专利名称：多功能电子笔及其文字书写采样方法和轨迹数据存储方法
技术领域：
本发明属于电子输入设备技术领域，涉及一种电子笔，尤其是一种一种具有身份 识别等多功能的电脑信息输入电子笔及其文字书写轨迹数据存储方法。
背景技术：
键盘和鼠标是现有电脑信息的重要输入设备，文字的输入和指令的确认依靠键盘 和鼠标的点击。可是这种长时间的操作会导致手指和腕关节损伤，甚至造成永久性伤害，即 形成所谓的“键盘腕”和“鼠标手”，而且键盘的长期使用会造成人们提笔忘字，甚至不会写 字的不良后果。为此，人们设计了笔形鼠标和鼠标笔、手写板、数位板等这样的计算机输入 设备，它们除具有现有鼠标功能以外，还能够通过手写识别软件实现信息手写输入。但是， 现有的手写输入设备存在如下的不足1)信息输入过程中需要不时点击相关按键进行切换，实现书写的开始及停止的记 录，不能象使用普通书写笔那样进行流畅的书写；2)手写板、数位板等输入设备体积大、不方便携带；3)用户只能使用一只专门的笔代替普通笔进行书写，书写的文字只在电脑上记录 和显示屏上显现，书写板上没有文字的影像，不符合人们日常的眼睛随着笔尖走，笔尖随着 思路走的书写习惯，不具备普通书写笔的书写功能，不能在纸张上留下笔迹，更不能同时完 成在纸张上的普通书写笔书写和电脑信息的手写输入；4)普通书写设备主要通过识别软件将书写信息转换成标准字符进行存储和显示， 输入的信息没有身份信息存储和识别功能，书写或发表的东西不具有可追溯性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多功能电子笔及其文字书 写轨迹数据存储方法，该种电子笔是一种书写流畅、即能够以电子书写，又通过实现墨水书 写；而且在书写过程中能够进行记录、存储，并且存储过程中对书写轨迹添加身份标示、时 间标示等多种功能的电子笔。本发明的目的是通过以下技术方案来解决的这种多功能电子笔，包括笔身和内置于笔身的笔芯部分，所述笔芯部分包括书写 笔芯和电子笔芯；所述书写笔芯的书写端由笔身下端笔尖部分的出芯孔伸出；所述电子笔 芯包括设置在笔尖部分的光电感应系统，设于笔身内的电源系统、数据处理模块以及与所 述数据处理模块连接的功能控制系统、时钟芯片、卡读写系统以及设于笔身中段的指纹采 集处理系统和设于笔身后端的PC连接装置，所述数据处理模块通过PC连接装置与PC进行 有线或无线连接；所述数据处理模块通过光电感应系统对书写笔芯的起笔、落笔时间进行 判断并采集书写笔芯的书写端的书写轨迹；数据处理模块还通过指纹采集处理系统采集握 住笔身的用户手指指纹，并将指纹信息及书写起止时间信息存储进卡读写系统；所述电源 系统为所述电子笔芯提供电能。
上述数据处理模块包括有微处理器或微控制器，所述微处理器或微控制器连接有 存储模块。 上述光电感应系统包括设置在笔尖部分出芯孔旁侧的透光孔、设于透光孔内的发 光头、透镜、图像传感器和一个PCB面板，所述图像传感器和发光头固定在PCB面板上；所述 透镜位于图像传感器前面，透镜中心、图像传感器中心及书写笔芯的笔尖位于同一直线上； 所述透镜将书写笔芯的笔尖位置接触面影像成像于图像传感器上，图像传感器将光学影像 转化为矩阵电信号传递给微处理器或微控制器。上述发光头为发光二极管或激光二极管。上述透光孔和出芯孔分别处于笔尖部分的上下位置，所述书写笔芯包括有墨迹笔 芯和轨迹笔芯两种，所述墨迹笔芯和轨迹笔芯并行设置于笔身内且每只笔芯通过一个按钮 控制笔尖部分伸出出芯孔或者缩回笔身内部。上述功能控制系统包括键盘功能按钮、左键按钮和右键按钮，所述左键按钮和右 键按钮实现鼠标左右键功能；所述键盘功能按钮用于实现键盘功能键的手写操作；所述键 盘功能按钮、左键按钮和右键按钮采用机械式按键或传感器控制电路的开关。上述指纹采集处理系统包括用户指纹采集、数据保存和数据对比的指纹采集设备 和控制按钮；所述指纹采集设备是光学式、电容/电感式、生物射频式或静脉活体指纹采集 仪。上述卡读写系统由接口装置、智能卡、存储卡以及卡读写控制器组成；所述接口 装置上设有智能卡插口和存储卡插口，所述智能卡插口和存储卡插口采用双层平行结构设 计；所述智能卡和存储卡插接在接口装置上，所述接口装置连接卡读写控制器，所述卡读写 控制器连接微处理器或微控制器；所述卡读写控制器对所述智能卡和存储卡的卡数据进行 读写控制；所述智能卡内部保存标示用户身份的动态或静态数据；所述存储卡是在电子笔 内部存储空间不足时完成文字信息的存储。本发明还提出一种基于上述多功能电子笔的文字书写采样方法，包括如下步骤1)光电感应系统判断书写笔芯的起笔，指纹采集处理系统采集用户指纹，并存储 开始符和指纹信息；2)数据处理模块读取时钟芯片获得开始时间，并生成上一字符特征码，储书写开 始时间和上一字符特征码；3)书写过程中，光电感应系统采集书写笔芯的书写端的书写轨迹，并存储字符书 写轨迹至数据处理模块或卡存储系统；4)当电子笔书写结束时，数据处理模块读取时钟芯片获得终止时间，并存储字符 书写终止时间。在以上电子笔的文字书写采样方法中，其文字书写轨迹数据存储方法，包括以下 步骤1)存储开始符；2)存储上一字符特征码；3)存储字符书写开始时间；4)存储字符书写轨迹；5)存储指纹信息；
6)存储字符书写终止时间；7)存储下一字符特征码；8)存储终止符。本发明相比于现有技术具备以下有益效果1)普通书写用笔和电子书写用笔内置于电子笔内部，用户通过按钮控制出芯孔处 的笔芯种类分别实现普通书写或电子书写，通过笔尖部分光电感应系统实现对两种书写过 程的电子记录。电子笔未连接电脑时，电子书写信息暂存于存储器或存储卡内。2)用户进行书写记录时，微处理器/微控制器在进行笔尖书写轨迹信息存储时动 态加载有用户的身份信息和时间标注，由于身份信息、时间标注等具有唯一性、连续性、实 现文字信息不可组合性，从而防止了他人篡改、复制、粘贴等行为，使所写文字和图形以及 相关信息具有可溯源性。3)在任意电脑上无需特别驱动，连接电脑以后就能完成常规鼠标所有操作，加装 文字手写识别系统及驱动后，便可替代常规的键盘功能键操作，集鼠标键盘功能于一体，通 过书写形式即可完成对电脑控制、操作，适用于所有人群；功能控制按钮大多位于持笔手指 所及位置，方便用户操控。4)频率使用较高的按钮，通过传感器判断用户手指覆盖或移动开按钮孔的动作从 而控制开关电路的通或断，实现按钮的点击，避免了常规的按键及按钮点击对用户健康的影响。5)本发明的多功能电子笔体积小，方便携带。
图1是电子笔系统框图；图2是本发明实施例的正面示意图；图3是图2所示实施例的背面示意图；图4是图2所示实施例的俯视图；
图5是图2所示实施例的仰视图；图6是图2所示实施例的笔尖端面视图；图7是图4中的A-A剖面图；图8是图2中的B-B剖面图；图9是本发明的尾部端面示意图；图10是无线接收端的正面示意图；图11是图10中的C-C剖面图；图12是电子笔内置智能卡实施例正面示意图；图13是图12中的E-E剖面图；图14是电子笔的笔芯笔尖、透镜、图像传感器位置关系；图15是本发明的接口装置结构示意图；图16是电子笔书写信息存储格式示意图。其中1.棱镜，2.书写记录模式按钮，3.鼠标模式按钮，4.电子书写模式按钮， 5.功能区启动/关闭按钮，6.智能卡/存储卡插口，7.普通书写笔笔芯控制按钮，8.半圆柱形凸起，9.键盘功能按钮，10.左键按钮孔，11.右键按钮，12.电子书写笔笔芯控制按 钮，13.笔尖凸起，14.电池仓盖板，15.发光头①，16.矩形透光孔，17.透镜①，18.图像传 感器①，19.出芯孔，20.电子笔盖板，21. PCB面板①，22. PCB面板②，23.弹簧，24.墨水笔 芯，25.塑料笔芯，26. PCB面板③，27.微处理器/微控制器①，28.书写记录模式按钮响应 开关，29.鼠标模式按钮响应开关，30.动态/静态随机存储器，31.电子书写模式按钮响应 开关，32.智能卡/存储卡读写控制器，33.功能区启动/关闭按钮响应开关，34.数据线， 35.智能卡读写触点，36.存储卡读写触点，37.存储器，38.时钟芯片，39.电池，40. PCB面 板④，41.信号编码/解码器①，42.无线信号发送/接收器①，43.有线连接信号发送/接收 控制器，44.接口，45.笔芯笔尖.46.电子开关①，47.机械式按键，48.电子开关②，49.非 接触式传感器，50.电子开关③，51.传感器组件③，52.透镜②，53.图像传感器②，54. PCB 面板⑤，55.发光头②，56.插头，57. PCB面板⑥，58.无线信号发送/接收器②，59.信号编 码/解码器②，60.智能卡表面触点，61.智能卡，62.智能卡芯片组，63.书写接触面。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述从图1本发明电子笔的系统框图可以看出，本发明主要根据人们的握笔习惯设 计，通过指纹采集器采集用户指纹数据，通过光电传感系统完成电子笔笔尖接触面图像或 书写轨迹的采集，微处理器/微控制器根据用户的选择实施对电脑的控制，完成电脑信息 的手写输入并对手写信息进行添加指纹、时间码、等信息进行存储和身份标示。如图2-图5所示，本发明多功能电子笔的整体外形与普通书写笔相似，包括笔身 和内置于笔身的笔芯部分，其不同于普通笔的特点是笔芯部分包括书写笔芯和电子笔芯。 其中书写笔芯的书写端由笔身下端笔尖部分的出芯孔伸出；电子笔芯包括设置在笔尖部分 的光电感应系统，设于笔身内的数据处理模块以及与数据处理模块连接的功能控制系统、 时钟芯片、卡读写系统以及设于笔身中段的指纹采集处理系统和设于笔身后端的PC连接 装置，数据处理模块通过PC连接装置与PC进行有线或无线连接；所述数据处理模块通过光 电感应系统对书写笔芯的起笔、落笔时间进行判断并采集书写笔芯的书写端的书写轨迹； 数据处理模块还通过指纹采集处理系统采集握住笔身的用户手指指纹，并将指纹信息及书 写起止时间信息存储进卡读写系统。在本发明中，数据处理模块包括有微处理器或微控制 器，其中微处理器或微控制器还连接有存储模块。以下对组成本发明多功能电子笔的各部分进行详细说明光电感应系统光电感应系统包括设置在笔尖部分出芯孔旁侧的透光孔、设于透光孔内的发光 头、透镜、图像传感器和一个PCB面板。图像传感器和发光头固定在PCB面板上；透镜位于 图像传感器前面，透镜中心、图像传感器中心及书写笔芯的笔尖位于同一直线上；透镜将书 写笔芯的笔尖位置接触面影像成像于图像传感器上，图像传感器将光学影像转化为矩阵电 信号传递给微处理器或微控制器。本发明中，发光头可以采用发光二极管或激光二极管。本发明的附图中给出一种本发明所述的光电感应系统的具体实施例，在实施例 中，该系统由发光头①15、透镜①17、图像传感器①18和PCB面板①21组成，发光头和图 像传感器固定在该PCB面板①21上，透镜①17位于图像传感器①18前端(如图6-图8所示)。发光头①15可以是发光二极管，也可以是激光二极管。电子笔在进行移动或书写 过程中，透镜①17将移动或书写笔尖接触面影像成像于图像传感器①18上，图像传感器 ①18将光学影像转化为矩阵电信号转递给微处理器/微控制器①27，微处理器/微控制器 ①27根据矩阵电信号形成数字影像信号，并与上一采样周期的影像进行对比、分析、处理， 以判断电子笔笔尖移动方向以及位移，从而得到电子笔在接触面上的移动数值，并将数值 存储在电子笔的动态/静态随机存储器30、存储器37中方便电子笔其它功能的数据调用或 传递给电脑实现系统光标的移动或形成书写字迹等。另外，在本发明的较佳实施例中，透光孔和出芯孔分别处于笔尖部分的上下位置， 并且书写笔芯包括有墨迹笔芯和轨迹笔芯两种，墨迹笔芯和轨迹笔芯并行设置于笔身内且 每只笔芯通过一个按钮控制笔尖部分伸出出芯孔或者缩回笔身内部。图7给出该种方案的 一个具体实施例结构图图中，墨水笔芯M作为本发明所述墨迹笔芯的一种，塑料笔芯25 作为本发明电子书写时轨迹笔芯的一种，均内置电子笔的笔身中，用户通过普通书写笔笔 芯控制按钮7、电子书写笔笔芯控制按钮12控制普通书写笔笔尖Ma、电子书写笔笔尖2 从出芯孔19伸出或缩回内部，笔芯笔尖伸出时位于电子笔笔尖凸起13、光电传感系统的下 方。取下电子笔盖板20，可以进行替换笔芯。功能控制系统本发明的功能控制系统包括键盘功能按钮、左键按钮和右键按钮，其中左键按钮 和右键按钮实现鼠标左右键功能；键盘功能按钮用于实现键盘功能键的手写操作。以下给出本发明功能控制系统的一个较佳实施例方案如图3、图8所示键盘功能按钮9、左键按钮孔10和右键按钮11相邻，位于持笔 的中指位置；在每个按钮或按钮孔与之关联的PCB面板之间各有一个响应开关，响应开关 组件均固定在PCB面板②22上，即键盘功能按钮9采用机械式按键47和开关电路①46 组成响应开关，用户通过挤压键盘按功能按钮9实现机械式按键的闭合或张开实现开关电 路的通或断；左键按钮采用了非接触式传感器49和开关电路②48组成响应开关，本实施例 使用了微距传感器，用户通过手指覆盖左键按钮孔10使传感器发射头所发射出的光线通 过手指的折射回传感器的接收端实现开关电路的连通，用户手指移开传感器发射端所发出 的光线不能反射回传感器接收器实现开关电路的断开；右键按钮11采用了接触式传感器 51和开关电路③50所组成的响应开关，本实施例中使用了接触电容式传感器和开关电路 所组成的响应开关，通过用户手指触摸传感器按钮表面，接触式传感器控制电子开关的开 关实现电路通断(如图8所示)。当用户手指触摸键盘功能按钮9，同时以电子书写笔笔芯(塑料笔芯25)进行电子 书写时，电子笔将根据电子笔笔尖2 的移动轨迹实现键盘功能的符号化操作。例如常规 键盘Fl至F12功能键，通过电子笔书写相应的字母字符，书写完毕后画圆圈轨迹将字母字 符包围在里面，电子笔根据字符及圆圈的组合发出操作命令，例如 、 、 、……实 现常规键盘Fl至F12按键功能，圆圈内的字符轨迹不限于Fl至F12从而有效的扩展电脑 特殊功能的便捷操作，同理，可以通过电子书写笔笔芯通过轨迹书写实现键盘功能键以及 软件程序调用。常规键盘的shift键加字母的组合键操作，通过电子笔书写字母S加上相应的字 母完成相应的操作。常规键盘的Ctrl键加字母的组合键操作，通过电子笔书写字母C加上相应的字母完成相应的操作，例如CC将实现对象的复制，即常规键盘CTRL键及字母C键 同时按下时对象的复制功能；CV将实现对象的粘贴，即常规键盘CTRL键及字母V键同时按 下时对象的粘贴功能。同样的道理，常规键盘上shift键加上字母的组合、alt键加上字母 的组合、windows视窗键加上字母的组合、Ctrl加上Alt就加上Del，使用本发明电子笔书 写相应字母字符、轨迹符的组合完成功能实现，即常规键盘功能能按键首字符以及字母轨 迹符的顺序组合电子笔将发出相应的常规键盘按键字符的组合命令，例如使用电子笔书 写完成CAD，将实现windows操作系统资源管理器的调用。普通的电子书写仅由笔尖按钮书写完成，而键盘功能符号化操作时，由键盘功能 按钮9和电子书用笔芯共同书写形成键盘的上快捷键的控制指令，实现与电脑的常规键盘 的功能控制。指纹采集处理系统指纹采集处理系统包括用户指纹采集、数据保存和数据对比的指纹采集设备和控 制按钮。如图2、图7、图8所示，指纹采集设备可以是光学式、电容/电感式、生物射频式、 静脉活体指纹采集仪等中的任何一种。以下给出本发明的指纹采集处理系统的其中一种较佳实施例本实施例中指纹采集设备采用了光学式指纹采集器，整个系统由PCB面板、发光 头②55、棱镜1、透镜②52、图像传感器②53、动态/静态随机存储器30、微处理器/微控 制器①27、存储器37、时钟芯片38及按钮组成。发光头固定在PCB面板②22上，图像传感 器②53固定在PCB面板⑤M上，其余部件及按钮响应开关均固定在PCB面板③沈上，PCB 面板⑤M通过数据线与PCB面板③沈连通，实现信息交换。棱镜1设置在持笔的大拇指位置(如图2、图8所示)，与大拇指接触的那一面有 一个半圆柱形凸起8，发光头②55由发光二极管组成，用户使用电子笔进行书写时，发光二 极管照亮大拇指，并通过棱镜后的透镜②52将指纹影像传递给图像传感器②53，图像传感 器②53将光学影像转化为矩阵电信号，经过处理传递给微处理器/微控制器①27形成指 纹数字图像，并临时存储至动态/静态随机存储器30或存储器37中，完成指纹影像的采集 过程。PCB面板③沈上的动态/静态随机存储器30、微处理器/微控制器①27、存储器37、 时钟芯片沈根据用户当前系统的按钮的选择响应工作。如图2，图7所示，影像采集处理的四个功能性按钮响应开关分布在PCB面板③沈 的另一侧，四个按钮主要实现功能区开关、电子笔鼠标控制模式、电子笔书写记录模式、电 子书写模式之间的切换，即功能区启动/关闭按钮5使启动/关闭按钮响应开关33张开 或/闭合，实现功能区的整体的开关工作；用户点击鼠标模式按钮3使鼠标模式响应开关四闭合，此时用户手指覆盖或移动 左键按钮孔10、触摸或移开右键按钮11表面响应开关组件的传感器控制电子开关的通断， 根据电路的通断电子笔给系统发送出鼠标的左键或右键的点击指令，默认情况下，功能区 开启为鼠标模式；用户需要对所写的信息进行电脑存储和纸质书面存储时，用户点击书写记录模式 按钮2使书写记录模式响应开关观闭合，同时用户向下挤压普通书写笔笔芯控制按钮7使 普通书写笔笔芯2 从出芯孔19伸出，用户在进行墨水书写的同时，图像传感器①18通过 透镜①17采集普通手写笔笔尖2 接触面图像对比分析，判断出电子笔移动方向和书写轨
9迹并传递给指纹采集处理系统中的动态/静态随机存储器30进行临时存储，同时，电子笔 并对棱镜1前指纹进行采样并和智能卡中以前存储的指纹特征数据进行比对，结果无误后 形成指纹数组。当用户指纹不吻合，电子笔将自动清理动态/静态随机存储器30数据，防 止仿冒电子笔迹发生。笔尖光电传感系统根据普通书写笔笔笔尖2 与书写界面间的阴 影变化判断出用户的起笔与落笔，用户落笔，电子笔读取时钟芯片38时间并记录，用户起 笔或当前书写完成，电子笔随即读取时钟芯片38时间并记录；同理，用户开启书写记录模 式使用电子书写用塑料笔芯25进行书写时，电子笔同样完成书写轨迹的采集、指纹的采集 以及书写时间信息的采集，不同之处在于普通书写模式时普通书写笔在书写面上降留下墨 迹，电子书写时书写面上没有书写墨迹残留，方便用户一般电脑操作的信息书写输入。书写 信息采集完毕后，微处理器/微控制器①27同时完成当前书写笔迹的开始符、上一字符特 征码、书写起始时间码、文字书写轨迹、指纹信息、书写终止时间码、下一字符特征码、终止 符等身份识别信息的顺序压缩编码，并将结果存储至电笔内部存储器37中或传递给电脑 书写软件进行识别，而且追加上当前书写字符在标准字符集中的代码，加至信息尾部并进 行存储，从而完成整个书写过程的记录及身份识别信息。卡读写系统本发明的卡读写系统由接口装置、智能卡、存储卡以及卡读写控制器组成。其中 接口装置上设有智能卡插口和存储卡插口，智能卡插口和存储卡插口采用双层平行结构设 计，智能卡和存储卡插接在接口装置上，用户可插接一种卡，也可以两种卡同时插接。接口 装置连接卡读写控制器，卡读写控制器连接微处理器或微控制器。卡读写控制器对智能卡 和存储卡的卡数据进行读写控制。智能卡内部保存标示用户身份的动态或静态数据；存储 卡是在电子笔内部存储空间不足时完成文字信息的存储。以下给出本发明卡读写系统的一种具体实施例如图2，图7，图8和图15所示，笔身中段有智能卡/存储卡读写插口 6(即图15 的接口装置)，电子笔通过固定在PCB面板③沈上的智能卡读写触点35完成与智能卡表面 触点连通，通过存储卡读写触点36实施与存储卡的连接。固定在PCB面板③沈上的智能 卡/存储卡读写控制器32 (即卡读写控制器)具体负责实现智能卡/存储卡与电子笔及电 脑的信息的读写操作。智能卡其内部封装有用户静态/动态身份标示信息及指纹信息，通 过表面触点与电子笔内触点实现信息的联通与交互。智能卡芯片内部封装有智能卡中央处 理器、加密协处理器、数据存储单元、存储器管理单元、定时器、随机数发生器等。智能卡中 央处理器主要完成基本的指令执行、存储控制和逻辑控制等；加密协处理器协同智能卡中 央处理器进行加密运算；数据存储单元是芯片内的只读存储器，是使用阶段的临时数据空 间，智能卡操作系统代码和数据存储在这里；存储器管理单元将逻辑地址映射为物理地址， 即进行地址转换；定时器实施外部时钟计算；随机数发生器主要用于系统加密和解密。PC连接装置本发明的PC连接装置包括有线连通的连接系统和无线连通的连接系统，以下详 细说明如图7所示，有线连通的连接系统由PCB面板④40、信号编码/解码器①41、有线 连接信号发送/接收控制器43和接口 44组成。三个器件固定在PCB面板④40上并通过 数据线与PCB面板③沈连通。有线连接信号发送/接收控制器43控制着书写笔的信号与电脑的交互传输，信号编码/解码器①41负责交互信息的编码与解码。使用时，使用一根 数据线，一头插接在电子笔接口 44中，另外一头插接电脑上，电脑接收到电子笔的操作信 息后开始响应。如图7所示，无线连通的连接系统由PCB面板④40、信号编码/解码器①41、无线 信号发送/接收器①42和无线信号接收单元组成。无线信号接收单元由插头56、PCB面 板⑥57、无线信号发送/接收器②58、信号编码/解码器②59组成(如图11所示)，各器 件均通过PCB面板⑥57固定连接，使用时，用户将无线信号接收器插接在电脑上，其内部的 无线信号发送/接收器②58发送握手信号，电子笔无线连通的连接系统中的无线信号发送 /接收器①42获得握手信号后进行信息反馈，随即电脑和电子笔实现无线连通并开始正常 工作。电子笔通过信号编码/解码器①41实现操作信息编码，通过无线信号发送/接收器 ①42传递出去，无线信号接收单元通过无线信号发送/接收器②58获得信息，通过信号编 码/解码器②59实现信息解码并传递给电脑，电脑通过无线信号接收单元将执行信息反馈 给电子笔。携带时，可以将无线信号接收单元插头56插接在点在笔尾部接口 44内。如图7、图8所示，电子笔中各个PCB面板通过数据线实现联通。电源系统电子笔电源系统主要通过内部电池和外部电源供电。图7和图8给出了本发明一 种较佳实施的结构方案在电子笔笔身尾部设有电池仓14，电池仓14内安装有电池39，电 池39为用户进行无线连接、课程笔记普通书记并记录时提供电源；而当用户通过数据线实 现有线连接时，电子笔自动通过数据线从外部获得电能。本发明电子笔各按钮响应开关组件可以是一种机械式按钮和开关电路的组合，也 可以是一种传感器和开关电路的组合。从上述各段说明可也看出，本实施例中各按钮响应 开关组件采用混合型，频率使用较高的按钮响应开关组件使用传感器与开关电路的组合， 频率使用较低的按钮响应开关组件使用机械式按钮和开关电路的组合，避免了用户手指高 频率点击按钮造成手指及手腕的损害。如图14所示，当用户使用电子笔进行书写时，笔芯笔尖45，透镜17的中心以及图 像传感器①18的中心在一条直线上，图像传感器①18采集书写接触面63上的轨迹信息进 行存储。当笔芯收回到电子笔笔身内部，电子笔以笔尖凸起13为支点进行移动操作时，电 子笔将实现鼠标的功能，实现电脑操作系统光标的移动。电子笔在进行书写轨迹记录时，光电感应系统判断书写笔芯的起笔，并将该信息 传递给数据处理模块的微处理器或微控制器，指纹采集处理系统采集用户指纹，并存储开 始符和指纹信息；此时数据处理模块读取时钟芯片获得开始时间，并生成上一字符特征码， 然后存储书写开始时间和上一字符特征码；书写过程中，笔尖光电传感系统实时获得笔尖的书写轨迹影像并将其转换成光电 矩阵信号传递给微处理器/微控制器，微处理器/微控制器根据矩阵电信号形成数字影像 信号，并与上一采样周期的影像进行对比、分析、处理，通过笔尖与接触面的图像及阴影的 变化，判断出电子笔落笔时间以及起笔时间以及书写的轨迹。微处理器/微控制器将所获 得信息进行存储；当电子笔书写结束时，数据处理模块读取时钟芯片获得终止时间，并存储字符书 写终止时间。
基于上述多功能电子笔的文字书写采样过程，本发明的书写轨迹数据存储方法为 如下步骤1)存储开始符；2)存储上一字符特征码；3)存储字符书写开始时间；4)存储字符书写轨迹；5)存储指纹信息；6)存储字符书写终止时间；7)存储下一字符特征码；8)存储终止符。当前字符终止符写入结束时，在其后由手写识别软件添加当前书写笔迹的标准字 符集字符。其中，开始符、终止符为字符信息开始和结束标示；上一个字符和下一个字符特征 码由微处理器/微控制器形成，微处理器/微控制器读取时钟芯片获得开始时间和终止时 间；指纹信息通过指纹采集处理系统获得，为提高个人信息安全性每个字符中指纹信息为 局部指纹信息加载具有随机性，字符书写轨迹由笔尖光电传感系统实时采集笔尖的书写轨 迹获得。如图16所示用户书写完毕后，用户书写轨迹存储将形成一种链表结构，各个文 字存储信息包含用户指纹信息、书写时间信息、各个文字间特征码，当文字形成文章时，各 个文字局部指纹信息如图所示将形成完成指纹信息实现用户身份的标示；由于书写具有时 间连续性，各个文字间的书写时间形成的链表结构实现用户时间唯一性标示；各个文字间 的特征码将实现文字信息的关联性，避免其他用户恶意插入或修改，当他人复制、剪切用户 的文章时，指纹信息及时间信息也一并转移，方便信息的追踪，而对于安全性要求高的文件 将限制其他用户操作。
权利要求
1.一种多功能电子笔，包括笔身和内置于笔身的笔芯部分，其特征在于所述笔芯部 分包括书写笔芯和电子笔芯；所述书写笔芯的书写端由笔身下端笔尖部分的出芯孔伸出； 所述电子笔芯包括设置在笔尖部分的光电感应系统，设于笔身内的电源系统、数据处理模 块以及与所述数据处理模块连接的功能控制系统、时钟芯片、卡读写系统以及设于笔身中 段的指纹采集处理系统和设于笔身后端的PC连接装置，所述数据处理模块通过PC连接装 置与PC进行有线或无线连接；所述数据处理模块通过光电感应系统对书写笔芯的起笔、落 笔时间进行判断并采集书写笔芯的书写端的书写轨迹；数据处理模块还通过指纹采集处 理系统采集握住笔身的用户手指指纹，并将指纹信息及书写起止时间信息存储进卡读写系 统；所述电源系统为所述电子笔芯提供电能。
2.根据权利要求1所述的多功能电子笔，其特征在于所述数据处理模块包括有微处 理器或微控制器，所述微处理器或微控制器连接有存储模块。
3.根据权利要求1所述的多功能电子笔，其特征在于所述光电感应系统包括设置在 笔尖部分出芯孔旁侧的透光孔、设于透光孔内的发光头、透镜、图像传感器和一个PCB面 板，所述图像传感器和发光头固定在PCB面板上；所述透镜位于图像传感器前面，透镜中 心、图像传感器中心及书写笔芯的笔尖位于同一直线上；所述透镜将书写笔芯的笔尖位置 接触面影像成像于图像传感器上，图像传感器将光学影像转化为矩阵电信号传递给微处理 器或微控制器。
4.根据权利要求3所述的多功能电子笔，其特征在于所述发光头为发光二极管或激光二极管。
5.根据权利要求3所述的多功能电子笔，其特征在于所述透光孔和出芯孔分别处于 笔尖部分的上下位置，所述书写笔芯包括有墨迹笔芯和轨迹笔芯两种，所述墨迹笔芯和轨 迹笔芯并行设置于笔身内且每只笔芯通过一个按钮控制笔尖部分伸出出芯孔或者缩回笔 身内部。
6.根据权利要求1所述的多功能电子笔，其特征在于所述功能控制系统包括键盘功 能按钮、左键按钮和右键按钮，所述左键按钮和右键按钮实现鼠标左右键功能；所述键盘功 能按钮用于实现键盘功能键的手写操作；所述键盘功能按钮、左键按钮和右键按钮采用机 械式按键或传感器控制电路的开关。
7.根据权利要求1所述的多功能电子笔，其特征在于所述指纹采集处理系统包括用 户指纹采集、数据保存和数据对比的指纹采集设备和控制按钮；所述指纹采集设备是光学 式、电容/电感式、生物射频式或静脉活体指纹采集仪。
8.根据权利要求1所述的多功能电子笔，其特征在于所述卡读写系统由接口装置、 智能卡、存储卡以及卡读写控制器组成；所述接口装置上设有智能卡插口和存储卡插口，所 述智能卡插口和存储卡插口采用双层平行结构设计；所述智能卡和存储卡插接在接口装置 上，所述接口装置连接卡读写控制器，所述卡读写控制器连接微处理器或微控制器；所述卡 读写控制器对所述智能卡和存储卡的卡数据进行读写控制；所述智能卡内部保存标示用户 身份的动态或静态数据；所述存储卡是在电子笔内部存储空间不足时完成文字信息的存 储。
9.一种基于权利要求1所述多功能电子笔的文字书写采样方法，其特征在于，包括如 下步骤1)光电感应系统判断书写笔芯的起笔，指纹采集处理系统采集用户指纹，并存储开始 符和指纹信息；2)数据处理模块读取时钟芯片获得开始时间，并生成上一字符特征码，储书写开始时 间和上一字符特征码；3)书写过程中，光电感应系统采集书写笔芯的书写端的书写轨迹，并存储字符书写轨 迹至数据处理模块或卡存储系统；4)当电子笔书写结束时，数据处理模块读取时钟芯片获得终止时间，并存储字符书写 终止时间。
10. 一种基于权利要求9的电子笔文字书写轨迹数据存储方法，其特征在于，包括以下 步骤1)存储开始符；2)存储上一字符特征码；3)存储字符书写开始时间；4)存储字符书写轨迹；5)存储指纹信息；6)存储字符书写终止时间；7)存储下一字符特征码；8)存储终止符。
全文摘要
本发明公开了一种多功能电子笔及其文字书写采样方法和轨迹数据存储方法，包括笔身和内置于笔身的笔芯部分，笔芯部分包括书写笔芯和电子笔芯；书写笔芯的书写端由笔身下端笔尖部分的出芯孔伸出；电子笔芯包括设置在笔尖部分的光电感应系统，设于笔身内的电源系统、数据处理模块以及与所述数据处理模块连接的功能控制系统、时钟芯片、卡读写系统以及设于笔身中段的指纹采集处理系统和设于笔身后端的PC连接装置。该种电子笔书写流畅、既能够以电子书写，又通过实现墨水书写；而且在书写过程中能够进行记录、存储，并且在存储过程中能对书写轨迹添加身份标示、时间标示等。
文档编号G06F3/048GK102103462SQ20111003185
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者王东 申请人:王东