专利名称：一种用于交互式电子白板的电子笔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及交互电子白板的交互控制技术领域，尤其涉及交互式电子白板 的电子笔及在电子笔上的按键和交互式电子白板上的“跟着笔走”的工具条。
背景技术：
近些年，多媒体投影系统以及背投、等离子、液晶电视等在教学、演讲、产品 展示和报告中的应用快速地普及开来。这些大屏幕显示设备能很好地呈现电脑上的数字 化多媒体材料。但是人们在实践中发现操作者被限制在电脑显示器前操作鼠标和键 盘，限制了操作者和观众之间的互动和交流。针对大屏幕显示设备不能互动的缺点，交 互式电子白板提供给了人们一种能直接在大屏幕显示设备上用笔/手指操作电脑、书写/ 标注的互动工具，附图1示例了一个交互式电子白板系统的基本组成。交互式电子白板系统1 一 般是由交互区域11、电子笔12、显示设备13和计算机14四部分组成。整个系统1的功 能是和计算机14相连的显示设备13将计算机显示器上的内容投射在交互区域11上， 达到和多人共享信息的目的；像鼠标在计算机的显示器上一样，电子笔12在交互区域11 上能直接操作电脑的应用程序；电子笔12还能从鼠标切换成笔，像粉笔在黑板上一样， 直接在交互区域上书写绘画。交互区域11 一般包括交互平面和感应电子笔12在交互平 面上的位置的信号接收和处理电路。计算机14上主要运行交互式电子白板软件。现在的交互式软件多是标准的 Windows风格/MAC (苹果)的界面，工具条和菜单分布在窗口的上部和两侧。因为个人 电脑的显示器比较小，较大的也只有19英寸，把鼠标从显示器的左上角移动到右下角， 最多只需要0.5us的时间。所以对于个人计算机而言，工具条分布的散乱程度不是影响软 件易用性和使用效率的主要因素。将一个19英寸屏幕上的内容投射到一个100英寸的交互区域上，桌面上的图标 从上往下散布在白板的右侧，系统工具条又在白板的底部。应用程序窗口的工具条一般 在窗口的上部。操作者站在交互区域前用电子笔或者手指去点击分布在100英寸画面上 的工具条或图标。交互区域要比操作者双臂张开的宽度还要大，操作者伸直了手才能 够到交互区域的最上边。如果操作者在交互区域的左边，他要用电子笔去最小化一个窗 口，他必须要走动到右边，并且伸长胳膊，才能把电子笔够着最小化按钮。所以在交互式电子白板上，用电子笔去操作固定位置的工具条，操作者必须来 回走动去找工具条，既不方便，也影响观众的视线。交互区域的大小已经成为影响交互 式电子白板软件易用性和使用效率主要的因素。“人去找工具条”就是对这一问题最贴 切的描述。对于交互式电子白板软件操作易用性的问题，目前我们还没有看到很好的研究 和解决思路。这可能是因为交互式电子白板还是个新鲜事物，对它了解的人还不是很 多，对软件易用性的问题，就更没有很好地意识到这个问题，或者对这个问题给与足够的重视。对于易用性的问题，有些交互式电子白板产品在白板两侧的边框上做一些工具 条，这样操作者可以用手指直接去按这些固定在白板边框上的按键，而不是用电子笔去 点击软件工具条上的按钮。但是这样做并不是针对交互式电子白板易用性产生的原因去 解决问题。操作者仍然要不断地在白板前来回走动，去操作固定位置的工具条上的按 钮。
发明内容在交互式白板上操作电脑，和在显示器上用鼠标操作电脑，是两个完全不同使 用模式。现有技术在设计交互式电子白板软件时，完全忽略了在大尺寸交互区域上操作 软件的固有特点，把小屏幕/个人电脑的使用方式照搬到/套用在交互式电子白板上，造 成了使用不方便的问题，存在上述的交互式电子白板系统的易用性和使用效率的各种缺 陷。针对交互式电子白板易用性问题产生的根源，本实用新型是提出了一种解决易用性 问题的方法。即在电子笔上增加了一个“工具条显隐键”，以及在交互式电子白板软 件上采用了 “跟着笔走”的“浮动的工具条”。这样使用者站在巨大的交互式电子白板 前，不需来回走动去“够”固定位置的工具条，只需轻轻地按动手中电子笔上的工具条 显隐键，工具条就会出现在到笔尖下；当不需要使用工具条上的功能时，按动手中电子 笔上的工具条显隐键，工具条又立刻从笔尖下消失。从而实现了工具条跟着笔走，笔跟 着人走的一种人性化交互方式，大大地提高了交互式电子软件的易用性和软件的操作效 率。本实用新型还设计了交互式电子白板的电子笔、电子笔上的按键、能“跟着笔走” 的浮动工具条、和适合在大尺寸白板上操作的软件界面。这样操作者无需走动就能访问 (access)屏幕上显示的各种应用程序，实现在交互区域上直接对文件进行修改、改变字 体、选择颜色、编辑、复制、保存、书写、绘画等操作。本实用新型的特征在于，发明了一种电子笔，该电子笔用于交互式电子白板系 统中，在交互区域上能够当作鼠标和笔使用，笔尖相当于鼠标的左键，电子笔上有一个 相当于鼠标右键的按键，电子笔上还有一个用来切换鼠标和笔的按键，电子笔能够在鼠 标和笔之间来回切换，笔尖能在交互区域上书写和绘画，其特征在于在该电子笔上还具有一个工具条显隐键，按下电子笔上的工具条显隐键，工具 条菜单就会出现在笔尖下；当不需要使用工具条上的功能时，按下电子笔上的工具条显 隐键，工具条菜单就会从笔尖下消失。
图1交互式电子白板系统图2电子笔和电子笔上的显隐开关图3按键编码和识别的方式图4具有多个功能按钮的圆盘工具条菜单图5人移动位置之后手握的电子笔点击白板的位置改变后，按下工具条显隐键 显示圆盘工具条设备名称对应的附图标记[0018]交互式电子白板系统1，显示设备13，交互区域11，电子笔12，计算机14，工 具显隐键21，按键22 (相当于鼠标的右键)，笔尖23 (相当于鼠标左键)。
具体实施方式
在图1所示的交互式电子白板系统中，显示设备13 —般有前投和后投两种投射 画面的方式。等离子电视、液晶电视和背投电视等属于后投(rearprojection)方式，而一 般的投影机都是前投(frontprojection)的，但也可以从后面投射画面，主要取决交互区域 的制作材料。交互区域11除了作为显示设备13的“幕布”外，还能用电子笔在上面点击和 书写。为了把计算机显示器上的内容呈现在众人面前，交互区域的画面尺寸一般为40 英寸到120英寸，甚至更大；为了能在交互区域上操作电脑和书写，交互区域要求是坚 硬、光滑、平整的表面。典型的交互区域有等离子电视、液晶电视和背投电视的玻璃屏 幕、白板表面、硬质幕布、白墙等；为了在交互区域上和计算机进行互动，交互区域要 具有定位的能力。在交互区域的在交互平面上定位电子笔的主要依靠交互区域的位置信 号接收和处理电路完成。用来感应电子笔位置的信号有压感、电磁感应、红外线、超 声波、红外线扫描、CCD图像等。定位的原理不同，定位的精度和系统的使用方便性也 不同。如附图2所示，电子笔12在交互区域上可以当作鼠标和笔使用。一般说来， 笔尖相当于鼠标的左键，电子笔上还有一个相当于鼠标右键的按键。一般说来，电子笔 上还有一个用来切换鼠标和笔的按键(图中未示出)，电子笔能从鼠标模式转换成笔的模 式，笔尖能在交互区域上书写和绘画。反之，也可以由笔的模式切换成鼠标模式，进行 普通鼠标的功能操作。此外，电子笔上还具有工具条显隐键，在交互式电子白板上采用 了 “跟着笔走”的“浮动的工具条”，关于该工具条的设计和功能下文有详细的介绍。 这样使用者站在巨大的交互式电子白板前，不需来回走动去“够”固定位置的工具条， 只需轻轻地按动手中电子笔上的工具条显隐键，工具条菜单就会出现在笔尖下；当不需 要使用工具条上的功能时，按动手中电子笔上的工具条显隐键，工具条菜单又立刻从笔 尖下消失。从而实现了工具条跟着笔走，笔跟着人走的一种人性化交互方式，大大地提 高了交互式电子白板的易用性和操作效率。当电子笔上的某个按键(笔尖，鼠标右键，鼠标和笔的切换按键，工具条显隐 键)被按下或者几个按键被同时按下时，电子笔会发出和这个按键/按键组合相对应的 编码信号，并通过某种信号载体被交互区域11接收和识别，产生出相应的消息或事件， 该信号载体可以是具有某种特性的无线电波/载波，比如红外信号。交互式电子白板的 定位原理不同，用来传递编码信号的信号载体也不同。在采用超声波和红外的电子白板 中，通常是用红外信号作为编码信号的载体，用同步脉冲信号之后的几根红外脉冲的二 进制组合作为编码信号。当按下电子笔上的工具条显隐按键，电子笔的电路就发出相对 应的编码信号，这个编码信号通过信号载体，使主机收到这个编码信号，识别并做出响 应，主机软件能相应地在笔尖的位置显示或隐藏工具条菜单。以下，针对红外编码脉冲出现的位置来识别按键的类型，来示例性地说明具体 的按键编码方式，然而，本领域技术人员知道，对于具有某种特性的无线电波，本实用新型提供的方法同样是适用的。在基于超声波和红外联合定位的交互式电子白板系统中，电子笔上按键的编码 一般是红外信号作为编码信号传输的载体，并且是用红外同步脉冲以后的几根红外脉冲 的出现组合来表示不同按键所对应的编码信号，即通过检测在几个固定位置上是否出现 了红外脉冲信号来判断编码信号，即在位置1上出现了红外脉冲就是1，在位置1上没有 出现了红外脉冲就是0。这样笔尖按键可以对应于111编码，101可以是电子笔笔杆上 的第一个按键，诸如此类。在本实用新型中，我们提出了一种新的编码方法，如图3所 示在红外同步信号之后，我们只用了一根红外脉冲信号，根据这个红外脉冲相对于红 外同步信号出现的位置，来确定按键的类型，按下不同的按键，红外同步脉冲后出现的 第一个红外脉冲(称为按键编码脉冲)相对于红外同步信号出现的位置是不同的，即只需 要检测按键编码脉冲出现的位置(相对于前面的红外同步脉冲)来判断编码信号。具体实 现过程是当检测到红外同步脉冲后，把位置计数器清零，每收到一个红外样本信号， 如果不是脉冲(样本值小于0)，计数器就加1，否则(检测到脉冲/样本值大于0)，计数 器的当前值就表示了按键的编码类型。比如编码脉冲距离红外同步信号有5个样本，这 个编码脉冲就表示笔尖按键被按下了，依次类推。这种新方法只用了一根红外脉冲，所 以就大大节省了信号资源/能源，而且升级换代也方便(如果出现了新的按键类型，则只 需要往后挪动红外脉冲的位置就可以标识出来)。现有技术是在几个固定位置上是否出现 了红外脉冲信号来判断编码信号，而本实用新型是只需要枪测按键编码脉冲出现的位置 来判断编码信号，所以本方案非常容易实现，并且按键识别很准确。浮动的工具条在标准的windows风格的软件界面上，工具条都出现窗口的固定位置，或者可 以人为拖动到窗口的各个边框上。在19英寸的显示器上操作这些工具条，没有任何易用 性的问题。但整个桌面内容被投射到100英寸这样大的交互式电子白板上时，把电子笔 从白板的其他地方移动到固定位置的工具条上，所花费的时间之多和走过的距离之长， 凸现了固定位置工具条已经不适合交互式电子白板的使用模式。针对交互式电子白板的使用模式和特点，本实用新型提出了一种浮动的工具 条，工具条不是固定地出现在某个位置，而是笔尖在哪里，按下显隐键，工具条就能出 现在哪里，也就是“工具条跟笔走”。这样避免了人来回走动去找工具条的尴尬，提高 了软件易用性和工作效率。浮动工具条的具体实现是当检测到工具条显隐按键的编码信号，并根据红外 同步脉冲和超声信号计算出此时笔所在的位置坐标(xt，Yt)，就在(Xt，Yt)为中心的位 置显示浮动工具条，即FloatToolbar::DisplayToolbar(Xt，Yt)，并把当前浮动工具条的状 态从“隐藏”设置为“显示”。操作者可以点击工具条上的任何按钮，来获取/改变当 前的操作功能，并包括用笔尖(相当于鼠标左键)移动工具条的位置。当再次检测到工 具条显隐按键的编码信号时，就隐藏浮动工具条，即FloatToolbar::HideToolbar()，把当 前浮动工具条的状态从“显示”设置为“隐藏”，并记住隐藏前用户选中的工具条上的 按钮，在工具条隐藏后，保持这种操作功能。为了操作的方便，工具条上应当包含使用频率高的功能按钮。比如对于 PowerPoint应用，打开一个PPT文件，PPT工具条就出现在笔尖下面，在这个工具条上，就包含了 PPT演示所需要用到的所有工具，如笔、鼠标、板擦、前翻页，后翻页等等， 每个工具对应了工具条的一个按钮。有了这些工具，90%的操作就不需要用电子笔去点 击PPT窗口上的固定位置的工具条了。除了常见的条状工具条外，为了节约空间，使操 作者更容易集中操作工具条上的各个功能按钮，本实用新型提出了一个圆盘形状的工具 条，如图4所示。圆盘的中心是当前工具条的主题/状态/模式，按键沿着圆周环绕排 开。比如，圆盘的中心是文件编辑主题，则沿着圆周环绕的各个按键包括文件的修改、 字体改变、颜色选择、复制、保存等功能按钮。为了使笔和鼠标的功能切换方便，每个 圆盘工具条上都有一个鼠标和笔的切换工具/按键，这样无论在任何状态，都能自由地 在鼠标和笔之间切换。这样就可以在以笔尖为中心的周围区域里放置尽可能多的按键， 尽可能地减小电子笔移动的距离和次数。如附图5所示，其示例了本实用新型的交互式电子白板系统及其控制方法。操 作者可以在电子白板/幕布之前进行通常的报告、教学、演讲、产品展示等操作，在这 个过程中，操作者可以将电子笔作为鼠标操作，也可以通过按下工具条显隐键，从条形 工具条/圆盘工具条中选择鼠标和笔的切换工具/按键进行切换；操作者按下按键后电子 笔会发出和这个工具/按键相对应的编码信号，并通过信号载体被交互区域11中的交互 设备接收和识别，产生出相应的消息或事件，并将该消息或事件通知给计算机14，计算 机响应并启动相应的应用程序进行相应的功能处理，将处理后的信息通过显示设备13投 影到白板/幕布上显示；当操作者在电子白板/幕布之前移动后，操作者可以在移动后 的位置处按下电子笔上的显隐键，浮动的工具条就会出现在笔尖的位置。工具条不是固 定地出现在某个位置，而是笔尖在哪里，按下显隐键，工具条就能出现在哪里，也就是
“工具条跟笔走”。显然，本领域技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用 新型的精神和范围，比如根据实际设计需要完全可以设计出合适长度的电子笔，或者设 计电子笔的长度可以调节，操作者可以根据使用需要自行调节到合适的长度。倘若本实 用新型的这些修改和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用 新型也意图包含这些改动和变形在内。
权利要求1.一种电子笔，该电子笔用于交互式电子白板系统中，在交互区域上能够当作鼠标 和笔使用，笔尖相当于鼠标的左键，电子笔上有一个相当于鼠标右键的按键，电子笔上 还有一个用来切换鼠标和笔的按键，其特征在于在该电子笔上还具有一个工具条菜单显隐键。
2.—种交互式电子白板系统，包括交互区域(11)、显示设备(13)和计算机(14)，其 特征在于还包括如权利要求1中所述的电子笔。
专利摘要一种电子笔，该电子笔用于交互式电子白板系统中，在交互区域上能够当作鼠标和笔使用，笔尖相当于鼠标的左键，电子笔上有一个相当于鼠标右键的按键，电子笔上还有一个用来切换鼠标和笔的按键，电子笔能够在鼠标和笔之间来回切换，笔尖能在交互区域上书写和绘画，在该电子笔上还具有一个工具条显隐键，按下电子笔上的工具条显隐键，工具条菜单就会出现在笔尖下；当不需要使用工具条上的功能时，按下电子笔上的工具条显隐键，工具条菜单就会从笔尖下消失。
文档编号G06F3/041GK201804317SQ200920293339
公开日2011年4月20日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者贾颖 申请人:贾颖