CN101615087A - 电子笔架构及其数据输入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可在任何材质、介质(如空气)下书写的电子笔架构，某一实施例下可取代一般传统的光学鼠标供以电脑***使用。其内部包含记忆单元可记录电子笔所书写的轨迹资料，一无线传输模块，可将其所获取的电子笔书写轨迹资料无线传输至外部的接收端。本发明还提出了一种使用电子笔来进行资料收集的方法，其可让使用者使用电子笔进行连续的文字输入与辨识。

Description

电子笔架构及其数据输入方法

技术领域

本发明涉及电子笔，特别涉及电子笔架构及其数据输入方法。

背景技术

由于3C电子产品的技术日新月异，现已开发出无数具有各种特定功能的产品，使得电脑可被人们应用在以往未曾接触过的领域，并得以处理各种不同的事务。键盘和鼠标是电脑***中最基本的输入装置，此两种输入装置即可满足大部分电脑使用者的需求，如资料键入、指令下达或游戏操控等。但是在某些特殊的应用与场合下，键盘和鼠标并非是合适的资料输入工具。举例而言，由于功能强大的绘图软件与高尺寸分辨率的显示装置的存在，越来越多的美工人员都***台供其移动。而时下流行的平板电脑(tablet PC)，其操作方式多为使用电磁感应笔直接在平板电脑的荧幕上进行操控、点选、书写及资料输入等动作。综上所述，笔形的输入装置(即电子笔)在某些场合与使用环境下，能让使用者更方便地将所需资料输入电脑***中。

此外，汉字的人机交换是阻碍人们使用电脑的障碍，一般使用者采用电脑进行写作、办公、学习、发信、购物、炒股、网上通讯等日常活动，都涉及到了文字的输入。汉字不像英文那样是字母文字，可以直接输入电脑。它需要通过特定的输入法才能让电脑识别。但对于电脑初学者，特别是对老人、小孩或是对拼音不甚熟悉的使用者而言就会更加不方便。

目前市场上已开发出来运用于电脑***的“手写输入笔”所采用的书写输入技术大致分为三类：压感输入、摄像输入和定位输入。压感输入为业界最早开发出来的电子笔书写技术，其代表厂商为日本的WACOM公司，其推出了一系列的数字绘图板与电子笔输入产品。在硬件构成上，压感输入设备主要分为手写板与手写笔两部分，目前市面商品化的手写板大部分采用了电磁压感技术。它是利用手写板和手写笔之间的磁场相互感应来确定手写笔的位置，并透过手写笔尖施加的压力在手写板上所产生微细的电磁变化来区分不同的感压层级，从而在电脑上模拟出下笔的力道与粗细不同的笔触效果。此种手写板对于某些从事美术工作之使用者而言十分有益，得以直接以手写板进行绘画。但与所有的面板触控式技术一样，感压式电子笔需要搭配特殊设计的手写板才能够运作，故限制了其使用环境。摄像输入式电子笔方面，以瑞典的ANOTO(安诺拓)公司为代表，该技术是利用在电子笔端设置CMOS(互补金属氧化物)摄影机与高速影像处理器来处理特殊订作的纸张上的码点配置，藉此获得使用者所输入的各项讯息，如笔的位置、书写笔迹、笔压等数据。摄像输入式电子笔虽能提供使用者完美自然的手写输入，但其电子笔需在所特别订制的码点纸上书写才能达到其感应功能，故有成本和使用场合的考虑。

综合以上考虑，业界希望开发出一种集无线传输、追踪定位技术、文字输入处理与电脑控制于一体的笔型输入设备，其不需要手写板，完全按照使用者自然的书写习惯，可在任何纸张、任何介质上书写和绘图，并在纸面和电脑上同时留下您的真迹。

发明内容

基于上述缺失，本发明提出崭新的电子笔架构与其输入方法。相较之下，本发明的电子笔可在任何的介质或材质上书写，无须搭配特别设计的手写板与纸张便可运作。并可作为传统鼠标使用，在荧幕上拖曳光标。其具有记忆单元，可随时随地进行书写并进行追踪定位，无须搭配电脑***。在某一场合，电子笔移动时所产生的感测讯号可先储存在记忆单元中，然后再输入电脑***中，故可提供随时记录的效果。

本发明的实施例中，电子笔结构包含加速度传感器(及/或陀螺仪传感器)、光学传感器(或称影像传感器)、微处理器单元、记忆单元以及无线传输模块。加速度传感器(及/或陀螺仪传感器)与光学传感器系用以获取电子笔移动相关的资料。微处理器单元则可根据上述资料进行处理；记忆单元可储存微处理器单元处理过的资料；该资料可透过有线或无线传输模块传送至外界电脑***。

根据本发明另一实施例，其提供了一种使用电子笔的数据收集方法，它是在书写模式下用电子笔进行文字书写或轨迹输入，再以电子笔的停顿作为文字或轨迹书写的停止点来启动文字或轨迹辨识程序。之后电子笔的移动中可再以停顿的动作来作为文字或轨迹书写的起始点。重复上述步骤，电子笔可进行连续输入而不须现有技术中额外的动作来启动文字或轨迹辨识。其中，上述书写模式可包含了讯号感应、追踪定位以及文字与轨迹辨识等步骤功能。

本发明的目的为提供可在任何材质或介质下书写的电子笔。

本发明的另一目的为提供一种可取代传统光学鼠标的电子笔。

本发明的一个观点为提供可记录书写轨迹与追踪定位的电子笔。

本发明的另一个观点为提供一种使用电子笔来进行数据收集的方法。

本发明揭露一种电子笔架构，包含：微处理器单元；加速度传感器(及/或陀螺仪传感器)，藉由感测加速度以利资讯输入；模拟数字转换器，耦合至该加速度传感器(及/或陀螺仪传感器)，用以将该输入资讯转换，并将转换后讯号传输至该微处理器单元；无线传输模块，耦合至该微处理器单元，用以传输经该微处理器单元处理的讯号；记忆单元，耦合至该微处理器单元，用以储存资讯。

其中更包含光学传感器，耦合至一角度变化转换器，其中该角度变化转换器耦合至该微处理器单元。记忆单元可储存移动轨迹资料。其中该无线传输模块与一外部装置无线耦合，以接收移动轨迹资料。

其中上述文字或轨迹的输入动作采加速度传感器侦测、陀螺仪传感器侦测或以上两者。文字辨识以外部装置辨识，文字轨迹讯号系以无线模块或有线方式传输，使用者得重复上述各步骤完成所有文字符号输入。

在另外实施例中，本发明揭示使用电子笔的数据输入方法，其包含：

在书写模式下以感测加速度执行文字或轨迹输入动作；

传输该书写输入动作(包含文字或轨迹)所产生的讯号；

辨识该书写输入完成讯号；及

进行该文字或轨迹的辨识。

在另外实施例中，如使用者只携带本电子笔也可作资料输入，暂时无须配合外部电脑装置。在完成输入后，适当再将资料馈入电脑，故本发明揭示使用电子笔的数据输入方法，其包含：在书写模式下执行一段文字或轨迹之输入动作；储存该段书写输入动作所产生的轨迹讯号于电子笔内；于该段书写完成输入后，经一段时间传输轨迹讯号至外部装置；及进行该段文字或轨迹的辨识。

其中上述文字轨迹讯号是以无线或有线传输。

附图说明

图1为本发明电子笔内部功能元件结构示意图；

图2为本发明电子笔数据输入方法流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种电子笔架构及其数据输入方法，下面结合附图对本发明进行详细描述。

参照图1，其为本发明较佳实施例中电子笔内部功能元件结构示意图。图1中的元件共分为两个部分：电子笔100和电脑***150。电子笔100中的各区块代表了电子笔内部的各功能元件，在下述各例中，加速度传感器(accelerationsensor)104与陀螺仪传感器(Gyro sensor)106可同时存在或单独存在。基于此元件的存在，使得本电子笔得以在任何介质中输入，如在空气中输入。

电子笔100包含一微处理器单元(如MCU)102、一加速度传感器104、一陀螺仪传感器106、一光学传感器(又称影像传感器，image sensor)108、模拟数字转换器(A/D converter)110和111、一角度变化转换器112、一记忆单元114以及一无线传输模块116。加速度传感器(也称为G sensor)104为一种惯性传感器，主要是通过类似向量的原理，感测物体在运动状态下X(左右)Y(前后)Z(上下)轴方向所产生的加速度值，并以模拟电压来表示所侦测到的各方向加速度大小。其模拟电压可通过压阻式(piezoresistive)、电容式(capacityive)或是压电式的微机电结构(MEMS)产生。加速度传感器104可用来侦测物体各项移动物理量，包括位移、速度、加速度及倾角等数值。故此，当加速度传感器104固定在电子笔内部时，随着电子笔所做的各方向移动，加速度传感器104会产生一连串模拟电压形式的感测讯号，该感测讯号即代表了电子笔100在各个方向的各种移动数值。如图1所示，加速度传感器104耦合至一模拟数字转换器110，模拟数字转换器110能接收加速度传感器104所输出的模拟电压讯号并将其转换成电脑可处理的数字讯号。该数字讯号会传送到一与模拟数字转换器110耦合的微处理器单元102进行讯号处理。

在本发明其它实施例中，电子笔100中还可包含陀螺仪传感器106，它是利用有质量的物体因旋转而产生惯性，进而量测物体转动时于某一轴向的角速度(度/秒)与角度变化量。当陀螺仪传感器106设置固定在电子笔内部时，随着电子笔100所做的各种移动，陀螺仪传感器106可量测到这些移动所产生的角速度与角度变化并产生一连串模拟电压形式的感测讯号输出，该感应讯号即代表电子笔100各个方向的角速度变化数值。与加速度传感器104类似，陀螺仪传感器106耦合至一模拟数字转换器111。模拟数字转换器111能接收陀螺仪传感器106所输出的模拟电压讯号并将其转换成电脑可处理的数字讯号。该数字讯号会传送到一与模拟数字转换器111耦合的微处理器单元102来进行讯号处理。

在图1另一较佳实施例中，电子笔100中还包含了一光学传感器108与一可选择性配置的发光元件109，设置在电子笔100的一端。该发光元件109可为一LED(发光二极管)光源或LD(雷射二极管)光源。发光元件109可以发出光照射物体表面，光受到物体表面反射使得电子笔100上的光学传感器108感测到其反射讯号。该光学传感器108以高频扫描比对物体表面粗糙度产生的阴影变化，一与光学传感器108耦合的角度变化转换器112可接受光学传感器108所输出的角度资料而计算出电子笔在物体表面移动的各项资讯，包括移动方向、距离、速度及加速度等。该角度变化转换器112并可将上述各项电子笔的移动资讯转换成电脑可处理的数字讯号并传送到与其耦合之微处理器单元102。由于本发明实施例使用加速度传感器104、陀螺仪传感器106或光学传感器108来获取电子笔移动时所产生的各项移动参数(如位移、方位角、速度与加速度等)，故其无需一般先前技术中必须使用相对应的输入辅助装置(如鼠标垫、手写板、绘图板等)才能感应电子笔移动，此为先前技术的重大缺点。

在图1另一实施例中，加速度传感器104、陀螺仪传感器106或光学传感器108所产生的数字讯号均会传送至微处理器单元102处作运算处理。若同时包含至少两者时，须注意在本发明实施例中，三个传感器104、106、108感测时的取样时间(sample/hold timing)可随电子笔100移动速度而改变。电子笔100的移动速度越快，传感器104、106、108的取样周期时间越短，以获得更精确的移动轨迹，对本发明实施例而言，其间存在着一反比关系。微处理器单元102可分别透过与模拟数字转换器110、111以及角度变化转换器112耦合的转换触发路径(如图1中的虚线箭头)来触发其讯号转换动作，如此，便可由微处理器单元控制其取样时间与频率。

在电子笔100的移动中，微处理器102可将加速度传感器104与光学传感器108所提供的速度与位移资讯与陀螺仪传感器106所提供的方位角资讯整合，以数学方式计算出电子笔精确的移动轨迹并作定位追踪。微处理器102单元计算出的整合资料可透过一与其耦合的无线传输模块116传送至位于电脑***120端的无线传输模块118，再由电脑***120对该整合资料进行译码而得到电子笔精确的移动轨迹资讯。以此传输方式，电子笔100所做出的动作可以实时(realtime)在电脑***120上实行，例如在绘图软件上显示使用者绘出之笔触与字迹，或是以电子笔取代传统鼠标来控制电脑***120画面上的光标移动。电脑***120包含一般个人电脑(PC)、笔记电脑或是平板电脑(tablet)等，电子笔100可以作为电脑的鼠标或是直接在平板电脑的荧幕上进行书写或点选的动作。微处理器单元102所产生之整合资料亦可储存在一与微处理器102单元耦合之记忆单元114中，使得该电子笔100在未与电脑互动连接的环境下也能进行书写并记录其移动轨迹。尔后再将记忆单元114中所储存资料可加载到电脑***120中进行译码而得知电子笔100的书写轨迹或移动轨迹等资讯。

在图1所示的本发明实施例中，电子笔100中还包含了四个功能按钮：分别为笔/鼠标钮122、传输钮124、记忆钮126及分页钮128，分别耦合至微处理器单元102。笔/鼠标钮122是用于对电子笔进行书写模式与鼠标模式的切换。当电子笔100设定在书写模式时，其可进行文字或轨迹的书写输入，如上面实施例所述；当电子笔100设定在鼠标模式时，电子笔即作为一般的鼠标来进行电脑***120操纵。记忆钮126是电子笔100记忆模式的开关，特别是用于单独使用电子笔的场合。当于记忆模式下，电子笔100可不搭配外部电脑120***来进行文字或轨迹的书写，书写所产生的资料(如文字笔触或轨迹动作)会直接储存于上述电子笔100的记忆单元114中。尔后当电子笔100与一外部电脑***120无线连接时，作动传输钮124即可将先前储存于电子笔记忆单元114中的书写数据传输加载至外部的电脑***120。分页钮(paging)128是用以定义文字或轨迹辨识的起迄范围。例如，当欲进行第一书写输入时(不论是文字输入或是轨迹输入)，使用者可先按一次分页钮128来作为输入的起始点，之后电子笔所进行的书写移动都会归于第一书写输入的范围。当第一书写输入完毕，使用者再按一次分页钮128即触发了书写输入的迄末点，完成了第一书写输入的动作流程。以分页钮128搭配电子笔100书写，可更明确地定义每一次书写的范围(如一个字或一组移动轨迹)，以提供更精确的辨识度文字或轨迹辨识度。

上述实施例描述了本发明电子笔内部元件架构。于本发明另一实施例中将说明一种电子笔数据输入方法。参考图2，首先在步骤S1中，使用者以电子笔在书写模式下进行文字或轨迹的书写动作，再通过侦测感应书写动作所产生的方位角与加速度讯号来判别其输入轨迹并达成追踪定位功能。在步骤S2中，微处理器单元所产生的文字或轨迹资料通过无线传输模块传入电脑***120的文字辨识软件或是应用程序中，其后在显示器上实时显示出书写轨迹(如文字笔划)。在随后步骤S3中，使用者完成第一阶段的书写动作，并将电子笔保持于原位置不动一段时间T₁，该时间T₁可由使用者或制造厂商预先定义。在步骤S4中，当电子笔侦测到其移动轨迹在一段期间T₁内保持不变，其会送出一完成讯号至电脑***中的文字辨识软件或应用程序来代表使用者的书写步骤完成。文字辨识软件或应用程序接受到完成讯号后会将先前电子笔书写出之文字或轨迹进行辨识而产生使用者所欲输入的讯息。上述步骤完成后，在步骤S5中，使用者对电子笔进行快速的移动，其移动速度可由使用者预先定义。此时电子笔会略过此时所进行的快速移动而不输出任何书写资料给电脑***端。当此快速移动动作完成后，电子笔会开启第二阶段的文字或轨迹的感测步骤，使用者于此时所进行的电子笔移动都将转换成书写轨迹资料至输出至电脑***来进行第二个文字辨识阶段。如此，重复步骤S1～步骤S5，使用者可使用电子笔进行连续的文字或轨迹书写与辨识的动作而不需任何先前技术中任何书写完成所需触发的辨识动作(例如按enter键或用电子笔点击某功能区块)。另一方面使用者亦可将电子笔从书写模式切换成鼠标模式(利用图1中的笔/鼠标钮122)，此时电子笔移动时所传送的是预设的控制鼠标光标的移动讯号，而不会进行文字或轨迹输入的动作。以此方式，使用者可以方便地在书写模式与鼠标模式之间进行切换。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1、一种电子笔架构，其特征在于，包括：

微处理器单元；

加速度传感器，藉由感测加速度以利资讯输入；或陀螺仪传感器，藉由感测速度以利资讯输入；

模拟数字转换器，耦合至所述加速度传感器或陀螺仪传感器，用以将输入的资讯转换，并将转换后讯号传输至所述微处理器单元；

无线传输模块，耦合至所述微处理器单元，用以传输经该微处理器单元处理的移动轨迹讯号；

记忆单元，耦合至所述微处理器单元，用以储存移动轨迹资讯。

2、根据权利要求1所述的电子笔架构，其特征在于，还包括：

光学传感器，耦合至一角度变化转换器，其中该角度变化转换器耦合至所述微处理器单元。

3、根据权利要求1所述的电子笔架构，其特征在于，还包括：

一笔/鼠标功能切换钮，可让电子笔在书写模式和鼠标模式间切换；

一记忆钮，可将电子笔切换成记忆模式以记忆其文字或轨迹资料；

一传输钮，可将电子笔切换成传输模式将所储存的文字或轨迹数据传输至外部装置；及

一分页钮，可触动每次文字或轨迹输入之起迄点。

4、一种电子笔数据输入方法，其特征在于，包括步骤：

在书写模式下以加速度或速度装置执行第一书写输入动作；

以有线或无线模块传输该第一书写输入动作所产生的轨迹讯号；

辨识该第一书写输入完成讯号；及

进行第一书写或区块轨迹辨识。

5、根据权利要求4所述的电子笔数据输入方法，其特征在于，还包括步骤：

辨识第二书写动作开始讯号；

在文字辨识模式下以加速度装置执行该第二书写输入动作；

以有线或无线模块传输该第二书写输入动作所产生的轨迹讯号；

辨识该第二书写输入完成讯号；及

进行第二书写或区块轨迹辨识。

6、根据权利要求4或5所述的电子笔数据输入方法，其特征在于，所述第一书写输入动作与第二书写输入动作均采用加速度传感器或陀螺仪传感器或以上两者来侦测，该书写动作可包含讯号感应、追踪定位及文字轨迹辨识步骤。

7、一种电子笔数据输入方法，其特征在于，包括步骤：

在书写模式下执行一段文字或轨迹的输入动作；

储存该段文字或轨迹的输入动作所产生的讯号于该电子笔内；

在该段文字或轨迹输入完成后，经一段时间以有线或无线模块传输该讯号至外部装置；及

进行该段文字或轨迹的辨识。

8、根据权利要求7所述的电子笔数据输入方法，其特征在于，所述文字或轨迹的输入动作采用加速度传感器或陀螺仪传感器或以上两者来侦测，该书写动作可包含讯号感应、追踪定位及文字轨迹辨识步骤。

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