用于电子画笔的可适配超声定位系统.pdf

本发明提供一种用于激活电子涂料的系统，其包括至少两个独立可移动超声换能器(20，22)、一个包括电子画笔超声换能器(32)的电子画笔以及一个控制器(40)。该控制器(40)适于耦合到所述两个独立可移动超声换能器(20，22)和该电子画笔超声换能器(32)。相对于所述独立可移动超声换能器(20，22)的位置的电子画笔位置是跟据在所述超声换能器(20，22)之间传送并被该控制器(40)接收的超声信号来确定的。

1、  一种用于激活电子涂料的系统，包括：
至少两个独立可移动超声换能器(20，22)；
一个电子画笔(30)，包括一个电子画笔超声换能器(32)；以及
一个控制器(40)，其适于耦合到所述两个独立可移动超声换能器(20，22)和所述电子画笔超声换能器(32)，其中相对于所述独立可移动超声换能器(20，22)的位置的电子画笔位置是跟据在所述超声换能器(20，22，32)之间传送并被该控制器(40)接收的超声信号来确定的。

2、  如权利要求1所述的系统，其中所述独立可移动超声换能器(20，22)被附着在一个包括所述电子涂料(50)的表面(52)上。

3、  如权利要求1所述的系统，其中所述独立可移动超声换能器(20，22)被有线地或无线地连接到所述控制器(40)。

4、  如权利要求1所述的系统，其中所述电子画笔超声换能器(32)被有线地或无线地连接到所述控制器(40)。

5、  如权利要求1所述的系统，其中所述控制器(40)位于所述电子画笔(30)或者适于耦合到该电子画笔(30)的数字计算设备的二者之一内。

6、  如权利要求1所述的系统，进一步包括：
第二超声换能器(34)，其被附着于所述电子画笔(30)上并且与第一电子画笔超声换能器(32)在空间上间隔开，其中在第一和第二电子画笔超声换能器(32，34)与至少一个独立可移动超声换能器(20，22)之间传送的超声信号允许确定电子画笔旋转。

7、  如权利要求1所述的系统，进一步包括：
一个倾斜传感器(36)，其被附着于所述电子画笔(30)上，其中来自该倾斜传感器(36)的倾斜信号在所述控制器(40)处被接收以确定电子画笔旋转。

8、  一种激活电子涂料的方法，包括：
在一个包含电子涂料(50)的表面(52)上定位第一超声换能器(20)；
在该表面(52)上定位第二超声换能器(22)，该第二超声换能器(22)与第一超声换能器(20)在空间上间隔开；
在第一超声换能器(20)和一个附着于电子画笔(30)的电子画笔超声换能器(32)之间发送第一超声信号；
在第二超声换能器(22)和该电子画笔超声换能器(32)之间发送第二超声信号；以及
基于第一和第二超声信号确定相对于第一和第二超声换能器(20，22)的电子画笔位置。

9、  如权利要求8所述的方法，进一步包括：
从定位于表面(52)上的第一超声换能器(20)发射一个超声信号；
在定位于表面(52)上的第二超声换能器(22)处接收所发射的超声信号；以及
基于所发射的超声信号和所接收的超声信号确定在第一超声换能器位置和第二超声换能器位置之间的距离。

10、  如权利要求8所述的方法，进一步包括：
基于在电子画笔超声换能器(32)、与第一电子画笔超声换能器(32)空间上间隔开的第二电子画笔超声换能器(34)以及定位于表面(52)上的第一和第二超声换能器(20，22)的至少其中一个之间传送的超声信号来确定电子画笔旋转。

11、  如权利要求8所述的方法，进一步包括：
基于来自一个附着于电子画笔(30)的电子画笔倾斜传感器(36)的倾斜信号来确定电子画笔旋转。

12、  一种用于激活电子涂料的系统，包括：
用于在多个空间上间隔开的电子涂料表面位置和一个电子画笔(30)之间发送超声信号的装置；以及
用于根据所述超声信号来确定相对于电子涂料表面位置的电子画笔位置的装置。

13、  如权利要求12所述的系统，进一步包括：
用于从第一电子涂料表面位置发射一个超声信号的装置；
用于在第二电子涂料表面位置处接收该超声信号的装置；以及
用于根据所发射的超声信号和所接收的超声信号来确定在第一电子涂料表面位置和第二电子涂料表面位置之间的距离的装置。

14、  如权利要求12所述的系统，进一步包括：
用于根据在多个空间上间隔开的电子画笔位置与所述电子涂料表面位置装置之间传送的超声信号来确定电子画笔旋转的装置。

15、  如权利要求12所述的系统，进一步包括：
用于根据发送自电子画笔的倾斜信号来确定电子画笔旋转的装置。

16、  一种电子画笔，包括：
一个电子画笔外壳(28)；以及
附着于该电子画笔外壳(28)上的至少一个超声换能器(32)，其中在所述电子画笔超声换能器(32)与至少两个定位于一个表面上的超声换能器之间传送的超声信号允许相对于定位在所述表面上的超声换能器的位置来确定电子画笔位置。

17、  如权利要求16所述的电子画笔，进一步包括：
附着于所述电子画笔(30)并且与第一电子画笔超声换能器(32)空间上间隔开的第二超声换能器(34)，其中在电子画笔超声换能器(32，34)与定位于所述表面上的超声换能器的至少其中一个之间传送的超声信号允许确定电子画笔旋转。

18、  如权利要求16所述的电子画笔，进一步包括：
一个附着于电子画笔(30)上的倾斜传感器(36)，其中来自该倾斜传感器(36)的倾斜信号允许确定电子画笔旋转。

19、  如权利要求16所述的电子画笔，进一步包括：
一个控制器(40)，其适于耦合到所述电子画笔超声换能器(32)，以便基于所述超声信号来确定电子画笔旋转。

20、  如权利要求19所述的电子画笔，其中所述控制器位于所述电子画笔(30)或者适于耦合到该电子画笔的数字计算设备的二者之一内。

用于电子画笔的可适配超声定位系统
本发明总体涉及电子涂料激活，尤其涉及一种具有一个超声定位系统的电子画笔和用于确定电子画笔位置和旋转的方法。
用于例如白板、标志以及广告牌之类的应用的电子显示器已经成为最近研究和开发的主题。在很多情况下这些显示器不被频繁更新，可能隔几天甚至几周或者几个月才会进行更新。基于电泳的浮现电子墨水技术能产生类似纸张的显示，并且适合于这些种类的大显示器。大部分用于大电泳显示器的电子墨水系统没有本身的寻址方案，例如在一个逐像素栅格上的固定坐标。
电泳显示器可以是双稳态的，这是由于它们的显示元件具有至少在一个光学属性(例如颜色的亮度或暗度)方面有所不同的第一和第二显示状态。在最近的电泳显示器中，显示状态在电子墨水中的装入微胶囊中的粒子通过一个有限持续时间的电子脉冲被驱动到一个状态或者另一个状态后出现，被驱动的状态持续到电压被解除之后。与液晶显示器(LCD)相比，这样的显示器能具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性以及低功耗等特性。
所提出的一种用于这些应用的技术使用一个具有数百万的微胶囊的薄的电泳薄膜，在其中带正电的白色粒子和带负电的黑色粒子悬浮于澄清流体中。当一个负电场被施加到显示器时，白色粒子移动到微胶囊的顶部，在此它们变得对用户可见。这使得在微胶囊的顶部位置的表面呈白色。同时，电场拉动黑色粒子到微胶囊的底部，在此它们被隐藏。当此处理相反时，黑色粒子出现在微胶囊的顶部，使得在微胶囊的顶部位置的表面呈黑色。当电压被解除，一个固定的图像保持在显示器表面。在另一个图像被写入之前，显示器材料的所谓电子墨水在被重新寻址墨水前可能需要被设置为一个明确定义的状态，例如白色粒子移动到微胶囊顶部的全白表面。这例如能够通过照射整个显示器或施加一个相对高的电压到显示器的端子和电极来实现，从而通过所施加的电场强制墨水进入一个状态。
目前这些胶囊式电泳显示器正被开发和设计应用于例如个人数字助理(PDA)、移动电话、电子邮件设备和电子阅读器等应用。研究持续关注于创建一个薄的数字或电子墨水显示器，其观感像一张纸。电子墨水显示器是很有吸引力的，因为它们能比反射液晶显示器(LCD)亮6倍，并且不像LCD，它们能以任何角度观看而没有对比度改变。Gates和其他人在2003年3月11日出版的标题为“Methods forAddressing Electrophoretic Displays(用于寻址电泳显示器的方法)”的美国专利6,531,997中描述了用于控制这种双稳态电子可寻址显示器的寻址方案。
数字或电子墨水技术具有被扩展到所谓电子墙纸、海报或墙屏幕的大的电子墙显示器的潜力，其可以包括被放置于一面墙上的一个电泳薄膜。在半永久性的图像被需要的场合(例如电子墙纸/广告媒体)，这种显示器将是合适的。这种电子低成本涂料应用也能被用于例如将购物清单、最新休假照片或者家庭照片放置在家中的墙上。它也能作为其它显示器的待机替换方案，所述其它显示器例如是基于聚合物的有机发光二极管显示器，其在操作时或在待机模式下消耗极大功率。
不幸的是，现在的电泳显示器难以使用无源矩阵驱动来寻址，因此需要将有源矩阵用于矩阵类型显示器。对仅需要极低刷新率的便宜的广告牌类显示器来说，这不是很有吸引力的选项。
各种方法和相关设备已经被开发用于电子寻址和控制更小的电泳显示器，尤其是那些书写纸张的尺寸或更小的电泳显示器。在手持个人计算机、PDA或能浏览网页的移动电话的情况下，电子输入设备通常通过用户在该设备的触敏屏幕上或在手写板上以触笔或其它指向设备进行写和画来产生数据。目前的电子墨水技术能从笔迹中提取出信息，包括触笔在书写表面上的接触压力、向量、定时坐标和角度。一种提供附加的线厚度信息的方法在Williams等人地2002年11月7日的标题为“Method of Generating Digital Ink Thickness Information(产生数字墨水厚度信息的方法)”的美国专利申请2002/0163510中被描述。此方法和相关的系统将笔的一点在书写表面上的弹道式运动(ballistic movement)转换为用于数字墨水数据的厚度信息。此笔包括至少一个加速计，该加速计被用于产生弹道式运动或者弹道式笔倾斜信息。
以一个被导电液体弄湿的不导电画笔来寻址一个电泳显示器在2003年3月20日公布的Goenaga等人的标题为“Methods forAddressing Electro-Optic Materials(用于寻址电光材料的方法)”的美国专利申请2003/0053189中被描述。此方法检测在被弄湿的不导电画笔和显示器之间的电位差。来自笔的带电流体将电荷载送到显示器的电光材料上，从而导致微胶囊电泳流体中的黑色粒子到达微胶囊的顶部，其呈现为与显示器流体的明亮背景或者亮色粒子相对比的黑色电子墨水。
相关的定位系统已经被建立以检测一支笔在一个书写表面上的运动，如在Vablais等人的2002年12月5日的标题为“Electronic Modulefor Sensing Pen Motion(用于感应笔运动的电子模块)”的美国专利申请2002/0181744中描述的那样。一个电子模块被优选地安装在替换墨水盒中，并且包括一个加速计以用于检测笔运动。由加速计产生的弹道式信息经无线发射机被发送到一个计算器，在此可以对其进行处理，以进行笔迹识别或数字墨水生成。
一种具有位置检测系统的手写系统是可以买到，该位置检测系统能从标准纸张上捕获笔迹或绘画。此系统包括一个夹在纸垫上的电池供电的运动感应设备、一个无线电子笔设备以及红外(IrDA)收发器。此夹子设备监控和感应电子笔的位置并通过连线将数据传送到IrDA收发器，该IrDA收发器又将数据发送到一个能使用IrDA的手持、膝上或桌面个人计算机。
在更大电泳显示系统的领域中的更多研究已经关注于从墙上的电泳表面发送数据到计算机，而不是发送数据到电泳表面。一种更大的显示系统已经被设计成电子地捕获写在标准白板上的图画和文本，并将它们转换为计算机数据。一种连接到标准白板的便携式因特网设备利用红外和超声技术来跟踪标记笔和板擦在白板上的位置。一种电子显示器已经被使用于可擦写绘画设备中，例如黑板、纸垫或白板，如在Comiskey等人的2002年10月29日出版的标题为“Microencapsulated Electrophoretic Electrostatically-AddressedMedia for Drawing Device Applications(用于绘画设备应用的微胶囊电泳静电寻址介质)”的美国专利6,473,072中所公开的那样。此显示器包括一个装入胶囊的电泳显示媒体、一个后电极以及一个可移动电极。所述装入胶囊的显示媒体包括多个胶囊，每个胶囊包括多个分散于流体中的粒子。一个电场通过邻近显示媒体后表面的后电极和可移动电极被施加到该显示媒体两端，该可移动电极可以具有标记笔或者板擦的形式，并被放置于临近前表面。
一种用于建立具有电子墨水的电子可寻址显示器的处理在2000年9月12日被授权的Albert等人的标题为“Transducer and Indicatorshaving Printed Displays(具有印刷显示器的换能器和指示器)”的国际专利WO 9910769和美国专利6,118,426中被描述。所提出的应用包括用于消费用品(像水果、牛奶或电池)的小的粘贴显示器，其通过在一定时间已经过去后改变显示器的状态而能被用作新鲜度指示器。其它应用包括那些其中有利地提供间歇更新的应用，或者用在当特定压力、热量、辐射、湿度、声音、倾斜度、pH值或其它阈值在显示器的位置处被超过时。此显示系统可以使用射频来供电、寻址和控制显示器，并且包括一个或多个天线、无源充电电路、有源控制系统、显示器和能量存储单元。一个分离的发射机对显示器进行远程供电。已经提出一种具有布置在衬底上的迹线(trace)的平铺显示器(tile-baseddisplay)，其允许将模块化系统用于大的可印刷区域。
在电泳材料中的技术进步已经导致开发出更大、更复杂的显示器。例如，独立的显示元件能被平铺以建立一个复杂的、选择性照明的三维显示结构，如在Comiskey的2000年4月13日公布的标题为“Illumination System for Nonemissive Electronic Displays(用于非放射性电子显示器的照明系统)”的WO0020923中所描述的那样。此显示器可以使用电磁辐射来更新。
用于寻址更小的电泳显示器的技术能被应用于更大的显示系统，例如显示器的平铺阵列，但是对于将例如图像或文本的数据传送到大的可变尺寸的显示材料(例如在一面墙上)存在对准和寻址问题，例如需要在保留临近平铺块之间的恒定放大率的同时避免缝隙和死带区域。在其它类型的墙显示器技术(例如光投影系统)中，对大数据显示进行处理、分区并将其传送到墙上的方法已经被开发。已经使用多个显示器设备、一个屏幕以及多个镜头组件创建了一种大投影显示器，如在Dubin等人的公布于2002年6月27日的标题为“Seamless TiledDisplay System(无缝平铺显示系统)”的美国专利申请2002/0080302中所描述的那样。一种可扩展的无缝平铺显示器被细分为多个区段，并且每个区段被配置成显示一个分区图像。所述镜头组件中的一个被光学耦合到每一个显示器设备的每一个区段，以便将显示在该区段上的分区图像投影到屏幕上。
对于电泳材料的成功寻址、尤其是在例如一面墙的更大区域上的寻址，一个问题是如何控制可能在电压和寻址光的施加期间导致错误寻址的周围光以及其它外部光。显示器材料的外部光电导层通常不全部阻止寻址所需的电压，并且依赖于光电导体和下面的电子墨水的电容值，墨水上的电压可能保持以及不经意地寻址或擦除电子墨水。需要有矩阵电阻率和光电导层的光电属性的成功组合，以便显示器能对调光器的周围光线不敏感，同时其可以由更亮的寻址光来寻址。
为了使电子涂料或者电子墨水可用于大的、便宜的墙显示器，需要一种用于对电泳材料进行寻址的手持设备。任何类型的用于电子墨水的画笔、触笔或寻址设备必须能够写或者激活电子涂料。在一种方法中，一个电压被施加在电泳显示器的表面上，并且一个手持激光扫描仪局部地改变所述光电导体的导电率，从而导致被装入胶囊的电泳材料如期望地改变状态。寻址设备应该具有某种类型的计算机存储器或被连接到某种类型的计算机存储器，所述存储器用来存储被传送到该显示器的图像或文本。此设备应该被装备来识别或感应此设备的位置和倾斜，并检测此设备相对于显示器表面的位置。
当在一面墙上需要多次描画(stroke)时，传送数据(例如一个大的画面或图像)到一面墙上的无源电泳材料会带来手持设备的描画对准的问题。例如，一个1米乘1米的显示器可能需要具有20厘米长的寻址机制的手持设备的至少5次描画，就像在涂墙时需要用涂料滚筒进行多次描画一样。使用电子涂料进行绘画需要这样一个处理，其中输入设备的位置能被准确地确定，并且在电子涂料表面上的多次描画不会导致该设备的对准伪像。
其它技术已经开发了用来感应或跟踪手持设备的系统。例如，当手持三维激光扫描仪在一个对象附近平滑地移动或扫描并且发送数据到一台计算机时，所述手持三维激光扫描仪能测量三维表面。一个计算机应用把测量数据转换成计算机生成的图像，其中最后完成的扫描将多次重叠扫描组合起来，以便产生非金属对象的表面模型。
其它跟踪系统同时使用一个或多个接收机来实时测量和捕获任何给定对象或目标的运动。跟踪系统已经被用于跟踪数字笔设备，所述数字笔设备数字地捕获被写在数字纸张上的手写材料。在这种特定应用中，被跟踪的书写设备包括一个数码相机或光学传感器、一个数字化手写单词和图像的图像处理单元以及一个通过USB插座(cradle)传送数字化数据到一台计算机的通信单元。其它手持设备可以使用小的双轴陀螺仪，其已经被集成到诸如计算机鼠标或遥控器之类的设备中的多种数字和模拟应用电路中，并且正被开发用于例如计算机指针、机器人、工业自动化、天线稳定以及自动导航设备之类的应用中。
由扫描设备所提供的笛卡尔坐标、极坐标或其它坐标已经被用于表示图像或文本数据在显示器上的位置。例如，一种使用声纳定位来获得显示数据在一个屏幕上的坐标的方法在1984年9月12日出版的Ziese的标题为“Method of Displaying Digital Data Provided in PolarCoordinates by a Panoramic Scanning Device，such as a Radar，SonarApparatus or the like，on a Screen Frame with Cartesian Coordinates”的专利EP0118125中被公开。其中确定一个角坐标增量，并且使用该角坐标增量来帮助维持一个全景画面的分辨率。
根据上述讨论，仍然需要一种有效的且相对便宜的电子输出设备来控制和传送数据到一个大电泳墙显示器的无源矩阵表面，同时无需对准并且没有与设备的多个描画和设备旋转相关联的问题。因此，本发明的目的是提供一种电子输入设备以及相关联的系统和方法以控制和传送数字数据到一个大电泳墙显示器，以便在没有设备的对准伪像的情况下进行电子绘画，从而克服上述挑战和障碍。
本发明的一个方面是一种用于激活电子涂料的系统。此系统包括至少两个独立可移动的超声换能器、一个包括至少一个电子画笔超声换能器的电子画笔以及一个控制器。该控制器适于耦合到所述两个独立可移动的超声换能器以及该电子画笔超声换能器。相对于所述独立可移动超声换能器位置的电子画笔位置是跟据在所述超声换能器之间传送并被该控制器接收的超声信号来确定的。
本发明的另一个方面是一种激活电子涂料的方法。此方法包括在包含所述电子涂料的表面上定位第一超声换能器的步骤。与第一超声换能器空间上间隔开的第二超声换能器被定位在该表面上。第一超声信号在第一超声换能器和附着在一个电子画笔的电子画笔超声换能器之间被发送。第二超声信号在第二超声换能器和该电子画笔超声换能器之间被发送。基于第一和第二超声信号来确定该电子画笔相对于第一和第二超声换能器的位置。
本发明的另一个方面是一种用于激活电子涂料的系统。此电子激活系统包括：用于在多个空间上间隔开的电子涂料表面位置和一个电子画笔之间发送超声信号的装置；以及基于所述超声信号来确定相对于电子涂料表面位置的电子画笔位置的装置。
本发明的另一个方面是一种电子画笔，包括一个外壳和至少一个附着于该外壳的超声换能器。在所述电子画笔超声换能器和定位在一个表面上的至少两个超声换能器之间传送的超声信号允许相对于定位在该表面上的超声换能器的位置来确定一个电子画笔位置。
通过结合附图阅读本发明的优选实施例的详细描述，本发明的上述和其它特征和优点将变得更为明显。下面的详细描述和附图仅仅是为了说明本发明，而不是限制本发明，本发明的范围将由所附权利要求书及其等效表述来限定。
下面通过附图来说明本发明的各种实施例，其中：
图1是依照本发明一个实施例的用于激活电子涂料的系统的图示；
图2是依照本发明一个实施例的用于激活电子涂料的方法的流程图；
图3是依照本发明一个实施例的用于激活电子涂料的系统的框图；以及
图4是依照本发明一个实施例的电子画笔的图示。
图1展示了依照本发明一个实施例的用于激活电子涂料的系统的图示。电子涂料激活系统10包括至少两个独立可移动的超声换能器20和22，它们被放置在一个表面52上的空间上间隔开的表面位置处。电子画笔30包括一个电子画笔超声换能器32以及一个适于耦合到超声换能器20和22的控制器40。基于在超声换能器20、22和32之间传送的超声信号，相对于所述独立可移动的超声换能器20和22的位置来确定该电子画笔的位置。控制器40接收在超声换能器20、22和32之间传送的信号，所述换能器可以有线或无线地连接到该控制器40。类似地，电子画笔超声换能器32可以有线地或无线地连接到控制器40。控制器40例如位于电子画笔30中或者位于一个数字计算设备中，该数字计算设备适于耦合到电子画笔30。例如802.11a、802.11b或802.11g之类的无线通信协议可以被用于将超声换能器20和22互连到控制器40。类似地，电子画笔30可以无线连接到一个外部控制器40。
超声换能器20和22发送和接收超声信号或超声波包以确定它们之间的距离。通过使用一个三角测量方案，能够确定在超声换能器20、22与附着于电子画笔30的电子画笔超声换能器32之间的距离，并从而相对于超声换能器20和22的位置来确定电子画笔30的位置。超声换能器20和22可以附着于包含电子涂料50的表面52，所述超声换能器例如通过吸盘、固定架、悬挂构件或者其它适当的附着构件附着于该表面52。超声换能器20、22与电子涂料50可以附着于表面52，该表面很容易适用于各种尺寸的电子涂料和图像尺寸。超声换能器20和22可以被放置并固定于表面52的底板、外框、壁脚板或其它适当部分。可以替换的是，超声换能器20和22可以直接附着于包含电子涂料50的一个面板或木板上。虽然是比独立间隔开的超声换能器20和22更不灵活的配置，但是超声换能器20和22也可以以已知的分隔距离被耦合到一个例如可附着于所述墙或表面的条棒之类的结构。商业上可获得的超声换能器20、22和32能够发送或接收超声信号，它们包括压电元件，所述压电元件从施加到所述元件上的电信号产生高频声波，并且当被声波冲击时产生电压。对从一个超声换能器发射到另一个超声换能器的声波的行程时间测量提供对超声换能器20、22和32之间的距离的指示。
超声换能器20和22例如可以附着于接近电子涂料50的上边缘，它们彼此分隔开，其中一个接近左上角，另一个接近右上角。附加的超声换能器(例如超声换能器24和26)可以附着于表面52，从而进一步限定电子涂料50的边界和将被传送到其上的任何画面或图像的外围。虽然在一面墙上被描绘并且充当电子墙纸，但是包括电子涂料50的表面52可以替换地位于书桌、餐桌、地面、天花板、广告牌、白板或者其它适当的表面上。电子涂料50例如包括电泳显示器或者光学寻址的电子墨水。
一个示例性电子画笔30具有一个条带形状的、相对平坦的细长表面区域，其通过表面52的各部分以寻址和激活电子涂料50。当电子画笔30被移动或扫过电子涂料50时，一个包括文本、绘画、照片或其组合的图像被传送或写到电子涂料50上。通过确定电子画笔位置和相应地写入预定图像来对电子涂料50进行寻址。例如可以通过去除电子涂料或电子墨水上的激活电压来保持该图像。
当电子画笔30的小的旋转发生在该电子画笔扫过电子涂料50期间时，其结果可能是将预定图像的额外的波纹和偏差传送到表面52。对电子画笔旋转的补偿例如可以通过利用一个附着于电子画笔30的第二超声换能器34来进行。当电子画笔30通过电子涂料50时可以确定电子画笔旋转，其被用于在写入预定图像的同时补偿电子画笔旋转。电子画笔超声换能器34与电子画笔超声换能器32在空间上间隔开，以便能够根据在电子画笔超声换能器32、电子画笔超声换能器34和一个或多个独立可移动超声换能器20、22、24、26之间传送的超声信号来确定电子画笔旋转。
电子画笔旋转可以替换地用一个附着于电子画笔30的倾斜传感器36来确定。例如包括一个商业上可获得的倾斜计、加速度计或泡沫检测设备的倾斜传感器36能够确定相对于重力的向上的方向，然后在电子画笔30扫过表面52的同时相应地补偿被写入到电子涂料50上的数据。来自倾斜传感器36的倾斜信号可以在控制器40处被接收，以便确定电子画笔旋转。
将被写入到电子涂料50上的数据、像素和地址信息可以在板上控制器(on-board controller)40的控制下被传送到电子画笔30并被存储在其中以及被写入到电子涂料50上。可替代的是，控制器40(例如个人计算机、膝上计算机、个人数字助理、经改进的蜂窝电话、无线设备或者数字计算设备)能被用于存储与电子涂料50相关的像素和地址信息。控制器40可以被有线地或无线地连接到电子画笔30。控制器40可以包含一个数据库或存储器42，例如一个具有预定图像的记忆棒。例如可以在计算机软件和硬件(例如显示器44以及键盘或鼠标之类的输入设备46)的帮助下，在写入到电子涂料50之前对预定图像进行选择和操纵。控制器40可以具有因特网或web连接48，以便产生、选择或者接收图像信息。
图2展示了依照本发明一个实施例的用于激活电子涂料的方法的流程图。该电子涂料激活方法包括通过使用电子画笔在一个表面(例如一面墙)上激活电子涂料的步骤。
两个或多个超声换能器被定位(80)在一个表面上。第一超声换能器被定位于一个包含电子涂料的表面上，第二超声换能器被定位于相同的电子涂料表面，并且在空间上与第一超声换能器间隔开。预定图像的尺寸和位置部分地通过超声换能器的放置来确定。使用吸盘、固定孔或其它适当固定构件，超声换能器被定位于该表面上，例如沿着电子涂料表面的上边缘被定位。通过无线地或有线地连接到电子画笔上的控制器或外部控制器，所述超声换能器可以产生和接收超声信号，以便能够确定它们和附着于电子画笔上的其它超声换能器之间的距离。
一个超声信号被从定位于所述表面上且充当发射机的其中一个超声换能器发射(82)。以规定的时间和频率，依照一个响应于控制器而被施加到该超声换能器的电信号来发射所述超声信号。一旦被发射之后，所发射的声波穿过空气或通过电子涂料表面而被定位在该表面上的另一个超声换能器所检测。
所述超声信号在定位于该表面上且充当接收机的第二超声换能器处被接收(84)。所接收的超声信号基于声波频率、发射时间、传感器之间的距离以及声音通过相关介质的速度来产生一个输出电压。该输出电压被发送到控制器以用于分析。
两个超声换能器之间的距离被确定(86)。基于所发射的超声信号和所接收的超声信号来确定在第一超声换能器位置和第二超声换能器位置之间的距离。根据波包的行程时间测量，计算在一个或多个被安装或附着于所述表面的超声换能器之间的距离。通过将在第一超声换能器发射一个超声信号与第二超声换能器接收该超声换能器之间的时间除以声音穿过空气或者电子涂料表面的速度，确定距离测量。两个超声换能器之间的距离例如是从10厘米到2米或者更多。在超声换能器位置被校准并且第一和第二超声换能器之间的距离被确定之后，三角测量方法能被用于确定附着于电子画笔的超声换能器的位置。
第一超声信号在第一超声换能器和一个附着于或安装于电子画笔上的超声换能器之间被发送(88)。该超声信号可以从独立可移动的超声换能器发射，或者可以从该电子画笔超声换能器发射，这是因为在超声换能器之间的行程时间在任一方向都是相同的，并且超声换能器经常被用作发射机或接收机。
为了从三角测量确定电子画笔位置，第二超声信号在定位于电子涂料表面上的第二超声换能器与该电子画笔超声换能器之间被发送(90)。通过使用所测量的行程时间，第二超声换能器和该电子画笔超声换能器之间的距离能被确定。例如可以在时间上顺序地发送第二波包与第一波包，或者可以以不同的频率发送第二波包。可替代地，充当发射机的电子画笔超声换能器可以同时向所述表面安装的超声换能器发送第一超声信号和第二超声信号，所述表面安装的超声换能器用于接收以及电子画笔位置确定。
随后确定电子画笔的位置(92)。相对于第一和第二超声换能器的电子画笔位置基于第一超声信号和第二超声信号而被确定。通过使用三角测量计算，电子画笔的位置能被确定。例如，如果独立可移动的超声换能器之间的距离是40厘米，并且独立可移动的超声换能器与电子画笔超声换能器之间的距离分别为离第一超声换能器30厘米和离第二超声换能器50厘米，则电子画笔位置是在第一超声换能器正下方或正上方30厘米。
当电子画笔刷过电子涂料表面时，需要补偿电子画笔相对于电子涂料表面的旋转，以便写入平滑、无失真的图像到电子涂料表面。电子画笔旋转可以基于超声信号而被确定(94)。可以基于在第一电子画笔超声换能器、与该第一电子画笔超声换能器空间上间隔开的第二电子画笔超声换能器以及定位于所述表面上的第一或第二超声换能器的至少其中一个之间传送的超声信号来确定电子画笔旋转。例如，电子画笔旋转可以这样被确定：测量每一个电子画笔换能器和其中一个墙面安装的超声换能器之间的距离，然后从所测量的距离和电子画笔位置来计算电子画笔旋转。
可替换地，电子画笔旋转能够用附着于电子画笔的倾斜传感器来确定(96)。电子画笔旋转基于来自附着于电子画笔的电子画笔倾斜传感器的倾斜信号而被确定。来自所述倾斜传感器的信号指示相对于重力矢量的电子画笔角度，并且能够由控制器处理，以便确定电子画笔旋转并且相应地补偿图像数据。
当电子画笔被移动通过电子涂料时，电子画笔的位置和角度被监控和更新，以便能够适当地寻址图像信息并且将其写入到电子涂料上。由框88指示的步骤和下列步骤被重复执行，直到整个图像被写入到电子涂料上。对于更大的画面，可以将电子画笔多次通过电子涂料以构造一个完整的画面。对于电子画笔位置和旋转的准确的确定降低了可能由电子画笔的多次描画所导致的对准伪像。在已经绘制了图像之后，可以从墙上或所述表面上去除超声换能器。
图3展示了依照本发明一个实施例的用于激活电子涂料的系统的框图。电子涂料激活系统10包括多个空间上间隔开的电子涂料表面位置(比如第一独立可移动超声换能器20和第二独立可移动超声换能器22的位置)，以及一个附着有超声换能器32的电子画笔30。超声信号在所述多个空间上间隔开的电子涂料表面位置和电子画笔30之间被发送。安装在电子画笔30的内部或外部的控制器40基于所述超声信号来确定相对于电子涂料表面位置的电子画笔位置。例如，在超声换能器20和电子画笔超声换能器32之间的行程时间测量被与在超声换能器22和电子画笔超声换能器32之间的行程时间测量相组合，以便确定相对于超声换能器20和超声换能器22的电子画笔位置。
例如可以在一个定位于电子涂料表面上的第一超声换能器20和一个附着于电子画笔30的电子画笔超声换能器32之间发送一个超声信号。在该电子画笔超声换能器32和与第一超声换能器20空间上间隔开的第二超声换能器22之间发送第二超声信号。控制器40根据在定位于电子涂料表面上的超声换能器之间发送的超声信号来确定电子画笔位置。
在第一电子涂料表面位置和第二电子涂料表面位置之间的距离能够从发射自第一电子涂料表面位置和第二电子涂料表面位置的超声信号来确定。例如，一个超声信号从定位于所述表面上的超声换能器20发射，并且该超声信号在定位于该表面上的超声换能器22处被接收。根据行程时间测量，控制器40基于所发射的超声信号和所接收的超声信号来确定第一超声换能器20和第二超声换能器22之间的距离。
电子画笔30的旋转能够基于在多个空间上间隔开的电子画笔位置和电子涂料表面位置装置之间传送的超声信号而被确定。例如，为了补偿电子画笔30的倾斜或旋转，与第一超声换能器32空间上间隔开的第二电子画笔超声换能器34被附着在电子画笔30上。电子画笔超声换能器32和34与一个或多个定位于所述表面上的超声换能器20和22通信，并且从所述超声信号中确定电子画笔30的旋转。在另外一个例子中，附着于电子画笔30的倾斜传感器36提供倾斜信号，控制器40从所述倾斜信号中确定电子画笔旋转。
图4说明了依照本发明一个实施例的电子画笔。电子画笔30包括一个电子画笔外壳28和附着于该电子画笔外壳28上的至少一个超声换能器32。一个电子涂料激活设备38例如使用一个激光扫描仪来激活电子涂料，该激光扫描仪寻址电子涂料中的光电导体，并且能够通过局部地改变所述光电导体的导电率来切换电子涂料或电子墨水的状态。电子画笔30可以包括握柄54以便于操作和操纵。在一个例子中，在电子画笔超声换能器32和至少两个定位于一个包括电子涂料的表面上的超声换能器之间传送的超声信号允许相对于定位在所述表面上的超声换能器的位置来确定电子画笔位置。与超声换能器32空间上间隔开的第二超声换能器34可以被附着于该电子画笔上，以便能够从在电子画笔超声换能器32、34与至少一个定位于该具有电子涂料的表面上的超声换能器之间传送的超声信号来确定电子画笔30的旋转。
在另外一个实施例中，电子画笔30包括一个倾斜传感器36。来自附着于电子画笔30的倾斜传感器36的倾斜信号允许确定电子画笔旋转。
电子画笔30可以包括一个控制器，该控制器适于耦合到电子画笔超声换能器32和34以便确定电子画笔位置和电子画笔旋转。控制器40可以位于电子画笔30内，或者位于一个被耦合到电子画笔30的数字计算设备中，其具有应用软件和硬件来确定电子画笔30的位置和旋转以及将相应的图像写入到电子涂料中。当控制器40不在电子画笔中时，电子画笔30可以通过一个将电子画笔30和控制器40相耦合的有线或无线连接来接收图像信息。所接收到的图像信息例如可以被存储在电子画笔30的记忆棒或其它适当的存储设备中。
虽然这里公开的本发明的各实施例目前被视为是优选的，但是在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出各种改变和修改。本发明的范围在所附权利要求书中被指示，并且所附权利要求书希望包含在其等效表述的含义和范围之内的所有改变。其中所利用的每一种系统也可以与其它系统相结合地利用。因此，说明书和附图应该被视为是说明性的，而不意图限制所附权利要求书的范围。
在解释所附权利要求书的过程中，应该理解到：
a)“包括”一词不排除在给定权利要求中所列出的元件或步骤以外的其它元件或步骤的存在；
b)元件前面的“一个”不排除存在多个这样的元件；
c)在权利要求中的任何附图标记仅仅用于说明的目的，而不限制它们的保护范围；
d)几个“装置”可以由同一项用硬件或软件实现的结构或功能来表示；以及
e)每一个所公开的元件可以包括硬件部分(例如分立电子电路)、软件部分(例如计算机程序)或其任意组合。