專(zhuān)利名稱(chēng)：使用圖像捕捉設(shè)備的雙功能手寫(xiě)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于計(jì)算機(jī)的手寫(xiě)輸入裝置，屬于圖像采集和處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是圖像采集和識(shí)別技術(shù)在計(jì)算機(jī)圖文輸入技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的發(fā)展，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)已經(jīng)越來(lái)越普及，但是現(xiàn)有的輸入手段和產(chǎn)品卻很難滿(mǎn)足這種需求。對(duì)于文學(xué)、歷史、政治等以文字內(nèi)容為主的學(xué)科，盡管在某些情況下輸入如注釋、特殊格式文字符號(hào)時(shí)有些不便，但是鍵盤(pán)還可以基本滿(mǎn)足要求; 但是輸入結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)學(xué)、物理公式、和化學(xué)分子式以及圖形、矩陣等理工科學(xué)科的內(nèi)容， 鍵盤(pán)就很難滿(mǎn)足要求。如果使用手寫(xiě)板輸入公式、化學(xué)式等內(nèi)容，由于沒(méi)有紙面上的墨跡， 所以輸入公式、化學(xué)式、矩陣等內(nèi)容時(shí)，使用者常常很難確定下一個(gè)字符要書(shū)寫(xiě)在手寫(xiě)板的什么位置，導(dǎo)致輸入內(nèi)容混亂。因此網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等應(yīng)用，需要有一種既能留下計(jì)算機(jī)可識(shí)別顯示的電子文檔，又能在紙面上留下墨跡的雙功能手寫(xiě)板?，F(xiàn)有的手寫(xiě)輸入技術(shù)，主要有電阻膜技術(shù)、電磁感應(yīng)技術(shù)、空間超聲波技術(shù)，這些技術(shù)構(gòu)成了若干種基本的手寫(xiě)板技術(shù)方案。使用這些技術(shù)構(gòu)建的手寫(xiě)板產(chǎn)品，雖然各有自身的優(yōu)點(diǎn)，如電阻膜的低成本、電磁感應(yīng)的高精度和壓感功能、空間超聲波不需要實(shí)體手寫(xiě)底板的特點(diǎn)等，但是都有一個(gè)共同的缺點(diǎn)就是不適合用于設(shè)計(jì)既能留下計(jì)算機(jī)可識(shí)別顯示的電子文檔，又能在紙面上留下墨跡的雙功能手寫(xiě)板。如電阻膜技術(shù)，雖然可以在手寫(xiě)板面上附上紙張用普通的鉛筆、鋼筆、圓珠筆、簽字筆來(lái)書(shū)寫(xiě)，但是缺點(diǎn)在于第一對(duì)紙張的厚度要求嚴(yán)格，普通的80g復(fù)印紙附在上面，書(shū)寫(xiě)的力度稍輕，墨跡有了，但是下面的電阻膜卻因?yàn)榧垙埖拇嬖诙貌坏阶銐虻膲簭?qiáng)，不能留下電子文檔；第二電阻膜的表面硬度和強(qiáng)度都很低，如果書(shū)寫(xiě)得力度稍大，就很容易被尖銳的筆尖劃破致使手寫(xiě)板損壞。對(duì)于電磁感應(yīng)技術(shù)，第一因?yàn)槭謱?xiě)筆內(nèi)部需要安裝線圈等電子元件，所以很難有空間安裝帶有油墨的筆芯，尤其是裝入現(xiàn)在通用的成品圓珠筆芯或簽字筆的筆芯。第二因?yàn)殡姶艌?chǎng)的存在，即使設(shè)計(jì)專(zhuān)用的筆芯，也因?yàn)闇u流的存在，不能在筆芯的尖端有金屬導(dǎo)體。這樣制造筆尖的材料就受到了極大的限制，難以設(shè)計(jì)出長(zhǎng)壽命的油墨筆芯。即使不惜代價(jià)設(shè)計(jì)制造出來(lái)，也非一般用戶(hù)消耗得起。對(duì)于空間超聲波技術(shù)，雖然已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)電子文檔和墨跡文檔的雙功能手寫(xiě)板， 但是因?yàn)槭謱?xiě)筆的尖端安裝有桶形的超聲波發(fā)射器，筆身內(nèi)部又有大量的電子元件，所以第一筆尖的直徑、尺寸都受到限制，同樣難以裝入現(xiàn)在最通用的成品圓珠筆芯或簽字筆的筆芯，只能裝入一油墨容量很小的半專(zhuān)用筆芯。這樣的筆芯壽命很短，一般在A4幅面的紙張上書(shū)寫(xiě)大密度地書(shū)寫(xiě)一兩頁(yè)后，筆芯的油墨就會(huì)被用完，所以日常使用費(fèi)用很高。第二， 受限于手寫(xiě)筆上超聲波發(fā)射器的發(fā)射角，超聲波的手寫(xiě)筆在書(shū)寫(xiě)時(shí)對(duì)筆與紙面的傾角要求很?chē)?yán)格，要求筆身接近垂直于紙面，一般最大只允許與紙面的垂線有十幾度的傾角，傾角再大了，在離超聲波接收器距離稍遠(yuǎn)時(shí)，就很容易出現(xiàn)信號(hào)減弱、書(shū)寫(xiě)斷線的問(wèn)題，因此很不符合普通人的書(shū)寫(xiě)姿勢(shì)。如果把可用于手寫(xiě)輸入的技術(shù)再擴(kuò)大一些，還有紅外觸摸屏和電子白板技術(shù)、攝像頭觸摸屏和電子白板技術(shù)、表面聲波觸摸屏技術(shù)、電容觸摸屏技術(shù)。這類(lèi)技術(shù)主要用于平板顯示器和投影屏幕的表面，其書(shū)寫(xiě)表面的性質(zhì)，決定這些手寫(xiě)技術(shù)所使用的觸摸物或手寫(xiě)筆無(wú)法使用墨芯，因此不適合直接應(yīng)用于個(gè)人手寫(xiě)板類(lèi)產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，公開(kāi)了一種留下計(jì)算機(jī)可識(shí)別顯示的電子文檔，又能在紙面上留下墨跡的雙功能手寫(xiě)板的技術(shù)方案，以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、交流中理工科相關(guān)內(nèi)容輸入的需要。本發(fā)明的雙功能手寫(xiě)板，包含有書(shū)寫(xiě)壓力傳感元件的手寫(xiě)筆、手寫(xiě)筆位置坐標(biāo)檢測(cè)部件，以及與書(shū)寫(xiě)壓力傳感元件和位置坐標(biāo)檢測(cè)部件相配合的信號(hào)接收和處理電路。在本發(fā)明中，使用的坐標(biāo)檢測(cè)部件，是一個(gè)能夠捕捉紅外圖像的圖像傳感設(shè)備，安裝在書(shū)寫(xiě)區(qū)域的上方，與其配合的信號(hào)處理電路中包含有順序連接的用于紅外光點(diǎn)識(shí)別的圖像識(shí)別單元、坐標(biāo)計(jì)算單元、數(shù)據(jù)編碼和傳輸單元，以及用于協(xié)調(diào)所述各單元工作的系統(tǒng)控制單元； 所使用的手寫(xiě)筆，內(nèi)部包含有一個(gè)可以在紙上留下書(shū)寫(xiě)墨跡的墨芯，墨芯的尾端的筆桿內(nèi)安裝有所述壓力傳感元件；還包含有一個(gè)書(shū)寫(xiě)平面，用于容納下書(shū)寫(xiě)的紙張；以及一個(gè)能被手寫(xiě)筆外殼的書(shū)寫(xiě)端發(fā)射或反射的紅外線光源，以及與其配合的紅外線光源驅(qū)動(dòng)電路。本發(fā)明中所使用的墨芯，是簽字筆或者圓珠筆所使用的墨芯。本發(fā)明的手寫(xiě)筆有兩種有線筆和無(wú)線筆。對(duì)于有線筆，用于驅(qū)動(dòng)紅外線光源發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電路與所述信號(hào)接收處理電路通過(guò)導(dǎo)線或電纜與手寫(xiě)筆相連接，并且與紅外線光源和壓力傳感元件有線連接。有線筆的一種結(jié)構(gòu)，所說(shuō)的紅外線光源，是若干只紅外發(fā)光管，安裝在手寫(xiě)筆外殼的書(shū)寫(xiě)端上。還有一種反光結(jié)構(gòu)的有線手寫(xiě)筆，在手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)端外殼的表面，包裹有一層定向回歸反射的光學(xué)材料；其中紅外線光源，是若干只紅外發(fā)光管，安裝圖像傳感設(shè)備所在的位置，所發(fā)射的紅外線照射在書(shū)寫(xiě)區(qū)域內(nèi)。這樣，通過(guò)定向回歸反射的反射，紅外線光源所發(fā)射的紅外線，被定向反射到了圖像傳感器的鏡頭中。反光結(jié)構(gòu)的手寫(xiě)筆，也可以做成無(wú)線的。與有線手寫(xiě)筆相同，在手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)端外殼的表面，包裹有一層定向回歸反射的光學(xué)材料；其中紅外線光源，是若干只紅外發(fā)光管，安裝圖像傳感設(shè)備的位置，所發(fā)射的紅外線照射在書(shū)寫(xiě)區(qū)域內(nèi)；在所述信號(hào)接收處理電路中， 還包含有一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)接收單元；在手寫(xiě)筆中，包含有一個(gè)以電池為電源的無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射單元；安裝在手寫(xiě)筆中的壓力檢測(cè)元件，與無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射單元的數(shù)據(jù)輸入端相連接，以傳輸壓力檢測(cè)元件的狀態(tài)量到所述的無(wú)線數(shù)據(jù)接收單元。一般來(lái)說(shuō)這對(duì)無(wú)限收發(fā)模塊也可使用射頻模塊。但是如果在攝像頭的光學(xué)通道上，包含有與用于尋跡的紅外發(fā)光管的所發(fā)射的紅外線的波長(zhǎng)相匹配的窄帶的紅外濾鏡，那么所述無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射和接收單元，可以是利用另外波長(zhǎng)的紅外線傳輸數(shù)據(jù)的無(wú)線發(fā)射接收單元。對(duì)于上述有線或者無(wú)線筆，如果有線或者無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通道可以用于傳輸壓力檢測(cè)元件的編碼數(shù)據(jù)，所以手寫(xiě)筆中的壓力傳感元件，可以使用輸出的電信號(hào)與所檢測(cè)到的
4壓力成一定函數(shù)關(guān)系的傳感元件。另一種無(wú)線手寫(xiě)筆的結(jié)構(gòu)，紅外線光源是若干只紅外發(fā)光管，安裝在手寫(xiě)筆的書(shū)寫(xiě)端的外殼上，所述手寫(xiě)筆內(nèi)部包含有一個(gè)作為電源的電池和一個(gè)控制電路；所述控制電路中包含有驅(qū)動(dòng)所述發(fā)光管發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)一個(gè)控制端來(lái)控制發(fā)光管的發(fā)光狀態(tài); 所述控制端與手寫(xiě)筆內(nèi)所述的壓力檢測(cè)元件相連接。更進(jìn)一步，如果所述信號(hào)接收處理電路中的圖像識(shí)別模塊能夠識(shí)別手寫(xiě)筆中發(fā)光管的亮度，并且控制發(fā)光管的發(fā)光狀態(tài)的控制端能夠控制發(fā)光管的亮度。那么所述的手寫(xiě)筆中的壓力檢測(cè)元件，也可以使用上述有函數(shù)關(guān)系的傳感元件。發(fā)明的益處通過(guò)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案的描述，可以看到本發(fā)明的手寫(xiě)板除了能夠?qū)崿F(xiàn)電子和墨跡雙功能書(shū)寫(xiě)以外，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、對(duì)書(shū)寫(xiě)紙張無(wú)限制、低制造和使用成本、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠充分滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)交流和教學(xué)的需要。


圖1 本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2 本發(fā)明的系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)方框圖；圖3 —種紅外發(fā)光管安裝在手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)端的結(jié)構(gòu)；圖4 本發(fā)明一種使用可反射紅外線的部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖5 —種可反射紅外線的手寫(xiě)筆的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6 無(wú)線手寫(xiě)筆的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例下面參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理和具體實(shí)施方式
。圖1中給出了本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)形式。從圖1中可以看到，本發(fā)明由用于安放整個(gè)系統(tǒng)的主要電路板的底座101、豎起的支架102、安裝在外殼104之內(nèi)的圖像采集傳感設(shè)備(一般使用常見(jiàn)的CMOS攝像頭，下面統(tǒng)稱(chēng)為攝像頭)103、用于容納、放置書(shū)寫(xiě)紙的書(shū)寫(xiě)區(qū)域105、手寫(xiě)筆106構(gòu)成。在手寫(xiě)筆的筆尖部分也就是書(shū)寫(xiě)端107位置，包含有一個(gè)紅外元件，可發(fā)射或者反射近紅外光線。在本發(fā)明中，之所以使用近紅外線(波長(zhǎng)一般為780 980nm)作為尋跡用的光線有三個(gè)原因第一是人眼不可見(jiàn)，不會(huì)對(duì)使用者產(chǎn)生干擾；第二是攝像頭又對(duì)這個(gè)波長(zhǎng)段的光線很敏感，可見(jiàn)光也容易被濾除；第三是光源容易得到，如 850nm和940nm的紅外發(fā)光管已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。在書(shū)寫(xiě)區(qū)域105的一端，還可以設(shè)置一個(gè)用于塞入或者夾緊書(shū)寫(xiě)用紙張、書(shū)寫(xiě)用本子的開(kāi)口或機(jī)構(gòu)109，便于使用者固定紙張的位置。在本發(fā)明中，手寫(xiě)筆的書(shū)寫(xiě)端107位置，可以使用紅外發(fā)光管作為紅外線光源來(lái)發(fā)射紅外線，也可以使用反光元件尤其是定向回歸反射元件來(lái)反射紅外線，標(biāo)示出手寫(xiě)筆筆尖所在的位置。當(dāng)攝像頭103捕捉到這些被發(fā)射或者被反射的紅外線以后，紅外線在攝像頭的CMOS靶面上成像。圖2給出了本發(fā)明的攝像頭圖像信號(hào)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖。從圖2中可以看到，當(dāng)圖像傳感設(shè)備103(即圖1中攝像頭)采集到手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)端發(fā)射或者反射的紅外線后，被送到由DSP或者單片機(jī)及內(nèi)部可執(zhí)行代碼構(gòu)成的信號(hào)處理系統(tǒng)中，在系統(tǒng)控制單元 201的協(xié)調(diào)控制下，圖像識(shí)別單元202通過(guò)數(shù)據(jù)比較等運(yùn)算，從背景信號(hào)中識(shí)別提取出手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)端的紅外線圖像信號(hào)，然后再通過(guò)設(shè)定的已知條件，利用坐標(biāo)計(jì)算和數(shù)據(jù)整合單元 203中的坐標(biāo)計(jì)算功能，得到手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)端在書(shū)寫(xiě)區(qū)域105內(nèi)的位置信息，即在設(shè)定的坐標(biāo)系XOY中的坐標(biāo)值。如果必要，還可以再根據(jù)手寫(xiě)筆的書(shū)寫(xiě)端107上紅外發(fā)射或反射元件與筆尖和紅外元件的位置偏差以及使用者的一般書(shū)寫(xiě)習(xí)慣，對(duì)坐標(biāo)值進(jìn)行修正，得到筆尖在書(shū)寫(xiě)區(qū)域105內(nèi)更精確的位置。在得到所需要的坐標(biāo)信息以后，再利用坐標(biāo)計(jì)算和數(shù)據(jù)整合單元203的數(shù)據(jù)整合和編碼功能，對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)如從手寫(xiě)筆內(nèi)部的書(shū)寫(xiě)壓力檢測(cè)元件的輸入端口 205輸入的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、計(jì)算，最終按照設(shè)定的通信協(xié)議，通過(guò)輸入輸出單元204，輸出到使用本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。圖2所示的各個(gè)部分，除了圖像采集不見(jiàn)103以外，均可以安裝于手寫(xiě)板的底座101之中。在圖2中所給出的是各個(gè)部分、模塊、單元的功能和一種結(jié)構(gòu)和順序，不是唯一的結(jié)構(gòu)和順序。因?yàn)槲⑻幚砥飨到y(tǒng)的整體性和可控性，所以絕大部分通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)的功能，可根據(jù)微控制器系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的實(shí)際需要來(lái)設(shè)計(jì)，將各個(gè)功能排列組合在不同的單元之中，如系統(tǒng)控制單元也可以與圖像識(shí)別單元組裝在一起構(gòu)成一個(gè)復(fù)合功能單元。另外， 本發(fā)明所使用用于手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)端尋跡的紅外線光源206，需根據(jù)手寫(xiě)筆是有線筆還是無(wú)線筆、紅外線是被發(fā)射還是被反射，來(lái)設(shè)定是獨(dú)立安裝在手寫(xiě)別內(nèi)還是通過(guò)導(dǎo)線連接安裝在手寫(xiě)筆內(nèi)或者攝像頭的附近，因此圖中給出了虛線的連接，只表示這個(gè)單元是系統(tǒng)所必需的，而不是一定要與圖2所示的其它部分有電氣上的連接。對(duì)于壓力檢測(cè)輸入端口，虛線連接既表示與紅外光源有相同的含義，同時(shí)還有無(wú)線連接的含義。針對(duì)圖2所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要輸入圖像采集和處理的技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)是成熟技術(shù)，很多應(yīng)用在其他領(lǐng)域的技術(shù)方案可直接使用或借鑒使用。即使對(duì)于針對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案，前面背景技術(shù)所給出的關(guān)于“紅外觸摸屏和電子白板技術(shù)、攝像頭觸摸屏和電子白板技術(shù)”所使用的基本技術(shù)方案就可以直接應(yīng)用于本發(fā)明。目前已經(jīng)有很多專(zhuān)利文獻(xiàn)記載了這類(lèi)技術(shù)方案，如號(hào)碼為 200610122739. 5,200610122463. 0,200410054381. 8,00128801. 6、 200580038703. 2等中國(guó)專(zhuān)利或者專(zhuān)利申請(qǐng)所公開(kāi)的技術(shù)方案，以及其內(nèi)部所涉及的更早的技術(shù)方案。在本發(fā)明中，對(duì)于信號(hào)捕捉處理部分來(lái)說(shuō)，盡管可以有非常多的不同的具體結(jié)構(gòu)， 但是都是現(xiàn)有的成熟技術(shù)，故不再詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的實(shí)施方式主要集中在手寫(xiě)筆的形式和結(jié)構(gòu)方面，因此下面將著重結(jié)合手寫(xiě)筆、紅外光源以及書(shū)寫(xiě)壓力傳感部分的具體結(jié)構(gòu)，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的多種實(shí)施例。本發(fā)明所使用的手寫(xiě)筆可以由有線筆、無(wú)線筆、發(fā)射紅外線和反射紅外線這四種特征結(jié)構(gòu)，組合出四種不同的手寫(xiě)筆，即有線發(fā)射紅外線、有線反射紅外線、無(wú)線發(fā)射紅外線、無(wú)線反射紅外線這四種結(jié)構(gòu)的手寫(xiě)筆，構(gòu)成不同的實(shí)施例。下面分別來(lái)說(shuō)明。實(shí)施例1 一種發(fā)射紅外線的有線手寫(xiě)筆圖3是一種有線且主動(dòng)發(fā)射紅外線的手寫(xiě)筆的結(jié)構(gòu)。從圖中可看到，在手寫(xiě)筆的書(shū)寫(xiě)端107安裝有若干只紅外發(fā)光管304，外面安裝有能通過(guò)紅外線的透光窗303。透光窗通過(guò)螺紋或者卡接等方式安裝在手寫(xiě)筆的外殼也就是筆桿301的一端，一支通用的簽字筆的筆芯302，在透光窗與筆桿分離時(shí)，通過(guò)筆桿書(shū)寫(xiě)端的開(kāi)口安裝在筆桿內(nèi)。這樣筆桿這端內(nèi)部的一個(gè)臺(tái)階與透光窗的內(nèi)部穿過(guò)筆尖套筒，共同限定了筆桿的位置。適當(dāng)設(shè)計(jì)這副限位結(jié)構(gòu)之間的間隙，可以使筆芯只能在一個(gè)小的范圍內(nèi)移動(dòng)，既能保證筆芯在書(shū)寫(xiě)時(shí)所受到的壓力傳遞到安裝在筆桿另一端的壓力檢測(cè)元件307上，又在書(shū)寫(xiě)壓力過(guò)大時(shí)，筆桿內(nèi)部的限位臺(tái)階能夠完全擔(dān)負(fù)書(shū)寫(xiě)壓力而不至于損壞壓力檢測(cè)元件。紅外發(fā)光管304可以通過(guò)安裝在筆桿在書(shū)寫(xiě)端的端面上的印刷電路板，安裝在透光窗內(nèi)部，并通過(guò)穿過(guò)筆桿內(nèi)側(cè)的缺口的導(dǎo)線305，與筆桿尾端的端蓋306內(nèi)用于安裝壓力檢測(cè)元件的電路板或者接線板308等結(jié)個(gè)電氣連接，最終連接到連接手寫(xiě)筆與攝像頭圖像信號(hào)處系統(tǒng)的相連接的導(dǎo)線108上。同時(shí)，壓力檢測(cè)元件306也通過(guò)導(dǎo)線，與連接攝像頭圖像信號(hào)處系統(tǒng)的導(dǎo)線電氣連接。為保證紅外發(fā)射管所發(fā)射的紅外線比較集中，得到更好的識(shí)別效果，還可以在透光窗的外表面覆蓋上內(nèi)部為反射面的不透光表層309，只留出最接近筆尖的部分能射出紅外線。實(shí)施例2 —種反射紅外線的有線手寫(xiě)筆圖4給出的是利用反射紅外線的方式來(lái)檢測(cè)手寫(xiě)筆位置坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖。在這種結(jié)構(gòu)中，若干只紅外發(fā)光管401被安裝在攝像頭103的鏡頭的附近或者周?chē)?。紅外發(fā)光管所發(fā)射的光線402被安裝在手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)端107的反光元件所反射，被攝像頭捕捉到。這種結(jié)構(gòu)既可以用于無(wú)線筆，也可以用于有線筆。當(dāng)用于有線筆時(shí)，手寫(xiě)筆的基本結(jié)構(gòu)如圖5所示。在手寫(xiě)筆的筆尖上包裹或者覆蓋上一層反光材料501，最好是能夠?qū)⒐饩€按照入射路徑原方向反射回去的定向回歸反射材料，如回歸反射織物、回歸反射膜等材料， 甚至回歸反射涂料。這種結(jié)構(gòu)的手寫(xiě)筆的筆桿結(jié)構(gòu)可以參照?qǐng)D3來(lái)設(shè)計(jì)，但省略了連通書(shū)寫(xiě)端的導(dǎo)線及相關(guān)結(jié)構(gòu)，但可保留對(duì)筆芯的移動(dòng)起限位作用的結(jié)構(gòu)，將筆芯從書(shū)寫(xiě)端裝入筆桿301。因?yàn)橐话闱闆r下書(shū)寫(xiě)的壓力都不會(huì)很大，因此圖5給出了一種簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)，從尾端裝入筆芯，簡(jiǎn)化了筆桿的設(shè)計(jì)，身略了筆尖部分的安裝結(jié)構(gòu)。當(dāng)然也可以在尾蓋306內(nèi)設(shè)計(jì)另外的限位結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分擔(dān)過(guò)大的書(shū)寫(xiě)壓力的目的。在這里，壓力檢測(cè)元件306同樣通過(guò)導(dǎo)線與連接攝像頭圖像信號(hào)處系統(tǒng)的導(dǎo)線電氣連接。實(shí)施例3 另一種發(fā)射紅外線的無(wú)線手寫(xiě)筆對(duì)于無(wú)線筆，圖1、圖4的結(jié)構(gòu)均可使用。當(dāng)使用圖1的結(jié)構(gòu)時(shí)，無(wú)線手寫(xiě)筆的筆桿、筆尖的結(jié)構(gòu)、筆芯的安裝等部分的結(jié)構(gòu)可以與圖3中的相應(yīng)部分相同，后端的結(jié)構(gòu)如圖 6所示，筆桿的尾端與一個(gè)用于容納作為電源的電池601和電路板602的套筒603相連接。 作為光源的紅外發(fā)光管與安裝在電路板602上的控制電路相連接；這個(gè)控制電路中包含有驅(qū)動(dòng)發(fā)光管的驅(qū)動(dòng)電路，包含有一個(gè)控制端來(lái)控制發(fā)光管的發(fā)光狀態(tài)；這個(gè)控制端與手寫(xiě)筆內(nèi)所述的壓力檢測(cè)元件307相連接。這樣壓力檢測(cè)元件307檢測(cè)到書(shū)寫(xiě)壓力以后，書(shū)寫(xiě)端的發(fā)光管所發(fā)射紅外線被攝像頭捕捉到以后，即可得到手寫(xiě)筆筆尖所在的位置。實(shí)施例4 另一種反射紅外線的無(wú)線手寫(xiě)筆當(dāng)使用圖4所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，無(wú)線手寫(xiě)筆的筆桿、筆尖的結(jié)構(gòu)、筆芯的安裝等部分的結(jié)構(gòu)可以與圖5中的相應(yīng)部分相同，后端依舊可以用如圖6所示的結(jié)構(gòu)。這時(shí)，在攝像頭的信號(hào)接收處理電路中，可以設(shè)計(jì)安裝一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)接收單元；在手寫(xiě)筆中的電路板602上， 相應(yīng)設(shè)置一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射單元，壓力檢測(cè)元件與數(shù)據(jù)發(fā)射單元的數(shù)據(jù)輸入端相連接。這樣這個(gè)無(wú)線通路可以傳輸壓力檢測(cè)元件的狀態(tài)量到前述的接收單元。這個(gè)無(wú)線通路可以使用射頻通信模塊。如果在攝像頭的光學(xué)通道上，包含有與用于尋跡的紅外發(fā)光管的所發(fā)射的紅外線的波長(zhǎng)相匹配的窄帶的紅外濾鏡，那么這個(gè)無(wú)線通道也可以使用波長(zhǎng)與手寫(xiě)筆尖端的紅外發(fā)光管波長(zhǎng)差異較大的紅外模塊。如尋跡用850nm紅外光源，無(wú)線模塊用940nm的紅外光源。在本發(fā)明中，如果無(wú)線通信模塊可以傳輸編碼的數(shù)據(jù)，那么無(wú)論是有線手寫(xiě)筆，還是使用無(wú)線模塊通信的無(wú)線筆，手寫(xiě)筆中的壓力檢測(cè)元件，均可以使用輸出的電信號(hào)與所檢測(cè)到的壓力成一定函數(shù)關(guān)系的傳感元件，如號(hào)碼為201010101907.9中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中所公開(kāi)的壓力傳感器。如果攝像頭的信號(hào)接收處理電路中的圖像識(shí)別模塊能夠識(shí)別手寫(xiě)筆中發(fā)光管的亮度，同時(shí)控制發(fā)光管的發(fā)光狀態(tài)的控制端也能夠控制發(fā)光管的亮度，那么結(jié)合圖3和圖6的結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的無(wú)線手寫(xiě)筆，其中的壓力檢測(cè)元件也可以使用這樣有函數(shù)關(guān)系的傳感元件。這樣，攝像頭的信號(hào)接收處理電路所輸出的數(shù)據(jù)中就可以包含有手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)力度的信息，用于更真切地模擬實(shí)際書(shū)寫(xiě)的感受。上述實(shí)施例給出了本發(fā)明可以實(shí)施的幾種結(jié)構(gòu)方案，但是實(shí)施本發(fā)明可用的實(shí)施方案不只局限于上述的具體結(jié)構(gòu)。例如攝像頭的信號(hào)處理電路和系統(tǒng)部分，就可以有非常多種能夠?qū)崿F(xiàn)圖像識(shí)別、坐標(biāo)計(jì)算等功能的軟硬件結(jié)構(gòu)；手寫(xiě)筆的具體結(jié)構(gòu)也可以有無(wú)限多種，包括在筆上增加其他功能鍵等附加功能，因此，在本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上， 對(duì)本發(fā)明的改進(jìn)、替換、省略、移植等技術(shù)方案，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用圖像捕捉設(shè)備的雙功能手寫(xiě)板，包含有書(shū)寫(xiě)壓力傳感元件的手寫(xiě)筆、手寫(xiě)筆位置坐標(biāo)檢測(cè)部件，以及與書(shū)寫(xiě)壓力傳感元件和位置坐標(biāo)檢測(cè)部件相配合的信號(hào)接收和處理電路，其特征在于所使用的坐標(biāo)檢測(cè)部件，是一個(gè)能夠捕捉紅外圖像的圖像傳感設(shè)備，安裝在書(shū)寫(xiě)區(qū)域的上方，與其配合的信號(hào)處理電路中包含有順序連接的用于紅外光點(diǎn)識(shí)別的圖像識(shí)別單元、坐標(biāo)計(jì)算和數(shù)據(jù)整合單元、輸入輸出單元，以及用于協(xié)調(diào)所述各單元工作的系統(tǒng)控制單元；所述手寫(xiě)筆，內(nèi)部包含有一個(gè)可以在紙上留下書(shū)寫(xiě)墨跡的墨芯，墨芯的尾端的筆桿內(nèi)安裝有所述壓力傳感元件；還包含有一個(gè)書(shū)寫(xiě)平面，用于容納下書(shū)寫(xiě)的紙張；一個(gè)能被手寫(xiě)筆外殼的書(shū)寫(xiě)端發(fā)射或反射的紅外線光源，以及與其配合的紅外線光源驅(qū)動(dòng)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙功能手寫(xiě)板，其特征在于所述的墨芯是簽字筆或者圓珠筆所使用的墨芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙功能手寫(xiě)板，其特征在于所述手寫(xiě)筆與所述信號(hào)接收處理電路之間通過(guò)導(dǎo)線相連接，并通過(guò)導(dǎo)線與所述紅外線光源和壓力傳感元件相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙功能手寫(xiě)板，其特征在于所述紅外線光源，是若干只紅外發(fā)光管，安裝在手寫(xiě)筆筆桿的書(shū)寫(xiě)端上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙功能手寫(xiě)板，其特征在于在所述手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)端筆桿的表面，包裹有一層定向回歸反射的光學(xué)材料；所述紅外線光源，是若干只紅外發(fā)光管，安裝所述圖像傳感設(shè)備所在的位置，所發(fā)射的紅外線照射在所述的書(shū)寫(xiě)區(qū)域內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙功能手寫(xiě)板，其特征在于在所述手寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)端筆桿的表面，包裹有一層定向回歸反射的光學(xué)材料；所述紅外線光源，是若干只紅外發(fā)光管，安裝所述圖像傳感設(shè)備的位置，所發(fā)射的紅外線照射在所述的書(shū)寫(xiě)區(qū)域內(nèi)；在所述信號(hào)接收處理電路中，還包含有用于接收手寫(xiě)筆中壓力傳感元件的電信號(hào)的無(wú)線數(shù)據(jù)接收單元；與此對(duì)應(yīng)在所述手寫(xiě)筆中，包含有一個(gè)以電池為電源的無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射單元；所述安裝在所述手寫(xiě)筆中的壓力檢測(cè)元件，與所述無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射單元的數(shù)據(jù)輸入端相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙功能手寫(xiě)板，其特征在于在所述圖像傳感設(shè)備的光學(xué)通道上，安裝有與所述紅外光源的所發(fā)射的紅外線的波長(zhǎng)相匹配的窄帶的紅外濾鏡；所述無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射和接收單元，是利用另外波長(zhǎng)的紅外線傳輸數(shù)據(jù)的無(wú)線發(fā)射接收單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙功能手寫(xiě)板，其特征在于所述紅外線光源是若干只紅外發(fā)光管，安裝在所述手寫(xiě)筆的書(shū)寫(xiě)端的筆桿上，所述手寫(xiě)筆內(nèi)部包含有一個(gè)作為電源的電池和一個(gè)控制電路；所述控制電路中包含有驅(qū)動(dòng)所述發(fā)光管發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)一個(gè)控制端來(lái)控制發(fā)光管的發(fā)光狀態(tài)；所述控制端與手寫(xiě)筆內(nèi)所述的壓力檢測(cè)元件相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙功能手寫(xiě)板，其特征在于所述信號(hào)接收處理電路中的圖像識(shí)別模塊能夠識(shí)別手寫(xiě)筆中發(fā)光管的亮度，并且控制發(fā)光管的發(fā)光狀態(tài)的控制端能夠控制所述發(fā)光管的發(fā)光亮度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一條權(quán)利要求所述的雙功能手寫(xiě)板，其特征在于所述手寫(xiě)筆中的壓力傳感元件，是輸出的電信號(hào)與所檢測(cè)到的壓力成一定函數(shù)關(guān)系的傳感元件。
全文摘要
一種使用圖像捕捉設(shè)備的雙功能手寫(xiě)板，使用紅外圖像傳感設(shè)備作為手寫(xiě)筆位置坐標(biāo)檢測(cè)部件，通過(guò)支架安裝在可以容納下書(shū)寫(xiě)的紙張書(shū)寫(xiě)區(qū)域的上方；與其配合的信號(hào)處理電路包含有用于紅外光點(diǎn)識(shí)別的圖像識(shí)別單元、系統(tǒng)控制和坐標(biāo)計(jì)算、數(shù)據(jù)編碼和傳輸單元。手寫(xiě)筆中有一個(gè)可以在紙上留下書(shū)寫(xiě)墨跡的墨芯，墨芯的尾端的筆桿內(nèi)安裝有一個(gè)書(shū)寫(xiě)壓力傳感元件。手寫(xiě)筆可以有發(fā)射紅外線、反射紅外線的有線筆，發(fā)射紅外線、反射紅外線的無(wú)線筆共四種基本結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的手寫(xiě)板能夠?qū)崿F(xiàn)電子和墨跡雙功能書(shū)寫(xiě)，具有簡(jiǎn)單、方便、不限制書(shū)寫(xiě)紙張、低制造和使用成本等優(yōu)點(diǎn)，適合于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和交流的需要。
文檔編號(hào)G06F3/042GK102411433SQ20101028940
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者劉中華 申請(qǐng)人:劉中華