带有收缩式笔尖和力传感器的电子笔的制作方法

专利名称：带有收缩式笔尖和力传感器的电子笔的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来与交互式纸张交互作用的电子笔。已开发出本发明以提供一种 具有得到改善的交互功能的电子笔，这种电子笔能够以与传统的圆珠笔相同的方式把握 和使用。
背景技术：
本申请人已开发了在下面要探讨和在这里所标的交叉引用文件内详细探讨的网 页(Netpiige)系统。由于本发明特别适合这种系统，因此将以网页为背景进行说明。然 而，可以理解，手持式光学传感器在许多不同的领域内都有着广泛的应用，因此本发明 并不局限于它在网页系统内的运用。
网页系统涉及用户与计算机网络(或独立计算机)之间通过基于笔和纸的接口进 行交互作用。所述“笔”是带有标记或非标记笔尖和光传感器的电子指示笔，用来读取 纸张(或其他表面)上的编码数据图案。
网页笔的主要特征之一是它能以与鼠标在基于屏幕的交互元(例如，超级链接 之类)上单击同样的方式在网页的交互元上单击。然而，有了网页笔，为了单击交互 元，用户只要将笔尖放到交互元上就可以了。在笔尖压到页面上时力传感器记录“落 笔”状况的同时，光传感器通过元所在的独特页面和位置ID对元进行识别。记录“落 笔”和“提笔”对于获取用户在网页输入栏上的笔迹来说也是重要的。同样也获取非二 元的力信号，以再现具有与力有关的不同宽度和深浅的手写笔划。力的变化还可以用作 在签名验证期间所要检验的参数。
在力传感和图像传感笔内所要求的高的容差和功能需要与对笔耐用和用户容易 把握及移动的要求一致。
得到Anoto公司许可制造的电子图像传感笔(见US 7,832,361)通常使用力敏电 阻来测量笔尖的力。然而，力敏电阻具有较长的归零响应时间，不适合以高精度检测末 笔画。发明内容
在第一方面，本发明提供了一种与表面交互作用的具有收缩式笔尖的电子笔， 这种电子笔包括
具有处在第一端的用来接触表面的笔尖的可滑动笔芯，该笔芯是可配置在使笔 尖从笔的笔体伸出的伸出位置和使笔尖收缩在笔体内的收缩位置的；
收缩机构，包括
接纳笔芯的相对第二端的套筒，该套筒适合将笔芯安置在伸出位置或收缩位 置，从而在伸出位置来自笔芯的轴向力被传递给所述套筒；以及
将笔芯朝着伸出或收缩位置偏置的偏置机构；
与收缩机构耦合的致动器，该致动器使用户能将笔芯在伸出与收缩位置之间移动；
与套筒耦合的力传感器，该力传感器提供对从笔芯传递给套筒的轴向力的反 应；以及
被配置成产生指示力传感器所检测到的力的力数据的处理器。
笔为用户提供只用一只手就可收缩笔尖的方便装置，同时仍具有在笔尖处于伸 出位置时可以检测最轻的笔尖力(例如l_20g或5-12g)的高灵敏度力传感器。
任选的是，笔还包括对布置在表面上的编码数据图案中的至少一些图案成像的 图像传感器，而处理器被配置成利用编码数据图案的一个或多个被成像的部分产生交互 作用数据。
任选的是，处理器被配置成利用力数据确定下列中任一个
在笔尖与表面接触时的落笔状态；以及
在笔尖不与表面接触时的提笔状态。
任选的是，处理器被配置成只有在力超过预定门限力时才指示落笔状态。
任选的是，处理器被配置成只有在已确定是落笔状态时才产生交互作用数据。
任选的是，图像传感器被配置成只有在已确定是落笔状态时才检测编码数据。
任选的是，致动器包括与笔芯耦合的可手动操作的按钮，而按下和松开该按钮 使笔芯在收缩与伸出位置之间切换。
任选的是，笔包括检测笔的配置的传感装置，该传感装置包括
与按钮耦合的按钮传感器，该按钮传感器检测对按钮的驱动；以及
与笔芯配合的笔芯传感器，该笔芯传感器检测笔芯是伸出还是收缩的，
其中，处理器适合响应来自传感装置的一个或多个输入信号配置笔的状态。
任选的是，按钮传感器包括电子开关，该电子开关可由按钮的一部分机械驱 动。
任选的是，套筒包括夹持笔芯的第二端的可纵向滑动的棘轮，该棘轮包括多个 与在套筒的内表面上形成的互补纵向凹槽纵向滑动啮合的径向棘轮齿。
任选的是，笔芯是可更换的，而棘轮被配置成可松开地夹持笔芯的第二端。
任选的是，每个纵向凹槽具有一个凸轮形唇缘，该凸轮形唇缘配置成使得棘轮 齿的第一凸轮形端面在唇缘上的紧靠啮合导致棘轮转动。
任选的是，套筒包括与伸出位置相应的第一贴合面和与收缩位置相应的第二贴 合面，棘轮是可朝着第一或第二贴合面的方向转动和滑动的。
任选的是，按钮通过柱塞与棘轮耦合，该柱塞包括多个滑动地啮合在纵向凹槽 内的径向柱塞齿，每个柱塞齿具有一个与棘轮齿的第一凸轮形端面紧靠啮合的第二凸轮 形端面，第一和第二凸轮形端面被配置成将转动传给棘轮。
任选的是，按钮被朝着去耦位置方向偏置，按钮在去耦位置是与柱塞脱离的。
任选的是，套筒包括与力传感器啮合的整体销，而通过笔芯传送的纵向轴向力 通过销由力传感器检测。
任选的是，力传感器是电容式力传感器，销与电容式力传感器的弹性动片啮合，
任选的是，电子笔包括预负载偏置组合，用来将套筒从而也就将销朝着与力传感器啮合的方向偏置。
任选的是，电子笔包括套筒的外壳，而预负载偏置组合包括连接在外壳与套筒 之间的预负载弹簧。
任选的是，笔芯选自下列中任一个
包括向笔尖供给墨水的墨水储存器的墨水笔芯，而笔尖是标记笔尖；以及
针式笔芯，而笔尖是非标记笔尖。
在第二方面，提供了一种与表面交互作用的电子笔，这种电子笔包括
具有用来接触表面的笔尖的笔芯；
与笔芯配合检测通过笔芯轴向传送的笔尖力的电容式力传感器；以及
被配置成产生指示由力传感器检测的力的力数据的处理器，其中，电容式力传 感器包括
具有整体导电的动片的弹簧，弹簧回弹地将动片朝着基准位置偏置，
导电的定片，以及
将动片与定片隔开的介质。
按照第二方面的笔有益地提供了快速的响应时间(例如0.1_5ms或0.5_2ms)，特 别是提供了快速返零的响应时间。快速的响应时间在获取在页面上手写输入期间的连续 数字墨水流时是必需的。在第二方面中所述的电容式力传感器可以用于在这里所说明的 任何电子笔。它特别适合在具有收缩式笔芯的电子笔内使用。
任选的是，弹簧用从包括不锈钢和铍铜合金的组中选出的材料制成。
任选的是，笔尖力使动片朝着定片的方向运动。
任选的是，笔尖力使动片朝着离开定片的方向运动。
任选的是，弹簧包括一个或多个支持动片的弹簧臂。
任选的是，一个或多个弹簧臂径向、成环形或螺旋形地从动片延伸到外部环形 支架。
任选的是，动片在基准位置是与一个或多个弹簧臂共面的。
任选的是，动片和一个或多个弹簧臂是用单个材料坯件形成的。
任选的是，介质包括空气和聚合物。
任选的是，聚合物是聚酰亚胺。
任选的是，动片和定片由刚性垫圈隔开。
任选的是，笔尖是能收缩笔的笔体内的。
任选的是，笔芯通过收缩机构与力传感器耦合。
任选的是，收缩机构包括用户可操作的使笔尖收缩和伸出的按钮。
在第三方面，提供了一种电子笔，这种电子笔包括
用户可更换的具有处在第一端的笔尖和相对的第二端的笔芯；
检测从笔尖通过笔芯轴向传送的笔尖力的力传感器；
收缩机构，包括
接纳笔芯的第二端的套筒，该套筒适合将笔芯安置在伸出位置或收缩位置，该 套筒是与力传感器啮合的，以及
将笔芯朝着伸出或收缩位置偏置的第一偏置装置；以及6
将套筒朝着与力传感器啮合的方向偏置的第二偏置装置。
有益的是，由于在笔内使用两个偏置装置，因此能方便地使笔尖收缩/伸出， 同时仍允许从笔中抽出笔芯进行替换而不会损坏力传感器。
任选的是，套筒包括可松开地夹持笔芯的第二端的套管。
任选的是，套管是纵向可滑动入伸出位置或收缩位置的。
任选的是，笔芯是可通过拉笔芯克服第一偏置装置的偏置从套管也就从笔抽出 的。
任选的是，第一偏置装置包括连接在套筒与套管之间的弹簧。
任选的是，套筒包括端挡贴合面，而套管被配置成在与端挡贴合面啮合时释放 笔芯。
任选的是，第二偏置装置被配置成在套管与套筒端挡贴合面啮合时使套筒保持 与力传感器啮合。
任选的是，套筒包括夹持笔芯的第二端的夹持护套。
任选的是，笔还包括可手动操作的与收缩机构耦合的按钮。
任选的是，笔包括套筒的外壳，其中第二偏置装置包括连接在外壳与套筒之间 的第二弹簧。
在第四方面，提供了一种与表面交互作用的电子笔，这种电子笔包括
具有笔尖的收缩式笔芯；
自动将笔芯收缩成使笔尖缩入笔的笔体内的自动收缩机构；以及
控制自动收缩机构的第一处理器，
其中第一处理器被配置成响应一个或多个预定的笔状况自动地将笔芯收缩。
按照第四方面的笔由于在一组预定的笔状况下收缩笔尖就有益地将对笔的损坏 减到最小。例如，加速度计可以检测到笔在自由下落，并且发信号给笔，以在被撞击前 自动将笔尖收缩，从而使损坏减到最小。
任选的是，笔包括一个或多个检测一个或多个笔状况的输入传感器，这些输入 传感器向第一处理器提供一个或多个输入信号。
任选的是，一个或多个输入传感器是从包括下列这些的组中选出的
与笔芯耦合的检测从笔尖通过笔芯轴向传送的笔尖力的力传感器；
与笔芯耦合的在预定的力施加到笔尖上时被驱动的笔尖开关；以及
对布置在表面上的编码数据图案中的至少一些图案成像的图像传感器，其中第 一处理器和/或第二处理器被配置成利用编码数据图案的一个或多个被成像的部分产生 交互作用数据。
任选的是，第一处理器被配置成在第一处理器确定出现下列情况中的任何一个 情况时自动收缩笔芯
笔尖力大于预定门限力；
表面没有编有编码数据图案；
编码数据图案的质量降到预定门限之下；
交互作用数据的质量降到预定门限之下；
存储交互作用数据的缓存器充满；7
存储交互作用数据的缓存器具有比预定门限低的可用存储器；
笔以超过预定门限的速度相对表面运动；以及
笔相对表面的倾斜超过预定门限。
任选的是，一个或多个输入传感器包括从包括加速度计、定时器、环境温度传 感器、环境湿度传感器、电池状态传感器和连接性传感器的组中选出的至少一个传感
任选的是，第一处理器被配置成在第一处理器确定出现下列情况中的任何一个 情况时自动收缩笔芯
笔处于自由下落运动中；
笔受到冲击；
不活动的时间超过预定门限；
环境温度超过预定门限；
环境湿度超过预定门限；
电池容量低于预定门限；以及
与远程计算机系统或网络的连接中断。
任选的是，收缩笔芯将笔设置在断电状态。
任选的是，用户可操作的开关与自动收缩机构和/或第一处理器耦合。
任选的是，笔包括使笔芯伸出的伸出机构，使得笔尖从笔的笔体伸出。
任选的是，伸出笔芯将笔设置在加电状态，从而力传感器响应，检测笔尖力； 图像传感器响应，对编码数据图案成像；和/或处理器响应，产生交互作用数据。
任选的是，如果第一处理器确定存在笔尖损坏的状况，就停用伸出机构。
任选的是，伸出机构是自动伸出笔芯的自动伸出机构。
任选的是，自动收缩机构包括自动伸出机构。
任选的是，收缩/伸出机构与用户可操作开关耦合，而其中开关的效果取决于 笔芯是伸出还是收缩的。
任选的是，笔包括手动伸出机构。
任选的是，笔还包括手动收缩机构。
任选的是，自动收缩机构包括与笔芯收缩机构耦合的电动机。
任选的是，自动收缩机构包括与力传感器组合耦合的电动机，其中力传感器组 合与笔芯耦合。
任选的是，自动收缩机构包括被配置成使笔芯组合从凸轮挡脱开的致动器，笔 芯组合包括笔芯，而笔芯组合被朝着收缩位置偏置。
在第五方面，提供了一种电子笔，这种电子笔包括
具有处在用来接触表面的第一端的笔尖的可滑动笔芯，该笔芯可配置在使笔尖 从笔的笔体伸出的伸出位置和使笔尖收缩在笔体内的收缩位置；
伸出和收缩笔芯的收缩机构；
驱动收缩机构的按钮；
检测笔的配置的传感装置，该传感装置包括
与按钮耦合的按钮传感器，该按钮传感器检测对按钮的驱动，以及
与笔芯配合的笔芯传感器，该笔芯传感器检测笔芯是伸出还是收缩的；以及
与传感装置配合的处理器，该处理器适合响应来自传感装置的一个或多个输入 信号配置笔的状态。
按照第五方面的笔通过在它检测到笔没有在使用时使笔断电有益地节约了电池 供电。按钮传感器与笔芯传感器配合工作，为处理器提供必需的输入信号。
任选的是，处理器适合响应来自传感装置的一个或多个输入信号将笔配置在活 动状态或休眠状态。
任选的是，按钮传感器包括电子开关，该电子开关可由按钮的一部分机械驱 动。
任选的是，笔芯传感器包括光传感器。
任选的是，光传感器被定位成检测笔芯的至少一个部分。
任选的是，笔芯包括第一和第二光学可检测的区域，该第一和第二区域是光传 感器可区别的，使得检测到第一区域就指示是伸出位置，而检测到第二区域就指示是收 缩位置。
任选的是，第一和第二区域中的任何一个区域被标记成与笔芯体有光学反差。
任选的是，笔包括对布置在表面上的编码数据图案中的至少一些图案成像的图 像传感器，其中处理器被配置成利用编码数据图案的一个或多个被成像的部分产生交互 作用数据。
任选的是，图像传感器被配置成只有在处理器已确定笔尖处在伸出位置时才检 测编码数据图案。
任选的是，传感装置还包括检测从笔尖通过笔芯轴向传送的笔尖力的力传感 器，其中处理器被配置成产生指示笔尖力的力数据。
任选的是，处理器被配置成利用力数据确定下列中的任何一个
在笔尖与表面接触时的落笔状态；以及
在笔尖不与表面接触时的提笔状态。
任选的是，图像传感器被配置成只有在处理器已确定是落笔状态时才检测编码 数据图案。
任选的是，图像传感器被配置成只有在处理器已确定是落笔状态时才产生交互 作用数据。
任选的是，传感装置还包括定时器。
任选的是，处理器适合在定时器指示已经超过不活动预定门限时间时将笔配置 在休眠状态。
任选的是，收缩机构包括
接纳笔芯的与第一端相反的第二端的套筒，该套筒适合将笔芯安置在伸出位置 或收缩位置；以及
将笔芯朝着伸出或收缩位置偏置的偏置机构。
任选的是，套筒包括可松开地夹持笔芯的第二端的套管。
任选的是，套管包括夹持笔芯的第二端的夹持护套。
任选的是，套管是纵向可滑动进入伸出位置或收缩位置的。
在第六方面，提供了一种电子笔，这种电子笔包括
具有处在第一端的用来接触表面的笔尖的收缩式笔芯，该笔芯可配置在使笔尖 从笔的笔体伸出的伸出位置和使笔尖收缩在笔体内的收缩位置；
由从笔尖通过笔芯轴向传送的笔尖力驱动的力可驱动设备；
包括接纳笔芯的相反的第二端的套筒，该套筒适合将笔芯安置在伸出位置或收 缩位置，该套筒是与力可驱动设备啮合的；
驱动收缩机构的按钮；以及
将按钮偏置成脱离所耦合的与收缩机构的啮合从而也就脱离力可驱动设备的去 耦机构。
在按照第六方面的笔中，通过将驱动按钮偏置成脱离收缩机构从而也就脱离与 收缩机构啮合的力可驱动设备(例如力传感器)，使力可驱动设备的精度有益地得到改口 ο
任选的是，力可驱动设备是从包括以下器件的组中选出的
与笔芯耦合的检测从笔尖通过笔芯轴向传送的笔尖力的力传感器；以及
与笔芯耦合的在预定的力施加到笔尖上时被驱动的笔尖开关。
任选的是，笔包括被配置成产生指示由力传感器检测到的力的力数据的处理ο
任选的是，手动驱动按钮使按钮克服去耦机构的偏置与收缩机构耦合。
任选的是，去耦机构包括连接在按钮与支承面之间的去耦弹簧。
任选的是，按钮是可通过与可滑动柱塞的紧靠啮合与收缩机构耦合的，柱塞穿 过由笔体支持的护孔圈，其中护孔圈形成支承面。
任选的是，收缩机构包括
包括与伸出位置相应的第一贴合面和与收缩位置相应的第二贴合面的套筒；以 及
可滑动地安装在套筒内的夹持笔芯的第二端的棘轮，其中柱塞与棘轮紧靠，使 得驱动再松开按钮导致棘轮朝着第一或第二贴合面滑动和转动。
任选的是，第一偏置装置使棘轮克服去耦偏置装置的去耦偏置朝着第一或第二 贴合面的方向偏置。
任选的是，棘轮包括可松开地夹持笔芯的第二端的夹持护套。
任选的是，笔芯是可通过拉笔芯克服第一偏置装置的偏置从夹持护套也就从笔 抽出的。
任选的是，包括端挡贴合面，而夹持护套被配置成在与端挡贴合面啮合时释放 笔芯。
任选的是，笔还包括使套筒朝着与力传感器啮合偏置的第二偏置装置。
任选的是，第二偏置装置被配置成使套筒保持与力传感器啮合。
任选的是，笔还包括套筒的外壳，而第二偏置装置包括连接在套筒与外壳之间 的预负载弹簧。
任选的是，笔包括检测笔的配置的传感装置，该传感装置包括
与按钮耦合的按钮传感器，该按钮传感器检测对按钮的驱动；以及10
与笔芯配合的笔芯传感器，该笔芯传感器检测笔芯是伸出还是收缩的，
其中，处理器适合响应来自传感装置的一个或多个输入信号配置笔的状态。
任选的是，这里在第一、第三、第四、第五和第六方面中所说明的力传感器是 如在第二方面(及其任何任选实施例)中所限定的电容式力传感器。
如在这里所使用的，所谓“笔芯”用来指墨水笔芯或针式笔芯。墨水笔芯在一 端具有标记笔尖，并且含有向标记笔尖供给墨水的墨水储存器。针式笔芯在一端具有非 标记笔尖，并且不含有墨水储存器，针式笔芯用于指点器而不是书写器。无论哪种笔芯 通常是细长形的具有纵轴和处在一端的笔尖的杆。笔芯通常是直圆柱形的，当然其他形 状也是可行的，也包括在本发明的范围内。墨水笔芯和针式笔芯在这里所说明的电子笔 (例如网页笔)内通常是可互换地更换的。因此，可以将包括针式笔芯的指示笔换成包括 墨水笔芯的标记笔，反之亦然。


下面将参考附图对本发明的实施例进行例示性发明，在这些附图中
图1为网页笔的透视图2为网页笔笔尖端的透视图3为样本打印网页与它的联机页面描述之间的关系的示意图4示出具有各种备选中继设备的基本网页体系结构的实施例；
图5示出标记的结构；
图6示出一个有12个数据符号和4个目标的组；
图7示出2-6PPM和3-6PPM数据符号的布局；
图8示出宏点位置的间距；
图9示出2-6PPM对准符号的布局；
图10示出半重复的χ坐标码字X ；
图11示出半重复的y坐标码字Y ；
图12示出公用码字A、B、C和D，码字A以粗框示出；
图13示出任选码字E ；
图14示出一个完整标记的布局；
图15示出Reed-Solomon码字的布局；
图16为图像处理的流程图17为网页笔的正剖视图18为示出网页笔上的托架接触点的透视图19为网页笔插在网页托架内的透视图20A-D示意性地示出网页笔和网页托架的各种充电和数据连接的可选方
图21为笔的分解图22为笔的纵剖面图23为笔的光学组合的分解图24为光学组合的切剖透视图25为笔的力传感组合的透视图；11
图沈为力传感器的分解图27示出力传感器弹簧；
图28示意性地示出包括力传感器的PCB层叠；
图四示意性地示出备选的反向力传感器的PCB层叠；
图30为圆珠笔笔芯的透视图31为笔的笔尖收缩组合的分解图32A为套筒的剖视图，其中示出处在伸出位置的棘轮和柱塞；
图32B示出图32A的套筒，为明晰起见未示出柱塞；
图33示意性地示出包括棘轮机构的第一自动收缩机构；
图34示意性地示出与力传感器组合直接耦合的第二自动收缩机构；
图35示意性地示出装有手动伸出机构的第三自动收缩机构；
图36为笔的主PCB的互连图37A和37B为主PCB的上视和下视的透视图38为笔的托架接触引线框插头的透视图39为笔的手势柔性PCB的透视图40A和40B为经过笔的光学系统的纵剖面图41为靠着笔芯的笔的光学系统的光迹图；以及
图42为笔的电子线路的框图。
具体实施方式
如以上所讨论的，本发明很适合用于受让人的网页系统。因此，本发明已经被 描述为更为完全的网页体系结构的一个构件。然而，容易理解，电子笔在许多不同的领 域具有更为广泛的应用。因此，没有必要将本发明局限于网页背景。
1.1网页系统体系结构
在一个优选实施例中，本发明被配置成与网页联网计算机系统一起工作，其详 细情况综述如下。可以看到，不是每个实现都必须体现以下对基本系统所讨论的所有甚 至大部分的具体情况及其扩展。然而，系统以它的最完全方式予以说明，以减少在要理 解优选实施例的背景和本发明工作的一些情况时需要引用外部资料。
总而言之，网页系统的优选形式采用一种呈现为映射表面，即含有一些对在计 算机系统内所维护的表面的映射的引用的物理表面，的计算机接口。这些映射引用可以 由适当的传感器查询。取决于具体实现，可以对这些映射引用进行可见或不可见编码和 限定，使得在映射表面上的局部查询能得到在这映射内和不同映射之间的不模糊的映射 引用。计算机系统可以含有有关映射表面上的特征的信息，而这样的信息可以根据与映 射表面配合使用的传感器所提供的映射引用予以恢复。因此而恢复的信息可以呈现为计 算机系统响应操作员与表面特征交互作用而为操作员启动的动作。
在它的优选形式中，网页系统有赖于网页的制作和人与网页的交互作用。这些 网页是打印在普通纸张上的文字、图形和图像的页面，但是起交互式网页的作用。表面 编码图案用对于不加帮助的人眼来说基本上不可见的墨水打印在每个页面上。然而，这 墨水从而也就是编码图案可以由光成像传感器检测和发送给网页系统。12
在本发明中，光成像传感器呈现为如图1所示的笔400。参见图2，笔400具有 收缩式笔尖406和包括一对照射表面编码图案的近红外照明LED 416和获取表面编码图 案的图像的光学系统412的成像系统。在下面的章节3中将对笔400进行比较详细的说 明。
在网页系统的一个实施例中，每个页面上的活动按钮和超级链接可以用笔400 单击，以向网络请求信息或将首选项用信号发给网络服务器。在另一个实施例中，在网 页系统内自动识别用手写在网页上的文字并将它转换成计算机文本，从而允许一些表格 得以填入。在其他实施例中，自动验证记录在网页上的签名，使得一些电子商务交易可 以得到可靠核准。在其他实施例中，可以对网页上的正文进行单击或做手势，以启动基 于用户所指示的一些关键字的搜索。网页笔可以装有指示与网页表面进行手势交互作用 的手势按钮。在US 2007/0143715中对基于手势的交互作用有比较详细的说明，该专利 的内容通过引用包括在这里。
如图3所示，所打印的网页1可以表示一个交互表格，可以由用户在所打印的页 面上实际填入，也可以通过笔与网页系统之间的通信“电子式”填入。这个例子示出含 有名称和地址栏和提交按钮的“请求”表格。网页1包括用可见墨水打印的图形数据2 和与图形数据重叠的表面编码图案3。表面编码图案3包括一系列标记4。在图3的阴 影区内示出一个这样的标记4，但是可以理解，一些由编码图案3给定的相互邻接标记4 密集地铺满整个网页1。
存储在网页网络上的相应页面描述5描述了网页的一个个元。具体地说，它描 述了每个交互元(即本例中的文本栏或按钮)的类型和空间范围(区域)，以使网页系统 可以正确地解释通过网页的输入。例如，提交按钮6具有与相应图形8的空间范围相应 的区域7。
如图4所示，网页传感器，诸如在章节3中所说明的笔400之类的，通常与为用 于家庭、办公室或移动使用的因特网连接装置的网页中继设备601配合工作。笔400是 无线的，通过近程无线电链路9与网页中继设备601安全通信。在另一个实施例中，网 页笔400利用诸如USB(通用串行总线)或其他串行连接之类的有线连接与中继设备601 连接。在又一个实施例中，网页笔400可以具有一个解释交互作用数据的自主计算机系 统而不用访问远程网页服务器10。
中继设备601执行将交互作用数据转发给页面服务器10的基本功能，由页面服 务器10对交互作用数据进行解释。如图4所示，中继设备601可以例如呈现为个人计算 机601a、网页打印机601b或其他中继器601c(例如，装有网浏览器的个人计算机或移动 电话机)。
网页打印机601b能周期性地或按请求提供个性化的报纸、杂志、样本手册和其 他出版物，全部以与交互网页同样高的质量予以打印。与个人计算机不同，网页打印机 是例如可以在接近最初消费早上新闻的区域的墙上安装的装置，诸如可以安装在用户的 厨房内、早餐桌附近或家庭的一天日程开始处附近。它还可以呈现为桌面、台式、便携 式和微型的型式。按请求在它们的消费点打印的网页将纸张的使用方便性与交互媒体的 及时和交互性结合在一起。
或者，网页中继设备601可以是便携式设备，诸如移动电话机或PDA、膝上型，或者是连接到共享显示器上的信息装置，诸如TV之类。如果中继 设备601不是按请求用数字式打印网页的网页打印机601b，网页可以由使用诸如平版印 刷、胶版印刷、丝网印刷、凸版印刷和轮转凹版印刷之类技术的传统模拟印刷机以及由 使用诸如按请求喷墨、连续喷墨、染料转印和激光打印之类技术的数字印刷机打印。
如图4所示，网页传感器400与所打印的网页1或其他所打印的衬底上的一部分 标记图案诸如产品项目的标记251之类交互作用，并且通过近程无线电链路9将交互作用 情况通知中继设备601。中继器601将相应的交互作用数据发送给相关网页页面服务器 10解释。可以将从传感器400接收到的原始数据作为交互作用数据直接转发给页面服务 器10。或者，也可以将交互作用数据编码成交互作用URI形式，再通过用户的万维网浏 览器601c发送给页面服务器10。于是，万维网浏览器601c可以接收来自页面服务器10 的URL并通过万维网服务器201访问网页。在一些情况下，页面服务器10可以访问在 网页应用服务器13上运行的应用计算机软件。
网页中继设备601可以被配置成支持任意多个传感器，而一个传感器可以与任 意多个网页中继器一起工作。在本优选实现中，每个网页传感器400各具有一个独特标 识符。这就允许每个用户对一个网页页面服务器10或应用服务器13保持一个不同的简 档。
按请求数字投递网页1可以由网页打印机601b执行，它利用了发展中的宽带因 特网访问可用性。网页网络上的网页刊物服务器14被配置成将打印质量的刊物投递给网 页打印机。期刊通过点播和组播因特网协议自动投递给预订的网页打印机。个性化刊物 按照一个个用户简档加以过滤和格式化。
可以将网页笔在网页注册服务器11上注册，并与一个或多个缴款卡账户链接。 这使得电子商务支付可以使用网页笔来得到安全的核准。网页注册服务器将网页笔获 取的签名与先前所注册的签名相比较，使签名可以向电子商务服务器证明用户的身份可 信。还可以用其他生物测定来验证身份。网页笔的一个型式是含有指纹扫描，由网页注 册服务器以类似的方式进行验证。
1.2 网页
网页是建立网页网络的基础。它们提供基于纸张的对公开信息和交互服务的用 户界面。
如图3所示，网页包括所打印的页面(或其他表面区域)，不可见地加有对本页 面的在线描述5的引用的标记。在线页面描述5由网页页面服务器10持续保持。页面 描述描述了页面的可见版面和内容，包括文本、图形和图像。它还描述了页面上的输入 元，包括按钮、超级链接和输入栏。网页允许用网页笔在它的表面上所作的一些标记由 网页系统同时获取和处理。
多个网页(例如，由模拟印刷机打印的那些网页)可以共享同样的页面描述。然 而，为了使通过否则是完全相同的页面的输入得以区别，可以为每个网页分配一个独特 的页面标识符。这个页面ID具有足以区分非常多的网页的精度。
对页面描述5的每个引用被重复地编码在网页图案内。每个标记(和/或一些 邻接的标记的集合)标识它所出现的这个独特页面，从而间接地标识了页面描述5。每个 标记还标识了它自身在页面上的位置。以下将对标记的特征进行较为详细的说明。14
标记通常以红外吸收性墨水或者以红外荧光墨水打印在诸如普通纸张之类的任 何红外反射的衬底上。近红外波长对人眼是不可见的，但是容易用带有适当过滤器的固 态图像传感器检测。
标记由网页传感器内的2D区域图像传感器检测到后，通过最近的网页中继设备 601将标记数据发送给网页系统。笔400是无线的，通过近程无线电链路与网页中继设备 601通信。重要的是，笔识别页面ID和每个与页面交互作用的位置，因为交互作用是无 状态的。标记经纠错编码，使它们部分容忍表面损伤。
网页页面服务器10为每个所打印的独特网页保持一个独特页面，允许它在每个 所打印的网页1的页面描述5内保持用户为输入栏提供的不同的一组值。
2网页标记
2.1标记数据内容
每个标记4标识本标记在衬底的一个区域内的绝对位置。
每个与网页的交互作用除了提供标记位置还应该提供区域标识。在一个优选实 施例中，标记涉及的区域与整个页面一致，因此区域ID与标记出现的页面的页面ID是 同义的。在其他实施例中，标记涉及的区域可以是一个页面或其他表面的一个任意子区 域。例如，它可以与一个交互元的区段一致，在这种情况下区域ID可以直接标识这个交 互元。
如在本申请人以前的申请(例如，US 6,832,717)中所揭示的那样，可以将区域 标识离散编码在每个标记4内。如以下将详细说明的那样，可以将区域标识用多个邻接 的标记编码成使得即使整个标记不在传感器的视场内与衬底的每个交互作用仍可识别区 域标识。
每个标记4优选的是应标识标记相对标记所打印到的衬底的取向。从标记读取 的取向数据允许笔101相对衬底的转动(偏转)得以确定。
标记4还可以将涉及作为一个整体的区域或涉及一个单独的标志的一个或多个 标志编码。例如，一个或多个标志比特可以发信号给传感器，以提供指示与标记的最接 近的部位关联的功能的反馈，而不需要传感器参考对区域的描述。例如，网页笔可以在 处在超级链接的区段内时点亮“活动部位” LED。
标记4还可以将数字签名或其片段编码。将数字签名(或其部分)编码的标记 在需要验证产品的真实性的应用中是有益的。在例如US公开No.2007/0108285中揭示了 这样的应用，该专利的内容通过引用包括在这里。可以将数字签名编码成它可以从每个 与衬底相互作用中恢复。或者，可以将数字签名编码成使得它可以从对衬底的随机或部 分扫描中汇编出来。
当然，可以理解，还可以将其他类型的信息(例如，标记大小等)编码在每个标 记或多个标记内，如下面将要详细说明的那样。
2.2普通标记结构
如以上结合图3所说明的，网页表面编码通常包括稠密的二维标记平铺。在本 发明中，每个标记4表示为含有两种元。参见图5和6，第一类元是目标(target)元。呈 现为目标点301的目标元允许将标记4设置在经编码表面的图像内，从而可以推断标记的 透视畸变。第二类元是呈现为宏点302的数据元(见图8)。宏点302将数据值编码。15如在本申请人先前的公开(例如US 6,832,717)中所揭示的那样，是否存在宏点是用一个 二进制比特表示。然而，本发明的标记结构用多脉冲位置调制对数据值编码，详细说明 见章节2.3。
编码图案3在表面上描绘成允许它被光学成象系统特别是被带有近红外窄带响 应的光学系统获取。图案3通常用窄带近红外墨水打印在表面上。
图5示出一个带有所示目标元301的完整标记4。标记4是正方的，含有16个 目标元。位于标记的边缘和角上的那些目标元(总共12个)与相邻的标记共享，限定了 标记的周界。与本申请人先前的标记设计相比，较多的目标元301有益于在传感器101 对标记4成像时精确确定标记4的透视畸变。这改善了标记传感的精度，也就是改善了 位置确定的精度。
标记4包括由9个符号组303构成的方阵列。符号组303由目标元301划分成 使得每个符号组包含在由4个目标元限定的正方形内。相邻的符号组303相互邻接，共 享目标元。
由于目标元301都是完全相同的，它们不能将一个标记与它的相邻标记相区 分。纯粹在目标元层次看，可以区别的只是限定目标网格的单元的符号组303，仅仅看 目标元是不能区别标记4本身的。于是，标记4必须与作为标记解码部分的目标网格对 准。
标记4设计成允许除嵌入数据对象(见章节2.9.3)外的所有标记数据都可从大小 基本上与标记相同的成像视场恢复。这意味着标记4所独有的任何数据在标记内必须出 现4次，即每个象限或四分之一标记一次；任何对于标记的一个列或行是独有的数据在 标记内必须出现两次，即标记的横向或纵向的每二分之一分别一次；以及任何对于一组 标记是共有的数据在标记内必须出现一次。
2.3符号组
如图6所示，9个符号组303每个包括12个数据符号304，每个数据符号是一个 码字的一部分。此外，每个符号组303包括一对对准符号一个纵向对准符号(VR^)和 一个横向对准符号(HRS)。这些符号使标记在视场内的取向和/或平移得以确定。平移 是指标记相对在视场内的符号组303的平移。也就是说，对准符号允许将“不可见的” 标记与目标网格对准。
每个数据符号304都是多脉冲位置调制(PPM)数据符号。典型的是，每个PPM 数据符号304用6个位置丨Ptl，Pl, p2, p3, p4, p5丨中任一位置内的2个或3个宏点即用 2-6或3-6脉冲位置调制(PPM)将单个4比特Reed-Solomon符号编码。然而，可以看 到，其他形式的多PPM编码同样也是可行的。
3-6PPM具有20个代码或4.3个比特的范围，用于Reed-Solomon冗余符号。 2-6PPM具有15个代码或3.9个比特的范围，用于Reed-Solomon数据符号。在编码前 先将4比特Reed-Solomon符号转换为15进制，以将每个符号所需代码的数目减少到15 个。
图7示出2-6PPM或3-6PPM数据符号304的布局。
表1定义了从2-6PPM符号值到Reed-Solomon符号值的映射。
表1 2-6PPM 到 Reed-Solomon 符号的映射
权利要求
1.一种具有收缩式笔尖的电子笔，用来与表面交互作用，所述电子笔包括可滑动的笔芯，在第一端具有用来接触表面的笔尖，所述笔芯可配置在所述笔尖从 所述笔的笔体伸出的伸出位置和所述笔尖收缩在所述笔体内的收缩位置；收缩机构，包括用来接纳所述笔芯的相对第二端的套筒，所述套筒适合将所述笔芯安置在所述伸出 位置或所述收缩位置，从而在所述伸出位置来自所述笔芯的轴向力被传递给所述套筒； 以及用来将所述笔芯朝着所述伸出位置或收缩位置偏置的偏置机构；与所述收缩机构耦合的致动器，所述致动器使用户能使所述笔芯在所述伸出位置与 收缩位置之间移动；与所述套筒耦合的力传感器，所述力传感器提供对从所述笔芯传递给所述套筒的所 述轴向力的反应；以及处理器，被配置成产生指示所述力传感器所检测到的力的力数据。
2.权利要求1的电子笔，还包括用来对布置在所述表面上的编码数据图案中的至少一 些成像的图像传感器，其中，所述处理器被配置成利用该编码数据图案的一个或多个被 成像的部分产生交互作用数据。
3.权利要求2的电子笔，其中，所述处理器被配置成利用所述力数据确定下列中任一个在所述笔尖与所述表面接触时的落笔状态；以及在所述笔尖不与所述表面接触时的提笔状态。
4.权利要求3的电子笔，其中，所述处理器被配置成只有在所述力超过预定门限力时 才指示落笔状态。
5.权利要求3的电子笔，其中，所述处理器被配置成只有在已确定是落笔状态时才产 生所述交互作用数据。
6.权利要求3的电子笔，其中，所述图像传感器被配置成只有在已确定是落笔状态时 才检测所述编码数据。
7.权利要求1的电子笔，其中，所述致动器包括与所述笔芯耦合的可手动操作的按 钮，按下和松开所述按钮使所述笔芯在所述收缩位置与伸出位置之间切换。
8.权利要求7的电子笔，其中，所述电子笔包括用来检测所述笔的配置的传感装置， 所述传感装置包括与所述按钮耦合的按钮传感器，所述按钮传感器检测对所述按钮的驱动；以及与所述笔芯配合的笔芯传感器，所述笔芯传感器检测所述笔芯是伸出还是收缩的，其中，所述处理器适合响应来自所述传感装置的一个或多个输入信号而配置所述电 子笔的状态。
9.权利要求8的电子笔，其中，所述按钮传感器包括电子开关，所述电子开关可由所 述按钮的一部分机械驱动。
10.权利要求1的电子笔，其中，所述套筒包括用来夹持所述笔芯的第二端的可纵向 滑动的棘轮，所述棘轮包括多个径向棘轮齿，用来与在所述套筒的内表面上形成的互补 纵向凹槽纵向滑动啮合。
11.权利要求1的电子笔，其中，所述笔芯是可更换的，而所述棘轮被配置成可松开 地夹持所述笔芯的所述第二端。
12.权利要求10的电子笔，其中，每个纵向凹槽具有凸轮形唇缘，被配置成使得所述 棘轮齿的第一凸轮形端面在所述唇缘上的紧靠啮合导致所述棘轮转动。
13.权利要求1的电子笔，其中，所述套筒包括与所述伸出位置相应的第一贴合面 和与所述收缩位置相应的第二贴合面，所述棘轮可朝着所述第一或第二贴合面转动和滑 动。
14.权利要求13的电子笔，其中，所述按钮通过柱塞与所述棘轮耦合，所述柱塞包括 多个滑动地啮合在所述纵向凹槽内的径向柱塞齿，每个柱塞齿具有用来与所述棘轮齿的 所述第一凸轮形端面紧靠啮合的第二凸轮形端面，所述第一和第二凸轮形端面被配置成 将转动传给所述棘轮。
15.权利要求14的电子笔，其中，所述按钮被朝着去耦位置偏置，在该去耦位置所述 按钮与所述柱塞分离。
16.权利要求1的电子笔，其中，所述套筒包括与所述力传感器啮合的整体销，而所 述力传感器借助于所述销来检测通过所述笔芯传递的轴向力。
17.权利要求16的电子笔，其中，所述力传感器是电容式力传感器，所述销与所述电 容式力传感器的弹性动片啮合。
18.权利要求16的电子笔，包括预负载偏置组合，用来将所述套筒从而也就将所述销 朝着与所述力传感器啮合的方向偏置。
19.权利要求18的电子笔，还包括用于所述套筒的外壳，其中，所述预负载偏置组合 包括连接在所述外壳与所述套筒之间的预负载弹簧。
20.权利要求1的电子笔，其中，所述笔芯选自下列中任一个包括用来向所述笔尖供给墨水的墨水储存器的墨水笔芯，其中所述笔尖是标记笔 尖；以及针式笔芯，其中所述笔尖是非标记笔尖。
全文摘要
一种具有收缩式笔尖的电子笔用来与表面交互作用。这种电子笔包括具有用来接触表面的笔尖的可滑动的笔芯、用来使笔芯收缩的收缩机构、与收缩机构耦合的致动器、提供对从笔芯传递来的轴向力的反应的力传感器、以及被配置成产生指示由力传感器检测到的力的力数据的处理器。该收缩机构包括用来接纳笔芯的套筒，它适合将笔芯安置在伸出位置或收缩位置，从而在伸出位置来自笔芯的轴向力被传递给套筒。偏置机构将笔芯朝着伸出或收缩位置偏置。
文档编号G06F3/033GK102027437SQ200980116986
公开日2011年4月20日 申请日期2009年6月4日 优先权日2008年6月23日
发明者K·西尔弗布鲁克, M·J·安德伍德, P·拉普斯顿, R·J·布瑞斯, Z·绍尔卡-卡瓦奇 申请人:西尔弗布鲁克研究股份有限公司