Ручка для рукописного ввода данных в компьютер

 

Изобретение относится к периферийным устройствам компьютера и может быть использовано для ввода рукописной и графической информации и команд в компьютер без помощи клавиатуры. Техническим результатом является создание устройства, позволяющего легко и удобно писать текст, рисовать графические изображения на любой поверхности, вводить эту информацию в компьютер с сохранением возможностей обычной мыши. Указанный результат достигается за счет того, что ручка содержит корпус, внутри которого размещены пишущий узел, оптический датчик, электронная схема и устройство подсветки поля зрения оптического датчика. 1 ил.

Изобретение относится к области периферийных устройств компьютеров и может быть использовано для ввода рукописной и графической информации и команд в компьютер без помощи клавиатуры.

Известны устройства для ввода графической, а в принципе и рукописной, информации в компьютер, представляющие собой подключаемый кабелем к компьютеру электронно-механический или электронно-оптический блок (манипулятор “Мышь”), в котором, при перемещении его по поверхности стола (листа бумаги), происходит качение обрезиненного шарика и вращение связанных с ним датчиков, фиксирующих перемещение шарика относительно осей координат.

Вращение датчиков преобразуется в электрические сигналы, поступающие по кабелю в компьютер и отображаемые на экране дисплея в виде линий и/или знаков. Кроме того, на блоке имеются кнопки, управляющие режимом работы “мыши” (ж. “Компьютер-пресс”, 1989 г., №10, с.22).

Недостатком данного устройства является практическая невозможность написания рукописных знаков из-за большого размера шарика (который в принципе не может быть уменьшен), отсутствия следов на бумаге, невозможности наблюдать, как при письме, что пишет в данный момент шарик, так как он находится вне поля зрения оператора, под днищем “мыши”. Данное устройство при изготовлении требует прецизионной обработки механических деталей и узлов и поэтому достаточно дорого.

Известны также устройства для ввода рукописной и/или графической информации в компьютер, представляющие собой подключаемый к компьютеру оптоэлектронный блок (“сканер”), в котором при перемещении его по поверхности листа с уже (ранее) написанным текстом или рисунком происходит локальное освещение узкой полосы листа и регистрация изображения этой полосы линейной последовательностью фотопреобразователей.

Наличие или отсутствие текста или контуров рисунков или букв определяется по различной величине отраженного от листа бумаги светового сигнала (Фигурнов В.Э. Работа пользователя с IBM PC, М.: Интерквадро, 1990 г., с.41).

Недостатком данного устройства являются сложность его технической реализации, невозможность ввода или редактирования рукописного текста или рисунка в процессе его написания.

Известны устройства для ввода графической и/или рукописной информации планшетного типа, представляющие собой планшет с нанесенной на его поверхность или размещенной в соседних слоях вблизи поверхности координатной сеткой, представляющей собой взаимно перпендикулярно размещенные проводники. Движение ручки по листу бумаги, размещенному НА ПЛАНШЕТЕ, вызывает замыкание последовательности электрических контактов в точках пересечения проводников координатной сетки (Патент Японии В41-57366, G 06 F 3/03, G 06 К 11/06, oпубл. 05.12.89, №6, - 1435).

Аналогичное устройство планшетного типа имеет сетку ортогональных световых лучей над поверхностью планшета, которую пересекает карандаш или ручка при написании текста (Заявка Японии №63-131222, аннотация опубликована в РЖ “Изобретения стран мира”, вып.117, №11, 1989 г., G 03 F 3/03).

Известно также устройство планшетного типа, содержащее координатные шины и индуктивный токосъемник в виде ручки с катушкой индуктивности, соединенной с компьютером кабелем (А.с. СССР №1506460, G 06 К 11/00, опубл. 07.09.89 в БИ №33).

Недостатком известных устройств является необходимость иметь планшет с созданной каким-либо образом координатной сеткой для определения положения конца датчика ручки, которой записывается текст или рисуется рисунок на бумаге, расположенной на этом планшете. Это ограничивает возможность создания и эксплуатации автономных персональных компьютеров, так как не позволяет, например, делать записи на любом носителе (блокноте, записной книжке, тетради), а только с использованием планшета.

Кроме того, для получения хорошего разрешения и точности воспроизведения рукописного текста требуется координатная сетка с очень малым шагом между проводниками (шинами), а это ведет к сложности изготовления и высокой стоимости таких устройств (средняя сенсорная панель стоит порядка 200$).

Известно также перо для ввода рукописной информации, содержащее полый корпус, внутри которого расположен пишущий элемент, датчик давления и датчик ускорения, выполненные в виде взаимно перпендикулярных пьезопластин с инерционными элементами, расположенными вдоль оси пишущего элемента в два ряда, в верхнем из которых инерционные элементы закреплены на нижних концах пьезопластин, причем датчик давления выполнен в виде пьезопластины, плоскость которой параллельна оси пишущего элемента и один конец которой жестко закреплен в корпусе, а другой соединен с рычагом, одна сторона которого через амортизирующий элемент связана с корпусом, а другая через подпружиненный толкатель - с пишущим элементом (А.с. СССР 3811307, G 06 К 11/06, опубл. 07.03.81 в БИ №9).

Недостатком известного устройства является то, что, так как ручка при письме располагается под углом к поверхности бумаги, инерционные колебания пьезоэлементов в плоскости наклона ручки и в перпендикулярной происходят по-разному, причем плоскость колебаний пьезоэлементов располагается вдоль оси ручки, но пишущий конец ручки колеблется в плоскости бумаги, а не перпендикулярно продольной оси ручки, что и определяет сложный и взаимозависимый характер колебаний, значительно усложняющий задачу дешифрирования и идентификации пишущихся символов.

Другим существенным недостатком устройства является большая масса инерционных элементов, необходимая для получения достаточного отклонения конца пьезодатчика и, соответственно, величины сигнала с него. Эта масса не позволяет отслеживать при письме быстрые колебания конца ручки, характерные при написании рукописных букв, что искажает изображение пишущегося символа и затрудняет его распознавание.

Другие недостатки данного устройства:

- необходимость усиления слабого сигнала с пьезопластин,

- наличие помехи типа “скрипа пера”, по величине сравнимой с полезным сигналом и усложняющей выделение полезного сигнала из смеси сигнал+шум,

- несовпадение плоскости колебаний конца пишущего элемента и инерционных пьезоэлектрических датчиков, что приводит к сложной неоднозначной зависимости величины электрического сигнала от величины ускорений во взаимно перпендикулярных плоскостях,

- инерционные периодические затухающие колебания системы масс датчиков (по причине их значительной величины) при перемене направления движения, налагающиеся на полезный сигнал,

- и по этой причине - неадекватная идентификация написанных символов.

Наиболее близким по существу решаемой задачи устройством является ручка для ввода рукописной информации, содержащая корпус, внутри которого размещены пишущий узел, оптический датчик и электронная схема для обработки сигналов оптического датчика, каковыми являются предварительно записанная на специальную бумагу, входящую в комплект ручки, информация в виде микросимволов о координатах сетки, размещенной на бумаге так, что в поле зрения оптического датчика эта информация попадает при перемещении ручки по поверхности спец. бумаги (Патент США №5661506, опубл. 26.08.1997, G 09 G 5/00).

Недостатком данного устройства является его форма, неудобная для держания ее в руке, что затрудняет написание букв и знаков на некой поверхности (листе бумаги) подобно тому, как это делается обыкновенной ручкой для письма. Фундаментальным недостатком ручки является необходимость использования специальной “меченой” бумаги, что радикально ограничивает область применения. Чтобы использовать данную ручку, в приниципе будет необходимо всю производимую в мире бумагу помечать контрастными микроточками, что нереально, да и, как увидим далее, не нужно.

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства, позволяющего легко и удобно писать текст, знаки, формулы, рисовать графические изображения на любой поверхности и любом типе бумаги и вводить эту информацию в компьютер с сохранением возможностей обычной мышки - указания и выбора объектов на экране.

Для достижения поставленной цели предлагаемое устройство, ручка для рукописного ввода данных в компьютер, как и известное, содержит корпус, внутри которого расположены пишущий узел, оптический датчик и электронная схема, причем выход оптического датчика подключен к входу электронной схемы, а ее выход подключен к компьютеру.

В отличие от известного, в предлагаемом устройстве корпус выполнен в виде ручки с утолщением (“горбом”) в нижней ее части, в котором расположен оптический датчик так, что через отверстие в “горбе” в поле его зрения попадает контролируемая поверхность. Для увеличения контраста поверхности поверхность в поле зрения оптического датчика подсвечивается сбоку светодиодом (п.п. лазером) так, что микронеровности контролируемой поверхности дают контрастные микротени, которые и являются “точками” или реперами, относительно которых производится определение направления перемещения пишущего узла по поверхности (бумаге).

Сравнение с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается от него новым узлом светодиодной (лазерной) подсветки, расположеным в корпусе устройства так, что свет от него падает под малым углом на поверхность, попадающую в поле зрения оптического датчика, поэтому оно соответствует критерию “новизна”.

Очевидно, что такая подсветка дает возможность использовать любую, а не только специальную, бумагу для письма ручкой, что значительно расширяет область ее применения, делает более удобным и привычным расположение устройства ввода данных в руке пользователя и обеспечивает такой же легкий и простой ввод рукописных и графических данных в компьютер, как это делается при обычном письме обычной пишущей ручкой, что недостижимо при использовании ни мыши, ни клавиатуры.

Анализ имеющейся в распоряжении автора информации, а это все имеющиеся в Интернете копии всех компьютерных изданий, как отечественных, так и зарубежных, по рукописному вводу данных показывает, что ни в одной из разработанных к настоящему времени ручек для ввода рукописной информации в компьютер (настольных, ноутбуков, наладонных и др.) не используется боковая скользящая подсветка для создания контраста поверхности, на которой производится написание данных. Поэтому предлагаемое техническое решение неочевидно и имеет изобретательский уровень, так как явно не следует из известных технических решений.

Предлагаемое техническое решение необходимо для каждого персонального компьютера, причем в уже имеющихся оно будет работать параллельно с клавиатурой, а в будущих компьютерах позволит избавиться от клавиатуры вообще, обеспечивая естественный (рукописный) ввод информации в компьютер. То есть оно найдет широкое применение в промышленности, науке и технике.

На чертеже представлен общий вид ручки, где 1 - корпус ручки, 2 - оптический датчик, 3 - боковая подсветка, 4 - электронная схема, 5 - пишущий элемент.

В корпусе ручки 1 установлен пишущий элемент 5. В приливе (“горбе”) ручки установлены оптический датчик 2 так, что в поле его зрения попадает поверхность, по которой перемещается ручка, и электронная схема 4. Подсветка 3 устанавливается в нижней части корпуса.

Работа устройства. При необходимости ввести текст или команды в компьютер устройство ввода берется в руку как обычная пишущая ручка и осуществляется написание пишущим элементом 5 текста, команд или графики на листе обычной бумаги. Отраженный от поверхности (бумаги) световой поток попадает через отверстие в нижней части прилива (“горба”) на оптический датчик 2, создавая на его выходе электрические сигналы, которые обрабатываются электронной схемой 4 и передаются в компьютер. Подсветка 3 обеспечивает создание контрастного рельефа поверхности и тем самым правильное функционирование ручки. Результатом обработки входных данных являются команды, текстовые или графические элементы (символы), выводимые на экран компьютера.

Позиционирование ручки относительно листа бумаги производится путем перемещения без касания пишущим элементом над листом бумаги в нужное место.

В настоящее время устройство собрано в виде макета. В качестве оптического датчика используется вскрытая микросхема CMOS ОЗУ типа 565РУ2. В электронной части устройства ввода использован процессор фирмы Micro Chip. В качестве подсветки используется сверхяркий светодиод производства компании Kingbright.

В настоящее время производится практически 100%-ное распознавание рукописного текста и реализованы все функции указателя (мыши) и графики. Для распознавания рукописного текста используется программное обеспечение PenOffice фирмы ParaGraph.

Использование предлагаемого изобретения, в конечном счете, позволит избавиться от клавиатуры компьютера вообще и вводить информацию в него естественным образом - путем написания ее на бумаге ручкой.

Формула изобретения

Ручка для рукописного ввода данных в компьютер, содержащая корпус, внутри которого размещены пишущий узел, оптический датчик и электронная схема для обработки электрических сигналов с выхода оптического датчика, причем выход оптического датчика подключен к входу электронной схемы, а ее выход подключен к компьютеру, отличающаяся тем, что в корпусе размещено устройство подсветки поля зрения оптического датчика так, что на освещаемой поверхности, по которой перемещается ручка, создается изображение микротеней рельефа поверхности, относительно которых производится определение направления перемещения пишущего узла по указанной поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1