erfindung in Verbindung mit verschiedenen anderen Codierungsmustern für die absolute Position basierend auf anderen Arten von Codesymbo len verwendet werden, wie z. B. in US-A-5 852 434 ; US-A-5 661 506 ; US-A-6 330 976 und WO 2006/006922 beschrieben. In der Tat kann jede Art von Muster verwendet werden, wenn nur die relative Bewegung des elektronischen Stifts bestimmt werden soll.
  • Stift-unten-Erfassung
  • Der Stift kann einen Näherungssensor haben, um anzuzeigen, daß der Stift nahe an oder in Kontakt mit einer Schreiboberfläche („Stift unten") ist. Um den Energieverbrauch zu verringern, kann die elektronische Schaltungsanordnung in dem Stift selektiv nur aktiviert werden, wenn ein von dem Näherungssensor stammendes Aufwecksignal anzeigt, daß der Stift hinreichend nahe an der Schreiboberfläche ist.
  • 4 zeigt eine Ausführungsform 400 des elektronischen Stifts mit einem Spitzensensor 402, der mit einer Spitze oder Nase 404 des Stifts gekoppelt oder verbunden ist.
  • Eine andere Art von Näherungssensor ist konfiguriert, um das Aufwecksignal basierend auf Strahlung zu erzeugen, die von einem Strahlungssensor in dem Stift erfaßt wird.
  • In einer Ausführungsform enthält der Stift eine Strahlungsquelle, die intermittierend oder kontinuierlich betätigt wird, um Strahlung zu emittieren. Immer, wenn der Stift hinreichend nahe an eine Schreiboberfläche gebracht wird, erfaßt der Strahlungssensor eine ausreichende Menge an Strahlung, die von der Schreiboberfläche reflektiert wird, und gibt ein Aufwecksignal für relevante Teile der elektronischen Schaltungsanordnung des Stifts aus. Der Strahlungssensor kann die vorgenannte Bildkomponente oder ein dedizierter Sensor sein.
  • In einer fortgeschritteneren Ausführungsform nutzt der Näherungssensor die Bildanalyse. Kurz gefaßt kann ein derartiger Näherungssensor ein Bild von einem Bildsensor in dem Stift, z. B. der vorgenannten Bildkomponente oder einem getrennten dedizierten Sensor, empfangen und das Bild für die Identifizierung eines vorbestimmten Codierungsmusters analysieren. Nach der Identifizierung des Codierungsmusters in dem Bild kann der Näherungssensor das Aufwecksignal ausgeben. Alternativ oder zusätzlich kann der Näherungssensor den Abstand und/oder die Bewegungsrichtung zwischen der Stiftspitze und der Schreiboberfläche aus dem Bild berechnen und die Entfernung/Richtung bei der Bestimmung verwenden, wann das Aufwecksignal gesendet werden soll. Durch Verwenden der Abstands-/Richtungsinformation kann das Aufwecksignal sogar gesendet werden, bevor der Stift mit der Schreiboberfläche in Kontakt gekommen ist, wodurch die Stift-unten-Antwortzeit verbessert wird. Ein derartiger Näherungssensor kann als Teil der Bildkomponente (200 in 2A2C) implementiert werden oder nicht. Um den Energieverbrauch zu senken, ist es denkbar, den Bildsensor, wenn der Stift oben ist, wenn die Bilder nur für die Erfassung der Nähe verwendet werden, mit verringerter Frequenz und, wenn der Stift unten ist, wenn die Bilder für die Koordinatenbestimmung verwendet werden können, mit der Nennrahmenrate zu betreiben. Eine weitere Energiesparmaßnahme könnte sein, nur einen Teil des strahlungsabtastenden Bereichs der Bildkomponente zu aktivieren, wenn der Stift oben ist.
  • Eine Alternative ist, einen Spitzensensor mit der Verwendung der Strahlungserfassung und/oder Bildanalyse zu kombinieren.
  • 5 zeigt noch eine andere Ausführungsform eines Näherungssensors 502 in einem elektronischen Stift 500. Der Sensor 502 schließt den Abstand und/oder die Bewegungsrichtung zwischen dem Stift und der Schreiboberfläche durch Echoortung, d. h. durch Analysieren Wegezeit eines Signals, das von dem Stift stammt und von der Schreiboberfläche reflektiert wird. Das Signal kann Schallwellen, z. B. Ultraschall, oder elektromagnetische Strahlung, z. B. Funkwellen, Infrarotstrahlung, Ultraviolettstrahlung, etc. sein.
  • Noch eine Alternative ist, den Echoortungssensor mit einem Spitzensensor und wahlweise mit der Bildanalyse zu kombinieren.
  • Umsetzen von Bildern in Koordinatendaten
  • 6 stellt allgemeine Schritte der Umsetzung eines digitalen Bilds des vorstehend diskutierten Punktmusters in Koordinatendaten dar. Diese Schritte werden in der Bildkomponente 200 und der Kommunikationskomponente 202 (2C) geeignet durchgeführt. Das digitale Bild wird von dem Bilderzeugungsteil 200a der Bildkomponente 200 erfaßt.
  • In einem ersten Schritt 600 verarbeitet der Vorprozessor 200b, nachdem er das Bild empfangen hat, das Bild, um Punkte darin zu identifizieren oder zu lokalisieren.
  • Nachdem er die Punkte lokalisiert hat, bildet der Vorprozessorteil 200b eine sogenannte Punktliste, um die Stelle der Punkte in dem Bild anzuzeigen. Die Stelle eines Punkts kann als eine Pixelnummer oder eine x-, y-Stelle in einem Bezugskoordinatensystem des Bilderzeugungsteils 200a angegeben werden. Folglich ist die Punktliste eine kompakte Darstellung des Ursprungsbilds.
  • Danach wird die Punktliste von der Bildkomponente 200 an die Kommunikationskomponente 202 übertragen. Dann wird von dem Decoderteil 202b ein mit APR bezeichneter zweiter Schritt 602 durchgeführt. Der Schritt 602 kann in zwei Teilschritte unterteilt werden: einen Perspektivenkorrekturschritt 604 und einen Koordinatendatendecodierungsschritt 606.
  • Der Perspektivenkorrekturschritt 604 kann das Umsetzen der Punktstellen in der Punktliste in eine vorbestimmte Perspektive umfassen. Auf dies Weise wird die entsprechende Punktliste ungeachtet des Winkels des elektronischen Stifts zu der Schreiboberfläche (Papier 101) bei der Bewegung, als das Bild erfaßt wurde, in die vorbestimmte Perspektive umgesetzt. Die vorbestimmte Perspektive kann zum Beispiel eine Null-Perspektive sein, in der alle perspektivischen Verzerrungen entfernt wurden, oder eine orthogonale Perspektive, in der die Punktliste (d. h. die Punktstellen) ausschaut, als ob sie durch Schauen entlang der Normalrichtung der Schreiboberfläche erfaßt wurde.
  • Dann werden in dem zweiten Teilschritt 606 Koordinatendaten basierend auf der Punktliste bestimmt, die von dem Perspektivenkorrekturschritt 604 ausgegeben wird.
  • Verschiedene Ausführungsformen der Identifizierung und Korrektur der Perspektive und der Bestimmung von Koordinatendaten sind in US-A-6 548 768 ; US-A-6 667 695 ; US-A-6 674 427 ; US-A-6 732 927 ; US-A-6 929 183 ; US-A-7 050 653 ; WO 03/038741 ; WO 2004/097723 und WO 2005/059819 zu finden, die hier per Referenz eingebunden sind.
  • In der offenbarten Ausführungsform ist die APR-Funktionalität der Schritte 604 und 606 als Software/Firmware implementiert, die von einem Prozessor in einem CPU-Kern 1020 der Kommunikationskomponente (siehe 10) ausgeführt wird. Die Sortware/Firmware kann in einem internen ROM des CPU-Kerns 1020 oder in einem externen ROM gespeichert werden, von denen jeder beim Anlaufen in den internen RAM kopiert wird. Die Software-/Firmware-Implementierung ist vorteilhaft, da wenig, wenn überhaupt, Hardware-Neukonstruktion erforderlich ist, wenn eine kommerziell erhältliche Datenübertragungsschaltung, z. B. eine BluetoothTM-Schaltung, als eine Basis für die Kommunikationskomponente verwendet werden soll. Alternativ kann die APR-Funktionalität jedoch durch kundenspezifische Hardware implementiert werden, die mit einer kundenspezifischen oder kommerziell erhältlichen Datenübertragungsschaltung integriert sein kann.
  • In einer Variante zu dem Vorstehenden wird der Perspektivenkorrekturschritt 604 durch den Vorprozessorteil 200b der Bildkomponente 200 durchgeführt, wenn sie die Punktliste erzeugt.
  • In 7 ist eine Ausführungsform der Lokalisierung von Punkten (Schritt 600 in 6), die in dem Vorprozessorteil 200b durchgeführt wird, detaillierter dargestellt.
  • In Schritt 700 kann das Eingangsbild gefiltert werden, um im wesentlichen alle Unterschiede in der Hintergrundhelligkeit in dem Bild zu entfernen. Zu diesem Zweck kann jeder Pixelwert über eine zweidimensionale Faltung eines linearen Nullsummenfilters, das auf eine Nachbarschaft eines aktuellen Pixels wirkt, gefiltert werden, wodurch Spitzen für kleine dunkle Bereich auf einem ansonsten gleichmäßigen Hintergrundpegel nahe null erzeugt werden.
  • Danach kann das Bild in Schritt 702 durch Abbilden des Bilds gegen eine entsprechende Schwellwertoberfläche und Festlegen der Pixelwerte abhängig von ihrer Beziehung zu einem Schwellwert an gleicher Stelle entweder auf 1 oder 0 digitalisiert werden. Eine beliebige Schwellwertoberfläche kann verwendet werden, oder ein einziger Wert kann für das komplette Bild verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, eine Schwellwertoberfläche zu verwenden, die in dem Schwellwertbestimmungsschritt 710 adaptiv berechnet wird.
  • In Schritt 704 werden die Punkte in dem Bild ausgemacht, indem verbundene dunkle Bereiche (verbundene Bestandteile), z. B. unter Verwendung einer Nachbarschaft mit einer Konnektivität von 4 oder 8, in dem digitalisierten Bild identifiziert werden. Die Stellen der ausgemachten Punkte werden dann als der Schwerpunkt jedes verbundenen Bestandteils berechnet. Wahlweise können gewisse verbundene Bestandteile angesichts der vorbestimmten unteren und/oder oberen Bereichsgrenzen ignoriert werden. Die sich ergebenden Punktstellen werden dann in einer Punktliste, wahlweise zusammen mit einem Flächenmaß für jeden Punkt, angeordnet. Die Punktliste kann in jedem geeigneten Format, z. B. Klartext oder auf irgendeiner Basis codiert, sein.
  • Danach kann die Punktliste in Schritt 706 komprimiert werden, um die Menge der Information weiter zu verringern.
  • In einem parallelen Schritt 708 kann das Bild analysiert werden, um dadurch Bildstatistiken zu erzeugen, die in dem vorstehend erwähnten Schwellwertbestimmungsschritt 710 und/oder einem Aufnahmezeitbestimmungsschritt 712 verwendet werden sollen.
  • In Schritt 710 können die Statistiken von dem Analyseschritt 708 verwendet werden, um die Schwellwertoberfläche zu schätzen. Zum Beispiel kann basierend auf dem Kontrast an gewissen Probenpunkten in dem Bild eine Schwellwertoberfläche unter einer vorbestimmten Krümmungsrandbedingung für die Oberfläche an diese Probenpunkte angepaßt werden. Alternative Ausführungsformen sind in WO 03/001450 und WO 03/044740 offenbart, die hier per Referenz eingebunden sind.
  • Außerdem wird in einem Schritt 712 basierend auf den Statistiken aus dem Analyseschritt 708 eine Aufnahmezeit bestimmt. Diese Aufnahmezeit kann verwendet werden, um die Aktivierung einer Klappe in der Kamera und/oder einem Beleuchtungselement, wie etwa einer LED, einer Laserdiode oder Lampe in dem Stift, zu steuern. Ausführungsformen für eine derartige Bestimmung sind in WO 03/030082 offenbart, das hier per Referenz eingebunden ist.
  • Die Ausgabe der Schritte 700706 bildet folglich eine vorverarbeitete Version des empfangenen Bilds.
  • Schematische Darstellung des elektronischen Stiftsystems
  • In 8 ist eine schematische Darstellung des elektronischen Stiftsystems gezeigt.
  • Das elektronische Stiftsystem gemäß der offenbarten Ausführungsform weist einen elektronischen Stift 800, wie etwa irgendeinen der vorstehend beschriebenen Stifte 100, 400 oder 500, und ein externes Endgerät 802 auf.
  • Der Stift 800 weist zwei Hauptverarbeitungskomponenten auf: eine Bildkomponente 804 (entspricht der Komponente 200 von 2C) und eine Kommunikationskomponente 806 (entspricht der Komponente 202 von 2C).
  • Die Bildkomponente 804 kann einen Bildsensor, einen Prozessor und einen Speicher zum Erzeugen von Bildern und Verarbeiten der Bilder für die Extraktion von Daten aufweisen. Wie vorstehend beispielhaft gezeigt, kann diese Verarbeitung das Lokalisieren von Punkten in einem erfaßten Bild, das Bilden einer Punktliste der lokalisierten Punkte und das Übertragen der Punktliste an die Kommunikationskomponente 806 aufweisen.
  • Die Bildkomponente 804 kann eine elektronische Vorrichtung sein, die dafür bestimmt ist, ein Bild zu erzeugen und relevante Codierungsmusterinformationen (Punktliste) aus dem Bild zu extrahieren. Ein Beispiel für eine derartige dedizierte elektronische Vorrichtung ist in 11 dargestellt.
  • Schematisch weist die Kommunikationskomponente 806 ein Bildanalyseteilmodul 808 (entspricht dem Decoderteil 202b von 2C) und ein Senderteilmodul 810 (entspricht dem Ausgangsteil 202c von 2C) auf.
  • Die Kommunikationskomponente 806 kann eine elektronische Sendervorrichtung mit überschüssiger Verarbeitungskapazität, wie etwa ein BluetoothTM-Chip sein, in dem die überschüssige Verarbeitungskapazität, zum Beispiel nach dem APR-Modell von 6, zum Umsetzen der Punktliste in Koordinatendaten genutzt wird.
  • Die Punktliste wird von der Kommunikationskomponente empfangen. Danach wird die Punktliste nach den vorstehend beschriebenen Schritten 604606 in Koordinatendaten umgesetzt. Nachdem die Punktliste in Koordinatendaten umgesetzt wurde, werden die Koordinatendaten an das externe Endgerät 802 übertragen.
  • Die Koordinatendaten können in globalen Positionen, oder wenn der Stift Daten über eine Unterteilung des abstrakten Musters speichert, als logisch Positionen angegeben werden.
  • Die Koordinatendaten werden von einem Anwendungsprogramm in dem Endgerät 802 empfangen. Ein derartiges Anwendungsprogramm kann ein Zeichnungsdienst sein, der die Stiftstriche anzeigt, die von dem Stift 800 auf dem Papier geschrieben werden, oder jeder andere Dienst, der Koordinatendaten nutzt. Nicht einschränkende Beispiele umfassen eine Wortverarbeitungsanwendung mit Zeichenerkennungsfunktionali tät zum Interpretieren von Zeichen oder Symbolen aus einer handschriftlichen Eingabe oder einen Übersetzerdienst.
  • Die Koordinatendaten können gestreamt werden, d. h. nahezu in Echtzeit von dem Stift 800 an das Endgerät 802 übertragen werden. Alternativ können die Koordinatendaten in einem Speicher des Stifts 800 für die anschließende Übertragung an das Endgerät 804 als ein Strom einzelner x, y-Koordinaten oder als ein oder mehrere Datenpakete gepuffert werden. Jedes derartige Datenpaket kann einen Satz von Koordinatendaten, wie etwa einen oder mehrere Stiftstriche, enthalten. Gepufferte Daten können nach einer Benutzeranfrage, die zum Beispiel von einem Knopf auf dem Stift, der gedrückt wird, oder Plazieren des Stifts mit seiner Kamera, die ein Bild eines bestimmten Teils des Punktmusters (dem Benutzer durch ein sichtbares Sendesymbol auf dem Papier geeignet angezeigt) erfaßt, erzeugt wird, an das externe Endgerät 802 übertragen werden. Alternativ können gepufferte Daten nach einer Zeitüberschreitung automatisch oder durch ein Anheben des Stifts gepuffert werden.
  • In noch einer anderen Ausführungsform ist der Stift konfiguriert, um die Koordinatendaten zu streamen, puffert die Daten aber, wenn er es nicht schafft, den Kontakt mit dem externen Endgerät über die Kommunikationskomponente 806 herzustellen. Die Koordinatendaten werden in einer nichtflüchtigen Speichereinheit geeignet gepuffert, um zu einer späteren Zeit übertragen zu werden, wenn der Kontakt mit dem Endgerät hergestellt ist. Wenn der Kontakt hergestellt ist, kann die Kommunikationskomponente 806 die gepufferten Daten, wahlweise mit einer Anzeige, daß die Daten gepuffert wurden, an das Endgerät übertragen. In einer Ausführungsform haben die gepufferten Daten Priorität, so daß gepufferte Daten immer vor neu erzeugten Daten übertragen werden. In einer alternativen Ausführungsform haben neu erzeugte Daten Priorität gegenüber gepufferten Daten. In beiden Varianten kann das Übertragen der gepufferten Daten das Senden einer Nachricht an das externe Endgerät umfassen, welche anzeigt, daß gepufferte Daten verfügbar sind. Die Nachricht kann auch den Ursprung der gepufferten Daten, z. B. die Seitenadressen der gepufferten Daten, anzeigen. Das Anwendungsprogramm in dem Endgerät kann dann, wahlweise unter der Steuerung eines Benutzers, wählen, ob der Stift angewiesen werden soll, derartige gepufferte Daten zu übertragen.
  • Die Koordinatendaten können in jedem Standard- oder proprietären Format ausgegeben werden. In einer spezifischen Ausführungsform erzeugt die Kommunikationskomponente 806 Ausgangsdaten in der Form von Ereignissen. Typischerweise wird ein Ereignis für jedes Bild erzeugt, das von der Bildkomponente 804 erfaßt wird. Diese Ereignisse können umfassen: Koord (umfaßt eine bestimmte Position und wahlweise einen zugehörigen Druckwert), StiftUnten (zeigt den Beginn eines Stiftstrichs an) und StiftOben (zeigt das Ende eines Stiftstrichs an). Weitere denkbare Ereignisse umfassen: KoordFehler (zeigt einen Fehler in der Positionsbestimmung an), KeinCode (zeigt die Unfähigkeit an, das Muster zu erkennen), und Gesperrt (zeigt an, daß der Stift in einem nicht zulässigen Muster betrieben wird, siehe unten). Jedes derartige Ereignis kann eine Abfolgenummer aufweisen, die einem Prozessor in dem Stift oder dem empfangenden Endgerät ermöglicht, die Reihenfolge der Ereignisse wieder herzustellen. Auf diese Weise kann die Abfolgenummer ein Zeitstempel sein, der in dem absoluten Zeitrahmen eines Takts in dem Stift angegeben wird. Alternativ werden den Ereignissen nach jedem StiftUnten eindeutige hochgezählte Abfolgenummern gegeben. Zum Beispiel kann jedes StiftUnten mit einer Abfolgenummer 0 verbunden werden, und die folgenden Ereignisse können mit Abfolgenummern 1, 2, 3, etc. verbunden werden. Dadurch ist ein Prozessor in der Lage „verloren gegangene Positionen" in dem Ereignisstrom, selbst ohne ein KoordFehler-Ereignis, zu identifizieren. Alternativ oder zusätzlich kann jede Abfolgenummer die Zeit anzeigen, die seit dem letzten StiftUnten vergangen ist.
  • Die Kommunikationskomponente 806 ist geeignet konfiguriert, um Daten gemäß einem Standardkommunikationsprotokoll auszugeben. Ein derartiges Protokoll, das häufig ver wendet wird, um Koordinatendaten zu übertragen, ist das HID-(Human Interface Device)Protokoll. Durch Verwenden eines derartigen Standardprotokolls sind keine besonderen Berücksichtigungen erforderlich, selbst wenn die Koordinatendaten von einem elektronischen Stift anstelle einer gewöhnlichen Computerperipherie erzeugt werden.
  • In einer in 9 gezeigten Ausführungsform umfaßt der Stift ferner ein Zugriffsgewährungsmodul 900, das als Hardware und/oder Software realisiert ist, das direkt oder indirekt arbeitet, um Koordinatendaten selektiv für die Ausgabe durch den Stift zu sperren. Dieses Zugriffsgewährungsmodul 900 kann die Bilder, die extrahierten Bilddaten oder die Koordinatendaten als Eingabe verwenden. Das Teilmodul 900 kann diese Eingabe oder daraus abgeleitete Daten gegen eine Datenstruktur 902 abbilden, die das zulässige Muster identifiziert, und ein Zugriffssignal ausgeben, das entweder die Zugriffsgewährung oder Zugriffsverweigerung anzeigt. Der Stift kann basierend auf dem Zugriffssignal selektiv die Verarbeitung und/oder die Datenausgabe zulassen. Zum Beispiel kann die Bildkomponente für das Erzeugen eines digitalen Bilds oder das Extrahieren von Bilddaten daraus gesperrt werden, oder die Kommunikationskomponente kann gegen das Umsetzen der Bilddaten in Koordinatendaten oder gegen das Übertragen der Koordinatendaten gesperrt werden.
  • In einem Beispiel identifiziert die Datenstruktur 902 zulässige Musterseiten, d. h. die Musterseiten, von denen es dem Stift erlaubt ist, Koordinatendaten auszugeben. Diese zulässigen Musterseiten könnten als ein Bereich in globalen Positionen, ein Satz einzelner Musterseiten, ein Segment, ein Fach, ein Buch, etc. definiert werden. Koordinatendaten, die außerhalb dieser zulässigen Musterseiten fallen, werden von dem Stift nicht ausgegeben. Dadurch kann die Funktionalität zwischen verschiedenen elektronischen Stiften oder Arten derartiger Stifte unterschieden werden, selbst wenn sie alle fähig sein mögen, das gleiche abstrakte Muster zu lesen und zu decodieren. In einer alternativen Ausführungsform kann die Datenstruktur 902 statt dessen das nicht zulässige Muster identifizieren.
  • Das Modul 900 kann ein Teil der Bildkomponente und/oder der Kommunikationskomponente sein oder kann als eine getrennte Komponente implementiert werden.
  • Es sollte erkannt werden, daß das Zugriffsgewährungsmodul 900 universell auf elektronische Stifte, d. h. nicht nur die Art elektronischer Stifte, die hier explizit beschrieben ist, anwendbar ist.
  • Hardwarerealisierung des elektronischen Stifts
  • In 10 ist eine Hardwarerealisierung des elektronischen Stifts als Diagramm dargestellt.
  • Es sollte bemerkt werden, daß Teile, die nicht zum Kern der vorliegenden Erfindung beitragen, weggelassen sind oder knapp beschrieben werden, um nicht die Merkmale der vorliegenden Erfindung zu verdecken.
  • In dieser Hardwarerealisierung gibt es drei Hauptkomponenten; eine Bildkomponente 1000 (entspricht den Komponenten 200, 804), eine Kommunikationskomponente 1002 (entspricht den Komponenten 202, 806) und eine Leistungsversorgung 1004.
  • Abgesehen von diesen Komponenten ist eine IR-LED 1006 zum Beleuchten des Bereichs nahe der Stiftspitze vorhanden.
  • Die Bildkomponente 1000 weist einen IR-LED-Treiber 1008, ein Bildsensorsubsystem 1010 mit einer Pixelanordnung, ein Stift-unten-Erfassungsmodul (PDD-Modul) 1012, ein Steuerlogikmodul 1014, ein Leistungsverwaltungsmodul (PM-Modul) 1016 und ein Kommunikations-/GPIO-Modul 1018 (GPIO: General Purpose Input/Output: Universaleigang/Ausgang) auf.
  • Die Kommunikationskomponente 1002 weist ein CPU-Kernmodul 1020, ein Leistungsverwaltungsmodul (PM-Modul) 1022, ein Kommunikations-/GPIO-Modul 1024, ein Bluetooth-BB- und RF-Frequenzmodul 1026 (BB: Baseband: Basisband), ein Taktsteuerungsmodul 1028, eine Antenne 1030 und einen Kristalloszillator 1032 auf. Der Kristalloszillator 1032 stellt ein grundlegendes Taktsignal bereit, das von dem Taktsteuerungsmodul 1028 verwendet wird, um Taktsignale für andere Module, zum Beispiel ein CPU-Taktsignal für das Modul 1020, ein Bluetooth-Taktsignal für das Modul 1026, ebenso wie ein externes Taktsignal für die Bildkomponente 1000 zu erzeugen.
  • In der offenbarten Ausführungsform wird der gesamte Stiftbetrieb von der Systemsteuerungssoftware/Firmware gesteuert, die von einem Prozessor in dem CPU-Kern 1020 ausgeführt wird. Die Software/Firmware kann in dem internen ROM des CPU-Kerns 1020 oder in einer getrennten Speichereinheit (ROM, EPROM, EEPROM, Flash, etc.) gespeichert werden, von welcher sie beim Anlaufen in den internen RAM kopiert wird. Eine derartige Systemsteuerung umfaßt das Steuern des Anlaufens, des kontinuierlichen Betriebs und des Ausschaltens der Bild- und Kommunikationskomponenten ebenso wie das selektive Aktivieren der MMI des Stifts. Die Systemsteuerung kann auch weitere Stiftfunktionen, wie etwa eine Leistungsverwaltungsfunktion, ein Verfahren zum Puffern von Koordinatendaten und ein Verfahren zum Aufbauen einer Kommunikationsverbindung zwischen dem Stift und dem externen Endgerät, implementieren.
  • Bildkomponente im Detail
  • In 11 ist eine Hardwarerealisierung 1100 der Bildkomponente 1000 in weiteren Details gezeigt.
  • Wieder sollte bemerkt werden, daß Teile, die nicht zum Kern der vorliegenden Erfindung beitragen, weggelassen sind oder knapp beschrieben werden, um nicht die Merkmale der vorliegenden Erfindung zu verdecken.
  • Der allgemeine Zweck der Bildkomponente ist in dieser beispielhaften Ausführungsform, Bilder zu erzeugen, die jeweils einen Bereich einer Schreiboberfläche, zweckmäßigerweise nahe der Stiftspitze des Stifts, darstellen, und dann nach der Bildverarbeitung die sich ergebenden Daten an die (in 11 nicht gezeigte) Kommunikationskomponente zu übertragen.
  • Um diesen Zweck zu erfüllen, wurde eine Anzahl von Teilmodulen und Subsystemen entwickelt.
  • Bildsensorsubsystem
  • Erstens wird ein Bildsensorsubsystem 1102 zum Erzeugen digitaler Bilder verwendet.
  • Das Bildsensorsubsystem 1102 weist eine Pixelanordnung 1104 auf, auf die Licht auftrifft, das in analoge elektronische Signale umgewandelt wird. Zum Steuern der Pixelanordnung 1004 werden ein Zeilensteuermodul 1106 und ein Spaltensteuermodul 1108 verwendet.
  • Danach werden die analogen elektronischen Signale an ein Schwarzverschiebungskorrekturmodul 1110 übertragen. In diesem Modul kann die Schwarzverschiebung der analogen elektronischen Signale entsprechend einer Referenzschwarzverschiebung eingestellt werden.
  • Danach werden die analogen elektronischen Signale an ein Verstärkungsmodul 1112 übertragen, in dem die Signale oder Teile der Signale verstärkt werden können.
  • Als nächstes werden die analogen elektronischen Signale an ein Bildverschiebungskorrekturmodul 1114 übertragen. In diesem Modul können die Signale in einer derartigen Weise umgewandelt werden, daß das von den analogen elektronischen Signale angegebene Bild entsprechend einer Referenzausrichtung ausgerichtet wird.
  • Schließlich werden die analogen elektronischen Signale von einem ADC (Analog-Digital-Wandler) 1116 in digitale Signale, d. h. ein digitales Bild, umgewandelt.
  • Steuerlogik
  • Zweitens wird das digitale Bild an ein Steuerlogikmodul 1118 übertragen.
  • Insbesondere wird das Bild an ein Bildverarbeitungsmodul 1120 übertragen, in dem, wie vorstehend unter Bezug auf 67 beschrieben, basierend auf dem Bild eine Punktliste erzeugt wird.
  • Das Steuerlogikmodul 1118 weist auch digitale Komponenten zum Steuern des Betriebs der Bildkomponente 1100 auf. Ein Teilmodul, ein analoges Steuermodul 1122, steuert die analogen Teile der Bildkomponente 1100, wie etwa das Bildsensorsubsystem 1102. Ein anderes Teilmodul, ein Verknüpfungslogikmodul 1124, steuert andere Betriebe, wie etwa die Speicherhandhabung, etc.
  • Ferner weist das Steuerlogikmodul 1118 einen Speicher 1126, z. B. einen SRAM, einen PLL (Phase Locked Loop: phasenstarrer Regelkreis) 1128 und einen UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter: universeller asynchroner Empfänger-Sender) 1130 auf.
  • In der dargestellten Ausführungsform fehlt der Bildkomponente 1100 ein interner Takt, aber sie wird statt dessen basierend auf einem externen Taktsignal betrieben, das an einem MCLK-Anschluß (Haupttaktanschluß) 1138 der Kommunikationsschnittstelle 1132 geliefert wird. Dieses Taktsignal kann von dem Taktsteuermodul 1028 in der Kommunikationskomponente 1002 (10) erzeugt werden. In einer (nicht gezeigten) Variante kann die Bildkomponente 1100 einen internen Takt haben.
  • Kommunikationsschnittstelle
  • Wenn die Punktliste in dem Steuerlogikmodul 1118 erzeugt wurde, wird drittens die Punktliste an die Kommunikationskomponente 1002 übertragen, die eine in dem Stift beinhaltete getrennte Hardwarekomponente ist. Die Übertragung erfolgt über einen TXD-Anschluß 1134 in der Kommunikationsschnittstelle 1132. Die Kommunikationsschnittstelle 1132 weist ferner einen RXD-Anschluß 1136 für den Empfang von Signalen, den MCLK-Anschluß 1138 und einen nRESET-Anschluß 1140 zum Zurücksetzen der Bildkomponente 1100 auf.
  • Steuern der Lichtbedingungen
  • Um die Qualität des erfaßten Bilds zu verbessern, wird die Schreiboberfläche in diesem Beispiel von einer IR-LED (Infrarotlicht emittierende Diode) 1142 (siehe 1006 in 10) beleuchtet. Die IR-LED 1142 befindet sich an dem vorderen Ende des elektronischen Stifts und ist durch Drähte mit der Bildkomponente 1100 verbunden.
  • Indem man eine IR-LED 1142 in dem Stift hat, können die Lichtbedingungen (wie etwa Wellenlänge, Intensität, Impulslänge, etc.) gesteuert werden. Dies bedeutet, daß die anderen Teile der Bildkomponente 1100 entsprechend den Lichtbedingungen abgestimmt werden können, was seinerseits die Qualität des erfaßten Bilds verbessern kann.
  • Ein anderer Aspekt, wenn man die IR-LED 1142 hat, ist daß die Abhängigkeit von Umgebungslicht verringert wird. Noch ein Aspekt ist, daß die Störung durch Umgebungslicht verringert wird. Wenn die IR-LED 1142 zum Beispiel mit einer vorbestimmten Frequenz mit einer vorbestimmten Wellenlänge gepulst wird, kann die Bildkomponente die Wirkung des Umgebungslichts verringern, indem sie lediglich die Bilder berücksichtigt, die bei einer entsprechenden Frequenz und einer entsprechenden Wellenlänge erfaßt wurden.
  • Da Infrarotlicht für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, wird sich der Benutzer über die IR-LED 1142 nicht bewußt sein.
  • Die IR-LED 1142 wird von einem IR-LED-Treiber 1144 angesteuert. Der IR-LED-Treiber 1144 ist in zwei Teilmodule, einen DCDC-Wandler (Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler) 1146 und ein IR-Sicherheitsmodul 1148 unterteilt.
  • Der DCDC-Wandler 1146 stellt sicher, daß eine stabile und passende Spannung, z. B. 2,7 V über der IR-LED 1142 angelegt wird, was seinerseits bedeutet, daß die Lichtcharakteristik der IR-LED 1142, wenn sie eingeschaltet wird, stabil ist.
  • Eine Art, eine stabile Spannung sicherzustellen ist, einen ersten Kondensator zu haben, auf den häufig als „Barrel-Faß" Bezug genommen wird, der parallel zu der IR-LED 1142 angeschlossen ist, um sich um Spannungsüberschüsse, z. B. wenn die Spannung einen geplanten Pegel übersteigt, zu kümmern, und einen zweiten Kondensator, auf den häufig als „Gucket-Eimer" Bezug genommen wird, in einer getrennten Schaltung zu haben, um eine Ersatzspannung aufzunehmen, die verwendet wird, um ein Spannungsdefizit zu kompensieren, z. B. wenn die Spannung unter den geplanten Pegel fällt.
  • Das IR-Sicherheitsmodul 1148 ist ein Logikmodul, das sicherstellt, daß der Leistungsverbrauch der IR-LED 1142 nicht anomal ist, insbesondere um eine übermäßige Leistungsabgabe zu vermeiden. Wenn ein derartiger anomaler Leistungsverbrauch erfaßt wird, wird die IR-LED 1142 ausgeschaltet. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Ausgangshelligkeit der IR-LED 1142 nie einen Pegel erreicht, der für das menschliche Auge schädlich ist.
  • Leistungsverwaltung der Bildkomponente
  • Um die Leistungseffizienz des elektronischen Stifts zu verbessern, kann ein Leistungsverwaltungsmodul (PM-Modul) 1150 (auch als 1016 in 10 zu sehen) in die Bildkomponente eingeführt werden.
  • Die Aufgaben eines derartigen PM-Moduls 1150 könnten umfassen, einen aktuell geeigneten Leistungszustand der Bildkomponente zu identifizieren und/oder die Bildkomponente in diesen Zustand einzustellen, indem die Teile der Komponente aktiviert werden, die in dem identifizierten Leistungszustand benötigt werden.
  • Das PM-Modul 1150 kann ferner in ein Leistungsverwaltungsmodul für digitale Komponenten (PM-DIG) 1152 und ein Leistungsverwaltungsmodul für analoge Komponenten (PM-ANA) 1154 unterteilt werden.
  • Um den aktuellen Leistungszustand der Bildkomponente ebenso wie des elektronischen Stifts als ganzes einzustellen, kann ein Stift-unten-Erfassungsmodul (PDD-Modul) 1156 (auch als 1012 in 10 zu sehen) verwendet werden. Das PDD-Modul 1156 kann konfiguriert sein, um ein Signal von einem Näherungssensor 1158 zu empfangen, der von der unter Bezug auf 45 beschriebenen Art sein kann. Das Ausgangssignal des Sensors 1158 kann sich entsprechend dem Aufbringdruck der Stiftspitze auf die Schreiboberfläche ändern oder nicht. Das PDD-Modul 1156 kann basierend auf dem Aus gangssignal des Näherungssensors ein PDD-Signal erzeugen, das anzeigt, ob der Stift nach unten auf die Schreiboberfläche gesetzt ist (Stift unten) oder nicht (Stift oben). Zweckmäßigerweise ist das PDD-Modul 1156 eine passive Komponente, die nicht mit Leistung versorgt werden muß, um das PDD-Signal zu erzeugen. Eine derartige Ausführungsform ist in WO 03/069547 offenbart, die hier per Referenz eingebunden ist. In einer Variante ist das PDD-Modul als Teil der Kommunikationskomponente eingebaut oder ist eine getrennte Komponente.
  • Das PDD-Signal kann von dem PM-Modul 1150 der Bildkomponente 1100 empfangen werden und kann auch über den TXD-Anschluß 1134 der Kommunikationsschnittstelle 1132 an das PM-Modul 1022 der Kommunikationskomponente 1002 übertragen werden, um den Leistungszustand der Kommunikationskomponente korrekt einzustellen, wie nachstehend unter Bezug auf 12 weiter erklärt wird.
  • Wenn das PDD-Signal anzeigt, daß der Stift in Kontakt mit der Schreiboberfläche gebracht wurde (Stift unten), wird die Bildkomponente (und der Stift), z. B. durch das PM-ANA 1154, das bewirkt, daß das Steuerlogikmodul 1118 synchron den IR-LED-Treiber 1144 aktiviert, um die Schreiboberfläche nahe der Stiftspitze zu beleuchten, und daß das Bildsensorsubsystem 1102 digitale Bilder erzeugt, in eine Hochleistungsbetriebsart eingestellt. Typischerweise wird eine derartige Aktivierung, während der Stift unten ist, mit einer festen oder variablen Frequenz (Rahmenrate) im Bereich von 50–100 Hz wiederholt.
  • Wenn das PDD-Signal anzeigt, daß der Stift von der Schreiboberfläche angehoben wurde (Stift oben), verläßt die Bildkomponente (und der Stift) die Hochleistungsbetriebsart, indem das PM-ANA 1154 bewirkt, daß das Steuerlogikmodul 1118 das Bildsensorsubsystem 1102 und den IR-LED-Treiber 1144 deaktiviert.
  • In einer (nicht gezeigten) Variante wird der Leistungszustand der Bildkomponente statt dessen von der Kommunikationskomponente gesteuert. Zum Beispiel kann die Kommu nikationskomponente den Leistungszustand der Bildkomponente einstellen, indem sie dedizierte Befehle in dedizierte Register der Bildkomponente schreibt und/oder indem sie dedizierte Steuersignale auf die Eingangsanschlüsse der Bildkomponente (z. B. den RXD- und/oder MCLK-Anschlüssen) schreibt. Wiederum kann der Leistungszustand als eine Funktion des Ausgangssignals eines PDD-Moduls eingestellt werden, das ein Teil der Bildkomponente (wie in 1011), ein Teil der Kommunikationskomponente oder eine getrennte Komponente sein kann.
  • Die folgende Diskussion nimmt an, daß die Leistungszustände der Bildkomponente in zwei allgemeine Zustände unterteilt werden können: einen aktiven Zustand, in dem die Bildkomponente vollständig eingeschaltet ist, d. h. sowohl analoge als auch digitale Elemente eingeschaltet sind, und einen passiven Zustand, in dem wenigstens die bilderzeugenden Teile deaktiviert sind, d. h. die analogen Elemente nicht eingeschaltet sind.
  • Leistungsverwaltung des elektronischen Stifts
  • 12 stellt eine Ausführungsform einer Gesamtleistungsverwaltungsfunktion für einen elektronischen Stift dar.
  • Wenngleich die Bildkomponente und die Kommunikationskomponente jeweils unterschiedliche Leistungszustände erreichen können, steht jeder derartige Zustand oder jede Kombination von Zuständen zu einer der drei allgemeinen Leistungsbetriebsarten des elektronischen Stifts in Beziehung: einer Hochleistungsbetriebsart 1200, einer mittleren Leistungsbetriebsart 1202 und einer Niederleistungsbetriebsart 1204.
  • Im allgemeinen tritt man in die Hochleistungsbetriebsart 1200 in Situationen ein, die viele Prozessoroperationen bedingen, typischerweise, wenn der Benutzer mit dem Stift schreibt. Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann eine derartige Situation durch das PDD-Modul 1156 angezeigt werden.
  • In einer Ausführungsform kann das Hochleistungsmodul in zwei Unterbetriebsarten unterteilt werden, die unterschiedliche Leistungszustände der Kommunikationskomponente widerspiegeln, auf die als HPS1 und HPS2 Bezug genommen wird, wobei HPS1 der höchste Leistungszustand ist und HPS2 der zweithöchste Leistungszustand ist. In diesen beiden Hochleistungsteilbetriebsarten ist die Bildkomponente in ihrem aktiven Zustand.
  • In der Hochleistungsbetriebsart 1200 tritt man immer dann in den HSP2 ein, wenn erfaßt wird, daß, während der Stift unten ist, in der Kommunikationskomponente überschüssige Verarbeitungszeit verfügbar ist. HSP2 kann das Ausschalten wenigstens des Taktsignals für den CPU-Kern 1020 (10) über das Taktsteuermodul 1028 umfassen.
  • In einer spezifischen Ausführungsform ist die Kommunikationskomponente für die BluetoothTM-Kommunikation angepaßt und hat eine sogenannte Schnüffelbetriebsart, in der die Kommunikationskomponente und das externe Endgerät in kurzen regelmäßigen Intervallen synchron auf ein sogenanntes Piconet bzw. Pikonetz (das zwischen dem Stift und dem Endgerät aufgebaut wird) zugreifen. Da Koordinatendaten mit einer Frequenz, welche die Rahmenrate der Bildkomponente widerspiegelt, erzeugt werden, braucht die Kommunikationskomponente nur mit dieser Frequenz auf das Pikonetz zugreifen. Folglich kann die Kommunikationskomponente in den Zuständen HPS1 und HPS2 in die Schnüffelbetriebsart mit einer Aufweckperiodizität, die etwa proportional zu der Rahmenrate ist, eingestellt werden.
  • Im allgemeinen tritt man in die mittlere Leistungsbetriebsart 1202 ein, wenn der Stift für eine kurze Weile von dem Papier entfernt wird. In einer Ausführungsform umfaßt die mittlere Leistungsbetriebsart, daß die Bildkomponente in ihrem passiven Zustand ist und die Kommunikationskomponente in einen MPS-Zustand eintritt, welcher der dritthöchste Leistungszustand ist, in dem alle Takte, abgesehen von dem Kristalloszillator (1032 in 10) ausgeschaltet sein können.
  • Die Kommunikationskomponente kann immer noch in der vorstehend erwähnten Schnüffelbetriebsart, möglicherweise mit einer geringeren Aufweckperiodizität, sein, um den Energieverbrauch weiter zu senken. Die ausgewählte Aufweckperiodizität wird die Antwortzeit beeinflussen, die der Benutzer wahrnimmt. Folglich ist es denkbar, daß der Stift die Aufweck-Periodizität abhängig von dem Anwendungsprogramm, das die Koordinatendaten auf dem Endgerät empfängt, z. B. als eine Funktion einer von der Anwendung/dem Endgerät empfangenen gewünschten Antwortzeiteinstellung, einstellt. In einer Ausführungsform verringert die Kommunikationskomponente allmählich die Aufweckperiodizität in der mittleren Leistungsbetriebsart 1202 mit fortschreitender Zeit. Es sollte erkannt werden, daß das Manipulieren der Aufweckperiodizität für die Leistungsverwaltung auf andere Kommunikationsprotokolle als Bluetooth anwendbar sein kann.
  • Im allgemeinen tritt man in die Niederleistungsbetriebsart ein, wenn der Stift für eine lange Zeit oben war. In einer Ausführungsform ist die Niederleistungsbetriebsart 1204 ähnlich der mittleren Leistungsbetriebsart 1202, aber mit einer längeren Aufweckperiodizität der Kommunikationskomponente. Alternativ kann die Kommunikationskomponente in einen ULPS-Zustand (Ultra Low Power: ultraniedrige Leistung) eintreten, in dem der Kristalloszillator ausgeschaltet sein kann.
  • Es ist auch denkbar, daß der Stift dazu gebracht wird, sich nach einer vorbestimmten Zeitüberschreitung ganz auszuschalten.
  • Um die Leistungsbetriebsarten zu ändern, gibt es zwei Schritte, den Schritt 1206 und den Schritt 1208.
  • Der Schritt 1206 umfaßt, ungeachtet der Leistungsbetriebsart, die Prüfung, ob der Stift in aktivem Gebrauch ist oder nicht, d. h. es wird erfaßt, ob der Stift unten ist oder nicht. Eine derartige Prüfung kann wirksam durchgeführt werden, indem wiederholt auf das PDD-Signal des PDD-Moduls zugegriffen wird oder indem auf ein Ereignis gewartet wird, das eine Änderung in dem PDD-Signal anzeigt.
  • Wenn in Schritt 1206 erfaßt wird, daß der Stift in aktivem Gebrauch ist, bleibt der elektronische Stift in der Hochleistungsbetriebsart 1200 oder tritt in diese ein.
  • Wenn jedoch erfaßt wird, daß der Stift nicht in aktivem Gebrauch ist, z. B. daß der Benutzer aufgehört hat, zu schreiben (Stift oben), wird der Stift die Hochleistungsbetriebsart verlassen und tritt in den Schritt 1208 ein, in dem untersucht wird, ob die Zeit tPM, während welcher der Stift nicht in aktivem Gebrauch war, länger als ein Zeitlimit tlimit ist. Wenn nicht, wird der Stift in die mittlere Leistungsbetriebsart 1202 eintreten oder in dieser bleiben. Es sollte folglich erkannt werden, daß der Stift in die mittlere Leistungsbetriebsart 1202 eintritt, wenn der Benutzer den Stift zwischen Stiftstrichen anhebt. Wenn der Stift für eine Zeitspanne angehoben wurde (Stift oben), welche das Zeitlimit übersteigt, d. h. tPM > tlimit, wird der Stift in die niedrige Leistungsbetriebsart 1204 eintreten.
  • Aufbauverfahren
  • Im folgenden wird ein verbessertes Verfahren zum Aufbauen einer Kommunikationsverbindung zwischen einem elektronischen Stift und einer externen Vorrichtung, wie etwa dem externen Endgerät 104, 802 beschrieben. Das Verfahren kann in jeder Art von elektronischem Stift implementiert werden. Im folgenden wird ein Beispiel des Aufbauverfahrens unter Bezug auf 13 in einem Stift mit drahtloser Kommunikation mit externen Vorrichtungen, z. B. durch die vorstehend beschriebene Kommunikationskomponente, beschrieben.
  • Das Aufbauverfahren wird durch ein dediziertes Auslöserereignis, das z. B. bewirkt wird, indem ein Knopf, entweder ein dedizierter Ein-/Aus-Knopf 106 oder ein dedizierter Aufbauknopf, auf dem Stift gedrückt wird, gestartet. Alternativ kann das Auslöserereignis bewirkt werden, indem der Stift ein vorbestimmtes Muster, entweder direkt aus einem erfaßten Bild, aus den extrahierten Bilddaten (Punktliste) oder basierend auf decodierten Koordinatendaten erfaßt.
  • In Schritt 1302 wird untersucht, ob der Stift ein oder mehrere vorausgewählte externe Endgeräte hat. Der Stift kann in seinem Speicher eine Liste derartiger vorausgewählter Endgeräte aufnehmen, und/oder das vorausgewählte Endgerät kann das Endgerät sein, mit dem der Stift zuletzt verbunden war. In dem Beispiel der Bluetooth-Kommunikation kann die Liste alle Endgeräte anzeigen, mit denen der Stift gepaart wird.
  • Wenn der Stift keine vorausgewählten Endgeräte hat, ermöglicht der Stift die Auswahl des Endgeräts (Schritt 1304). In einer Ausführungsform umfaßt dieser Schritt, daß der Stift eine Abtastung nach verfügbaren Endgeräten, d. h. Endgeräten, die für die Kommunikationskomponente in dem Stift erfaßbar sind, durchführt.
  • Danach umfaßt der Schritt 1306 die Untersuchung, ob irgendwelche weiteren derartigen Endgeräte verfügbar sind, und, wenn möglich, das Auswählen eines dieser Endgeräte. Der Schritt 1306 kann auch das Empfangen eines Bestätigungssignals von jedem entdeckten Endgerät umfassen, bevor (in Schritt 1312) damit verbunden wird. Zum Beispiel kann von dem Stift ein Signal an das entdeckte Endgerät gesendet werden, wodurch eine Dialognachricht auf dem Endgerät gezeigt werden kann, die den Benutzer auffordern kann, die Verbindung zu akzeptieren. Wenn der Benutzer die Verbindung mit dem Stift akzeptiert, kann von dem Endgerät ein Bestätigungssignal an den Stift gesendet werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform bedingt der Schritt 1304, daß der Stift für Endgeräte, z. B. durch Modifizieren einer Eigenschaft der Kommunikationskomponente, feststellbar ist, und der Schritt 1306 umfaßt das Empfangen eines Bestätigungssignals von einem Endgerät. Zum Beispiel kann das Bestätigungssignal in dem Endgerät von dem Benutzer erzeugt werden, der den Stift aus einer Liste entdeckter Vorrichtungen auswählt.
  • Wenn ein Endgerät ausgewählt ist, versucht der Stift, sich mit dem ausgewählten Endgerät zu verbinden (Schritt 1312). In einer Ausführungsform wird das ausgewählte Endgerät dann entweder, wenn das Endgerät ausgewählt wird oder wenn der Stift sich erfolgreich mit dem ausgewählten Endgerät verbunden hat, zu der Liste vorgespeicherter Endgeräte des Stifts hinzugefügt.
  • Wenn kein Endgerät ausgewählt ist, kann der Benutzer über eine von dem Stift ausgegebene visuelle, taktile oder hörbare Anzeige alarmiert werden (Schritt 1308). Wahlweise kann der Schritt 1308 in zwei Schritte unterteilt werden, einen zum Alarmieren des Benutzers, daß keine externen Endgeräte ausgewählt wurden, und einen zum Alarmieren des Benutzers wegen eines Verbindungsfehlers (siehe unten). Zweckmäßigerweise unterscheiden sich die Alarme, so daß der Benutzer einen Fehler vom anderen unterscheiden kann.
  • Wenn jedoch in Schritt 1302 festgestellt wird, daß der Stift in der Tat ein oder mehrere vorausgewählte externe Endgeräte hat, tritt man anstelle des Schritts 1304 in den Schritt 1310 ein.
  • In dem Schritt 1310 wird mit Hilfe des PDD-Moduls 1012/1156 untersucht, ob der Stift auf die Schreiboberfläche aufgebracht ist, oder nicht.
  • Wenn der elektronische Stift auf die Schreiboberfläche aufgebracht wird, tritt man in den Schritt 1304 ein. Selbst wenn der Stift ein vorausgewähltes externes Endgerät hat, hat der Benutzer folglich die Option, die Verbindung des Stifts zu einem derartigen Endgerät zu überschreiben, anstatt den Stift dazu zu bringen, die Auswahl zwischen anderen Endgeräten zu ermöglichen. In einer alternativen Ausführungsform ist diese Option für den Benutzer auch während des Schritts 1312, d. h. während der Stift immer noch versucht, sich mit einem vorausgewählten Endgerät zu verbinden, verfügbar. Um versehentliche Verbindungen zu vermeiden, kann der Schritt 1310 erfordern, daß der Benutzer den Stift nach unten auf die Schreiboberfläche hält, während er auch den vorstehend erwähnten Ein-/Aus-Knopf oder Aufbauknopf drückt, bevor in den Schritt 1304 eingetreten wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Schritt 1310 erfordern, daß der Stift für eine vorbestimmte Zeitspanne auf die Schreiboberfläche aufgebracht wird, bevor in den Schritt 1304 eingetreten wird.
  • Wenn der Stift nicht auf die Schreiboberfläche aufgebracht wird, versucht der Stift, sich mit einem der vorausgewählten externen Endgeräte zu verbinden (Schritt 1312).
  • Danach wird in Schritt 1314 untersucht, ob der Verbindungsversuch erfolgreich war oder nicht. Wenn der Verbindungsversuch fehlgeschlagen ist, tritt man in den Schritt 1308 ein. Wenn andernfalls der Verbindungsversuch erfolgreich war, tritt man in den Schritt 1316 ein, in dem, wie vorstehend beschrieben, Koordinatendaten von dem Stift an das Endgerät übertragen werden.
  • Die Erfindung wurde vorstehend hauptsächlich unter Bezug auf ein paar Ausführungsformen beschrieben. Es wird jedoch von einer Person mit Kenntnissen der Technik ohne weiteres zu schätzen gewußt, daß andere Ausführungsformen als die vorstehend offenbarten innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, ebenso möglich sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (28)

  1. Elektronischer Stift zum Übertragen von Koordinatendaten an ein externes Endgerät, wobei der Stift gekennzeichnet ist durch: eine Bildkomponente, die konfiguriert ist, um ein digitales Bild eines Bereichs einer Schreiboberfläche zu erzeugen, und eine Kommunikationskomponente, die ein Bildanalysemodul aufweist, das konfiguriert ist, um Bilddaten, die das digitale Bild darstellen, zu empfangen und die Bilddaten in Koordinatendaten umzusetzen, und ein Sendermodul, das konfiguriert ist, um die Koordinatendaten an das externe Endgerät zu übertragen.
  2. Elektronischer Stift nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationskomponente einen Prozessor und einen Arbeitsspeicher aufweist, wobei das Bildanalysemodul implementiert ist, indem der Prozessor Bildanalysesoftware ausführt, die in den Arbeitsspeicher geladen ist.
  3. Elektronischer Stift nach Anspruch 2, wobei die Kommunikationskomponente eine Standardkommunikationsschaltung mit überschüssiger Verarbeitungskapazität ist.
  4. Elektronischer Stift nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationskomponente eine BluetoothTM-Kommunikationsschaltung ist.
  5. Elektronischer Stift nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Software zum Steuern des Betriebs des Stifts von einem Prozessor in der Bildkomponente oder der Kommunikationskomponente ausgeführt wird.
  6. Elektronischer Stift nach einem der vorangehenden Ansprüche, der ferner ein Vorprozessormodul aufweist, das konfiguriert ist, um die Bilddaten aus dem digitalen Bild zu extrahieren.
  7. Elektronischer Stift nach Anspruch 6, wobei der Vorprozessor konfiguriert wird, wenn die Bilddaten extrahiert werden, um ein Muster in dem Bereich zu identifizieren.
  8. Elektronischer Stift nach Anspruch 7, wobei die Bilddaten Codesymbole anzeigen, die in dem Muster in dem Bereich enthalten sind.
  9. Elektronischer Stift nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Vorprozessormodul konfiguriert ist, um Punkte in dem Bereich zu finden, wenn das Muster identifiziert wird.
  10. Elektronischer Stift nach Anspruch 9, wobei das Vorprozessormodul ferner konfiguriert ist, um in einem Bezugssystem des digitalen Bilds Mittelpunkte der Punkte zu berechnen.
  11. Elektronischer Stift nach Anspruch 10, wobei die Bilddaten die Stellen der Mittelpunkte in dem Bezugssystem aufweisen.
  12. Elektronischer Stift nach einem der Ansprüche 6–11, wobei das Vorprozessormodul ein Teil der Bildkomponente ist.
  13. Elektronischer Stift nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationskomponente konfigu riert ist, die Bilddaten in eine vorbestimmte Perspektive umzusetzen, wenn die Bilddaten umgesetzt werden.
  14. Elektronischer Stift nach einem der vorangehenden Ansprüche, der ferner ein Stift-unten-Erfassungsmodul aufweist, das konfiguriert ist, um zwischen einem Stift-oben-Zustand und einem Stift-unten-Zustand zu unterscheiden.
  15. Elektronischer Stift nach Anspruch 14, der ferner ein erstes Leistungsverwaltungsmodul in der Bildkomponente und ein zweites Leistungsverwaltungsmodul in der Kommunikationskomponente aufweist, wobei das erste Leistungsverwaltungsmodul und das zweite Leistungsverwaltungsmodul jeweils mit dem Stift-unten-Erfassungsmodul verbunden sind und konfiguriert sind, um jeweils basierend auf einer Zustandsanzeige von dem Stift-unten-Erfassungsmodul eine Betriebsart der Bildkomponente und der Kommunikationskomponente zu steuern.
  16. Elektronischer Stift nach Anspruch 15, wobei die Steuerung der Betriebsart durch jedes Leistungsverwaltungsmodul jeweils das Auswählen zwischen verschiedenen Leistungsbetriebsarten der Bildkomponente und der Kommunikationskomponente umfaßt.
  17. Elektronischer Stift nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bildanalysemodul konfiguriert ist, um die Bilddaten in Koordinatendaten umzusetzen, die gemäß einem gängigen Protokoll für Navigationseingabevorrichtungen ausgedrückt werden.
  18. Elektronischer Stift nach Anspruch 17, wobei das Protokoll für Navigationseingabevorrichtungen HID (Human Interface Device: menschliche Schnittstellenvorrichtung) ist.
  19. Elektronischer Stift nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das digitale Bild ein Codierungsmuster auf der Schreiboberfläche darstellt, wobei der Stift ferner ein Zugriffsgewährungsmodul aufweist, das konfiguriert ist, um eine extrahierte Eigenschaft des Codierungsmusters in dem digitalen Bild zu empfangen, basierend auf der extrahierten Eigenschaft ein Zugriffssignal auszugeben, wobei der Betrieb der Bildkomponente und/oder der Kommunikationskomponente von dem Zugriffssignal abhängt, um die Übertragung von Koordinatendaten von dem Stift selektiv zu sperren.
  20. Elektronischer Stift nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationskomponente konfiguriert ist, um die Koordinatendaten, während sie erzeugt werden, nahezu in Echtzeit zu übertragen.
  21. Elektronischer Stift nach Anspruch 20, der ferner einen Pufferspeicher aufweist, wobei die Kommunikationskomponente konfiguriert ist, um die Koordinatendaten in dem Pufferspeicher zu Puffern, wenn sie nicht in der Lage ist, die Koordinatendaten an das externe Endgerät zu übertragen.
  22. System für die Übertragung von Koordinatendaten, gekennzeichnet durch: einen elektronischen Stift nach einem der Ansprüche 1–21, und ein externes Endgerät, das für den Empfang von Koordinatendaten konfiguriert ist, die von dem elektronischen Stift übertragen werden.
  23. Elektronischer Stift, der aufweist: eine elektronische Schaltungsanordnung, die in einer Hochleistungsbetriebsart, einer mittleren Leistungsbetriebsart und einer Niederleistungsbetriebsart betreibbar ist; einen Sensor zum Erfassen, ob eine Spitze des elektronischen Stifts in Kontakt mit einer Schreiboberfläche ist oder nicht; und ein Leistungsverwaltungssystem, das mit dem Sensor verbunden ist und konfiguriert ist, um die elektronische Schaltungsanordnung zu betreiben: – in der Hochleistungsbetriebsart, immer wenn die Spitze in Kontakt mit der Schreiboberfläche ist, – in der mittleren Leistungsbetriebsart, wenn die Spitze von dem Kontakt mit der Schreiboberfläche weg gebracht wird, und in der Niederleistungsbetriebsart, wenn die Spitze länger als eine vorbestimmte Zeitspanne nicht in Kontakt mit der Schreiboberfläche war.
  24. Elektronischer Stift nach Anspruch 23, wobei die elektronische Schaltungsanordnung wenigstens einen Teil einer Bildkomponente, die konfiguriert ist, um ein digitales Bild eines Bereichs auf einer Schreiboberfläche zu erzeugen, und wenigstens einen Teil einer Kommunikationskomponente aufweist, die konfiguriert ist, um Bilddaten, welche das digitale Bild darstellen, zu empfangen, die Bilddaten in Koordinatendaten umzusetzen und die Koordinatendaten an ein externes Endgerät zu übertragen.
  25. Elektronische Stift nach Anspruch 24, wobei bewirkt wird, daß der wenigstens eine Teil der Kommunikationskomponente in der Hochleistungsbetriebsart mit einer Schnüffelrate intermittierend auf eine Verbindung zu dem externen Endgerät zugreift, die einer Bilderzeugungsrate des wenigstens einen Teils der Bildkomponente entspricht.
  26. Elektronischer Stift nach Anspruch 25, wobei bewirkt wird, daß der wenigstens eine Teil der Kommunikationskomponente in der mittleren Leistungsbetriebsart mit einer verringerten Schnüffelrate arbeitet.
  27. Elektronischer Stift nach Anspruch 26, wobei die verringerte Schnüffelrate wenigstens teilweise basierend auf einer Einstellung festgelegt wird, die von dem externen Endgerät empfangen wird.
  28. Elektronischer Stift nach einem der Ansprüche 23–27, wobei der wenigstens eine Teil der Bildkomponente in der mittleren Leistungsbetriebsart ausgeschaltet ist.
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