交互式印制材料和传感器设备的制作方法

专利名称：交互式印制材料和传感器设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及交互式印制材料和传感器设备。
背景技术：
印制材料传统上用于各种各样的目的，尤其包括教育目的和娱乐目的。理解印制材料的常规方式是简单地观看它并且分析视网膜上形成的图像。接着大脑感测看到什么并且例如鉴定图像是纯画面还是例如包括符号，并且如果是后一种情况，大脑试图通过词或者数学表达破译和领悟这些符号。通过利用印制材料，有视力的人出于无数的目的广泛区别大量的信息。但是，这种信息转换机制只限于图像上可建立的并且人眼可辩别的信息。
近几十年来，已经了解印制材料可以携带对人眼不明显的其它信息。已经提出各种各样印制需要利用辅助设备识别的信息的建议。由此，例如，一种防止物品被伪造(或者至少出现伪造时能查出伪造)的标准方法是印制例如当用紫外光照射物时它才会看出的相关印制记号，例如在纸币上。一种不同的方法是印上尽管能看出但是难懂的东西，从而观者不能理解。典型的例子是印制的条形码条件码最好可作为黑白条图例看到，这些条的尺寸和排列(并且通常伴有字母数字)能使观者知道它是条形码，但是观者除此之外不知道更多。但是，条形码读出器可以从这些条中提取信号并且利用适当的编程例如把该信号转换成标识带有该条形码的特定产品的信号。
由此可以看出可以在下述二种不同方式下把印制材料配置成提供比观者看到的更多的信息它可以包含眼睛看不出的信息，或者它可以包含可看到的但是观者不理解或者不懂的信息。
在教育或者娱乐目的的印制材料领域中，已经提出这样的印制技术并且在一些情况中已经产生正投入市场的成功的商业产品，而且产生专利文献中的若干资料。例如，WO 93/17407、US-A-6089943和GB-A-2359402都公开包含印制材料以及某种形式的用户可用来和该印制材料交互的条形码读出器的教育系统。
另一种已提出的方法是印制所谓的“图形指示符”，在视觉上它是很小的但是能通过适当的传感器单元拾取。US-A-2003/0133164公开这种系统。基片上印制的一种人眼看不出的特性是导电率。US-A-3818610、US-A-4183152以及US-A-4868374都公开依赖“传感器笔”和适当基片(能常纸)上的印制材料之间的交互的教育或者娱乐器具，其中笔由用户握住而该印制是选择性地以导电油墨方式的。GB-A-2370349以及它的等同品WO 02/50802公开另一种从问答游戏为形式的变型，其中用户具有一支包含着一个能辩别油墨荧光特性的传感器的笔。
依赖于导电油墨和/或依赖于含有特殊荧光成分的油墨的系统不是特别灵活的，并且在任何情况下需要特殊油墨，这有时转而要求特殊印刷技术从而不希望地提高生产印刷材料的成本。
已公布的专利说明书WO-A-83/02842公开一种交互式印刷材料/传感器系统，其利用不可见印制的但可以通过传感器检测的信息。具体地，该说明书公开一种利用人眼不能在红外波长上工作不可见地对印制编码的系统。根据看起来相同的黑色印刷(或四色处理印刷)取决于所使用的油墨中使用的“黑色材料”的类型非常不同地反射红外光这一事实，可以达到区别视觉上看起来相同的区域。
实际中这种技术可用来提供各种教学和娱乐系统，该系统包括一个传感器部件和一张印好的纸或一本书，其中该传感器部件通常配置成握在用户的手中的“笔”或“棒”的形状。该传感器的其它形状例如可移动游标或“鼠标”也已提出。该传感器部件包括某种形式的红外发射器，如果该传感器部件为长“笔”通常位于一端，并且包括适当的电子电路以及以小电池为形式的电源。
为了降低成本和节约空间该电子电路通常配置是单块芯片，该芯片设计成提供必要的功能，即感测所涉及的印制材料的性质(连同适当的传感器头)和产生某种形式的输出，例如通过驱动一个或多个LED或音频转换器该输出通常是可听和/或可见的。该电子电路通常以和电源、传感器以及输出器件连接的ASIC(应用专用集成电路)为形式。另外，该传感器部件通常包括某种类型的开关机构，例如绕“笔”尖的环，当笔尖靠在表面上时该环激励该电子电路。要感测的表面面积上印着印刷油墨，接着传感器部件中的电子电路例如取决于该印制油墨的红外吸收性质通过产生可听或可见的信号作出反应。ASIC、传感器和电源的组装件可以是“传感器模块”，该模块包含在适当的壳体内以形成完整的传感器部件。
对于该传感器部件设计成要和它合作的印制材料，一种呈现它的方式以问答卷为形式，在该问答卷上用户面对问题和一组可能的答案，通常一个答案是正确而其它答案是错误的，通过在印好的答案附近印上一片带有适当红外吸收性质的印制油墨，用户可以通过把该传感器部件放在该印制的片上告诉该答案是正确的还是错误的。这些印刷的片通常是以不同颜色例如红、绿、黄和蓝印制的从而它们看起来是不同的和吸引人的，但是其中一个(对应正确答案)在黑色处理油墨(其中作为非常觉见的情况各个片是通过四色处理印刷)中含有一些碳黑。其它的片可以不含有碳黑或者完全不同等级的碳黑，从而能使传感器模块区分正确答案和错误答案。
容易想到上述的变型。例如，早期学习书籍可能要求用户确定哪种示出的水果从某给定的字母表字母例如“a”开始。其相关的示例例如可以示出苹果和杏的图画表示(利用红外吸收等级高于给定阈值的油墨印刷)以及其它水果例如枣、香蕉、桔、青梅和柠檬的但用红外吸收程序低于该给定阈值的印刷油墨印出的图画。一种替代方法是提供某种形式的迷宫式多路径表示，其中一条选定的路径用红外吸收超过该阈值的油墨印刷而其它路径低于该阈值。如果沿着这条路径滑动，例如可以通过利用绿色发光二极管指示该传感器部件“在轨道上”，而如果离开这条路径输出可以以指示用户离开正确路径的红色光为形式。
该说明书以及给出WO-A-83/02842中说明的技术的发展的WO-A-88/05951达到某种商业成功，但是实际中发现难以把印刷材料和传感器模块的制造保持在能利用任何传感器笔和任何配合的印刷材料达到满意的结果上。
尽管WO-A-88/05951公开一种带有编程模式和小显示屏幕的传感器部件，这种部件能达到的动作灵巧程度仍是相对有限的。
如WO-A-83/02842和WO-A-88/05951中说明那样，可以应对的不同红外吸收等级的数量是相对小的，这严重限制操作灵活性。另外，不是总是能尽可能容易地首先显现出完全不能由裸眼看出的红外吸收油墨片和红外反射油墨片之间的不同。该问题在US-A-4627819中确定，其建议一种利用印刷的点图案克服该问题的方法，以试图对完全不可检测的红外反射提供差别。值得注意的是，该说明书提出该文所说明的发明技术不仅可应用到涉及如WO-A-83/02842中说明的印制材料和笔或者棒的教育和娱乐系统，还可以应用到所谓的“不可见条形码”。
US-A-4627819提议扫描器可具有多级灵敏度并且还提出五种“点密度”的不同的带，但是其中未详细给出这样扫描器的准确结构和操作，并且利用US-A-4627819说明的技术达到的灵巧程度仍是相对小的。
现在我们已发现能显著改进这些专利说明书中确定的基础方法，并且尤其提供能在实现非常广变化的教育和娱乐活动以及用户确定满意的方式下的和印制材料一起使用的改进型传感器部件。

发明内容
依据本发明，可以以各种方式提高基础印制材料和传感器部件，并且为了适应无数的可能应用可以单独使用这些提高或者和其它提高相组合的使用。
依据本发明可以提高上面定义的基础技术的方法包括
把传感器模块配置成能区别至少五种的并且最好至少十种的不同的红外吸收等级；把传感器模块以及带有交互装置的印制材料配置成能在连同印制材料一起使用之前或者这样的使用期间自校准该传感器模块；设置用来感测印制油墨片的二种或更多种性质的装置，在离散信号中区别每种这样感测的响应并且组合这样产生的响应，从而区别多个不同的状态；例如，如果第一性质是红外吸收，第二性质可以是光学上的例如颜色、荧光或者是非光学的例如导电率；在传感器模块内设置至少能暂时保持传感器模块感测到的相继状态的记录的存储器装置，并且相应地改变该传感器模块的未来行为；在传感器部件中设置按压开关并且在传感器模块中设置存储并分析相继的开关操作产生的数据，并且对此响应以产生预选定的输出(可见或可听的)和/或修改该传感器模块的操作模式；对传感器部件设置以屏幕和图标组为形式的输出显示，其中该屏幕和图标组包括至少一个可认识地反映效果(emotion)的图标，并且在该传感器模块内设置用来分析一串相继的输入和相应地调整该屏幕图标所表示的觉察到的效果的软件；对传感器部件设置音频输出转换器并把该传感器模块编程成或配置成驱动该转换器以产生一种根据该传感器部件所位于的印制材料的区域的性质从可能的范围内选取的音频输出。该范围可包括可认识的词或短语或者可识别的声音例如欢呼、呜咽或笑声；在传感器部件中设置能在和传感器头所压到的片的区域相邻的印刷材料区域上投出颜色的装置，例如对于正确答案为绿色而错误答案为红色；在传感器部件中设置能照射和传感器头所压的区域相邻的印制材料上的区域的装置，在这种照射下该印制材料能对人眼可见地显露出常规照明下看不到或者基本上看不到的一个或者更多的印制特征；把传感器部件配置成传感器尖在一端而屏幕相邻或者大致相邻另一端的细长体形式，该屏幕沿着细长体的侧面延伸并且把该传感器模块编程成根据该传感器接收的输入显示字母数字信息，其中从左向右读的字母数字信息行或行组的方向横越该传感器部件的纵轴；把传感器部件配置成传感器，例如红外光发射器/检测器构件。在一端的细长人或动物形状，其中当不使用该传感器部件时用配置成该人或动物形状的鞋袜的盖覆盖该传感器；把传感器部件构建成传感器位于一端的细长单元，该端带有对该传感器防止灰尘等的可取下帽，该传感器部件的侧面带有形状上和尺寸上能把该可取下端帽压配合在其中的凹槽，并且其中该可取下端帽是被拴住的并且需要时可定位成压配合到该凹槽中或覆盖该传感器；在传感器模块中设置和它连接的可预编程的微处理器或可配置的ASIC或等效构件和装置以便能通过编码的红外链路通过该微处理器或ASIC发送和接收数据，并且其中该印制材料关联着可以利用编码的红外信号询问的数据存储部件以提供作为输出的编码的红外信号，该传感器模块可以对该输出译码并用来编程或重编程该微处理器或者用来配置或重配置其中的ASIC。
可以根据设想的特定用途广泛地改变从上面表中选取的和/或单独或者组合地使用的特征。换言之，可以在不同的方式下组合不同的特征以提供用于不同环境下的不同的交互式传感器部件/印刷材料组合。
这样，依据本发明的一个特定方面，可以提供交互式印制材料和传感器部件的各种组合，它们包含带有印刷施加到基片上的观看人不能理解的信息的印制材料，其中该传感器部件适于感测该印制材料的性质并且辩别其上的各个印刷区，该传感器部件包括显示屏幕以及适于在该屏幕上显示一组对该观看人显示不同状态的美术化面孔，并且其中该传感器部件配置成类似于动物或人的形状同时该屏幕定位成该美术化面孔的位置相对应，而且其中该传感器部件包括位于该人或动物形状的端点的传感器头。
对于较小的儿童这种产品是很有吸引力的，如果笔或棒的式样类似周知的形状例如人物商品形状并且如果该屏幕和内部编程适于提供各种各样的显示的话尤其是这样。具体地，该屏幕上的面孔可以是卡通的从而使嘴唇和语音输出同步而且眼睛可以做成随机移动或者眨眼，由此提供面孔是“活的”错觉。
在交互式印制材料/传感器笔组合的目标市场上的完全不同的等级上，依据本发明的技术适于在各种组合下提供实质上复杂得多的教学或复习材料，或者例如提供多选择问答材料，它可以从学习和检查已学内容的观点或者从娱乐的观点用来实现自己管理型的测验。由此，在另一个广的方面上，本发明提供一种交互式印制材料和传感器部件组合，其包含带有印在基片上的观察人不能理解的信息的印制材料，其中该传感器部件适于感测该印制材料的性质并且辩别其上的各个印刷区，并且其中该传感器部件配置成通过在至少五种类别下测量印制材料的性质区分各个区和提供随对该性质的测量和/或随这种测量的结果变化的人可理解的输出。
如通常现有技术中可得到的并且如上面讨论的那样，教学和娱乐材料的已知形式是，印制材料以及设计成由用户握住并和该印制材料接触的传感器笔或棒，从而能该笔或棒感测它所接触的印制材料部分的参数或性质，其中通过由印制材料和该笔或棒之间的接触激励的开关装置触发实际的感测过程，而且其中该笔或棒包含输出装置例如可视显示器或者可听输出，该显示器或可听输出是根据在传感器模块中预先编程的规则驱动的。
依据本发明的一个广阔方面，响应该开关装置的切换，当该开关装置激励后激励该传感器所感测到的该参数或性质的值，该开关装置切换计时以及该参数或性质的感测值改变到另一个值上的组合，改变在该可视显示器上显示的或者在音频输出上反映的响应的编好程的性质。可以把时间切换以及感测到的参数或性质的值看成是例如存储在笔和棒的微芯片避存储的复杂程序的三个输入，实时考虑所有三个输入以便根据编程确定所涉及的特定输出，例如它是否是可视显示器上显示的特定材料，由适当音频转换器发出的特定词，乐曲或其它可听输出或者二者的组合。通过巧妙的编程可以达到印制材料和传感器部件之间的非常灵巧的交互，以赋予该部件“智能”气氛。在该印制材料对系统用户包含利用传感器部件完成某些操作的画面和/或词语指令的情况下尤其是这样。如果用户忽视这些画面或词语指令，该传感器部件可以产生指出这一点的输出，例如它可以通过适当的语音合成芯片提供用户“重新读指令”或者“不！用笔头跟随路径”。
所有这些可以通过适当的编程达到，其中传感器部件内部的编程微芯片可以实质上从顺序的输入序列看出提取出的含义，接着根据该提取的含义工作以及提供鼓励用户在适当方式下操作传感器部件本身。非常简单地说，可以把笔和棒编程成当你在印制页面上开始使用它时告诉你下一步做什么。
对于二种类型的材料即面向较年轻读者的“工作书”以及更认真的考试或复习辅助，应该注意到，在对前面说明的现有技术的各种改进之内，使用大量可辩别的等级是最为重要的。当使用传感器部件/印刷材料组合时，若该部件只可以辩别少量等级，这可能对于文本上的“单独操作”，例如从四个中拾取正确答案，可能是足够的。但是，当预望的交互在更大程度上变成任务时，例如在正确的顺序下感测连续混杂的阿拉伯数字时，能辩别更多的等级的要求变得大得多，并且自校准以保证始终一致的性能的要求也变得大得多。
可以在各种方式下生产构成本发明的交互系统的一部分的印制材料或印制物品，但是，由于印制材料要和传感器模块一起合理地和合作地工作的要求必须在采用的印刷工艺上施加适当的注意。和上面提及的公开中的情况一样，生产印制材料的优选印刷方法是四色工艺印刷，即材料是利用所谓的四种处理颜色印制的并且利用所使用的四色工艺印刷油墨中的不同配料提供印制材料不同部分之间的不可见或不可懂差异，或者更具体地，使用二种类型的黑油墨，其中一种含有高吸收红外的碳黑而另一种不含有。
标准工业黑油墨含有大量的碳黑从而对红外辐射是高吸收的。但是，能不困难地利用其它“黑色”材料得到印刷油墨，例如引入染料，这种染料尽管不明显吸收红外辐射但在可见频谱中是高吸收的从而裸眼看起来是黑色的。替代地，可以在一些情况下不使用工业黑油墨并在其它情况下使用工业黑油墨印出色片。通过调整印刷的丝网密度，不含有工业黑油墨的色片可以和含有工业黑油墨的色片一样看起来是黑色的。
对印制材料上的各个印制区采用单个要感测的参数，例如红外吸收，能使传感器部件常规地按照不同的红外吸收等级辩别若干不同的状态，但是即使在印制材料上设置自校准设施(后面进一步解释)可以辩别的不同等级的数量仍是相对小的例如最大在5到10之间，并且在该范围的高端下工作时为了确保该组合在实际使用中的可靠无错操作对传感器模块的质量控制以及对印刷的工艺控制的要求更加难以达到。但是，存在其中要求能在多于10种的不同状态下进行辩别的实例，依据本发明的一个特别优选的特性这可以通过把传感器部件设置成不只是检查印制材料的单个性质而是检查其上的二个或者甚至三个性质达到。
这可以通过对印刷选择适当的性质并且在传感器模块中设置检测或测量该性质的东西实现。尽管本发明不受此的限制。它的一个方便例子是颜色。
例如如果利用工业黄在相对白的纸或其它基片上印出印制片，接着如果用黄色光照射该片吸收量非常小。如果另一方面用相同的黄光照射含有工业青绿或工业洋红的片，则这些油墨中的材料吸收黄光，从而反射的黄光数量会明显减少。类似地，可以选择其它光谱颜色。如果例如传感器部件可以辩别五种不同的颜色并且还含有能辩别六种红外吸收等级的装置，则利用该传感器部件联立检查印制材料的印片可以辩别6×5即30种不同的状态。由于能区别30种不同类型的印片，能产生各种方式下使用26个字母的复杂或“智能”游戏。
如果传感器模块含有适当的微处理器或ASIC并且存储器存储着预编程的内容，则例如能产生一种玩“拼读游戏”的传感器部件和印制材料的组合。在一种简单形式下，可以内部地把传感器模块编程成说出(通过语音合成芯片和转换器)某个给定的词，则该游戏的目的是正确拼出该词。通过相继地把该传感器部件施加到从印制的字母表(其中每个字母的组合性质彼此不同)选取的相继字母，该传感器模块可以检测用户是否在正确的顺序下选择正确的字母以拼出先前发出的词。如果用户拾取次序正确的字母，一旦从相继的检测中检测该顺序，该传感器部件可发出适当的祝贺消息，例如“做得好！现在试试拼读…”，其中的新短语是从该传感器模块中存储的大量的词中随机选择的另一个词。
在该刚说明的系统的一种相对直接的发展中，每次把该传感器部件施加到一个印出的字母表字母上时，音频转换器可以说出一个和该字母对应的“词”，例如“eh”、“bee”、“sea”等等。
可以想象该方法的各种变型并且可以在单本“书”中提供这些变型，例如通过一组印片在相继的页上提供不同的游戏，例如其中在可由该传感器模块辩别的每页的顶上当该传感器部件成功感测时可以从该顶相应地构建一个该传感器模块认识的编程“代码”，并且该代码能使该传感器模块内的可编程电子电路为一个不同的“游戏”工作。
如容易理解那样，以这种方式操作要求传感器模块具有允许选择各种操作模式的相对复杂的存储器存储。这种传感器模块可以是在制造期间完全预编程的，但是这不是优选的，因为这把传感器部件的使用限制在根据一种预编程的方式和印刷材料一起使用操作。这实际上不能使用其根据未存储在传感器模块中的新模式操作的预印制材料。为此，非常希望传感器模块内具有存储数据的可重编程区并且根据和该存储器部件一起使用的印制材料进行重新编程。这可以这样达到，例如使印制材料和一块简单芯片关联，该芯片包含存储好的程序指令并且含有某种类型的输出部件，例如以可以向它馈入编码的数据流的红外发射器形式。传感件模块的红外传感器形成部分可以捕获该数据流并且该传感器模块内的电子电路接着把该数据流转换成用来把该传感器部件的行为调整到和该特定印制材料所要求的行为匹配的新的适当编程的操作模式。
如前面指出那样，本发明在学习或复习系统领域中是特别有价值的。例如，可以设想一个复习练习纸包括一个适当的传感器部件以及文字下展示印出的问题以及可能答案的选择，其中每个答案定位成靠着一个带色的印片。用户把该传感器部件，例如配置成笔的传感器，靠在印片通过感测该印片的性质指出选择。取决于结果，该传感器部件可以以某种适当方式作出反应，例如对刚刚按着所确定的答案指示“对或错”。
实际上可以通过正常的眼睛视觉辩别各个答案片，例如它们的颜色不同，但是它们的重要不同是看不出的。但是，即使在存在一个“正确”答案的情况下，对本发明的传感器部件/印制材料组合的用户提供比仅仅答案对还是错的信息更多的信息是很有好处的。
如果需要可以通过保证传感器模块可辩别和所感测的印制材料的印片对应的大量不同的状态从而能生产非常有效的教学和/或娱乐材料来达到此。从而，例如在简单的多选择问题情况下，可以例如在五个不同的答案中编码一个正确的答案和四个不正确的答案而且还不同地编码这些错误的答案，从而该传感器部件能提供裁剪成不仅指出用户的答案错误的事实并且还能给出更直接的指向目标的指南的反应。例如，在简单的数字估计问题的情况下，可以存在一个直接正确的答案而且其它答案可以是接近，不太接近或者太远，从而用户会对该问题惊讶并对可能合理的答案考虑一段时间。
在这样的情况下，依据本发明能使各种可见的颜色和不可见的碳黑/红外不吸收黑印片一起提供大量不同组合，从而例如按着某色片时可以例如从该传感器部件的语音合成芯片和转换器形成部分发出适当的语音消息，该具体消息是从大范围存储的消息中选取的。
已经大量尝试生产教育器具，例如以LeapPad和Tomy TalkingBooks标名出售的产品，其中对书添加了智能并且用户必须告诉电子电路还在玩哪张展开的页，从而电子电路能对该特出的页作出适当的反馈。通常这是通过按为每页唯一定位的适当印制的启动区实现的，这激励书下面的电子输入板中的电路并且这可以告诉用户用手指或者用和该输入板连接的专用笔加压的位置。但是每翻过一页都需要这样做，如果没有印制材料不会响应，直至用户意识到并且按印制的启动区。
可以利用本发明制造在二种不同方法下克服该问题的教育书藉材料。在一种方法中，把传感器部件编程成通用地对所有对应的页/书起作用。所有等级是预分配的，纯在每页的图形内容上达到从一页到下一页的改变并且借助于减缓视在重复的博弈技术。当用户遵循印制页面上的指令时，隐藏的编码造成传感器部件改变它的根据其内部编程进行反应的方式。
在一种更复杂的方法中，把传感器部件编程成带有博弈，这要求对每个新任务协调响应。这可以自动地通过传感器部件显示某个和适当印刷任务/活动对应的数字或符号实现。仅当完成各项任务时才显示新数字。该新数字可以是下个相继的任务或者是根据先前的表现选择的新分配。以此方式用户每次使用的任务书可以是不同的。如果程序允许可以允许用户越过显示的任务。
这二种能重新指定程序操作的方式的方法构成本发明的另一个重要特征。
如前面指出那样，传感器模块最好带有面对所涉及的特定印制材料进行自查和自校准的方法。这样，例如能在印制材料上辩别一系列的不同印制的区域或片并且任选地还包括辩别未印制的区域，该未印制区域可主要由于校准从而提高该传感器模块辩别所感测的性质例如红外反射性的不同的值的能力。
如前面指出那样，传感器部件最好包括一个使它工作，即触发测量性质的感测过程的开关。传感器模块的内部编程可以是这样的，如果给定时间未激励该开关则使该模块进入睡眠模式并且一旦加电进入校准模式，从而当使用依据本发明生产的材料时用户做的第一件事是针对随后要感测的一张具体印制材料校准传感器部件。这并不总是理想的，因为用户趋于忽略这种“家务”，但是如后面解释那样，还可以“正在工作中”进行再校准，即当作用游戏或者检查任务的一部分在印制材料的相继印片上使用该传感器部件时。
为了产生稳定的依据本发明的传感器部件/印刷材料组合自校准是重要的，因为当用传感器模块观测时会作出不同反应的各个四色工艺印刷区在印刷质量上遭受不可避免的变化，例如油墨施加速率，丝网分离，基础纸或者在其上印上该材料的其它原料中的变化。于这些变量，任何给定印制区的准确响应存在着变化范围。
一种实现传感器模块的校准的方法上在印制材料上标出若干区域，其中的一个区域简单地是基本或基片材料的不印制区域而其它区域在数量上对应希望检测出不同的响应等级的数量。由此，例如如果希望在单个性质六种响应等级的基础上辩别，该印制材料可带有一个不印制区和五个印制区。
通过顺序地把传感器部件施加到该空白区并接着这五个印制区上，可以确定这六个区的响应例如红外反射。接着可以对照这些值，例如校准过程期间该传感器模块读出的红外反射或吸收，评估内部对这些相继输入的和传感器模块询问的各个印制材料区相对应的数据的处理。尽管毫无疑问地这些值会轻微变化，容易在内部安排成把响应分配到特定等级上从而传感器模块感测测试片时得出的值在预置的容限带内。
例如，如果在一个任意尺度下对于空白和五个等级传感器笔的红外收集器形成部分接收的红外辐射量分别为96、80、63、49、38和21，接着可以内部对该传感器模块编程以对应于下述五种范围内的响应等级中的一种等级进行识别78-82，61-65，47-53，38-41，16-25。注意这些范围彼此间隔从而不存在重叠。可以一方面根据在传感器模块中建立的复杂程度并且另一方面根据所采用的特定印刷工艺造成的印制材料的可变性程度适当选择这些范围之间的间隔量。笔中建立的电子复杂程度越高各响应带彼此可以越近，从而会减小使用该笔时传感器参数落到间隔中并造成“不能识别的”等级的可能性。如果出现这种情况，可以把传感器部件设置成提示用户“再试一次”，因为可以在印制区内出现变化，例如由于由用户控制的相对于印制材料握传感器部件的确切角度造成的感测上的变化。重新施加传感器部件会非常频繁地得到可以指定到所涉及的等级中的一个等级上的响应。还可以把该部件编程成检测这种“再试一次”提示的次数或时间上的临近是否越过某种程度，若是则提示用户重新校准该传感器模块，例如如前面说明那样把该传感器部件相继地放在一组印制片上。
如上面指出那样，还能(并且实际上最好)使传感器模块在相继的印片上使用该传感器部件时进行自校准。如果把该模块设置成辩别一给定性质的几个不同等级并且预期各印制片具有和这些等级准确对应的性质时，这特别重要。如果传感器模块发现对于一串印片检测到的响应一致地高于或低于理想的目标响应，则可以由传感器模块内的电子电路内部偏移测量基线以便最接近地和理论期望响应匹配。
更通常地，自校准或再校准可以补偿一些会影响传感器部件的性能的变化。前面提到传感器部件设计成要和它交互的材料印刷上的变化，但是它们不是仅有的变化。传感器头自身的工作特性在其它可指到的变化之中。优选使用的传感器头是基于半导体的组件，尽管利用现代制造技术可以使变化变得相对小，但是变化是不可避免的，而且能补偿它们还造成能使用相对便宜的构件；半导体组件的性能容限越严它们的成本越高。另一个变量是发生感测时传感器头离印制材料表面的距离。这会取决于传感器头以及周围构件的确切几何形状。同样，如果只在合理容限下做出这些要求，传感器头组件的价格可保持低价格。最后，尽管利用现代电池和蓄电池技术电源特性随剩余的贮存电能量，例如电源变弱的变化很小，在性能上不可避免地存在轻微改变，只是在逼近耗尽电池或蓄电池这种小变化转成大改变。
在对传感器模块内的电子电路适当编程下，该部件还可以检测出由于变化何时必须由用户例如利用上面指出的一串不同的印片进行自觉的自校准和/或在自校准不再足以保持满意的操作时该部件会提示用户例如更换电池。
如上面指示那样，本发明的设备实质上包括印制材料和传感器部件。当该传感器部件中的传感器模块感测出该印制材料某区域的某种性质时，需要产生(尽管不总是立即)可觉察的反应。
为了产生实际上进行感测的可觉察反应，可以把传感器部件构建成每次利用它感测印制材料的某区域的性质时给出进行这种感测的指示。把传感器部件应用到印制材料上最好造成激励开关，该开关触发感测步骤，并且这还触发例如来自作为传感器部件的一部分的发光二极管的闪光的可见信号或者触发可听信号例如嘟嘟声或“卡搭”声。在把依据本发明的设备配置成预印制的测验单和关联的标记传感器的情况下后一种方法是特别有用的。可能需要用户做完整篇测验，例如从每个问题的一组可能的答案中选择用户认为是正确的答案，并且回答完所有问题之后才会显示测验的得分。为了对用户反馈已选择某具体答案的事实，可以每次把该传感器装置按在印制的答案选择区上时发出可听到的嘟嘟声成“卡搭”声，还可以通过在尖中包含一个“卡搭”开关得到反馈，该开关给出过分集中的机械力反馈以及可听到的机械“卡搭”声。
这种出现感测的自动指示可以看成是传感器部件使用时提供的简单自动输出。但是，该传感器部件可以包括其它输出部件，而具体的输出取决于区域中印刷的供感测的性质。从而，在例如WO-A-83/02842中所说明类型的简单娱乐或早期学习游戏的情况下，该输出可以取可听输出和/或可见输出的形式，以上面提到的面孔表达效果为例子，如果选择错误答案为拉下的嘴巴而如果选择正确答案则为微笑的嘴巴。这可以伴随着音频输出，而且如果需要该输出可以以语音为形式，该语音和代表面孔的屏幕显示器的嘴形的改变是相协调的，由此这种传感器部件仿佛在说话从而实际上显示出某种程序的智能。如果把传感器模块配置成存储来自先前的感测活动的数据并且接着不仅根据最近感测到的印制材料区而且还根据用户的先前行动产生输出，尤其是这样的情况。
第三种类型的输出可以看成是更复杂的并且对于依据本发明的供在多选择问答测验中使用的设备是很有价值的，其中可以只在结束测验时在该传感器部件中建立的某种形式的显示屏幕上以得分的方式显示输出。该显示屏幕还可以显示其它信息，或者字母数字地或者利用适当的图符。
在这方面，对于其中用户必须选择有希望的正确答案以对下个要回答的问题给出数值指示的多答案复习或测验卷的情况这是特别有价值的。这防止用户变成混乱并且尤其防止用户回答同一个问题二次或者错过某个答案。
应注意到，在带有多选择答案的测验或复习卷的情况下，传感器部件所需的辩别程度可能相对小。实际上，有时简单地利用只辩别性质的二个等级的传感器部件能完全满意的，但是，例如利用性质的五个等级并且辩别它们是明显有好处的，因为这能产生可以由该部件自己存储不必在开始测验或复习练习之前进行重编程的复习书籍或者试卷。
例如，如果问答卷包括各具有多个可能答案其中之一为正确答案的20个问题，可以利用若干例如红外反射的不同级别印出正确答案片，每个正确片指示该部件给出了正确答案，而不正确的答案或者全都带有给出相同程序的响应的印刷设计或者(最好)带有二种级别中的一个级别，其中每个问题把各个对应于错误答案的印片交替地置在这二种级别之一上。这可以由传感器设备内微处理器的内部逻辑拾取并且假设正确回答了一组问题，接着微处理器可以从该特定的一组问题解码出卷上的问题数量以及例如应该用多少时间回答所有问题的目标时间。数学上利用不重复的四等级序列，例如长度上32个变量，可以相当方便地完成这一点。如果由于用户设有充分准备，传感器部件可以不感觉检测出的等级序列，接着可以显示或者可听地给出一条最好回去并且下次考试之前最好做一些复习工作的消息。
由于对无论如何部分上都不能看到的东西的译码的复杂性，用户不能方便地确定包含在印制片中的潜伏的编码的值序列，从而适当编程的传感器部件在和复习试卷或复习试卷课本一起使用时会显得显示出明显的智能。
如前面指出那样，在检测某些输入条件下，本发明的传感器部件可以包括另一个以照射装置为形式的输出部件，其适于在检测该输入时照射和该传感器部件的检测器头相邻的区域。尤其在依据本发明的有趣的和引起好奇的进展中，印制材料包含靠近多个答案片印制的可懂材料，这种材料是用普通照射下看不出的油墨印刷的，但是当用近紫外光照射时它变成是可见的，而且其中该传感器部件含有近紫外发射照射部件。以这种方式，例如当选择成功答案时会激发传感器部件中该照射部件从而观看该印制材料的用户不可思议地看到新题词出现。替代地，如果例如利用红光或绿光照射不那么看得出标记会变得特别醒目。
传感器部件输出的另一种可能是可听输出，具体地把传感器部件构建成提供音频生成，这能提供音乐输出。在一简单实施例中，各个等级可对应各个节拍，从而能在纸上记录曲调以作为一串印制片并且通过使该传感器部件顺序地和各个印制片接触再现该曲调。替代地，曲调可以取印制条的形式，其中该条的性质沿着它的长度变化，并且接着传感器沿着该条移动，随着它的前进感测该印制条的性质并且播放和该印刷对应的曲调。这可以是非常有趣的，因为播放该曲调的速度可以由此由用户改变。就音频输出而论，传感器部件输出可以是相对不复杂的例如简单生成音色相当中性的音乐节拍，或者，当然它可以是复杂得多的例如在给定音调下发出节拍但其音色对应于钢琴、羽管键琴、吉它、小号、大号或无论什么。在任何这样的传感器部件中，可以设置适当装置以从若干不同的“乐器”中选择，例如设置成该传感器部件首先运动在利用顺序查询得到的印片序列中编码的信息进行乐器选择的模式下，此后该部件可发出可听的音调(带有选定乐器的音色)以表示它已对演奏准备好。
当利用本发明的传感器部件把该传感器部件测量的性质安排成对应于音调并且这种对应实质上是连续的时，这是特别有趣的。沿着预先印制的路径滑动传感器部件产生可辩认的曲调，而把该传感器部件放在其它区域，例如诸如织品的其它基片或印制表面，上会产生对应的和有趣的响应。
就传感器部件的总体形状而言，它可以非常广泛地变化，但是通常最方便地是以某种形式的细长体为形式，通常称为“传感器笔”或“棒”，例如如上面引用的发表的说明书中示出那样。这种细长笔可以包括适当的电源，常规为一个或更多的放在适当的隔室中的电池，某种形式的开关以及位于一端的某种形式的传感器。例如，其可以取光电部件的形式，它适应在被激励时发射辐射序列(例如红外辐射)并伴有适于测量从该传感器部件的端点放在其上的印制材料反射的辐射量的辐射检测部件。如前面指出那样，该端通常包括某种形式的压力开关以便触发辐射串和感测反射量。
传感器部件还包括某种类型的处理电子电路。这可以从简单的预编程固定程序逻辑芯片变化到复杂的可再编程微处理器芯片或者可重配置ASIC。在后一种情况下，可以通过任何方便的手段实现重编程或重配置，例如，输入的直接电连接，感性环路连接，例如计算机外设和中央PC“无线”连接中使用的编码红外输入/输出单元或者例如PC和PDA之间的上载/下载数据。最后一种是特别优选的，因为它不仅能使传感器部件和PDA或PC交互并且还能利用例如附在书中的某页上的或者嵌在书的卡封面上的允许红外通信的微芯片。如果只需要重编或重配置少量的数据，这甚至可以利用印制材料的印制条或条带提供，传感器部件沿着印条扫描以“读”数据并且改变传感器模块的行为。
采用可编程微处理器芯片或ASIC还允许传感器部件多得多地注意计时，例如适用于触发性质测量的逼近开关的相继激励和/或实现这种激励的时间长度(这可以告诉传感器部件它的传感器头是否正在印制材料的可变性质道上移动)。
这种微处理器的另一种可能的输入是握着的传感器部件对印制材料的角度，这可以利用对邻近传感器头的逼近开关的适当设计检测。
上面说明的用来提高传感器部件的复杂性的各种技术导致能生产交互性传感器部件/印制材料组合，其在复杂、用户不懂的方式下交互，并且其为非常复杂的教学和娱乐材料，尤其其中材料的某页或张和传感器部件的交互方式和相同印刷材料的不同张或页的交互方式不同的材料，提供可能。在一种意义上，传感器部件仿佛从印制的页或张拾取智能并且利用该智能以用户不能立即清楚的方式修改它自己的行为，但是这对应着每张印制卷或页上的可懂的内容对于用户确实意义着某种东西的事实，因为该内容是可以观察和解释的。能观察和解释的东西可以是词语、画面或者二者的组合，而印制材料上的觉察到的可懂内容之间交互，传感器部件和印制页之间不能觉察的交互以及用户和显示器上出现的图像之间的可懂交互三种交互方式提供了利用前面引用的说明书中所描述的各种现有技术不能达到的或者至少在非常大的费用下才能达到的丰富操作方式。另外，当然，取决于编程的复杂程度并且借助最近几年出现的所谓计算游戏，教育和娱乐市场已经变成非常习惯于该领域目前提供的产品中所反映的灵巧和复杂性。利用带有标准类型显示屏幕或监视器以及某种类型的输入/输出部件例如键盘、操纵杆、鼠标或专用于操作单元(例如按商标PLAY STATION出售的单元)的计算机作为媒介得到的学习和博奕经历是高度满意的，但明显地这需要使用复杂从而昂贵的设备并且常常是家用环境中插到常规电力线中的固定设备例如PC。相应的可记录设备例如膝上计算机的成本是非常高的，即使实际价格较小的手持设备例如用适当的游戏软件编程的掌上机或PDA仍是贵的。相反，通过利用依据本发明说明的这些技术，传感器部件的成本可以保持低并且印制材料的成本尤其如果不需要诸如导电荧光油墨的专用印刷油墨同样是低的。
如果传感器单元中的编程考虑感测到的字段的顺序以及时间上的变化，可以在依据本发明的部件中建立另一种程度的灵巧。这意味着是否能相对于印制材料以不同方式物理移动传感器部件得到各种结果。这样，传感器部件可以是接触的并且接着对印制材料的各特定区域脱离接触以作为独立的感测序列，或者，例如，可以把该部件放在材料上然后沿着它的表面滑动，从而来自传感器头的信号随该部件下方并由它观察到的印刷的改变而变化。
利用适当的编程进行组合，这可以用来提供各种各样看起来具有魔术般的“智能”的“特殊效果”并且这可以产生无数设计娱乐或教育材料的方式。


参照附图通过例子说明本发明，附图以示意的形式示出二种依据本发明的基本类型的传感器部件。
在附图中，图1到4示出一种配置成和儿童的活动书一起使用的传感器部件，图5示出这种书中表示说明的一些方式，图6到14示出一种和用于复习辅助或测验的印制材料一起使用的传感器笔，笔的例子在图15中示出，而图14到17是传感器笔的操作端结构的详细例子。
更具体地图1是依据本发明的供使用的传感器单元的透视图。
图2是图1的传感器单元以及端帽的视图。
图3是加上该端帽的图1传感器单元的视图。
图4示出使用的可以如何握住图1的传感器单元。
图5是一组可以印在活用书的页上的例图。
图6说明图1到4的传感器单元可以和不同的印刷材料一起使用的不同方式。
图7到10示出四种和测验卷或复习辅助一起使用的替代的传感器单元设计。
图11示出可以如何装上传感器笔单元的端帽。
图12示出和印制材料一起使用的复习辅助传感器笔。
图13示出一双手如何握住笔。
图14在放大比例下示出使用中的笔。
图15表示图7至14中的任一传感器笔可包含的显示器类型。
图16是复习试卷的第一部分的示意图。
图17是图11中示出的传感器笔的部分分解图。
图18是传感器尖结构的分解图。
图19是尖结构的示意剖面图，以及图20示出当放在印制材料上时该尖结构如何工作。
具体实施例方式
首先参照附图中的图1到图4，可以看到其中示出的传感器单元构形成一个大致圆形的面孔2占主要地位的人形物。该面孔实际上是由安装在环框3下面的LCD屏幕构成的。
如可从图1中看出那样，该面孔是式样新颖的，包括二双眼、二个鼻孔和一张微笑的嘴。身体的下端是一个可把帽6压配合到其上的圆环5。环5内安装着适当的传感器，例如组合式红外发射LED和红外接收半导体检测器。帽6构形成当放到身体上时看起来象二只脚。可以通过带7系住帽，从而它不会丢失。
该传感器部件的内部安装适当电源，电子电路组件以及其它构件，它们的详细工作结构可以大范围地变化。该电子电路例如可以编程成当基片上不照射环5内的传感器即该传感器单元不使用时确保可以把屏幕2上的面孔的表情变成表示失望例如如图3中所示，其中尤其是屏幕2上的表示嘴巴的用8标记的显示部位现在是向下的。
当要使用该部件时，帽6从该端头脱开并且可以非常简单地把对进入光的检测安装成恢复到图1和2中示出的显示。
使用中可以用用户的手抓住该单元如图4中所示并且接着该人物“站”在印制区的顶上，例如儿童活用书上。
根据该传感器单位的灵敏性和书的印刷可以设想各种各样的交互。作为非常简单的示例，该书可以是一本简单的多答案辩别书，例如示出下面印着四个名称的动物画面，其中只有一个名称和所描绘的动物对应。每个名称旁边可以存在一个印制片，并且用户尝试确定印出的正确名称，即读它。如果名称是正确的，该面孔可以继续微笑，并且同时如图4中所示可以从置在该传感器部件身体中的掩蔽的LED把笑脸投影到周围的纸上。这在图4中于12处示出。如果选择错误的答案，可以不出现投影的脸并且适当地改变屏幕2上的表情。通过使用不同的印制片以及可以辩别来自各个印片的几种不同反应的传感器部件，可以提供变化的和有趣的交互。例如，在更复杂的自学系统中，可以存在例如带有十个答案以及相应的印制片的单个问题。当然，一个或者可能二个正确的答案造成屏幕显示2微笑并且出现图像12。可以接近下一组十个答案，这会造成屏幕2的面孔的好奇或迷惑表情，其它答案可能是导致图3中所示出显示的完全错误的答案，并且其中一个答案可能代表完全“大错”这导致屏幕2上的显示张大的而不是闭上的嘴巴。同时，可以把该传感器部件设置成发出适当的噪声，或者实际上如果该部件含有语音合成芯片发出祝贺，同情或鼓励的词语。
图5示出一些可以在与图1至4中示出传感器部件一起使用的活用书中的印制页上登载插图的典型方式。在该具体的例子中插图是示出狗的铜版印刷14，黑白的或者更通常地彩色的。为了把用户的注意集中到把图1至4的部件放到何处并压在上面以达到期望的效果，插图带有若干印制的“按钮”，按钮可以出现在插图本身上如15处所示或者出现在一侧如用16表示。
图5只是活用书页的类型的一个例子，并且可以设想非常多的其它活用书页的类型。如前面指出那样，活用书页例如提供笔应该沿其滑动以产生适当效果的路径，或者它可以例如具有一系列混杂的数字，为了产生期望的效果需要用该传感器单元的端头轮流接触这些数字，活用书中包含的另一种类型的插图可以是隐藏图案，例如叠加在插图上的对红外光谱的交错的吸收程度。用户可以通过把传感器单元的尖放在插图上并且在振荡式锯齿运动或划线运动下来回滑动笔得到来自插图的反应。这例如可以用来从带图的故事书中产生适当的语音或者来自画出的人物的问候，或者产生显示屏幕上示出的人物的漫画。另一种可能是印制的插图张，其带有若干对在中心区分线二侧的左、右栏中示出的物品。指令可以要求用户把传感器单元的端头放在左栏中的一个物品上并且接着在纸上滑动该单元的端头并越过中心线把它滑到右栏中的“配对“上。这可以利用插图或印出的词进行。
利用图例图6图示示出在一段时间上可以如何使用传感器单元。在构成图6的六个插图的每个插图的左缘标记六种类型的游戏并且分别描述成定点、跟踪、联合、划线、跳跃和滑动型交互。线的端头上的黑点指示何时传感器单元的端点放在纸上(其中从点延伸的线向右而不是向左，或者离开纸此时从点延伸的线向左而不是向右)。从而对于定点和跳跃型游戏，传感器单元相继地和印制页接触并且接着移动。该单元每次感测出性质级别都做成指示，例图6示出七种不同的等级。可以看出，并不是所有这些类型的游戏需要使用全部的等级。
在上面描述的成对挑取练习中，图6在第三段中示出“联合”模式操作，其中例如把页的中部的中心线的红外吸收指定为等级100并且该图示出把笔放在左栏中带有感测值为20的某东西上然后越过感测值为100的中心线并且接着成功地拾取类似地给出感测等级为20的正确配点。这种特别类型的一个特别优点是，它对印刷变化特别宽容。对笔成功操作所需的全部编程只是使它恰当地反映，例如当笔碰到一个其感测到性质具有和它初始放在上面的油墨片的感测性质相同的值的油墨片时显示绿光或发出胜利嘟嘟声或说出“做得好”。性质的绝对值不是重要的，而是只需要保证一样中的各个印制图像，背景纸本身以及中央区分线的性质彼此不同。
可以设想操纵输入以提供不同输出的其它方法，图6中的内容不是排它的。
现转到图7到15，它们示出按学生的复习辅助配置的各种传感器笔单元变型。
图7到10示出笔的四种可能的本体设计，每一种包括一个其中传感器尖21在一端并且LCD显示屏幕22接近另一端的细长壳。另外，该单元具有二个按钮23、24，设置成一个和屏幕22相邻而另一个离尖21更近。端帽25可以压配合到该单元的端头上，并且如图11a、11b和11c中所示容易从实际传感器上拔出，扭转(由接片27保持拴住)并且存放在位于壳20的大致和屏幕22相反的一侧上的互补的凹槽26中。
在图2中示出这种和印制材料29一起使用的笔，印刷材料29例如可以取复习书籍的形式，书的每页再现若干问题，每个问题带有和印制的可能答案相邻的若干印制材料片。在图16中示出这种书的一页的正面上看起来象什么的例子，图中示出四个编号为1到4的问题。各个问题轮流由印制的长方形框包围。每个印出的问题的下面是四个一组的椭圆形轮廓，每个椭圆形含出一个印出的可能答案并且具有一个位于它的左端可把传感器尖21放在上面的彩色印刷片32。各个片32可以颜色上是不同的并且例如还在红外反射上不同，以便能使传感器部件辩别用户把传感器尖放在“错误”答案上还是放在“正确”答案上。
如可从图13a和13b中看出那样，外壳20配置成可以如图13a所示方便地用手握住或者如图13b所示方便地用右手握住。在这二种情况下，可以利用姆指操作按钮24并且该按钮本身可以充当开关，例如接着造成笔感测它此刻占用的印制材料片的性质。这在复习情况下是有用的，其中学生具有对每个答案的记录的控制，即记录不会自动地和可能不当心地发生；相反，仅当用户姆指按下按钮24时才记录学习的答案。
如可从图12到14中看出那样，液晶显示屏幕22配置成带有若干图标。图15更清楚地示出这些图标(并且可能作为完整的一组反差区域)。可以从该图中看出，二个按钮23和24分别指定成模式按钮和启动按钮，第一次按启动按钮(对该部件加电后)可用来启动时钟运行，这例如在显示器的第一行上指示。
书29的印制页可以例如在右下角包括一个“测验结束”区，当笔放在该印制区上并按下按钮24时该区造成传感器笔在第一行上显示百分得分。
图15中示出的显示器的下一行包括四个区域，它们可以选择性地激励以便若指出错误答案示出“叉号”而若指出正确答案示出“勾号”。如果该传感器单元用于学习模式这可以例如是显示器唯一激励的部分(除了学习模式图标和适当按钮之外)。这样，在学习模式而不是复习或测验模式下，学习可以选择一个可能的答案，把笔放在它的上面，按按钮并且立即学习到选择了正确的还是不正确的答案。
如图14中所示，该笔可以备有一个把照射圆锥投到图14中用31标记的区域上的投影部件。如果该照射光是来自适当LED的紫外光并且如果在书的印制页上该照射区31包含用荧光(但通常不可见)油墨印刷的图例，当按按钮24时该UV油墨放出荧光从而用户可以看见补充的可懂的消息。
图17到20示出该单元的结构细节，并且具体地总壳20在一端具有一个其中装着可开关的头32的圆洞33。图17示出头32的各个构件以及印制电路板35的一端，该电路板带有用来分析感测结果并且驱动液晶显示器22的主电子电路。如图17中所示，传感器头32包括外金属壳36，带有四个从其一端延伸的拱片38的金属圆柱形内套筒，带有部分球形表面的环体39，带有向外张开的截锥端45和诸如半导体发射器/接收器构件的光电器件42的安装管42。四条连接引线41从器件42延伸，当把该件装配到一起时这些引线和印制电路板35上的适当印制线连接。向外张开的截锥端45包围带有引线41的器件42的抛光发射和接收面，并且和拱片组38一起起系住部分球形的环体39的作用。还可以从图19中看出，在该示出的位置下，拱片38不和金属壳36的下缘接触，尤其当拱片38对着壳36的下圆周的空隙34时。
当该传感器笔的端头向前接近图20中用50标志的印制书或试卷的表面时，部分球形的圆环39首先旋转，从而即使如图20中所示该传感器笔未定位成的确垂直于印制材料的表面50圆环39平地对着印制材料的表面50。这还起防止杂光进入的作用，从而帮助光电器件42准确地感测其下方的印制图像的性质。这是图20的右侧示出的位置。通过把传感器笔向下进一步压向印制材料的表面造成拱片38张开并且使金属壳36的下端和圆环39接触，触发实际感测。同时，管40向下移动并且随着环39由纸50保持固定，端45不再和环39接触。这造成构件36和39之间的接触并且断开构件39和45的接触，从而触发印制电路板35上安装的电子电路以便激励光电器件42用红外光照射印制材料的该区域50，造成能估计从其发射和被吸收的红外光量。一旦传感器笔离开纸50，这种触发释放。
通过操作模式按钮23，可以通过该电子电路进入学习模式，例如能使它通过此刻充当对编码的红外信号充当接收传感器的光电器件42接收复杂的重新编程。已知各种用来发送编码的红外信号的部件，尤其可能使用PC，掌上机或膝上机，它们适当地具有红外发射技术并且带有作为这种编码的红外信号流的源的适当程序。
从上面的具体说明以及在此前的总说明清楚，通过细心的设计，能在连带各种各样的印制材料下开发各种各样的传感器单元以产生依据本发明的交互式系统。至少印制材料本身，最优选的是通过四色工艺印刷产生它并且区别各个不可见区域的基本方法是在油墨中使用不同等级的红外吸收“黑色”材料，如前面引用的现有技术说明中描述地那样。但是，若需要，可以采用不同的印刷方法。
如上面参照附图的说明书中说明那样，印制材料被检测的参数可以不只是简单的红外吸收水平。例如，通过采用更复杂的光电头，可以由该部件估计印制片的可见颜色，并且也可以充当辩别因素，或者自身地或者和不那么可见的差异例如可变的IR吸收“黑色”构件系统相组合地。
权利要求
1.一种交互式印制材料和传感器部件的组合，包括带有印刷施加到基片上的观看人不能理解的信息的印制材料，其中该传感器部件适于感测该印制材料的性质并且辨别其上的各个印刷区，该传感器部件包括显示屏幕和适于在该屏幕上显示一组对该观看人显示不同状态的美术化面孔的装置，并且其中该传感器部件配置成用于类似动物或人的形状，同时该屏幕定位成和该面孔的位置相对应，而且其中该传感器部件包括位于该人或动物形状的端点的传感器头。
2.依据权利要求1的组合，其中基片上的印刷包含可通过为实现这种印刷使用的油墨中的红外吸收材料量辩别的信息。
3.依据权利要求1或2的组合，其中用来显示美术化面孔的装置配置成显示代表眼、鼻和嘴的屏幕区，这些代表至少眼和嘴的屏幕区能在不同组合下显示不同的式样以反映不同的情绪。
4.依据权利要求1至3中任一权利要求的组合，其中该传感器部件具有按细长的美术化人或动物形状配置的外壳，并且其中该外壳包括一个带有一个邻近其一端的传感器头的传感器模块。
5.依据权利要求4的组合，其中该传感器头附近是一个压力操作开头，当该形状站在印制材料表面上并且印制材料处于和该传感器头相邻的端点的下方时该开关适于触发对该印制材料的性质的感测。
6.依据权利要求1至5中任一权利要求的组合，包括声音生成电路和声音转换器。
7.依据权利要求6的组合，其中该电路适于提供可懂的语音输出。
8.依据权利要求7的组合，其中该传感器部件包括至少改变对应和与该语音输出同步的屏幕上的嘴的表现的装置。
9.依据权利要求1至8中任一权利要求的组合，在该传感器部件内包括用来照射和传感器部件压着印制材料的位置相邻的印制材料区的装置。
10.依据权利要求9的组合，其中响应该传感器部件感测到的印制材料性质的具体值并且根据该传感器部件内部预置的条件，激励用于照射的装置。
11.依据权利要求1至10中任一权利要求的组合，在该传感器部件内包括感测该传感器部件所压着的印制材料区的至少二种性质的值的装置。
12.依据权利要求11的组合，其中该传感器部件包括一个适应于产生响应感测到的印制材料的二种或更多种性质的组合而变化的输出的传感器模块。
13.依据权利要求11或12的组合，其中所感测的性质是印制材料的红外吸收和它的颜色。
14.依据权利要求1至13中任一权利要求的组合，其中该传感器部件在该传感器模块内包括含有微处理器或ASIC的装置，该微处理器或ASIC适于存储与在该印制材料上进行的一系列感测操作有关的数据并且适于根据所述数据以及所感测的印制材料的性质或多种性质产生输出。
15.一种交互式印制材料和传感器部件组合，包括带有印刷施加到基片上的观看人不能理解的信息的印制材料，其中该传感器部件适于感测该印制材料的性质并且辨别其上的各个印刷区，其中该传感器部件配置成通过测量印制材料的性质在至少五个类别下区别各个区，并且提供根据测量的性质和/或一系列测量而变化的人可理解的输出。
16.依据权利要求15的组合，其中该印制材料配置成多选择问题/答案卷，该卷带有一组可读的问题，每个问题具有一组在和它相关的各个间隔的配合位置上印出的答案，并且其中印制的答案各包括一个以印刷油墨印刷的区，可利用该传感器部件感测该区的性质。
17.依据权利要求15或16的组合，其中该印制材料包括五个或更多为一组的和五个或更多的类别对应的不同印刷的印制区，这些区中可分配该传感器部件测量的区域的性质，并且该传感器部件包括在对一组印制区进行一系列测量后调节所涉及的性质的测量的装置。
18.依据权利要求15至17中任一权利要求的组合，其中该传感器部件以细长外壳为形式，该细长外壳含有位于其一端上的传感器头并且在另一端上或附近含有显示屏幕，该屏幕定位成便于沿大致横向于该外壳的纵向的方向被观看。
19.依据权利要求18的组合，其中该传感器头关联着一个适于在把外壳的端点放在基片表面上时触发印制材料性质的感测的压力开关。
20.依据权利要求15至19中任一权利要求的组合，其中该传感器部件适于感测印制材料的二种或更多种的不同性质并且适于通过对这些性质的测量把该区按照这二种或更多种测量的组合分配到多种类别中的一种类别上。
21.依据权利要求15至20中任一权利要求的组合，其中人可理解的输出以在该传感器部件的屏幕形成部分上显示的易懂信息为形式。
22.依据权利要求21的组合，其中每次传感器部件进行性质测量后显示该信息。
23.依据权利要求21的组合，其中仅当用户依次使传感器部件的一部分靠近一序列区域测量性质后才显示该信息，该显示的信息是从一系列测量的结果导出的。
24.依据权利要求23的组合，其中还根据完成该系列花费的总时间显示该信息。
25.依据权利要求15至24中任一权利要求的组合，其中该传感器部件包括使能存储测量序列的存储装置以及使能作为该测量序列的逻辑分析结果生成意义可理解的输出的逻辑装置。
26.依据权利要求1至25中任一权利要求的组合，其中该传感器部件能辨别该印制材料的某性质的至少5个等级。
27.依据权利要求26的组合，其中该传感器部件可以辩别该印制材料的某性质的至少十个等级或者辨别该印制材料的二种性质的至少20个组合。
28.依据权利要求26或27的组合，其中该传感器部件适于实现校准或再校准以帮助辩别性质的各种等级或组合。
29.依据权利要求1至28中任一权利要求的组合，其中该传感器部件包括一个能利用存储在形成该印制材料的一部分或附在该印制材料上的芯片或其它器件中的数据编程或再编程的传感器模块。
30.依据权利要求29的组合，其中该存储器模块包括用来解码和该存储的数据对应的红外辐射编码流的装置。
31.一种交互式印制材料和传感器设备，包括一张或多张带有多个印制油墨片的印制材料和一个传感器部件，该传感器部件包括一个辨别这些印制油墨片的性质的传感器模块封壳以及能根据印片和该传感器模块之间的交互产生可听或可见输出的输出装置，其特征在于下述改进特性中的一个或者多个把传感器模块配置成以便能区别至少五种的并且最好十种的不同红外吸收等级；把传感器模块以及带有交互装置的印制材料配置成能在连同印制材料一起使用之前或者这样的使用期间自校准该传感器模块；提供用来感测印制油墨片的二种或更多种性质的装置，区别每种这样感测的响应为离散信号并且组合这样产生的响应，从而区别多个不同的状态；例如，如果第一性质是红外吸收，第二性质可以是光学上的例如颜色、荧光或者是非光学的例如导电率；在传感器模块内提供至少能暂时保持传感器模块感测到的相继状态的记录的存储器装置，并且相应地改变该传感器模块的未来行为；在传感器部件中提供按压开关并且在传感器模块中提供存储并分析相继的开关操作产生的数据，并且对此响应以产生预选定的输出-可见或可听的-和/或修改该传感器模块的操作模式；对传感器部件提供以屏幕和图标组为形式的输出显示，其中该屏幕和图标组包括至少一个可认识地反映效果的图标，并且在该传感器模块内提供用来分析一系列相继的输入和相应地调整该屏幕图标所表示的觉察到的效果的软件；对传感器部件提供音频输出转换器并把该传感器模块编程成或配置成驱动该转换器以产生一种根据该传感器部件所位于的印制材料的区域的性质从可能的范围内选取的音频输出，该范围可包括可以识别的词或短语或者可识别的声音例如欢呼、呜咽或笑声；在传感器部件中提供能在和传感器头所压到的片的区域相邻的印制材料区域上投出颜色的装置，例如对于正确答案为绿色而错误答案为红色；在传感器部件中提供能照射和传感器头所压的区域相邻的印制材料上的区域的装置，在这种照射下该印制材料能对人眼可见地显露出常规照明下看不到或者基本上看不到的一个或者更多印制特征；把传感器部件配置成传感器尖在一端而屏幕相邻或者大致相邻另一端的细长体形式，该屏幕沿着细长体的侧面延伸并且把该传感器模块编程成根据该传感器接收的输入显示字母数字信息，其中从左向右读的字母数字信息行或行组的方向横越该传感器部件的纵轴；把传感器部件配置成传感器，例如红外光发射器/检测器构件，在一端的细长人或动物形状，其中当不使用该传感器部件时用配置成代表该人或动物形状的鞋袜的盖覆盖该传感器；把传感器部件构建成传感器位于一端的细长单元，该端带有使该传感器防止灰尘等的可取下帽，该传感器部件的侧面带有形状上和尺寸上能把该可取下端帽压配合在其中的凹槽，并且其中该可取下端帽是被栓住的并且需要时可定位成压配合到该凹槽中或覆盖该传感器；在传感器模块中提供和它连接的可预编程的微处理器或可配置的ASIC或等效构件和装置以便能通过编码的红外链路由该微处理器或ASIC发送和接收数据，并且其中该印制材料关联着可以利用编码的红外信号询问的数据存储部件以提供作为输出的被编码的红外信号，该传感器模块可以对该输出解码并用来编程或重编程该微处理器或者用来配置或重配置其中的ASIC。
32.一种教学或娱乐设备，包括印制材料以及设计成由用户握住并和该印制材料接触的传感器笔或棒，使该笔或棒能感测它所接触的印制材料部分的参数或性质，其中通过由印制材料和该笔或棒之间的接触激励的开关装置触发实际的感测过程，而且其中该笔或棒包含输出装置例如可视显示器或者可听输出，该显示器或可听输出是根据在传感器模块中预先编程的规则驱动的，其特征在于，响应该开关装置的切换、当该开关装置激励后激励该传感器所感测到的该参数或性质的值、该开关装置切换计时以及该参数或性质的感测值改变到另一值上的组合，改变将在该可视显示器上显示的或者在音频输出上反映的响应的编程的性质。
全文摘要
说明包括传感器单元，最好以传感器笔(20)为形式，和印制材料(29)的设备，其中二者在各种各样的方式下交互。具体地，印制材料上的印刷配置成具有各种性质，裸眼看不懂其中的不同，例如红外吸收上的不同。说明各种方案，例如用于早期学习活动以及利用多选择问题卷用于测验和复习活动。通过采用好的设计工程，该传感器单元可辩别的来自该印制材料的反应的不同类型的数量可以多达几十甚至超过100。
文档编号G09B5/00GK1842830SQ200480024791
公开日2006年10月4日 申请日期2004年7月26日 优先权日2003年7月25日
发明者马丁·P·理查弗德, 安德鲁·J·克里伏特, 杰里米·M·霍德, 保罗·A·霍内维尔, 哈里德·马米戈尼昂斯, 约翰·G·索恩, 大卫·L·普里克斯 申请人:诺沃斯概念公司