WO2010048655A2 - Writing device and method for operating a writing device - Google Patents

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WO2010048655A2
WO2010048655A2 PCT/AT2009/000421 AT2009000421W WO2010048655A2 WO 2010048655 A2 WO2010048655 A2 WO 2010048655A2 AT 2009000421 W AT2009000421 W AT 2009000421W WO 2010048655 A2 WO2010048655 A2 WO 2010048655A2
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    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • G06F3/0386—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry for light pen

Definitions

  • the invention relates to a writing device to be guided by a user, typically by hand, on a writing surface at the writing tip thereof, and a method for digitizing a handwritten representation using such a writing device.
  • Writing instruments typically ballpoint pens
  • the front housing portion which includes and holds the writing tip of the face consists of a translucent material.
  • a light source typically a light emitting diode mounted, which is powered by also arranged in the writing instrument batteries with power. The light source radiates through the translucent front part and thus illuminates the writing surface area around the writing tip.
  • Such pens look interesting and you can write well in otherwise dark places.
  • the illuminated area is too large and its contours too unclear.
  • WO 2003 096 321 A1 shows a writing instrument to be guided by hand on a writing surface, in which a light source is attached to the area around the writing tip as well as a small camera, which photographs the illuminated writing surface area in rapid succession.
  • An arithmetic unit mounted in the writing instrument concludes by image analysis on the movement of the writing instrument and thus on the driven lettering.
  • the relevant information is in the writing instrument stored and can be transferred to other data processing equipment.
  • An advantage of the method and the writing instrument is that with powerful software so that writing can be taken from almost any surface.
  • the disadvantages are the high costs and the bulky design of the writing instrument.
  • EP 1 416 740 A2 shows a related hand-held scanning device, which also has a conventional writing tip, wherein a portion of the writing surface which is spaced from the writing tip is illuminated with a laser beam deflected in an oscillating manner in its direction.
  • the images on the writing surface are scanned by a camera.
  • image processing By means of image processing, in turn, the movement of the writing tip can be inferred.
  • the light comes from a laser diode and it is passed through an optical fiber to the emission point on the writing instrument.
  • Advantages and disadvantages of the method are approximately the same as in WO 2003 096 321 Al.
  • the US 5307253 A and US 5335150 A show hand-held writing instruments in which a laser pointer is arranged whose light beam exits at a small distance from the writing tip at the end region at which the writing tip is located and parallel to the longitudinal direction of the writing instrument. Except that the parts for the writing function and the laser pointer function are arranged in a common housing, these two functions have nothing to do with each other.
  • JP 2170193 A describes a method according to which an infrared light spot is generated on a projection surface by means of an infrared light source, the position of this light spot is detected by an infrared camera and the relevant point is controlled by a computer system via the one it controls Projector is indicated by a visible marker.
  • the marking point can be used eg as a processing mark in the word processor. The method is not suitable for directly entering text by moving the marking as a lettering.
  • the inventor found himself faced with the task of a writing instrument, which is feasible by hand and has a writing tip that can deliver a color substance on contact with a writing surface on this to equip so with a lighting device that a light spot on the writing surface is generated by the lighting device only in the very immediate vicinity of the point of contact of the writing tip on the writing surface.
  • a writing instrument which is equipped with a light emitting diode as a light source, wherein light from the light emitting diode is coupled into a light guide and passed through this in the vicinity of the writing tip and there is coupled out again in such a way that the exiting light beam is directed to that point of the writing tip of the writing instrument which is in contact with the writing surface in a write operation.
  • Fig. 1 shows an exemplary writing instrument according to the invention in a partial side sectional view
  • Fig. 2 shows a detail of Fig. 1 in an enlarged scale.
  • the pen 1 may be, for example, a conventional pen or felt-tip pen or a conventional ballpoint pen or similar writing utensil. At the contact point of the writing tip 1.2 of the pen with a writing pad 2, the pen color substance to the writing pad 2 from.
  • the lateral surface of the pin 1 is surrounded by a, the function of a housing engaging sleeve 4 and held.
  • the sleeve 4 has approximately the shape of a slender pipe section. At least at the writing tip of the pen, the sleeve 4 is open, so that the writing tip can be brought into contact with the writing surface.
  • a light-emitting diode 5 and a battery 6 which supplies them with electrical energy are attached.
  • An optical fiber 3 extends in the sleeve next to the pin 1 of the light emitting diode 5 to the writing tip 1.1 of the pin. From the light emitting diode 5 is coupled into one end of the optical fiber. At the other, write tip side end 3.1 of the optical fiber emerges light again.
  • the longitudinal region of the optical fiber which terminates towards the end 3.1, should be exactly at the contact point of the writing tip 1.1 be directed towards the writing pad and either the end 3.1 of the optical fiber 3 to be arranged very close to this or be provided with optical means which focus the emerging from this end light beam to this point of contact.
  • the tracking of the light spot is particularly simple if the writing surface (2) is a detector film which is photosensitive, measures the position of the light spot and forwards the measurement result to a computer system in which the information can be stored and processed. Instead of one complete image in each case, only a small number of adjoining XY coordinate pairs, ideally only one XY coordinate pair each, are to be transmitted and processed as temporally successive measurement results.
  • the writing surface is also used as an optical reproduction device for a computer system, that is, either as a screen or as a projection screen illuminated by a projector, it can also be dispensed with that the writing instrument itself emits color substance. Instead, writing on the writing surface can simply be displayed as an image output from the computer system.
  • the writing surface is an organic semiconductor based optical position detector for an incident light spot.
  • a first, planar electrode is arranged on a substrate made of glass or a flexible organic material, which has a significantly high ohmic resistance within its circuit. This is followed by a layer of organic photoactive materials 1 within which a donor and an acceptor layer abut each other. This layer is again followed by a planar electrode, which, however, has a low ohmic resistance. At its edge, the photoactive materials with a plurality of point or line-like, spaced apart terminal electrodes are provided.
  • a current flows through the individual connection electrodes. From the size of the current in the individual terminal electrodes can be closed to their proximity to the point of impact of the light beam and thus the impact point of the light beam can be calculated by a kind of triangulation.
  • a first, poorly conductive planar electrode is applied to a substrate, then a photoactive organic semiconductor layer and then again a poorly conductive electrode.
  • the poorly conductive, planar electrodes arranged on both sides of the photoactive organic semiconductor layer can be electrically connected to an external circuit by means of two opposing connecting parts extending over a whole electrode side.
  • the connecting line between two connection parts of an electrode is normal to the connecting line between the two connection parts of the second electrode.
  • the optical position detector forming the writing surface is a planar optical waveguide in which photoluminescent particles are integrated and which has on one side a plurality of distributed, small-area photoelectric sensors which are able to extract light from the waveguide mode in the optical waveguide and to detect, so that in dependence on the intensity of the light coupled out at the respective location, an electrical signal is generated.
  • the photoluminescent particles for example, these are dye molecules or semiconductor nanoparticles
  • external light is converted into scattered light with a longer wavelength.
  • This light is largely coupled into the waveguide and spreads out (with reflection at the boundary layers). Since the light propagates in the waveguide and the light guide in the waveguide is subject to losses, the light intensity in the waveguide decreases with the distance from the emission source of the light, ie the point of impact of the outer light beam and thus the point at which the luminescence takes place also the electrical signal generated at the respective sensors.
  • a plurality of sensors are arranged at a distance from one another. From the ratio of the measured signal strengths at the individual sensors, the mathematical methods that can be automated by data technology are used to deduce the impact position of the light beam that causes the luminescence on the surface.
  • pin 1 and sleeve 4 are designed as in the example shown by the user detachable components, so this opens the possibility to work with different pins according to the invention.
  • the transmitted and to be detected light can be frequency-modulated and from the measurement result can be filtered after the respective modulation.
  • the disturbing effect of background light can be suppressed and you can " with very low luminous intensity of the LED find the Aus GmbH.
  • the color substance emitted by the writing instrument and the light to be detected should be adjusted to such an extent that the light is not absorbed too much by the coloring matter.
  • the light emission can be switched on or off either by pressing a button or pressing a switch and / or it can be turned on by a pressure sensor when placing the writing tip 1.1 on a writing surface and off by lifting the writing surface.
  • a conventional light-emitting diode or a laser diode can be used. From the laser diode is advantageous that the emitted light is within an extremely narrow spectral range, while having a very high intensity and is easy to focus. Using a conventional light-emitting diode has the advantages of lower costs and the possibility of lower energy consumption.
  • the light guiding device does not necessarily need to be an optical fiber 3. It is also possible to guide the light through a tube, which is provided at least at the corners, but better on the entire inner surface with reflectors for the light spectrum of interest.

Abstract

The invention relates to a writing device and to a method for operating said writing device. The writing device is to be guided by a person, typically manually, and comprises a writing tip, which upon contact with a writing surface can emit a colored substance thereon, wherein the writing device is equipped with a light-emitting diode, which couples light into a light guide apparatus, and wherein the light exiting at the second end of the light guide device shines on the writing surface. The light beam exiting the light guide apparatus (3) at the writing surface end (3.1) is directed at the point of the writing tip (1.1) of the writing device (1) which is in contact with the writing surface (2) during writing.

Description

Schreibgerät und Verfahren zum. Betrieb eines SchreibgerätesWriting instrument and method for. Operation of a writing instrument
Die Erfindung betrifft ein von einem Benutzer, typischerweise von Hand, auf einer Schreibfläche zu führendes Schreibgerät an dessen Schreibspitze Licht emittiert wird, sowie ein Verfahren zum Digitalisieren einer handschriftlichen Darstellung unter Anwendung eines derartigen Schreibgerätes.The invention relates to a writing device to be guided by a user, typically by hand, on a writing surface at the writing tip thereof, and a method for digitizing a handwritten representation using such a writing device.
In den Schriften GB 2212449 A, US 2663791 A, US 2811632 A, US 3303337 A, US 4890204 A, US 4964024 A, US 5143465 A, US 6164856 A, US 7044672 B2 und US 7093950 B2 werden Schreibgeräte, typischerweise Kugelschreiber gezeigt, bei denen der vordere Gehäusebereich welcher die Schreibspitze der Miene umfasst und hält, aus einem lichtdurchlässigen Material besteht. Weiter hinten ist in dem Schreibgerät eine Lichtquelle, typischerweise eine Leuchtdiode angebracht, welche von ebenfalls in dem Schreibgerät angeordneten Batterien mit Strom versorgt wird. Die Lichtquelle strahlt durch den lichtdurchlässigen Vorderteil hindurch und beleuchtet somit den Schreibflächenbereich um die Schreibspitze herum. Derartige Stifte sehen interessant aus und man kann damit gut auch an ansonsten dunklen Orten schreiben. Für ein automatisiertes Erkennen und elektronisches Aufzeichnen des Geschriebenen an Hand der durch optische Sensorik detektierten Bewegung des beleuchteten Bereiches ist der beleuchtete Bereich zu groß und sind seine Konturen zu unklar.Writing instruments, typically ballpoint pens, are incorporated in GB 2212449 A, US 2663791 A, US 2811632 A, US 3303337 A, US 4890204 A, US 4964024 A, US 5143465 A, US 6164856 A, US 7044672 B2 and US 7093950 B2 which the front housing portion which includes and holds the writing tip of the face, consists of a translucent material. Further back in the writing instrument, a light source, typically a light emitting diode mounted, which is powered by also arranged in the writing instrument batteries with power. The light source radiates through the translucent front part and thus illuminates the writing surface area around the writing tip. Such pens look interesting and you can write well in otherwise dark places. For automated recognition and electronic recording of the writing on the basis of the movement of the illuminated area detected by optical sensors, the illuminated area is too large and its contours too unclear.
Die WO 2003 096 321 Al zeigt ein von Hand auf einer Schreibfläche zu führendes Schreibgerät bei welchem am Bereich um die Schreibspitze herum sowohl eine Lichtquelle angebracht ist, als auch eine kleine Kamera, welche in rascher zeitlicher Folge den beleuchteten Schreibflächenbereich fotografiert. Eine im Schreibgerät angebrachte Recheneinheit schließt durch Bildanalyse auf die Bewegung des Schreibgerätes und damit auf den gefahrenen Schriftzug. Die diesbezügliche Information wird im Schreibgerät gespeichert und kann an andere Datenverarbeitungsgeräte übertragen werden. Vorteilhaft an dem Verfahren und dem Schreibgerät ist, dass bei leistungsfähiger Software damit Schrift von nahezu jeder beliebigen Oberfläche aufgenommen werden kann. Nachteilig sind die hohen Kosten und die klobige Bauform des Schreibgerätes.WO 2003 096 321 A1 shows a writing instrument to be guided by hand on a writing surface, in which a light source is attached to the area around the writing tip as well as a small camera, which photographs the illuminated writing surface area in rapid succession. An arithmetic unit mounted in the writing instrument concludes by image analysis on the movement of the writing instrument and thus on the driven lettering. The relevant information is in the writing instrument stored and can be transferred to other data processing equipment. An advantage of the method and the writing instrument is that with powerful software so that writing can be taken from almost any surface. The disadvantages are the high costs and the bulky design of the writing instrument.
Die EP 1 416 740 A2 zeigt ein dazu verwandtes, von Hand zu führendes Scangerät, welches auch eine herkömmliche Schreibspitze aufweist, wobei ein Bereich der Schreibfläche, welcher zur Schreibspitze in einem Abstand angeordnet ist, mit einem in seiner Richtung oszillierend abgelenkten Laserstrahl beleuchtet wird. In dazu koordinierter, zeitlich rascher Folge werden die auf der Schreibfläche entstehenden Bilder durch eine Kamera abgetastet. Mit Mitteln der Bildverarbeitung kann wiederum auf die Bewegung der Schreibspitze rück geschlossen werden. Das Licht stammt von einer Laserdiode und es wird über eine Lichtleitfaser zur Emissionsstelle am Schreibgerät geleitet. Vor- und Nachteile des Verfahrens sind etwa die gleichen wie bei der WO 2003 096 321 Al.EP 1 416 740 A2 shows a related hand-held scanning device, which also has a conventional writing tip, wherein a portion of the writing surface which is spaced from the writing tip is illuminated with a laser beam deflected in an oscillating manner in its direction. In a co-ordinated, temporally rapid sequence, the images on the writing surface are scanned by a camera. By means of image processing, in turn, the movement of the writing tip can be inferred. The light comes from a laser diode and it is passed through an optical fiber to the emission point on the writing instrument. Advantages and disadvantages of the method are approximately the same as in WO 2003 096 321 Al.
Die US 5307253 A und die US 5335150 A zeigen von Hand zu führende Schreibgeräte, in welchen ein Laserpointer angeordnet ist dessen Lichtstrahl in einem kleinen Abstand zur Schreibspitze an dem Endbereich austritt an welchem sich auch die Schreibspitze befindet und parallel zur Längsrichtung des Schreibgerätes verläuft. Außer dass die Teile für die Schreibfunktion und die Laserpointerfunktion in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, haben diese beiden Funktionen nichts miteinander zu tun.The US 5307253 A and US 5335150 A show hand-held writing instruments in which a laser pointer is arranged whose light beam exits at a small distance from the writing tip at the end region at which the writing tip is located and parallel to the longitudinal direction of the writing instrument. Except that the parts for the writing function and the laser pointer function are arranged in a common housing, these two functions have nothing to do with each other.
Die JP 2170193 A beschreibt ein Verfahren, wonach mittels einer Infrarotlichtguelle auf einer Projektionsfläche ein Infrarot- Lichtpunkt erzeugt wird, die Lage dieses Lichtpunktes durch eine Infrarot-Kamera erfasst wird und der betreffende Punkt durch einen von einer EDV-Anlage über den von ihr angesteuerten Projektor durch einen sichtbaren Markierungspunkt angezeigt wird. Der Markierungspunkt kann z.B. als Bearbeitungsmarkierung in der Textverarbeitung verwendet werden. Für das direkte Eingeben von Text durch Bewegen der Markierung als Schriftzug ist das Verfahren nicht geeignet.JP 2170193 A describes a method according to which an infrared light spot is generated on a projection surface by means of an infrared light source, the position of this light spot is detected by an infrared camera and the relevant point is controlled by a computer system via the one it controls Projector is indicated by a visible marker. The marking point can be used eg as a processing mark in the word processor. The method is not suitable for directly entering text by moving the marking as a lettering.
Um das automatische Erkennen des Geschriebenen mittels optischer Sensoren und automatisierten datentechnischer Auswertung zu vereinfachen, sah sich der Erfinder vor die Aufgabe gestellt, ein Schreibgerät, welches von Hand führbar ist und eine Schreibspitze aufweist, die bei Kontakt mit einer Schreibfläche auf dieser eine Farbsubstanz abgeben kann, so mit einer Leuchteinrichtung auszustatten, dass durch die Leuchteinrichtung nur im ganz unmittelbaren Nahbereich des Berührungspunktes der Schreibspitze an der Schreibfläche ein Lichtfleck auf der Schreibfläche erzeugt wird.In order to simplify the automatic recognition of the written by means of optical sensors and automated data analysis, the inventor found himself faced with the task of a writing instrument, which is feasible by hand and has a writing tip that can deliver a color substance on contact with a writing surface on this to equip so with a lighting device that a light spot on the writing surface is generated by the lighting device only in the very immediate vicinity of the point of contact of the writing tip on the writing surface.
Zum Lösen der Aufgabe wird ein Schreibgerät vorgesehen, das mit einer Leuchtdiode als Lichtquelle ausgestattet ist, wobei Licht von der Leuchtdiode in eine Lichtleitvorrichtung eingekoppelt wird und durch diese in den Nahbereich der Schreibspitze geleitet und dort wieder ausgekoppelt wird und zwar so, dass das austretende Lichtbündel auf jenen Punkt der Schreibspitze des Schreibgerätes hin gerichtet ist, welcher bei einem Schreibvorgang mit der Schreibfläche in Kontakt steht.To solve the problem, a writing instrument is provided, which is equipped with a light emitting diode as a light source, wherein light from the light emitting diode is coupled into a light guide and passed through this in the vicinity of the writing tip and there is coupled out again in such a way that the exiting light beam is directed to that point of the writing tip of the writing instrument which is in contact with the writing surface in a write operation.
Weiters wird ein Verfahren unter Anwendung dieses Schreibgerätes vorgeschlagen. Dabei wird die die jeweilige Position des Lichtpunktes an einer als optischer Positionsdetektor ausgebildeten, lichtempfindlichen Schreibfläche detektiert. Zeitlich aufeinander folgende Detektionsergebnisse werden digitalisiert und gespeichert.Furthermore, a method using this writing instrument is proposed. In this case, the respective position of the light spot is detected on a light-sensitive writing surface designed as an optical position detector. Time sequential detection results are digitized and stored.
Die Erfindung wird an Hand von zwei Zeichnungen, in denen eine beispielhafte Ausführungsform skizziert ist, veranschaulicht. Fig. 1: zeigt ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Schreibgerät in einer seitlichen TeilschnittansichtThe invention will be illustrated with reference to two drawings, in which an exemplary embodiment is outlined. Fig. 1: shows an exemplary writing instrument according to the invention in a partial side sectional view
Fig. 2: zeigt einen Ausschnitt von Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.Fig. 2: shows a detail of Fig. 1 in an enlarged scale.
Der Stift 1 kann beispielsweise ein herkömmlicher Kugelschreiber oder Filzstift oder eine herkömmliche Kugelschreibermiene oder ein ähnliches Schreibutensil sein. Am Kontaktpunkt der Schreibspitze 1.2 des Stiftes mit einer Schreibunterlage 2 gibt der Stift Farbsubstanz an die Schreibunterlage 2 ab.The pen 1 may be, for example, a conventional pen or felt-tip pen or a conventional ballpoint pen or similar writing utensil. At the contact point of the writing tip 1.2 of the pen with a writing pad 2, the pen color substance to the writing pad 2 from.
Die Mantelfläche des Stiftes 1 ist durch eine, die Funktion eines Gehäuses einnehmende Hülse 4 umfasst und gehalten. Die Hülse 4 hat etwa die Form eines schlanken Rohrstückes. Zumindest an der Schreibspitze des Stiftes ist die Hülse 4 offen, sodass die Schreibspitze mit der Schreibfläche in Kontakt gebracht werden kann .The lateral surface of the pin 1 is surrounded by a, the function of a housing engaging sleeve 4 and held. The sleeve 4 has approximately the shape of a slender pipe section. At least at the writing tip of the pen, the sleeve 4 is open, so that the writing tip can be brought into contact with the writing surface.
An dem von der Schreibspitze des Stiftes abgewandten Endbereich der Hülse 4 sind eine Leuchtdiode 5 und eine diese mit elektrischer Energie versorgende Batterie 6 angebracht.At the end of the sleeve 4 facing away from the writing tip of the pin, a light-emitting diode 5 and a battery 6 which supplies them with electrical energy are attached.
Eine Lichtleitfaser 3 verläuft in der Hülse neben dem Stift 1 von der Leuchtdiode 5 bis an die Schreibspitze 1.1 des Stiftes. Von der Leuchtdiode 5 wird in ein Ende der Lichtleitfaser eingekoppelt. Am anderen, schreibspitzenseitigen Ende 3.1 der Lichtleitfaser tritt Licht wieder aus.An optical fiber 3 extends in the sleeve next to the pin 1 of the light emitting diode 5 to the writing tip 1.1 of the pin. From the light emitting diode 5 is coupled into one end of the optical fiber. At the other, write tip side end 3.1 of the optical fiber emerges light again.
Es ist wichtig, dass das aus dem Ende 3.1 austretende Licht möglichst direkt an dem Berührungspunkt der Schreibspitze 1.1 mit der Schreibunterlage 2 an der Schreibunterlage einen möglichst kleinen, gegenüber den umgebenden Flächenbereichen scharf abgegrenzten Leuchtfleck 3.2 erzeugt.It is important that the emerging from the end of 3.1 light as directly as possible at the point of contact of the writing tip 1.1 with the writing pad 2 on the writing pad a small, compared to the surrounding surface areas sharply demarcated light spot 3.2 generates.
Dazu sollte der zum Ende 3.1 hin auslaufende Längsbereich der Lichtleitfaser genau auf den Berührungspunkt der Schreibspitze 1.1 mit der Schreibunterlage hin gerichtet sein und entweder das Ende 3.1 der Lichtleitfaser 3 ganz nahe an diesem angeordnet sein oder mit optischen Mitteln versehen sein, welche das aus diesem Ende austretende Lichtbündel zu diesem Berührungspunkt hin fokussieren.For this purpose, the longitudinal region of the optical fiber, which terminates towards the end 3.1, should be exactly at the contact point of the writing tip 1.1 be directed towards the writing pad and either the end 3.1 of the optical fiber 3 to be arranged very close to this or be provided with optical means which focus the emerging from this end light beam to this point of contact.
Durch Verfolgen des Lichtpunkts an der Schreibfläche mittels optischer Verfahren kann somit einfach digitalisiert werden, welchen Weg die Schreibspitze des Stiftes zurücklegt und somit was mittels der Schreibspitze geschrieben oder gezeichnet wird.By following the light spot on the writing surface by means of optical methods, it is thus possible to easily digitize which path the writing tip of the pencil travels and thus what is written or drawn by means of the writing tip.
Das Verfolgen des Lichtpunktes geht besonders einfach, wenn die Schreibfläche (2) eine Detektorfolie ist, welche lichtempfindlich ist, die Position des Lichtpunktes misst und das Messergebnis zu einer EDV-Anlage weiterleitet, in welcher die Informationen gespeichert und bearbeitet werden können. An Stelle jeweils eines ganzen Bildes, sind als zeitlich aufeinander folgende Messergebnisse nur jeweils eine kleine Anzahl von aneinander liegenden XY-Koordinatenpaaren, idealerweise nur jeweils ein einziges XY-Koordinatenpaar zu übertragen und zu verarbeiten.The tracking of the light spot is particularly simple if the writing surface (2) is a detector film which is photosensitive, measures the position of the light spot and forwards the measurement result to a computer system in which the information can be stored and processed. Instead of one complete image in each case, only a small number of adjoining XY coordinate pairs, ideally only one XY coordinate pair each, are to be transmitted and processed as temporally successive measurement results.
In Verbindung damit, dass die Schreibfläche auch als optisches Wiedergabegerät für eine EDV-Anlage, also entweder als Bildschirm oder als von einem Projektor angestrahlte Projektionswand verwendet wird, kann auch darauf verzichtet werden, dass das Schreibgerät selbst Farbsubstanz abgibt. Stattdessen kann Schrift an der Schreibfläche einfach als von der EDV-Anlage ausgegebenes Bild dargestellt werden.In connection with the fact that the writing surface is also used as an optical reproduction device for a computer system, that is, either as a screen or as a projection screen illuminated by a projector, it can also be dispensed with that the writing instrument itself emits color substance. Instead, writing on the writing surface can simply be displayed as an image output from the computer system.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schreibfläche ein auf organischen Halbleitern basierender optischer Positionsdetektor für einen auf auftreffenden Lichtpunkt.In an advantageous embodiment, the writing surface is an organic semiconductor based optical position detector for an incident light spot.
Für derartige optische Positionsdetektoren sind vor allem zwei Prinzipien zu nennen, wobei der Positionsdetektor bei allen Bauweisen aus mehreren übereinander angeordneten Schichten flächig aufgebaut ist: Gemäß einem ersten Prinzip ist auf einem Substrat aus Glas oder einem biegsamen organischen Material eine erste, flächige Elektrode angeordnet, welche innerhalb ihres Stromkreises einen signifikant hohen ohmschen Widerstand aufweist. Auf diese folgt eine Schicht aus organischen photoaktiven Materialien1 innerhalb deren eine Donator- und eine Akzeptorschicht aneinander anliegen. Auf diese Schicht folgt wiederum eine flächige Elektrode, welche allerdings einen niedrigen ohmschen Widerstand aufweist. An ihrem Rand sind die photoaktiven Materialen mit mehreren, punkt- oder linienartig ausgebildeten, voneinander beabstandeten Anschlusselektroden versehen. Trifft ein gebündelter Lichtstrahl mit passendem Wellenspektrum auf einen Punkt der Schicht aus photoaktiven Materialen so fließt ein Strom durch die einzelnen Anschlusselektroden. Aus der Größe des Stromes in den einzelnen Anschlusselektroden kann auf ihre Nähe zum Auftreffpunkt des Lichtstrahls geschlossen werden und damit der Auftreffpunkt des Lichtstrahles durch eine Art Triangulation errechnet werden.For such optical position detectors are mainly two principles to call, the position detector is constructed flat in all constructions of several superimposed layers: According to a first principle, a first, planar electrode is arranged on a substrate made of glass or a flexible organic material, which has a significantly high ohmic resistance within its circuit. This is followed by a layer of organic photoactive materials 1 within which a donor and an acceptor layer abut each other. This layer is again followed by a planar electrode, which, however, has a low ohmic resistance. At its edge, the photoactive materials with a plurality of point or line-like, spaced apart terminal electrodes are provided. When a collimated light beam with a matching wave spectrum hits a point on the layer of photoactive materials, a current flows through the individual connection electrodes. From the size of the current in the individual terminal electrodes can be closed to their proximity to the point of impact of the light beam and thus the impact point of the light beam can be calculated by a kind of triangulation.
Gemäß einem zweiten Prinzip ist auf einem Substrat eine erste, schlecht leitfähige flächige Elektrode angebracht, dann eine photoaktive organische Halbleiterschicht und dann wiederum eine schlecht leitfähige Elektrode. Die beiderseits der photoaktiven organischen Halbleiterschicht angeordneten, schlecht leitfähigen, flächigen Elektroden sind durch jeweils zwei gegenüberliegende, sich über eine ganze Elektrodenseite erstreckenden Anschlussteile elektrisch mit einem äußeren Stromkreis verbindbar. Die Verbindungslinie zwischen zwei Anschlussteilen einer Elektrode liegt dabei normal zur Verbindungslinie zwischen den beiden Anschlussteilen der zweiten Elektrode. Damit ist die Stromaufteilung zwischen den beiden Anschlussteilen einer Elektrode jeweils genau einer Richtungskomponente der Entfernung des Auftreffpunktes eines Lichtstrahles auf der Detektorfläche zuordenbar . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Bauweise ist der die Schreibfläche bildende optische Positionsdetektor ein flächiger Lichtwellenleiter, in welchen photolumineszente Partikel integriert sind und welcher an einer Seite eine Mehrzahl von verteilt angeordneten, kleinflächigen photoelektrischen Sensoren aufweist, welche im Stande sind, Licht aus der Wellenleitermode im Lichtwellenleiter auszukoppeln und zu detektieren, sodass in Abhängigkeit von der Intensität des an der jeweiligen Stelle ausgekoppelten Lichtes ein elektrisches Signal generiert wird.According to a second principle, a first, poorly conductive planar electrode is applied to a substrate, then a photoactive organic semiconductor layer and then again a poorly conductive electrode. The poorly conductive, planar electrodes arranged on both sides of the photoactive organic semiconductor layer can be electrically connected to an external circuit by means of two opposing connecting parts extending over a whole electrode side. The connecting line between two connection parts of an electrode is normal to the connecting line between the two connection parts of the second electrode. Thus, the current distribution between the two connection parts of an electrode can be assigned to exactly one directional component of the distance of the point of impact of a light beam on the detector surface. According to a further advantageous construction, the optical position detector forming the writing surface is a planar optical waveguide in which photoluminescent particles are integrated and which has on one side a plurality of distributed, small-area photoelectric sensors which are able to extract light from the waveguide mode in the optical waveguide and to detect, so that in dependence on the intensity of the light coupled out at the respective location, an electrical signal is generated.
Durch die photolumineszenten Partikel, beispielsweise sind dies Farbstoffmoleküle oder Halbleiternanopartikel, wird von außen auftreffendes Licht in gestreutes Licht mit längerer Wellenlänge umgewandelt. Dieses Licht wird großteils in den Wellenleiter eingekoppelt und breitet sich darin (unter Reflexion an den Grenzschichten) aus. Da sich das Licht im Wellenleiter ausbreitet und die Lichtführung im Wellenleiter mit Verlusten behaftet ist, nimmt die Lichtintensität im Wellenleiter mit der Entfernung von der Emissionsquelle des Lichtes, also dem Auftreffpunkt des äußeren Lichtstrahles und damit dem Punkt an welchem die Lumineszenz stattfindet, ab und damit auch das an den jeweiligen Sensoren erzeugte elektrische Signal. Am Lichtwellenleiter sind in einem Abstand zueinander mehrere Sensoren angeordnet. Aus dem Verhältnis der gemessenen Signalstärken an den einzelnen Sensoren wird mit datentechnisch automatisierbaren mathematischen Methoden auf die Auftreffposition des die Lumineszenz auslösenden Lichtstrahls auf der Fläche rückgeschlossen.By the photoluminescent particles, for example, these are dye molecules or semiconductor nanoparticles, external light is converted into scattered light with a longer wavelength. This light is largely coupled into the waveguide and spreads out (with reflection at the boundary layers). Since the light propagates in the waveguide and the light guide in the waveguide is subject to losses, the light intensity in the waveguide decreases with the distance from the emission source of the light, ie the point of impact of the outer light beam and thus the point at which the luminescence takes place also the electrical signal generated at the respective sensors. At the optical waveguide, a plurality of sensors are arranged at a distance from one another. From the ratio of the measured signal strengths at the individual sensors, the mathematical methods that can be automated by data technology are used to deduce the impact position of the light beam that causes the luminescence on the surface.
Wenn Stift 1 und Hülse 4 wie im dargestellten Beispiel als durch den Bediener voneinander lösbare Bauteile ausgeführt sind, so eröffnet dies die Möglichkeit mit unterschiedlichen Stiften entsprechend der Erfindung zu arbeiten. Innerhalb des Erfindungsgedankens ist es ist aber natürlich auch möglich, Leuchtdiode, Batterie und Lichtleitfaser direkt am Stift 1 anzuordnen. Für das Digitalisierungsverfahren kann das übertragene und zu detektierende Licht frequenzmoduliert sein und aus dem Messergebnis kann nach der betreffenden Modulation gefiltert werden. Damit kann die störende Wirkung von Hintergrundlicht unterdrückt werden und man kann" mit sehr geringen Leuchtstärken der Leuchtdiode das Auslangen finden.If pin 1 and sleeve 4 are designed as in the example shown by the user detachable components, so this opens the possibility to work with different pins according to the invention. Within the concept of the invention, it is of course also possible to arrange light-emitting diode, battery and optical fiber directly on the pin 1. For the digitization method, the transmitted and to be detected light can be frequency-modulated and from the measurement result can be filtered after the respective modulation. Thus, the disturbing effect of background light can be suppressed and you can " with very low luminous intensity of the LED find the Auslangen.
Die vom Schreibgerät abgegebene Farbsubstanz und das verwendete, zu detektierende Licht, sollten so weit aufeinander abgestimmt sein, dass das Licht nicht zu sehr durch die Farbsubstanz absorbiert wird.The color substance emitted by the writing instrument and the light to be detected should be adjusted to such an extent that the light is not absorbed too much by the coloring matter.
Die Lichtemission kann entweder durch Drücken einer Taste oder Betätigen eines Schalters ein- bzw. ausgeschaltet werden und/oder sie kann durch einen Drucksensor beim Aufsetzen der Schreibspitze 1.1 auf eine Schreibfläche eingeschaltet werden und durch Abheben von der Schreibfläche ausgeschaltet werden.The light emission can be switched on or off either by pressing a button or pressing a switch and / or it can be turned on by a pressure sensor when placing the writing tip 1.1 on a writing surface and off by lifting the writing surface.
Es ist auch möglich und sinnvoll, kurzzeitiges Aus- und/oder Einschalten der Lichtquelle so wie das Klicken mit den Tasten einer herkömmlichen Computermaus oder wie das Drücken der Entertaste einer Tastatur, als Steuersignal für die EDV-Anlage zu verwenden.It is also possible and useful to use short-term switching off and / or on the light source as the clicking with the keys of a conventional computer mouse or as pressing the enter key of a keyboard, as a control signal for the computer system.
Indem man Licht an weiteren Stellen als an der Schreibspitze aus dem Lichtleiter auskoppelt, kann man optisch vorteilhafte Effekte erzielen und auch eine Funktionsanzeige einrichten.By decoupling light at locations other than at the writing tip of the light guide, you can achieve visually beneficial effects and set up a function display.
Für die Leuchtdiode 5 kann eine herkömmliche Lumineszenzdiode oder eine Laserdiode verwendet werden. Ab der Laserdiode ist vorteilhaft, dass das emittierte Licht innerhalb eines extrem engen Spektralbereiches liegt, und dabei eine sehr hohe Intensität aufweist und gut zu fokussieren ist. Bei Anwendung einer herkömmlichen Lumineszenzdiode hat man als Vorteile geringere Kosten und die Möglichkeit eines niedrigeren Energieverbrauchs . Die Lichtleitvorrichtung braucht nicht notwendigerweise eine Lichtleitfaser 3 zu sein. Es ist auch möglich, das Licht durch eine Röhre zu leiten, welche zumindest an den Eckpunkten, besser aber an der gesamten Innenmantelfläche mit Reflektoren für das interessierende Lichtspektrum versehen ist.For the light-emitting diode 5, a conventional light-emitting diode or a laser diode can be used. From the laser diode is advantageous that the emitted light is within an extremely narrow spectral range, while having a very high intensity and is easy to focus. Using a conventional light-emitting diode has the advantages of lower costs and the possibility of lower energy consumption. The light guiding device does not necessarily need to be an optical fiber 3. It is also possible to guide the light through a tube, which is provided at least at the corners, but better on the entire inner surface with reflectors for the light spectrum of interest.
Vor allem dann, wenn das Ende 3.1 der Lichtleitvorrichtung 3 ganz nah am Berührungspunkt der Schreibspitze 1.1 mit der Schreibfläche 2 angeordnet ist, ist es sinnvoll, den schreibspitzenseitigen Endbereich der Hülse 4 bzw. des Stiftes 1 nicht rotationssymmetrisch auszuführen, sondern an der, der Lichtleitvorrichtung abgewandten Seite 4.1 etwas verkürzt, sodass trotz der nahe an die Schreibspitze herangeführten Lichtleitvorrichtung gut mit einem gegenüber der Schreibfläche schräg ausgerichteten Stift gearbeitet werden kann. (Fig. 2) . Especially when the end 3.1 of the light guide 3 is located very close to the point of contact of the writing tip 1.1 with the writing surface 2, it makes sense not rotationally symmetrical perform the writing tip side end portion of the sleeve 4 and the pin 1, but at the, the light guide 4.1 side somewhat shortened, so that despite the brought up close to the writing tip light guide can be used well with a relation to the writing surface obliquely oriented pin. (Figure 2).

Claims

Patentansprüche claims
1. Von einem Benutzer zu führendes Schreibgerät, welches eine Schreibspitze aufweist, die bei Kontakt mit einer Schreibfläche auf diese Farbsubstanz abgeben kann, wobei am Schreibgerät eine Leuchtdiode angeordnet ist, welche Licht in eine Lichtleitvorrichtung einkoppelt und wobei das am zweiten Ende der Lichtleitvorrichtung heraustretende Licht auf die Schreibfläche auftrifft, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Lichtleitvorrichtung am schreibflächenseitigen Ende austretende Lichtbündel auf jenen Punkt der Schreibspitze (1.1) des Schreibgerätes (1) hin gerichtet ist, welcher bei einem Schreibvorgang mit der Schreibfläche (2) in Kontakt steht.1. From a user to leading writing instrument, which has a writing tip, which can deliver on contact with a writing surface on this color substance, wherein the writing instrument a light emitting diode is arranged, which couples light into a light guide and wherein the emerging at the second end of the light guide light impinging on the writing surface, characterized in that the light beam emerging from the light guide at the writing surface end end is directed to that point of the writing tip (1.1) of the writing instrument (1), which is in contact with the writing surface (2) in a writing operation.
2. Schreibgerät, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitvorrichtung eine Lichtleitfaser (3) ist.2. writing instrument, according to claim 1, characterized in that the light-guiding device is an optical fiber (3).
3. Schreibgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitvorrichtung eine Röhre mit verspiegelten Wandbereichen ist.3. Writing implement according to claim 1, characterized in that the light-guiding device is a tube with mirrored wall regions.
4. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zum schreibflächenseitigen Ende (3.1) hin auslaufende Längsbereich der Lichtleitvorrichtung (3) genau auf jenen Punkt der Schreibspitze (1.1) hin gerichtet ist, welcher bei einem Schreibvorgang mit der Schreibfläche (2) in Kontakt steht.4. Writing implement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the writing surface end (3.1) running out longitudinal portion of the light guide (3) is directed precisely to that point of the writing tip (1.1) out, which in a write operation with the writing surface (2) is in contact.
5. Schreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am schreibflächenseitigen Ende der Lichtleitvorrichtung optische Mittel angeordnet sind, welche zur Fokussierung des aus der Lichtleitvorrichtung austretenden Lichtbündels auf besagten Berührungspunkt der Schreibspitze (1.1) hin geeignet sind.5. Writing implement according to one of claims 1 to 4, characterized in that optical means are arranged at the writing surface side end of the light guide, which for focusing the light from the device emerging light beam on said point of contact of the writing tip (1.1) are suitable.
6. Schreibgerät nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einen herkömmlichen Stift (1) und einer Hülse (4) besteht, welche Leuchtdiode (5) und Lichtleitvorrichtung (3) trägt und dass Stift (1) und Hülse6. Writing implement according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of a conventional pin (1) and a sleeve (4) which carries light-emitting diode (5) and light guide device (3) and that pin (1) and sleeve
(4) miteinander lösbar verbindbar sind.(4) are detachably connectable to each other.
7. Schreibgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4) am schreibspitzenseitigen Endbereich an der, der Lichtleitvorrichtung (3) abgewandten Mantelflächenseite (4.1) gegenüber der Mantelflächenseite an der die7. Writing implement according to claim 6, characterized in that the sleeve (4) on the writing tip side end region on the, the light guide device (3) facing away from lateral surface side (4.1) relative to the lateral surface side of the
Lichtleitvorrichtung angeordnet ist, verkürzt ausgeführt ist.Light guide is arranged shortened.
8. Schreibgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemission durch Aufsetzen der Schreibspitze (1.1) auf eine Schreibfläche auslösbar ist.8. Writing implement according to one of the preceding claims, characterized in that the light emission can be triggered by placing the writing tip (1.1) on a writing surface.
9. Schreibgerät nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Licht an einer weiteren Stelle als dem schreibspitzenseitigen Ende (3.1) der Lichtleitvorrichtung (3) auskoppelbar und einer Funktionsanzeige des Schreibgerätes zuführbar ist.9. Writing implement according to one of the preceding claims, characterized in that light at a further point than the write tip side end (3.1) of the light guide (3) auskoppelbar and a function display of the writing instrument can be fed.
10. Verfahren zum Digitalisieren einer handschriftlichen Darstellung auf einer Schreibfläche mit Hilfe eines Schreibgerätes, welches von Hand zu führen ist und einerseits eine Spitze aufweist, die beim Schreibvorgang an einer Schreibfläche anliegt und an dieser bewegt wird, andererseits auch eine Leuchtdiode, welche Licht in eine Lichtleitvorrichtung einkoppelt, wobei das am zweiten Ende der Lichtleitvorrichtung heraustretende Licht auf die Schreibfläche auftrifft, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Lichtleitvorrichtung (3) am schreibflächenseitigen Ende (3.1) austretende Lichtbündel auf jenen Punkt der Schreibspitze (1.1) des Schreibgerätes (1) hin gerichtet wird, welcher bei einem Schreibvorgang mit der Schreibfläche (2) in Kontakt steht, dass mit einem optischen Detektionsverfahren die jeweilige Position des Lichtpunktes (3.2) an der Schreibfläche (2) detektiert wird und dass zeitlich aufeinander folgende Detektionsergebnisse digitalisiert und gespeichert werden.10. A method for digitizing a handwritten presentation on a writing surface by means of a writing instrument, which is to be guided by hand and on the one hand has a tip which rests during writing to a writing surface and is moved to this, on the other hand, a light emitting diode, which light in a Coupled light guiding device, wherein the emerging at the second end of the light guide light impinges on the writing surface, characterized in that the light beam emerging from the light guide device (3) at the writing surface end (3.1) is directed towards the point of the writing tip (1.1) of the writing instrument (1) which is in contact with the writing surface (2) during a writing operation, in that the respective position of the light spot (3.2) on the writing surface (2) is detected with an optical detection method and that temporally successive detection results are digitized and stored.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Position des Lichtpunktes (3.2) an der Schreibfläche (2) detektiert wird indem die Schreibfläche selbst als flächiger optischer Positionsdetektor ausgebildet ist und ihre zeitlich aufeinander folgenden Detektionsergebnisse an einen Datenverarbeitungsanlage weiter geleitet werden.11. The method according to claim 10, characterized in that the respective position of the light spot (3.2) on the writing surface (2) is detected by the writing surface itself is designed as a planar optical position detector and their temporally successive detection results are forwarded to a data processing system.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion des Lichtpunktes (3.2) auf der Schreibfläche (2) mittels einer lichtempfindlichen Detektorfolie erfolgt.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the detection of the light spot (3.2) on the writing surface (2) takes place by means of a photosensitive detector film.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige optische Positionsdetektor eine flächige organische photosensitive Halbleiterschicht aufweist, welche über eine solche flächige Elektrode angeschlossen ist, die innerhalb ihres Stromkreises einen signifikant hohen elektrischen Widerstand aufweist, dass eine einzelne derartige flächige Elektrode mit mehreren Anschlusspunkten versehen ist und/oder dass mehrere derartige flächigen Elektroden an verschiedenen Seiten der organischen photosensitiven Halbleiterschicht anliegen und jeweils separate Anschlusspunkte aufweisen und dass die Position des auftreffenden Lichtpunktes aus den Höhen der Stromstärken an einzelnen Anschlussstellen errechnet wird.13. The method according to claim 11 or claim 12, characterized in that the planar optical position detector comprises a planar organic photosensitive semiconductor layer which is connected via such a planar electrode having a significantly high electrical resistance within its circuit that a single such planar Electrode is provided with a plurality of connection points and / or that a plurality of such planar electrodes abut on different sides of the organic photosensitive semiconductor layer and respectively have separate connection points and that the position of the incident light spot is calculated from the heights of the currents at individual connection points.
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige optische Positionsdetektor einen flächigen Lichtwellenleiter aufweist, in welchen photolumineszente Partikel integriert sind und welcher an einer Seite eine Mehrzahl von verteilt angeordneten, kleinflächigen photoelektrischen Sensoren aufweist, welche im Stande sind, Licht aus der Wellenleitermode im Lichtwellenleiter auszukoppeln und zu detektieren und dass aus den Signalstärken der von diesen kleinflächigen photoelektrischen Sensoren generierten Signale die Position des auftreffenden Lichtpunktes errechnet wird.14. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the planar optical position detector comprises a planar optical waveguide in which photoluminescent particles are integrated and which has on one side a plurality of distributed arranged, small-area photoelectric sensors, which are capable of light from the waveguide mode in the optical waveguide decouple and detect and that the position of the incident light spot is calculated from the signal strengths of the signals generated by these small-area photoelectric sensors.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zu detektierende, vom dem Schreibgerät abgegebene Licht frequenzmoduliert ist und dass im Ergebnis der Lichtdetektion nach dieser Modulation gefiltert wird.15. The method according to any one of claims 10 to 14, characterized in that the light to be detected, emitted from the writing instrument is frequency-modulated and that is filtered as a result of the light detection after this modulation.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schreibfläche (2) auch als optische Ausgabefläche für eine EDV-Anlage verwendet wird und dass die Spur des durch das Schreibgerät hervorgerufenen Lichtpunktes an dieser Fläche durch die EDV-Anlage erfasst und an dieser Fläche ausgegeben wird. 16. The method according to any one of claims 10 to 15, characterized in that the writing surface (2) is also used as an optical output surface for a computer system and that detects the trace of caused by the writing instrument light spot on this surface by the computer system and is spent on this surface.
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