DE102005015846A1

DE102005015846A1 - Optische Erfassungseinrichtung, insbesondere optischer Stift

Info

Publication number: DE102005015846A1
Application number: DE102005015846A
Authority: DE
Inventors: Shui Chuan Chiang; Shih Yuan Chang
Original assignee: Aiptek International Inc
Current assignee: Aiptek International Inc
Priority date: 2005-01-10
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-08-10
Also published as: GB2422043A; GB2422043B; TWI269995B; JP2006195928A; US7273174B2; TW200625149A; GB0505650D0; US20060151610A1; FR2880701A1

Abstract

Es wird eine optische Erfassungseinrichtung, insbesondere ein optischer Stift, umfassend einen Schaft, eine Stiftspitze, eine Lichtquelle und einen optischen Sensor vorgeschlagen. Der Schaft erstreckt sich mit einer vorbestimmten Länge entlang einer axialen Ausrichtung. Die Stiftspitze ist an einem Endes des Schaftes angeordnet und in der gleichen axialen Ausrichtung ausgerichtet. Die Lichtquelle erzeugt Licht, welches auf eine äußere Oberfläche im Bereich der Stiftspitze strahlt, um ein reflektiertes Lichtbild zu erzeugen, welches entlang eines Lichtweges geführt wird. Der Lichtweg hat wenigstens einen Abschnitt im Bereich der Stiftspitze, überlappend mit der axialen Ausrichtung. Der optische Sensor ist in dem Lichtweg angeordnet, um das Lichtbild zu empfangen und in elektrische Signale umzuwandeln. Demnach wird der Lichtweg, welcher das Lichtbild von dem optischen Stift empfängt, koaxial zu der Stiftspitze ausgerichet, wenn der optische Stift zum Schreiben verwendet wird, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit, die Richtung und der Abstand der Bilder, welche durch den optischen Sensor erfasst werden, identisch mit denen der Stiftspitze sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Erfassungseinrichtung, insbesondere einen optischen Stift.
Insbesondere elektronische Informationsgeräte und Kommunikationsgeräte, wie z. B. Bürocomputer oder Notebooks, Minicomputer (PDA) und Telefone, benötigen einen erheblichen Dateneingang, wobei eine Handschrifterfassungseinrichtung zweifellos eine Alternative zu einer Maus oder einer Tastatur ist.

Gegenwärtig bekannte Handschrifterfassungseinrichtungen können in drei Arten klassifiziert werden; eine Art verwendet einen Drucktastenerfassungsbildschirm (touch screen), eine andere Art verwendet ein elektromagnetisches digitales Erfassungspaneel und eine weitere Art verwendet einen optischen Stift. Ein optischer Stift ist die bekannteste Handschrifterfassungseinrichtung in der gegenwärtigen Zeit, da der Erfassungsstift relativ kostengünstig ist und es ermöglicht, auf jeder Oberfläche zu schreiben.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines bekannten optischen Stiftes 10, welcher im Wesentlichen eine optische Maus in der Form eines Stiftes ist. Der Schaft des Stiftes 11 ermöglicht es dem Benutzer auf einfachste Weise den Stift zu halten, wenn er schreibt, während die Lichtquelle 12 und ein optischer Sensor 13 an dem Boden des Körpers 11 angeordnet ist, wobei ein reflektiertes Bild in einem schmalen Bereich 16 auf einer außenliegenden Oberfläche 15 im Bereich der Spitze des Stiftes 14 aufgenommen werden kann. Wenn der optische Stift 10 bewegt wird, werden die erfassten Bilder aufgrund der weiteren Bewegung und die Richtungsänderungen, die Bewegungsrichtungen und die Geschwindigkeit des optischen Pins 10 erfasst. Durch Übertragung derartiger Informationen an eine elektronische Informationseinrichtung, welche mit dem optischen Stift 10 zur Weiterverarbeitung verbunden ist, wird eine Handschrifterfassung ermöglicht.

Jedoch hat der in 1 dargestellte optische Stift 10 offensichtlich Nachteile. Gemäß der 2A und 2B wird jeweils die Position des Lichtweges des optischen Stifts 10 (1) relativ zu der Stiftspitze 14 und der Position der Stiftspitze 14 relativ zu den Bildern des kleinen Bereichs 16 dargestellt, welche durch den optischen Sensor 13 erfasst werden, wenn der optische Stift 10 bewegt wird. Angesichts der Tatsache, dass die axiale Richtung 17 der Stiftspitze 14 des bekannten optischen Stifts 10 nicht die gleiche ist, wie (nicht überlappend) die Richtung des Lichtweges 18 der Bilder, welche durch den optischen Sensor 13 erfasst werden (das heißt, Lichtbewegungspfad), ist ein Abstand d zwischen der Stiftspitze 14 und den Bildern des kleinen Bereichs 16, welche durch den optischen Sensor 13 erfasst werden. Wenn der Benutzer mit dem optischen Stift 10 schreibt, erzeugt der Stift drehende Bewegungen (wie in 2B gezeigt), während deren Bewegungsgeschwindigkeit, Richtung und Abstand der Bilder, welche durch den optischen Sensor 13 erfasst werden, sich von denen der Stiftspitze 14 unterscheiden. In Folge dessen, bewegt sich die Stiftspitze 14 in einer geraden Linie, während die Bilder des kleinen Bereichs 16, welche durch den optischen Sensor erfasst werden, sich entlang eines gekrümmten Bogens bewegen. Wenn der Stift eine Kurve beschreibt, (das heißt, keine gerade Linie beschreibt) neigen die Bilder des Textes oder des Graphen, welche durch den optischen Sensor erfasst werden, dazu verzehrt zu werden oder es ergeben sich keine kontinuierlichen Linien. Dies ist bei dem bekannten optischen Stift nachteilig.

Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optische Erfassungseinrichtung insbesondere einen optischen Stift der eingangs genannten Gattung derart zu verändern, dass diese Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die vorgeschlagenen Erfassungseinrichtungen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird als Erfassungseinrichtung ein optischer Stift mit einem Lichtweg, welcher koaxial zu seiner Spitze ist, vorgeschlagen, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit, die Richtung und der Abstand der Bilder, welche durch den optischen Sensor erfasst werden, identisch mit denen der Stiftspitze sind, wenn mit dem erfindungsgemäßen Stift geschrieben wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung schlägt einen optischen Stift mit einem zu seiner Spitze koaxialen Lichtweg vor, welcher die Funktionen einer optischen Maus und einer Handschrifterkennung integriert, wobei der Weg des Lichtes des erfassten Bildes durch den optischen Stift koaxial zu Stiftspitze geführt wird.

Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung schlägt einen optischen Stift mit einem koaxial zu seiner Spitze vorgesehenen Lichtweg vor, welcher das Licht von der Lichtquelle in dem Bereich der Stiftspitze durch eine Lichtführungsanordnung führt, wobei das reflektierte Licht des Bildes im Bereich der Stiftspitze durch die ausgehöhlte Stiftspitze in den Stift eintritt, so dass der Weg des Lichtes des Bildes, welches durch den optischen Stift erfasst wird, koaxial zu der Stiftspitze verläuft.

Um die vorgenannten Ausgestaltungen zu erreichen, wird ein optischer Stift mit einem Lichtweg, welcher koaxial zur Stiftspitze gemäß der vorliegenden Erfindung ist, vorgeschlagen, welcher einen Schaft, eine Stiftspitze, eine Lichtquelle und einen optischen Sensor umfasst. Der Schaft erstreckt sich in einer vorbestimmten Länge entlang einer axialen Richtung. Die Spitze ist an einem Ende des Schaftes angeordnet und befindet sich in der gleichen axialen Ausrichtung. Die Lichtquelle erzeugt Strahlen, welche auf eine äußere Oberfläche im Bereich der Stiftspitze strahlen, um ein reflektiertes Lichtbild zu erzeugen. Das besagte Lichtbild bewegt sich entlang eines Lichtweges im Inneren der Stiftspitze und der besagte Lichtweg hat wenigstens einen Abschnitt, welcher mit der besagten axialen Richtung überlappt. Der optische Sensor ist in dem Lichtweg angeordnet, um das Lichtbild zu empfangen und in elektrische Signale umzuwandeln.

Diese und andere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die verschiedenen in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Ansicht eines bekannten optischen Stiftes;
2A eine schematische Ansicht der Position des Lichtweges des bekannten optischen Stiftes, wie in 1 dargestellt, relativ zur Stiftspitze;
2B eine schematische Ansicht der Position der Stiftspitze des bekannten optischen Stiftes, wie in 1 dargestellt ist, relativ zu den Bildern, welche durch den optischen Sensor erfasst werden, wenn der optische Stift gedreht und bewegt wird;
3 eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Stiftes mit einem Lichtweg, welcher koaxial zu der Stiftspitze ist, gemäß der vorliegenden Erfindung;
4A eine schematische Ansicht der Position des Lichtweges des optischen Stiftes relativ zu der Stiftspitze gemäß der vorliegenden Erfindung;
4B eine schematische Ansicht der Position der Stiftspitze des optischen Stiftes relativ zu den Bildern gemäß der vorliegenden Erfindung, welche durch den optischen Sensor erfassbar sind, wenn der optische Stift gedreht bzw. geschwenkt und gedreht wird;
5 eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Stiftes mit einem Lichtweg koaxial zur Stiftspitze gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Stiftes mit einem Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Ansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Stiftes mit einem Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsform des optischen Stiftes mit einem Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze gemäß der vorliegenden Erfindung; und
9 eine schematische Ansicht einer sechsten bevorzugten Ausführungsform eines optischen Stiftes mit einem Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze gemäß der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der 3, 4A, 4B ist jeweils eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines als Erfassungseinrichtung ausgebildeten optischen Stiftes 50 mit einem Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze gemäß der vorliegenden Erfindung, eine schematische Ansicht der Position des Lichtweges des optischen Stiftes relativ zu seiner Spitze und die Position der Stiftspitze relativ zu den Bildern, welche durch den optischen Sensor erfasst sind, wenn der optische Stift bewegt wird, dargestellt.
Die erste bevorzugte Ausführungsform eines optischen Stifts 50, wie in 3 gezeigt, umfasst einen Schaft 51, eine Stiftspitze 52, eine Lichtquelle 53, eine Linse 55, einen optischen Sensor 56 und eine Lichtführung 57.
Der Schaft 51 stellt den Körper des optischen Stiftes 50 dar, um an die Teile angepasst zu sein. Bei dieser Ausführungsform ist der Schaft 51 länglich und in einer schmalen Stabform, welcher sich im Wesentlichen in einer vorbestimmten Länge entlang einer axialen Richtung 62 erstreckt.
Die Stiftspitze 52 ist an einem Ende (Boden des Schaftes 51) angeordnet, und befindet sich in der gleichen axialen Ausrichtung 62. Somit ist bei dieser Ausführungsform der Schaft 51 und die Spitze 52 in der gleichen axialen Richtung 62 vorgesehen. Das letzte Ende der Lichtführung 57 (Boden) befindet sich an der Stiftspitze 52. Die Lichtführung 57 ist aus einem Lichtführungswerkstoff mit einem oberen Ende im Bereich der Lichtquelle 53 und mit einem anderen Ende im Bereich der Stiftspitze 52, wobei diese in einer geneigten konischen Ebene 571 angeordnet ist. Die geneigte konische Ebene 571 kann eine Reflektionsebene mit z. B. einer Beschichtung einer Schicht von optisch reflektierenden Material an der äußeren Oberfläche oder durch einfaches Anordnen der Lichtführung 57 in einem geeigneten Winkel bilden, so dass das Licht der inneren Lichtquelle durch die geneigte konische Ebene 571 abgelenkt wird. Somit kann das durch die Lichtquelle 53 erzeugte Licht in die Lichtführung 57 eintreten und von dieser geführt werden. Somit wird das Licht einer Vielzahl von Reflektionen im Inneren der Lichtführung 57 unterworfen und bewegt sich vorwärts entlang der Streckung der Lichtführung 57, um schließlich durch die geneigte konische Ebene 571 reflektiert zu werden, bevor das Licht aus dem Ende der Stiftspitze 52 austritt. Mit dieser Anordnung als Lichtführung 57 kann durch die Lichtquelle 53 erzeugtes Licht geführt werden und in einem Bereich 631 an einer äußeren Oberfläche im Bereich der Stiftspitze 52 zusammenlaufen, um die Konvergenz der Strahlen zu erreichen.
Die Lichtquelle 53 erzeugt Licht, welches auf eine äußere Oberfläche im Bereich der Stiftspitze 52 strahlt, um ein reflektiertes Lichtbild eines kleinen Bereiches 631 auf der äußeren Oberfläche 63 zu erhalten. Der durchlaufende Lichtpfad des reflektierten Lichtbildes kann durch einen Lichtweg 64 bestimmt werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Lichtquelle 53 eine lichtemittierende Diode (LED) oder eine bekannte Mikrowolframfadenglühlampe sein. Der Weg des reflektierten Lichtbildes 64 ist koaxial zur axialen Ausrichtung 62 der Stiftspitze 52 (das heißt, überlappend).
Die Linse 55 ist vor dem optischen Sensor 56 angeordnet, wobei die Linse 55 eine Einfachlinse oder ein Linsensatz sein kann, um das Lichtbild zusammenzuführen und Bilder durch den optischen Sensor 56 zu bilden. Der optische Sensor 56 dient zum Empfangen des Lichtbildes im Bereich der Stiftspitze 52 und wandelt dieses in elektrische Signale um. Bei dieser Ausführungsform ist der optische Sensor 56 ein CMOS-Sensor oder eine ladungsgekoppelte Sensoreinrichtung (CCD).
Durch die oben beschriebene Ausgestaltung wirkt der von dem reflektierten Lichtbild durchlaufender Weg des optischen Stiftes 50 (das heißt, Lichtweg 64), mit der axialen Ausrichtung 62 überlappend, wie in 4A gezeigt (somit ist der Lichtweg des Lichtbildes 64 koaxial zu der Stiftspitze 52). In Folge dessen, wie in 4B gezeigt, wird die Bewegungsgeschwindigkeit, die Richtung und die Abstände des Bildes in einem kleinen Bereich 631, welcher von dem optischen Stift 50 erfasst wird, identisch zu diesem der Stiftspitze 52 sein, wenn der Benutzer eine Handschrifterfassung bzw. eine Handschrifteingabe durchführt. Betrachtend, ob der optische Stift 50 eine gerade Linie beschreibt oder geschwenkt bzw. gedreht wird (das heißt nicht in einer geraden Linie schreibt), werden die Bilder des Textes oder des Graphen, welche durch den optischen Sensor 13 erfasst werden, nicht abgelenkt oder durch unterbrochene Linien dargestellt, um eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik zu schaffen.
Wie in 5 gezeigt, weist in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der optische Stift 20 einen Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze gemäß der vorliegenden Erfindung auf, und umfasst einen Schaft 21, eine Stiftspitze 22, eine Lichtquelle 23, eine erste Linse 24, eine zweite Linse 25, einen optischen Sensor 26, eine Steuereinrichtung 27, einen Boden 28, ein elastisches Element 29, einen Drucksensor 30 und einen halbreflektierenden-halbtransparenten Spiegel 31.
Der Schaft 21 erstreckt sich in einer vorbestimmten Länge einer axialen Ausrichtung 32 und bildet den Körper des optischen Stiftes 20, um an seine Teile angepasst zu sein. Die Spitze 22 ist an einem Ende (Boden des Schaftes 21) angeordnet, und befindet sich in der gleichen axialen Ausrichtung 32. Bei dieser Ausführungsform ist die Spitze 22 ein festes transparentes Element, welches aus einem transparenten Kunststoff gefertigt ist, wie z.B. Acryl, Glas, Quarz oder dergleichen.
Die Lichtquelle 23 erzeugt Licht, um es auf eine äußere Oberfläche 33 im Bereich der Stiftspitze 22 zu strahlen, um ein reflektiertes Lichtbild von einem kleinen Bereich auf der äußeren Oberfläche 33 zu erhalten.
Die erste Linse 24 ist im Bereich der Lichtquelle 23 angeordnet, wobei die erste Linse 24 eine Einfachlinse oder ein Linsensatz sein kann. Die erste Linse 24 sammelt das durch die Lichtquelle 23 erzeugte Licht im Großen und Ganzen auf einen kleinen Bereich einer vorbestimmten Größe auf der äußeren Oberfläche im Bereich der Stiftspitze 22. Die Größe des besagten kleinen Bereichs kann vorzugsweise im Bereich zwischen 3mm × 3mm und 8mm × 8mm oder dergleichen liegen.
Die zweite Linse 25 ist vor dem optischen Sensor 26 angeordnet, wobei die zweite Linse 25 eine Einfachlinse oder ein Linsensatz sein kann, um das Lichtbild zusammenzuführen und Bilder durch den optischen Sensor 26 zu bilden.
Der optische Sensor 26 dient zum Empfangen des Lichtbildes im Bereich der Stiftspitze 22 und zum Umwandeln des Lichtes in elektrische Signale.
Die Steuereinrichtung 27 ist mit der Lichtquelle 23 und den optischen Sensor 26 verbunden, um die elektrischen Signale von dem optischen Sensor zu empfangen und das Signal zu verarbeiten, um ein korrespondierendes erstes Steuersignal zu erzeugen, welches dann über eine draht oder drahtlose Verbindung an ein dadurch angeschlossenes externes elektronisches Informationsgerät bzw. Kommunikationsgerät (nicht in den Figuren gezeigt) zum weiteren Verarbeiten übertragen wird, um eine erste vorbestimmte Funktion auszuführen, wie z.B. zum Ansteuern der Bewegung und der Positionierung des Cursors oder der Handschrifteingabe.
Der Boden 28 ist mit der Steuereinheit 27 verbunden. Durch Pressen des Bodens 28 kann die Steuereinheit 27 ein zweites korrespondierendes Steuersignal erzeugen, welches auf ein angeschlossenes externes elektronisches informationsverarbeitendes Gerät zur weiteren Verarbeitung übertragen wird, um eine zweite vorbestimmte Funktion auszuführen, wie z.B. zum Ausführen der Funktion korrespondierend der Position des Cursors (ähnlich der Funktion, welche durch den Knopf einer bekannten Maus ausgeführt wird).
Das elastische Element 29 ist mit der Stiftspitze 22 verbunden, wodurch es der Stiftspitze erlaubt ist, eine rückstellende Verstellung des vorbestimmten Abstandes durch einen externen Druck durchzuführen. Zur selben Zeit erfasst der im Inneren des Schaftes 21 an einer Position im Bereich der Stiftspitze 22 angeordneter Drucksensor 30 die Verstellbewegung der Stiftspitze 22 und erzeugt ein drittes korrespondierendes Steuersignal. Wenn der Benutzer des optischen Stiftes 20 die Stiftspitze 22 gegen die äußere Oberfläche 33 runterdrückt, kann der Drucksensor 33 ein drittes Steuersignal erzeugen, welches an ein verbundenes externes elektronisches informationsverarbeitendes Gerät durch die Steuereinrichtung 27 übertragen wird, um eine dritte vorbestimmte Funktion auszuführen, wie z.B das Verändern der Dicke des Graphen oder der Textlinien, welche gemäß des Drucklevels eingegeben werden (das heißt Pinselstriche können geschrieben werden), oder Aktualisieren des Scannbildes oder Verwenden der rückstellbaren Stiftspitze 22 als einen weiteren Knopf. Bei dieser Ausführungsform ist die Lichtquelle 23 und der optische Sensor 26 nicht mit der Stiftspitze 22 verbunden, so dass, wenn die Stiftspitze 22 die Rückstellbewegung durchführt, die Lichtquelle 23 und der optische Sensor 26 nicht entlang der Stiftspitze 22 bewegt werden.
Der halbreflektierende und halbtransparente Spiegel 31 befindet sich in einer axialen Ausrichtung 32 etwa in einem Winkel von 45°, welcher die axiale Ausrichtung 32 der Lichtquelle 23 und des optischen Sensors 26 schneidet, wobei der Spiegel 31 an zwei gegenüberliegenden Seiten angeordnet ist. Das durch die Lichtquelle 23 erzeugte Licht scheint auf den halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel 31 und wird im Großen und Ganzen in einem Winkel von 90°, der sich mit der axialen Ausrichtung 32 schneidet, so dass der Teil des Lichtes durch den halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel 31 reflektiert wird und in einem Bereich der Stiftspitze 22 strahlt. Der optische Sensor 26 ist ebenso in der axialen Ausrichtung 32 vorgesehen, wo ein Teil des zurückgeführten Lichtbildes aus einem Bereich nahe der Stiftspitze 22 den haltreflektierenden und halbtransparenten Spiegel 33 durchtritt und den optischen Sensor 26 erreicht. Somit ist bei dieser Ausführungsform der Weg des reflektierten Lichtbildes (das heißt Lichtweg 34) von dem optischen Stift 20 ebenso überlappt mit der axialen Ausrichtung 32 (das bedeutet, dass der Weg des Lichtbildes 34 koaxial zur Stiftspitze 22 ausgerichtet ist).
Die anderen bevorzugten Ausführungsformen welche nachfolgend beschrieben werden, haben identische oder ähnliche Elemente, wie die vorher beschriebenen Ausführungsformen. Die Elemente und Bauteile, die mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, werden mit einem zusätzlichen Buchstaben zum Ziel der Unterscheidung gekennzeichnet, wobei der Name und ihre Ausgestaltung nicht verändert werden.
Wie in 6 gezeigt, hat ein optischer Stift 20a gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze, gemäß der vorliegenden Erfindung, und umfasst einen Schaft 21a, eine Stiftspitze 22a, eine Lichtquelle 23a, eine zweite Linse 25a, einen optischen Sensor 26a, eine Steuereinrichtung 27a, einen Knopf (nicht hier gezeigt), ein elastisches Element 29 und einen Drucksensor 30a. Die Unterschiede mit den anderen Ausführungsformen sind folgende.
Der Teil der Stiftspitze 22a, welcher entlang der axialen Ausrichtung 32a verläuft, weist ferner einen Hohlraum 35 und eine Durchführung bzw. ein Durchtrittsloch 36 auf, welche es ermöglichen, dass das Lichtbild durchtritt. Des weiteren ist die Stiftspitze 22a aus einem Lichtführungswerkstoff und mit einer Lichtführung 37 ausgerüstet. Ein Ende 371 der Lichtführung 37 ist der Lichtquelle 23a benachbart bzw. zugewandt, während das andere Ende dem Ende der Stiftspitze 22a zugewandt ist. Das durch die Lichtquelle 23a erzeugte Licht wird emittiert und geführt durch die Lichtführung 37. Somit unterliegt das Licht einer mehrfachen Reflektion in der Lichtführung 37 und wird entlang der Erstreckung der Lichtführung 37 vorwärts bewegt, um schließlich aus dem Ende der Stiftspitze 22a auszutreten. Durch die Anordnung der Lichtführung 37 kann das von der Lichtquelle 23a erzeugte Licht geführt werden und in einem Bereich nahe der Stiftspitze 22a zusammengeführt werden, um die Konvergenz der Strahlen ohne die Einstellung einer ersten Linse zu erreichen. Bei dieser Ausführungsform ist sowohl die Lichtquelle 23a und der optische Sensor 26a im Inneren der Stiftspitze 22a angeordnet. Somit, wenn die Stiftspitze 22a einer Rückstellung unterliegt, werden die Lichtquelle 23a und der optische Sensor 26a zu der Stiftspitze 22a bewegt. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird die Länge des Lichtweges 34a des optischen Stiftes 20a nicht durch die Ausdehnung oder Rückstellung der Stiftspitze 22a beeinflusst.
Wie in 7 gezeigt, wird die vierte bevorzugte Ausführungsform eines optischen Stiftes 20b mit einem Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze gemäß der vorliegenden Erfindung ähnlich aufgebaut und umfasst einen Schaft 21b, eine Stiftspitze 22b, eine Lichtquelle 23b, eine erste Linse 24b, eine zweite Linse 25b, einen optischen Sensor 26b und eine Steuereinrichtung 27b. Die Unterschiede mit den anderen Ausführungsformen sind folgende.
Der optische Stift 20b umfasst ferner einen Prismensatz 38, welcher in axialer Richtung vorgesehen ist. Der besagte Prismensatz 38 ist ein RTIR (Reversed Total Internal Reflection) und umfasst ferner ein erstes Prisma 381 mit einem keilförmigen Abschnitt und ein zweites Prisma 382 mit einem dreieckförmigen mit einem in einem rechten Winkel vorgesehenen Abschnitt. Sowohl das erste Prisma 381 als auch das zweite Prisma 382 sind aus einem transparenten Werkstoff mit einem vorbestimmten Reflektionsindex, so dass die Schnittstelle 383 des ersten Prismas 381 und des zweiten Prismas 382 eine Totalreflektionsoberfläche für die eintretenden Strahlen in einem vorbestimmten Winkel in eine Richtung bildet. Der Prismensatz 38 umfasst eine erste Lichteintrittsoberfläche 384, eine erste Lichtaustrittsoberfläche 385, eine zweite Lichteintrittsoberfläche 386 und eine zweite Lichtaustrittsoberfläche 387, wobei das in einem vorbestimmten Winkel durch die erste Lichteintrittsoberfläche 384 eintretende Licht durch die erste Lichtaustrittsoberfläche 385 austreten kann, und wobei das durch die zweiten Lichteintrittsoberfläche 386 eintretende Licht durch die zweite Lichtaustrittsoberfläche 387 austreten kann, während die erste Lichtaustrittsoberfläche 385 und die zweite Lichteintrittsoberfläche 386 die gleichen Oberflächen sind. Das durch die Lichtquelle 23b erzeugte Licht scheint auf die erste Lichteintrittsoberfläche 384, welches im Großen und Ganzen in axialer Ausrichtung 32b den Prismensatz 38 durchläuft und durch die erste Lichtaustrittsoberfläche 385 austritt und in der Nähe der Stiftspitze 22b ausstrahlt. Des weiteren ist der optische Sensor 26b nahe der zweiten Lichtaustrittsoberfläche 387 angeordnet. Das von der Nähe der Stiftspitze 22b zurückstrahlende Lichtbild tritt in den Prismensatz 38 durch die zweite Eintrittsoberfläche 386 ein und tritt durch die zweite Lichtaustrittsoberfläche 387 aus, nachdem es reflektiert worden ist, um den optischen Sensor 26b zu erreichen. Durch die Anordnung des Prismensatzes 38 kann das von der Lichtquelle 23b eimittierte Licht effizienter verwendet werden.
Die fünfte bevorzugte Ausführungsform eines optischen Stiftes 20c mit einem Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze, wie in 8 gezeigt, umfasst in ähnlicher Weise einen Schaft 21c, eine Stiftspitze 22c, eine Lichtquelle 23c, eine zweite Linse 25c, einen optischen Sensor 26c, eine Steuereinrichtung 27c, einen Hohlraum 35c und eine Lichtführung 37c. Die Unterschiede mit den anderen Ausführungsformen sind folgende.
Die Lichtführung 37c der Stiftspitze 22c ist an dem Schaft 21c befestigt, so dass die Stiftspitze 22c nicht zurück ziehbar ist. Des weiteren ist der Abschnitt der Lichtführung 37c, welcher dem Ende der Lichtspitze 22c zugewandt ist, mit einem kegligen bzw. konischen Abschnitt ausgerüstet, um die Konvergenz der Strahlen zu verbessern bzw. zu erhöhen.
Die sechste bevorzugte Ausführungsform eines optischen Stiftes 50a mit einem Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze, wie in 9 gezeigt, umfasst in ähnlicher Weise einen Schaft 51a, eine Stiftspitze 52a, eine Lichtquelle 53a, eine Linse 55a, einen optischen Sensor 56a und eine Lichtführung 57a, wobei der Lichtweg 64a des von einem kleinen Bereich 631a auf der äußeren Oberfläche 63a reflektierten Lichtbildes koaxial zu der Axialausrichtung 62a des Schaftes 51a ist. Unterschiede zu den anderen Ausführungsformen sind die folgenden.
Der Abschnitt der Lichtführung 57a ist weiter von der Lichtquelle 53a entfernt, jedoch näher an dem Bereich 631a angeordnet (der untere rechte Abschnitt der Lichtführung 57a, wie in 9 gezeigt) bestehend aus einem ausgeschnittenen Teil 572, welcher der Lichtführung 57a eine schärfere Spitze 52a gibt, wie die Ausgestaltung eines Füllfederhalters, welches das Schreiben erleichtert.
Nach dem vorbeschriebenen sind eine Vielzahl von Modifikationen und alternative Ausgestaltungen denkbar, ohne dabei den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Es wird eine optische Erfassungseinrichtung, insbesondere ein optischer Stift, umfassend einen Schaft, eine Stiftspitze, eine Lichtquelle und einen optischen Sensor vorgeschlagen. Der Schaft erstreckt sich mit einer vorbestimmten Länge entlang einer axialen Ausrichtung. Die Stiftspitze ist an einem Ende des Schaftes angeordnet und in der gleichen axialen Ausrichtung ausgerichtet. Die Lichtquelle erzeugt Licht, welches auf eine äußere Oberfläche im Bereich der Stiftspitze strahlt, um ein reflektiertes Lichtbild zu erzeugen, welches entlang eines Lichtweges geführt wird. Der Lichtweg hat wenigstens einen Abschnitt im Bereich der Stiftspitze, überlappend mit der axialen Ausrichtung. Der optische Sensor ist in dem Lichtweg angeordnet, um das Lichtbild zu empfangen und in elektrische Signale umzuwandeln. Demnach wird der Lichtweg, welcher das Lichtbild von dem optischen Stift empfängt, koaxial zu der Stiftspitze ausgerichtet, wenn der optische Stift zum Schreiben verwendet wird, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit, die Richtung und der Abstand der Bilder, welche durch den optischen Sensor erfasst werden, identisch mit denen der Stiftspitze sind.

Claims

Optische Erfassungseinrichtung, insbesondere optischer Stift (20, 20a, 20b, 20c, 50, 50a) mit einem Lichtweg koaxial zu dessen Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a), umfassend: einen Schaft (21, 21a, 21b, 21c, 51, 51a), welcher sich mit einer vorbestimmten Länge erstreckt; eine Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a), welche an einem Ende des Schaftes (51) angeordnet ist und eine vorbestimmte axiale Ausrichtung (32, 32a, 32b, 62, 62a) hat; eine Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) zum Erzeugen von Licht, um es auf den Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) zu strahlen; und einen optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) zum Empfangen des Lichtbildes von dem Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) und dem Umwandeln des Lichtes in ein elektrisches Signal; wobei der durch das Lichtbild zurückgelegte Weg mit der axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) überlappt.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Stift (20, 20a, 20b, 20c, 50, 50a) folgende weitere Merkmale umfasst: eine Steuereinrichtung (27), welche mit der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) und dem optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) verbunden ist, um die elektrischen Signale von dem optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) zu empfangen und ein erstes korrespondierendes Steuersignal zum weiteren Verarbeiten zu erzeugen; einen Knopf (28), welcher mit der Steuereinrichtung (27) verbunden ist, der, wenn er gedrückt wird, es der Steuereinrichtung (27) ermöglicht, ein zweites korrespondierendes Steuersignal zu erzeugen; ein elastisches Element (29), welches mit der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) verbunden ist, um es der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) zu ermöglichen, eine Ausdehnung/Rückverstellung der vorbestimmten Entfernung durch Aufbringen eines externen Druckes durchzuführen; und einen Drucksensor (30), welcher im Inneren des Schaftes (21) benachbart zu der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) angeordnet ist, so dass die Ausdehnung/Rückverstellung der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) erfassbar ist und ein drittes korrespondierendes Steuersignal erzeugbar ist.
Optischer Stift nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) und der optische Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) nicht mit der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) verbunden sind, so dass, wenn die Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) einer Ausdehnung/Rückverstellung unterliegt, die Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) und der optische Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) nicht mit dieser bewegbar sind.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) mit der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) verbunden ist, so dass, wenn die Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) einer Ausdehnung/Rückverstellung unterliegt, die Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) mit der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) mitbewegbar sind.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) ein festes transparentes Element ist.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) aus einem Lichtführungswerkstoff hergestellt ist und als Lichtführung ausgebildet ist, wobei ein Ende der Lichtführung (27, 57) der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) zugewandt ist, und das andere Ende dem Ende der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) zugewandt ist, wobei das von der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) erzeugte Licht in die Lichtführung (27, 57) führbar ist und aus dem Ende der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) austritt.
Optische Erfassungseinrichtung, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Lichtführung (27, 57) von der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) entfernt ist und nahe dem Ende der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) angeordnet ist, welche einen ausgeschnittenen Abschnitt (572) umfasst, welcher der Lichtführung (57a) eine spitzere Form in der Art eines Füllfederhalter gibt.
Optische Erfassungseinrichtung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Stift (20, 20a, 20b, 20c, 50, 50a) ferner umfasst: einen halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel (31), welcher in axialer Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) in einem geneigten Winkel ausgerichtet ist, welcher die axiale Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) und des optischen Sensors (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) schneidet, wobei der Spiegel (31) an sich gegenüberliegenden Seiten angeordnet ist; wobei ein Teil des von der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) erzeugten Lichtes durch den halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel (31) reflektierbar ist, so dass das Licht im Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) führbar ist, wobei der optische Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) in einer axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) angeordnet ist, und wobei ein Teil des zurückstrahlenden Lichtbildes von dem Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) den halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel (31) durchtritt und den optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) erreicht.
Optische Erfassungseinrichtung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Stift (20, 20a, 20b, 20c, 50, 50a) folgendes umfasst: einen Prismensatz (38) in einer axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a), umfassend eine erste Lichteintrittsoberfläche (384), eine erste Lichtaustrittsoberfläche (385), eine zweite Lichteintrittsoberfläche (386) und eine zweite Lichtaustrittsoberfläche (387), wobei durch die erste Lichteintrittsoberfläche (384) in einem vorbestimmten Winkel ein emittiertes Licht aus der ersten Lichtaustrittsoberfläche (385) austreten wird, und wobei durch die zweite Lichteintrittsoberfläche (386) emittiertes Licht durch die Lichtaustrittsoberfläche (387) austritt, wobei die erste Lichtaustrittsoberfläche 385 und die zweite Lichteintrittsoberfläche (386) die gleichen Oberflächen sind; wobei das durch die Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) erzeugte Licht auf die erste Lichteintrittsoberfläche (384) im Wesentlichen entlang der axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) strahlt, wobei es den Prismensatz (387) durchtritt, um durch die erste Lichtaustrittsoberfläche (385) auszutreten und im Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) auszustrahlen; wobei der optische Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) im Bereich der zweiten Lichtaustrittsoberfläche (387) angeordnet ist, und das von dem Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) zurückstrahlende Lichtbild den Prismensatz (38) durch die zweite Eintrittsoberfläche (386) eintritt und durch die zweite Lichtaustrittsoberfläche (387) austritt, nachdem es der Reflektion unterliegt, um den optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) zu erreichen.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Prismensatz (38) ein RTIR Prisma (Reversed Total Internal Reflection) ist, welches ein erstes Prisma (381) mit einem keilförmigen Abschnitt und ein zweites Prisma (382) mit einem etwa dreieckförmigen Abschnitt umfasst, wobei das erste Prisma (381) und das zweite Prisma (382) aus einem transparenten Material mit einem vorbestimmten lichtbrechenden Index ist, so dass ihre Schnittfläche eine Totalreflektionsoberfläche für Strahlen ist, welche in einem vorbestimmten Winkel in eine Richtung eintreten.
Optische Erfassungseinrichtung, mit einem Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze, umfassend: einen Schaft (21, 21a, 21b, 21c, 51, 51a) mit einer vorbestimmten Länge; einer Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a), welche an einem Ende des Schaftes angeordnet ist, und eine definierte axiale Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) hat; eine Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) zum Erzeugen von Licht, welches auf eine äußere Oberfläche im Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) strahlt, um ein reflektiertes Lichtbild zu erzeugen; einen Lichtweg, welcher im Inneren der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) vorgesehen ist, welcher das Lichtbild weiterleitet und mit wenigstens einem Abschnitt des Lichtweges im Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) überlappend mit der axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) ist; und einen optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a), welcher im Lichtweg vorgesehen ist, um das Lichtbild zu empfangen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Optische Erfassungseinrichtung, nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Stift (20, 20a, 20b, 20c, 50, 50a) folgendes umfasst: eine Steuereinrichtung (27), welche mit der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) und dem optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) verbunden ist, um die elektrischen Signale von dem optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) zu empfangen und ein erstes korrespondierendes Steuersignal zum weiteren Verarbeiten zu erzeugen; einen Knopf (28), welcher mit der Steuereinrichtung (27) verbunden ist, der, wenn er gedrückt wird, es der Steuereinrichtung (27) ermöglicht, ein zweites korrespondierendes Steuersignal zu erzeugen; ein elastisches Element (29), welches mit der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) verbunden ist, um es der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) zu ermöglichen, eine Ausdehnung/Rückverstellung der vorbestimmten Entfernung durch Aufbringen eines externen Druckes durchzuführen; und einen Drucksensor (30), welcher im Inneren des Schaftes (21) benachbart zu der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) angeordnet ist, so dass die Ausdehnung/Rückverstellung der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) erfassbar ist und ein drittes korrespondierendes Steuersignal erzeugbar ist.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) aus einem Lichtführungswerkstoff gefertigt ist und als Lichtführung ausgebildet ist, wobei ein Ende der Lichtführung (27, 57) der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) zugewandt ist und das andere Ende dem Ende der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) zugewandt ist, wobei das von der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) erzeugte Licht in die Lichtführung (27, 57) führbar ist und aus dem Ende der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) austritt.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Stift (20, 20a, 20b, 20c, 50, 50a) ferner umfasst: einen halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel (31), welcher in axialer Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) in einem geneigten Winkel ausgerichtet ist, welcher die axiale Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) und des optischen Sensors (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) schneidet, wobei der Spiegel (31) an sich gegenüberliegenden Seiten angeordnet ist; wobei ein Teil des von der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) erzeugten Lichtes durch den halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel (31) reflektierbar ist, so dass das Licht im Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) führbar ist, wobei der optische Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) in einer axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) angeordnet ist, und wobei ein Teil des zurückstrahlenden Lichtbildes von dem Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) den halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel (31) durchtritt und den optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) erreicht.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Stift (20, 20a, 20b, 20c, 50, 50a) folgendes umfasst: einen Prismensatz (38) in einer axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a), umfassend eine erste Lichteintrittsoberfläche (384), eine erste Lichtaustrittsoberfläche (385), eine zweite Lichteintrittsoberfläche (386) und eine zweite Lichtaustrittsoberfläche (387), wobei durch die erste Lichteintrittsoberfläche (384) in einem vorbestimmten Winkel ein emittiertes Licht aus der ersten Lichtaustrittsoberfläche (385) austreten wird, und wobei durch die zweite Lichteintrittsoberfläche (386) emittiertes Licht durch die Lichtaustrittsoberfläche (387) austritt, wobei die erste Lichtaustrittsoberfläche 385 und die zweite Lichteintrittsoberfläche (386) die gleichen Oberflächen sind; wobei das durch die Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) erzeugte Licht auf die erste Lichteintrittsoberfläche (384) im Wesentlichen entlang der axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) strahlt, wobei es den Prismensatz (387) durchtritt, um durch die erste Lichtaustrittsoberfläche (385) auszutreten und im Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) auszustrahlen; wobei der optische Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) im Bereich der zweiten Lichtaustrittsoberfläche (387) angeordnet ist, und das von dem Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) zurückstrahlende Lichtbild den Prismensatz (38) durch die zweite Eintrittsoberfläche (386) eintritt und durch die zweite Lichtaustrittsoberfläche (387) austritt, nachdem es der Reflektion unterliegt, um den optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) zu erreichen. wobei der Prismensatz (38) ein RTIR Prisma (Reversed Total Internal Reflection) ist, und ein erstes Prisma (381) mit einem keilförmigen Abschnitt und ein zweites Prisma (382) mit einem etwa dreieckförmigen Abschnitt umfasst, wobei das erste Prisma (381) und das zweite Prisma (382) aus einem transparenten Material mit vorbestimmtem lichtbrechendem Index ist, so dass ihre Schnittfläche eine Totalreflektionsoberfläche für Strahlen ist, welche in einem vorbestimmten Winkel in eine Richtung eintreten.
Optische Erfassungseinrichtung mit einem Lichtweg koaxial zu der Stiftspitze umfassend: einen Schaft (21, 21a, 21b, 21c, 51, 51a), mit vorbestimmter Länge; eine Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a), welche an einem Ende des Schaftes angeordnet ist und eine definierte axiale Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) hat; eine Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) zum Erzeugen von Licht; eine Lichtführung, welche im Bereich der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) angeordnet ist, wobei die Lichtführung, das von der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) produzierte Licht führt, um es im Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) in einem vorbestimmten Winkel austreten zu lassen und ein Lichtbild von dem Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) erzeugt, welches entlang eines vorbestimmten Lichtweges bewegbar ist, wobei der Lichtweg wenigstens teilweise mit der axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) überlappt; und einen optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a), welcher in dem Lichtweg angeordnet ist, um das Lichtbild zu empfangen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Stift (20, 20a, 20b, 20c, 50, 50a) ferner umfasst: eine Steuereinrichtung (27), welche mit der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) und dem optischen Sensor (2626, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) verbunden ist, um die elektrischen Signale von dem optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) zu empfangen und ein erstes korrespondierendes Steuersignal zum weiteren Verarbeiten zu erzeugen; einen Knopf (28), welcher mit der Steuereinrichtung (27) verbunden ist, der, wenn er gedrückt wird, es der Steuereinrichtung (27) ermöglicht, ein zweites korrespondierendes Steuersignal zu erzeugen; ein elastisches Element (29), welches mit der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) verbunden ist, um es der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) zu ermöglichen, eine Ausdehnung/Rückverstellung der vorbestimmten Entfernung durch Aufbringen eines externen Druckes durchzuführen; und einen Drucksensor (30), welcher im Inneren des Schaftes (21) benachbart zu der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) angeordnet ist, so dass die Ausdehnung/Rückverstellung der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) erfassbar ist und ein drittes korrespondierendes Steuersignal erzeugbar ist.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) aus einem Lichtführungswerkstoff gefertigt ist und als Lichtführung ausgebildet ist, wobei ein Ende der Lichtführung (27, 57) der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) zugewandt ist und das andere Ende dem Ende der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) zugewandt ist, wobei das von der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) erzeugte Licht in die Lichtführung (27, 57) führbar ist und aus dem Ende der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) austritt.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Stift (20, 20a, 20b, 20c, 50, 50a) ferner umfasst: einen halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel (31), welcher in axialer Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) in einem geneigten Winkel ausgerichtet ist, welcher die axiale Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) und des optischen Sensors (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) schneidet, wobei der Spiegel (31) an sich gegenüberliegenden Seiten angeordnet ist; wobei ein Teil des von der Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) erzeugten Lichtes durch den halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel (31) reflektierbar ist, so dass das Licht im Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) führbar ist, wobei der optische Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) in einer axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) angeordnet ist, und wobei ein Teil des zurückstrahlenden Lichtbildes von dem Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) den halbreflektierenden und halbtransparenten Spiegel (31) durchtritt und den optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) erreicht.
Optische Erfassungseinrichtung nach Anspruch 16, dass der optische Stift (20, 20a, 20b, 20c, 50, 50a) folgendes umfasst: einen Prismensatz (38) in einer axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a), umfassend eine erste Lichteintrittsoberfläche (384), eine erste Lichtaustrittsoberfläche (385), eine zweite Lichteintrittsoberfläche (386) und eine zweite Lichtaustrittsoberfläche (387), wobei durch die erste Lichteintrittsoberfläche (384) in einem vorbestimmten Winkel ein emittiertes Licht aus der ersten Lichtaustrittsoberfläche (385) austreten wird, und wobei durch die zweite Lichteintrittsoberfläche (386) emittiertes Licht durch die Lichtaustrittsoberfläche (387) austritt, wobei die erste Lichtaustrittsoberfläche 385 und die zweite Lichteintrittsoberfläche (386) die gleichen Oberflächen sind; wobei das durch die Lichtquelle (23, 23a, 23b, 23c, 53, 53a) erzeugte Licht auf die erste Lichteintrittsoberfläche (384) im Wesentlichen entlang der axialen Ausrichtung (32, 32a, 32b, 32c, 62, 62a) strahlt, wobei es den Prismensatz (387) durchtritt, um durch die erste Lichtaustrittsoberfläche (385) auszutreten und im Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) auszustrahlen; wobei der optische Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) im Bereich der zweiten Lichtaustrittsoberfläche (387) angeordnet ist, und das von dem Bereich der Stiftspitze (22, 22a, 22b, 22c, 52, 52a) zurückstrahlende Lichtbild den Prismensatz (38) durch die zweite Eintrittsoberfläche (386) eintritt und durch die zweite Lichtaustrittsoberfläche (387) austritt, nachdem es der Reflektion unterliegt, um den optischen Sensor (26, 26a, 26b, 26c, 56, 56a) zu erreichen. wobei der Prismensatz (38) ein RTIR Prisma (Reversed Total Internal Reflection) ist, und ein erstes Prisma (381) mit einem keilförmigen Abschnitt und ein zweites Prisma (382) mit einem etwa dreieckförmigen Abschnitt umfasst, wobei das erste Prisma (381) und das zweite Prisma (382) aus einem transparenten Material mit vorbestimmtem lichtbrechendem Index ist, so dass ihre Schnittfläche eine Totalreflektionsoberfläche für Strahlen ist, welche in einem vorbestimmten Winkel in eine Richtung eintreten.