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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtführungsanordnung für eine optische
Erfassungseinrichtung, insbesondere für einen optischen Stift.
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Bei
elektronischen Datenverarbeitungsgeräten, wie z.B. einem Computer,
einem Notebook, einem PDA oder einem Mobiltelefon sind erhebliche Dateneingaben
erforderlich, so dass eine Erfassungseinrichtung eine bequeme Alternative
zu einer Maus oder zu einer Tastatur ist.
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Gegenwärtig bekannte
Erfassungseinrichtungen können
in drei Arten unterteilt werden; eine Art benötigt einen Druckerfassungsbildschirm
(touch screen), eine weitere Art benötigt ein elektromagnetisches
digitales Erfassungspaneel und eine nächste Art verwendet einen optischen
Stift. Der optische Stift wird gegenwärtig als eine Erfassungseinrichtung
immer populärer
infolge seiner geringen Kosten und der Fähigkeit auf jeder Oberfläche benutzt
zu werden.
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1 zeigt eine schematische
Ansicht eines bekannten optischen Stiftes 10 als Erfassungseinrichtung,
welcher im Wesentlichen eine optische Maus in Form eines Stiftes
ist. Der Schaft des optischen Stiftes 11 kann leicht während des
Schreibens durch einen Benutzer gehalten werden, wobei die Lichtquelle 12 und
ein optischer Sensor 13 an dem Boden des Gehäuses 11 angeordnet
sind, während das
reflektierte Bild eines kleinen Bereiches 16 auf einer
außenliegenden
Oberfläche 15 im
Bereich der Spitze des Stiftes 14 erfasst werden kann.
Wenn der optische Stift 10 bewegt wird, werden die erfassten Bilder
kontinuierlich Richtungsveränderungen
unterworfen, wodurch die Bewegungsrichtungen und die Geschwindigkeit
des optischen Stiftes 10 erfasst werden kann. Durch die Übertragung
derartiger Informationen an ein an dem optischen Stift 10 zur
Weiterverarbeitung angeschlossenes elektronisches Datenverarbeitungsgerät kann eine
Datenerfassung, z.B. durch das Erfassen von handgeschriebenen Text
oder dergleichen, ermöglicht
werden.
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Jedoch
hat der bekannte optische Stift 10, welcher in 1 dargestellt ist, offensichtlich
Nachteile. Beschränkt
durch die geringe Breite der Spitze 15 kann die Lichtquelle 12 des
optischen Stiftes 10 nicht direkt an der Spitze 14 angeordnet
werden, sondern wird in dem Gehäuse 11 des
Stiftes in einem bestimmten Abstand von der äußeren Oberfläche 15 angeordnet.
Somit ist der Winkel θ1 üblicherweise größer als
70°, wobei θ1 den Winkel
zwischen dem von der Lichtquelle 12 ausgesendeten Licht
und der äußeren Oberfläche 15 beschreibt.
Wenn der Benutzer den optischen Stift senkrecht während des Schreibens
hält, wird
der Wert des Winkels θ1
auch etwa 90°.
Unter dieser direkten Bestrahlung der Lichtquelle 12 in
dem großen
Winkel wird das Kontrastverhältnis
des von der äußeren Oberfläche 15 reflektierten
Lichtbildes geringer, wodurch ein Erfassungssignal mit geringer
Qualität
durch den optischen Sensor 13 erzeugt wird und somit Schwierigkeiten
und Fehler bei der Bildwiedererkennung erhöht werden. Dies ist der Grund,
weshalb bekannte optische Stifte 10 zusammen mit einem
Pad oder einer Arbeitsoberfläche,
welche mit einem speziellen Muster bedruckt ist, verwendet werden müssen, um die
Erfolgsrate bei der Bildwiedererkennung zu erhöhen, welches aber die Bewegung
und die Handhabbarkeit des optischen Stiftes 10 nachteilig
beeinflusst.
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Aus
der Druckschrift
US 6,433,780 ist
eine optische Maus bekannt, die es ermöglicht, dass das von einem
Objekt zurückgeworfene
Licht der Lichtquelle auf eine äußere Oberfläche in einem
geneigten Winkel durch eine schräge
Anordnung der Lichtquelle an der der äußeren Oberfläche zugewandten Seite
und in einem bestimmten Abstand von dem Fotodetektor reflektiert
wird. Jedoch hat die in der Druckschrift
US 6,433,780 offenbarte optische Maus relativ
große
Abmessungen, wodurch es der Lichtquelle ermöglicht wird, schräg an einem
Ort mit bestimmtem Abstand zu dem Fotodetektor angeordnet zu sein.
In dem technischen Umfeld von optischen Stiften
10, welche
von der vorliegenden Erfindung verwendet werden, weist das Gehäuse des
Stiftes
10 immer längliche
schlanke Form auf. Die Lichtquelle
12 und der optische
Sensor
13 sind an dem Boden des Gehäuses
11 dicht aneinander
angeordnet, so dass des unmöglich
ist, die Lichtquelle
12 und den optischen Sensor
13 im
Bereich der Stiftspitze oder in der Nähe der äußeren Oberfläche
15 anzuordnen. Dabei
ist es entscheidend, dass es bei dem bekannten optischen Stift
10 nicht
möglich
ist, die Lichtquelle schräg
und einem bestimmten Abstand von dem Fotodetektor anzuordnen, wie
es bei der Vorrichtung vorgesehen ist, die in der Druckschrift
US 6,433,780 offenbart ist.
Diese Anordnungsmöglichkeit,
wie sie durch die Druckschrift
US
6,433,780 offenbart wird, kann nicht direkt bei dem optischen
Stift
10 angewendet werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtführungsanordnung
der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, welche eine verbesserte
Bilderkennung ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird jeweils durch die verschiedenen vorgeschlagenen Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Lichtführungsanordnung
gelöst.
Insbesondere werden mit der Lichtführungsanordnung die Funktionen
einer optischen Maus und einer Handschrifterkennung bzw. -erfassung
kombiniert, um eine bessere Bilderkennung zu erhalten, indem das
Licht in einem vorbestimmten Winkel auf eine äußere Oberfläche trifft.
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Im
Rahmen einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird
eine Lichtführungsanordnung
für einen
optischen Stift vorgeschlagen, die ein qualitativ hochwertiges reflektiertes
Lichtbild durch die Anordnung einer Lichtführung realisiert, welche das
Licht von der Lichtquelle auf eine äußere Oberfläche in einem vorbestimmten
schrägen
Winkel auftreffen lässt.
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Um
die vorbeschriebene Ausgestaltung zu realisieren, wird eine Lichtführungsanordnung
für einen
optischen Stift gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgeschlagen, welche eine Lichtquelle, einen optischen
Sensor und eine Lichtführung
umfasst. Die Lichtquelle emittiert Lichtstrahlen auf eine äußere Oberfläche und
der optische Sensor ein reflektiertes Lichtbild von dieser erfasst,
wobei die Bewegungsrichtung durch das erfasste Licht bestimmt wird.
Die Lichtführung
ist aus einem lichtleitenden Material und umfasst einen Lichteinlass,
ein Verlängerungselement
und einen Lichtauslass. Der Lichteinlass ist im Bereich der Lichtquelle
angeordnet. Das Verlängerungselement
erstreckt sich in einem vorbestimmten Abstand von dem Lichteinlass
im Wesentlichen entlang einer Richtung, die parallel und entgegengesetzt zum
erfassten Licht ist. Der Lichtauslass ist an einem dem Lichteinlass
abgewandten Ende des Verlängerungselements
angeordnet. Das durch die Lichtquelle emittierte Licht wird zunächst durch
die Lichtführung
geführt
und dann auf eine äußere Oberfläche in einem
geneigten Winkel von weniger als 50° abgestrahlt, um den Kontrast
und die Wiedergabequalität des
reflektierten Lichtbildes zu verbessern.
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Vorzugsweise
liegt der Winkel zwischen den Strahlen aus der Lichtführung und
der äußeren Oberfläche etwa
21° bis
50° und
besonders bevorzugt zwischen 25° und
40°, um
einen besseren Bildwiedererkennungseffekt zu erhalten. Bevorzugter
Weise ist der Querschnittsbereich des Verlängerungselements der Lichtführung graduell
kegelförmig
in einer Richtung von dem Lichteinlass zu dem Lichtauslass ausgebildet.
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Bevorzugter
Weise kann der von der Lichtquelle entfernte Bereich der Lichtführung einen
ausgeschnittenen Teil aufweisen, um der Lichtführung eine Form zu geben, die ähnlich der
Spitze eines Füllfederhalters
ist.
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Bevorzugt
ist das Äußere der
Lichtführung ferner
mit einer Schutzkappe versehen, um das Ende der Lichtführung zu
schützen.
Zusätzlich
kann die Schutzkappe eine Öffnung
an einer Position haben, welche mit dem Lichtauslass korrespondiert.
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Diese
und andere Ausgestaltungen, welche von der Erfindung beansprucht
werden, werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform
anhand der verschiedenen Figuren und Zeichnungen näher erläutert.
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Die
Details der vorliegenden Erfindung werden besser unter Hinzunahme
der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
im Zusammenhang mit den folgenden Figuren verstanden. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines bekannten optischen Stiftes;
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2 eine
schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform
einer Lichtführungsanordnung
eines optischen Stiftes gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
einer Lichtführungsanordnung
eines optischen Stiftes gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 eine
schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform
einer Lichtführungsanordnung
eines optischen Stiftes gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 eine
schematische Ansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform
einer Lichtführungsanordnung
eines optischen Stiftes gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 eine
schematische Ansicht einer fünften
bevorzugten Ausführungsform
einer Lichtführungsanordnung
eines optischen Stiftes gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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7A eine
perspektivische Ansicht einer sechsten bevorzugten Ausführungsform
einer Lichtführungsanordnung
eines optischen Stiftes gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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7B eine
quergeschnittene Ansicht der sechsten bevorzugten Ausführungsform
der Lichtführungsanordnung
eines optischen Stiftes gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Gemäß 2 wird
eine schematische Ansicht der ersten bevorzugten Ausführungsform
einer Lichtführungsanordnung
eines optischen Stiftes 70 dargestellt. Der optische Stift 70 gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Schaft 71, eine Lichtquelle 72,
eine Linse 73, einen optischen Sensor 74, eine
Ansteuereinrichtung 75, einen Knopf 76, ein elastisches
Element 77, einen Drucksensor 78 und eine Lichtführungsanordnung.
Bei dieser Ausführungsform
umfasst die Lichtführungsanordnung
einen Positionierungsrahmen 80 und eine Lichtführung 81.
Der Positionierungsrahmen 80 ist mit Positionierungsöffnungen 801 und 802 mit
vorbestimmter Form zum Aufnehmen und Positionieren bzw. Ausrichten der
Lichtquelle 72, der Lichtführung 81 und der Linse 73 ausgerüstet. Ferner
ist die Lichtführung 81 an
einem Ende (Boden) des Schaftes 71 vorgesehen und bildet
den Stiftspitzenteil des optischen Stiftes 70.
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Der
Schaft 71 bildet den Körper
des optischen Stiftes 70, um seine Teile aufzunehmen. Bei dieser
Ausführungsform
ist der Schaft 71 länglich
und weist eine sich verengende Stangenform mit vorbestimmter Länge sowie
eine Breite im Wesentlichen zum Halten durch die Hand auf.
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Die
Lichtquelle 72 erzeugt Licht, um es auf einen vorbestimmten
Ort 92 auf eine äußere Oberfläche 91 im
Bereich eines Endes (Boden) des Schaftes 71 zu scheinen,
um ein reflektiertes Lichtbild eines kleinen Bereiches des vorbestimmten
Ortes 92 auf der äußeren Oberfläche 71 zu
erhalten. Bei dieser Ausführungsform
kann die Lichtquelle 72 eine lichtemittierende Diode (LED)
oder eine bekannte eine einen Wolframfaden aufweisende Mikroglühlampe sein.
Das reflektierte Lichtbild bewegt sich in einer Richtung, welche
durch das erfasste Licht 79 bestimmt wird. Bei dieser Ausführungsform
ist die Richtung des erfassten Lichtes 79 im Wesentlichen
parallel zu der Ausrichtung des länglichen sich verengenden Schaftes 71,
jedoch überlappt
es mit ihm nicht.
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Die
Linse 73 ist vor dem optischen Sensor 74 angeordnet,
wobei die Linse 73 eine Einfachlinse oder ein Linsensatz
sein kann, um das Lichtbild zu vereinigen und Bilder durch den optischen
Sensor 74 zu erfassen.
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Der
optische Sensor 74 ist zum Erfassen des Lichtbildes von
dem vorbestimmten Ort 92 im Bereich des Endes (Boden) des
Schaftes 71 vorgesehen und wandelt es in ein elektrisches
Signal um. Bei dieser Ausführungsform
ist der optische Sensor 74 ein CMOS-Sensor oder eine ladungsgekoppelte
Einrichtung (CCD) und in Richtung des erfassten Lichtes 79 angeordnet.
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Die
Ansteuereinrichtung 75 ist mit der Lichtquelle 72 und
dem optischen Sensor 74 verbunden, um ein elektrisches
Signal von dem optischen Sensor 74 zu empfangen und das
Signal zu verarbeiten, um ein korrespondierendes erstes Ansteuersignal
zu erzeugen, welches dann über
ein Kabel oder auch kabellos an ein externes elektronisches Datenverarbeitungsgerät (nicht
in den Figuren gezeigt) übertragen werden
kann, welches mit dem optischen Stift 70 zum weiteren Verarbeiten,
um eine vorbestimmte Funktion auszuführen, verbunden ist, wie z.B.
das Ansteuern der Bewegung oder der Positionierung des Cursors oder
der Handschrifterfassung.
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Der
Knopf 76 ist mit der Ansteuereinrichtung 75 verbunden.
Durch das Drücken
des Knopfes 76 kann die Ansteuereinrichtung 75 ein
korrespondierendes zweites Ansteuersignal erzeugen, welches an ein
verbundenes externes elektronisches Verarbeitungsgerät übertragen
wird, um zur weiterer Verarbeitung eine zweite vorbestimmte Funktion
auszuführen,
wie z.B. das Ausführen
der Funktion, welche der Position des Cursors entspricht (ähnlich mit
der Funktion die durch den Knopf einer bekannten Maus ausgeführt wird).
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Das
elastische Element 77 ist zwischen dem Positionierungsrahmen 80 und
der Innenwand des Schaftes 71 vorgesehen. Das elastische
Element 77 stellt eine Rückstellkraft bereit, welche
es dem Positionierungsrahmen 80 zusammen mit der Lichtquelle 72,
der Lichtführung 81 und
der Linse 73 erlaubt, eine vertikale geringe Druckverstellung
(0,5 bis 5 mm) relativ zu dem Schaft 71 auszuführen. Das
andere Ende des elastischen Elements 77 ist mit einem Drucksensor 78 verbunden,
welches die Druckveränderung
des elastischen Elements 77 erfasst, welche aus der Druckverstellung
des Positionierrahmens 80 resultiert (entlang der Lichtquelle 72,
der Lichtführung 81 und
der Linse 73), wobei ein korrespondierendes drittes Ansteuersignal
erzeugt wird, welches zu der Ansteuereinrichtung 75 zum
Ausführen
einer dritten vorbestimmten Funktion übertragen wird, wie z.B. das Ändern der
Dicke einer graphischen Textlinie bei einer Handschrifterfassung
entsprechend des Druckniveaus beim Schreiben, z.B. die Bürstenstriche.
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Das Äußere der
Lichtführung 81 ist
mit einer Schutzkappe 89 zum Schützen der Spitze ausgerüstet. Wenn
die Lichtführung 31 aus
einem transparenten Kunststoffmaterial gefertigt ist, neigt die
Spitze am äußeren Ende
zur erhöhten
Reibung mit der äußeren Oberfläche 81 zu
schützen.
Somit ist bei dieser Ausführungsform
eine Schutzkappe 89 bei der Lichtführung 81 angeordnet,
welche mit einer Öffnung 891 im
Bereich des äußeren Endes
der Spitze ausgerüstet
ist, welches ermöglicht,
dass Lichtstrahlen einen vorbestimmten Ort 92 auf der äußeren Oberfläche 91 in
einem geringen Winkel erreichen, so dass der optische Sensor 74 möglichst
scharfe Bilder erfassen kann.
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Wie
in 2 gezeigt, wird die Lichtführung 81 der vorliegenden
Erfindung durch den Positionierungsrahmen 80 unterstützt und
an einem Ende (Boden) des Schaftes 71 vorgesehen, um eine
spitzenförmige
Konstruktion des Schaftes 71 zu bilden. Ferner hat die
Lichtführung 81 eine
feste, längliche
und sich verengende Kegelform, welche eine axiale Ausrichtung 82 der
Spitze zum Reflektieren des Lichtbildes bestimmt. Bei dieser Ausführungsform
ist die Lichtführung 31 aus
einem lichtleitenden Material (z.B. Kunststoffmaterial, Acryl, Glas
oder Quarz), und umfasst einen Lichteinlass 83, eine Reflektionsebene 84 und
einen Lichtauslass 85. Der Lichteinlass ist der Lichtquelle 72 zugeordnet.
Bei dieser Ausführungsform
hat der Lichteinlass 83 eine konvexe Struktur, um die gestreuten
Lichtstrahlen von der Lichtquelle 72 zusammenzuführen, bzw.
zu bündeln,
so dass das von der Lichtquelle 72 emittierte Licht in
die Lichtführung 32 im
Wesentlichen parallel entlang der axialen Richtung 82 der
Spitze geführt
wird. Der innere Durchmesser der Lichtführung 81 verjüngt sich
graduell von dem Lichteinlass 83 entlang der axialen Richtung 82 der
Spitze in eine schmale Kegelform, welche besser die Strahlen im
Inneren bilden kann. Die Reflektionsebene 84 und der Lichtauslass 85 sind
an einem von dem Lichteinlass 83 entfernten Ende (Boden)
der Lichtführung 81 angeordnet,
wobei der Lichtauslass 85 im Bereich des vorbestimmten Bereiches 92 auf
der äußeren Oberfläche 91 ist.
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Das
lichtleitende Material der Lichtführung 81 hat einen
vorbestimmten Brechungskoeffizienten, so dass die Oberfläche der
Lichtführung 81 Licht
im Inneren reflektiert, wenn der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung
und der Oberfläche
der Lichtführung 81 weniger
als ein vorbestimmter Winkel ist, so dass eine Lichtführung erreicht
wird. Zum Beispiel, wenn bei dieser Ausführungsform ein transparenter Polycarbonatkunststoff
als Material der Lichtführung 81 verwendet
wird, unterliegt das Licht einer Totalreflektion im Inneren der
Lichtführung 81,
wenn der Winkel zwischen der Lichtbewegungsrichtung und der Oberfläche der
Lichtführung 81 kleiner
als 37° ist. Im
Gegensatz dazu, wenn der gleiche Winkel größer als 37° ist, wird das Licht durch die
Lichtführung 81 austreten.
Basierend auf der Charakteristik der Lichtreflektion des lichtleitenden
Materials ist die Lichtführungsanordnung
des optischen Stiftes gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer weiteren Reflektionsebene 84 an dem
Ende der Lichtführung 81 an der
dem Lichtauslass gegenüberliegenden
Seite ausgerüstet.
Der Winkel zwischen der Reflektionsebene 84 und der axialen
Ausrichtung der Spitze 82 hat eine vorbestimmte Gradzahl.
Der besagte Winkel ist ein spitzer Winkel und kann die Lichtstrahlen
parallel zur axialen Richtung der Spitze bewegen und auf die Reflektionsebene 84 in
einem Winkel kleiner als 37° treffen.
Somit werden die Lichtstrahlen im Inneren der Lichtführung 81 total
durch die Reflektionsebene 84 reflektiert, um auf den Lichtauslass 85 zu treffen.
Ferner werden diese Lichtstrahlen, welche durch die Reflektionsebene 34 reflektiert
werden, die Oberfläche
der Lichtführung 81 durchtreten
und auf einen vorbestimmten Ort 92 auf der äußeren Oberfläche 81 treffen,
wobei der Winkel zwischen den Lichtstrahlen und dem Lichtauslass 85 größer als
37° ist. Bei
dieser Ausführungsform
ist der Zwischenwinkel θ zwischen
den Lichtstrahlen, welche den Lichtauslass 85 der Lichtführung 81 verlassen,
und der äußeren Oberfläche 91 etwa
zwischen 21° bis
50°. Somit
ist das Kontrastverhältnis
des reflektierten Lichtbildes der äußeren Oberfläche 81 signifikant
erhöht
im Gegensatz zum Stand der Technik, wie er in 1 gezeigt
ist. Konsequenter Weise wird die Qualität und die Wiedergabe der Bilder,
welche durch den optischen Sensor 74 des optischen Stiftes 70 detektiert worden
sind, sich erheblich erhöhen,
auch wenn kein gedruckter Untergrund mit speziellem Muster verwendet
wird. Zusätzlich
basierend auf diesen Ergebnissen der Experimente kann die Qualität und die
Widergabe der Bilder, welche durch den optischen Sensor 74 erfasst
worden sind, weiter verbessert werden, wenn der vorgenannte Zwischenwinkel θ im Bereich etwa
von 25° und
40° liegt.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Reflektionsebene 84 der
Lichtführung 81 in
einem Bogen oder einer kugelförmigen
Struktur ausgeführt,
um bessere Lichtbündelungseffekte
im Inneren der Lichtführung 81 zu
erreichen und somit die Helligkeit des Lichtes, welches von dem
vorbestimmten Ort 92 empfangen worden ist, zu erhöhen.
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Gemäß 3 wird
eine schematische Ansicht der zweiten Ausführungsform einer Lichtführungsanordnung 30 eines
optischen Stiftes 20 gezeigt, wobei der optische Stift 20 gemäß der Erfindung
in ähnlicher
Weise einen Schaft 21, eine Lichtquelle 22, eine
Linse 23, einen optischen Sensor 24, eine Ansteuereinrichtung 25,
ein Gehäuse 26 und eine
Lichtführungsanordnung 30 umfasst.
Bei dieser Ausführungsform
umfasst die Lichtführungsanordnung 30 in ähnlicher
Weise eine Lichtführung 31,
welche an dem Ende (Boden) des Schaftes 21 vorgesehen ist,
um den spitzen Teil des optischen Stiftes 20 zu bilden.
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Der
Schaft 21 bildet den Körper
des optischen Stiftes 20, um dessen Teile aufzunehmen.
Bei dieser Ausführungsform
ist der Schaft 21 länglich
und in einer sich verjüngenden
Stangenform, welche sich entlang der axialen Ausrichtung 27 in
einer vorbestimmten Länge
erstreckt. Somit haben bei dieser Ausführungsform die Spitze des optischen
Stiftes 20 (gebildet durch die optische Führung 31)
und der Schaft 21 die gleiche axiale Ausrichtung 27.
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Die
Lichtquelle 22 erzeugt Licht, welches auf einen vorbestimmten
Ort 92 auf einer äußeren Oberfläche 91 im
Bereich des Endes (Boden des Schaftes 21) strahlt, um ein
reflektiertes Lichtbild zu erhalten, dessen Bewegungsrichtung durch
die Ausrichtung des erfassten Lichtes 28 bestimmt wird.
Die Richtung des erfassten Lichtes 28 überlappt mit der axialen Richtung 27.
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Die
Linse 23 ist vor dem optischen Sensor 24 angeordnet,
wobei die Linse 23 eine Einfachlinse oder ein Linsensatz
zum Bündeln
des Lichtbildes und zum Erfassen von Bildern durch den optischen
Sensor 24 vorgesehen ist.
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Der
optische Sensor 24 dient zum Erfassen des Lichtbildes von
dem vorbestimmten Ort 92 und wandelt es in ein elektrisches
Signal um. Bei dieser Ausführungsform
ist der optische Sensor 24 an der axialen Richtung 27 ausgerichtet.
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Die
Ansteuereinrichtung 25 ist mit der Lichtquelle 22 und
dem optischen Sensor 24 verbunden, um das elektrische Signal
von dem optischen Sensor 74 zu empfangen und das Signal
zu verarbeiten, um ein erstes korrespondierendes Ansteuersignal
zu erzeugen. Der Boden 26 ist mit der Ansteuereinrichtung 25 verbunden.
Durch das Drücken
des Knopfes 26 kann die Ansteuereinrichtung 75 ein
korrespondierendes zweites Ansteuersignal erzeugen.
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Wie
in 3 gezeigt, ist die Lichtführung 31 der vorliegenden
Erfindung an dem Ende (Boden des Schaftes 21) angeordnet,
um eine Konstruktion in Form einer Spitze zu bilden, welche koaxial
zu dem Schaft 21 ausgerichtet ist. Des weiteren hat die
Lichtführung 31 eine
hohle ringförmige
Säulenkonstruktion,
welche mit einem Durchgangsloch 32 entlang der Verlängerung
der erfassten Lichtausrichtung für
das reflektierte Lichtbild zum Durchlassen aufweist. Die Lichtführung 81 umfasst
einen Lichteinlass 33, ein längliches Element 34 und
einen Lichtauslass 35. Der Lichteinlass 33 ist
der Lichtquelle 22 zugewandt. Das längliche Element 34 erstreckt
sich in einem vorbestimmten Abstand von dem Lichteinlass 33 im
Wesentlichen entlang einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung
des erfassten Lichtes 28. Der Lichtauslass 35 ist
an dem Ende des länglichen
Elements 34 angeordnet, welches von dem Lichteinlass 33 abgewandt
ist und dem vorbestimmten Ort 92 auf der äußeren Oberfläche 91 zugewandt
ist. Nach dem Licht von der Lichtquelle 22 emittiert wird,
tritt das Licht in die Lichtführung 31 in
einem vorbestimmten Winkel durch den Lichteinlass 33 ein,
und unterliegt einer oder einer mehrfachen totalen internen Reflektion
im Inneren der Lichtführung 31,
wobei es dann durch die Lichtführung 31 zum
Ausgeben aus dem Lichtauslass 35 geführt wird.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
wird ein Abschnitt des länglichen
Elements 34 der Lichtführung 81 an
dem Ort nahe dem Lichtauslass 35 ferner mit einem gebogenen
Element 36 ausgerüstet,
das in Richtung des erfassten Lichtes 28 gebogen ist. Zusätzlich ist
der Lichtauslass 35 der Lichtführung 31 eine schräge Ebene
(kann aber auch ein Bogen oder eine Kugeloberfläche sein), wobei der Winkel θ2 zwischen
dem Lichtauslass 35 und der Richtung des erfassten Lichtes 92 etwa
im Bereich zwischen 21° bis 50° liegt. Dies
liegt vor, wenn der optische Stift 20 die äußere Oberfläche 91 etwa
vertikal berührt,
wobei der Winkel θ3
zwischen der Richtung des Lichtausgangs 37 durch eine Richtung
im rechten Winkel zu dem Lichtauslass 35 und der äußeren Oberfläche 91 bestimmt
wird, welcher im Prinzip gleich θ2
ist, welcher zwischen 21° bis
50° liegt.
Wenn θ2
oder θ3 etwa
zwischen 21° bis
50° liegen,
kann das Kontrastverhältnis
des Lichtbildes, welches von der äußeren Oberfläche 91 reflektiert
worden ist, signifikant erhöht werden;
im Gegensatz zum Stand der Technik, wie er in 1 gezeigt
ist. Somit kann die Qualität
und die Wiedergabe der Bilder, welche durch den optischen Sensor
des optischen Stiftes 20 erfasst worden sind, erheblich
gesteigert werden.
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Zusätzlich kann
der Winkel θ2
zwischen dem Lichtauslass 35 der Lichtführungsanordnung 30 des optischen
Stiftes 20 und der Richtung des erfassten Lichtes 28 vorzugsweise
zwischen 25° und
50° liegen.
In diesem Bereich kann nicht nur eine bessere Qualität und eine
bessere Wiedergabe der reflektierten Bilder erhalten werden, sondern
der Winkel θ3 zwischen
dem Lichtauslass 37 und der äußeren Oberfläche 91 wird
unter 55° bleiben,
immer wenn der Bediener den optischen Stift 20 in einem
schrägen
Winkel (etwa 5° bis
15°) hält und bedient,
welches die Qualität
und auch die Wiedergabe der reflektierten Bilder verbessert.
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Die
anderen bevorzugten Ausführungsformen,
welche nachfolgend beschrieben werden, haben identische oder ähnliche
Elemente wie die vorher beschriebenen. Diese Elemente werden mit
den gleichen Bezugszahlen bezeichnet (lediglich mit einem Buchstaben
zur besseren Unterscheidung versehen), wobei der Name und deren
detaillierte Ausgestaltung nicht weiter beschrieben wird.
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4 zeigt
die schematische Ansicht der dritten bevorzugten Ausführungsform
einer Lichtführungsanordnung 30b eines
optischen Stiftes 20b. Der optische Stift 20b umfasst
gemäß der vorliegenden
Erfindung in ähnlicher
Weise einen Schaft 21b, eine Lichtquelle 22b,
eine Linse 23b, einen optischen Sensor 24b, eine
Ansteuereinrichtung 25b und eine Lichtführungsanordnung 30b (Lichtführung 31b).
Die Unterschiede zu den anderen Ausführungsformen sind folgende:
Der
Bereich einer Querschnittsform des länglichen Elements 34b der
Lichtführung 31b verjüngt sich
graduell in einer Richtung von dem Lichteinlass 33b zu dem
Lichtauslass 35b, um eine Lichtführungskonstruktion zu geben,
welche graduell zum kreisförmigen Kegel
verjüngt
wird. Zusätzlich
sind zwei oder mehrere Lichtquellen 22b an dem Lichteinlass 33b der Lichtführung 34b angeordnet,
um die Helligkeit zu erhöhen.
In 4 liegt der Winkel θ3 in ähnlicher Weise zwischen 21° bis 50°.
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5 zeigt
eine schematische Ansicht der vierten bevorzugten Ausführungsform
einer Lichtführungsanordnung 30c eines
optischen Stiftes 20c. Der optische Stift 20c gemäß der Erfindung
umfasst in ähnlicher
Weise einen Schaft 21c, eine Lichtquelle 22c,
eine Linse 23c, einen optischen Sensor 24c, eine
Ansteuereinrichtung 25c und eine Lichtführungsanordnung 30c (umfassend
Lichtführung 31c). Die
Unterschiede zu den anderen Ausführungsformen
sind wie folgt:
Der Lichteinlass 33c der Lichtführung 31c ist
erweitert und vergrößert, um
das Eintreten der Strahlen von der Lichtquelle 22c in die
Lichtführung 31c zu
erleichtern. Zusätzlich
ist der mittlere Abschnitt des länglichen
Elements 34c mit einer Lichtführungsbrückenstruktur 38 ausgerüstet, um
ein Teil der Strahlen in die Lichtführung 31c von einem
anderen Bereich des länglichen
Elements 39, welcher von der Lichtquelle 22c entfernt
liegt, durch die Brücke 38c eintreten
zu lassen, so dass die äußere Oberfläche 91c eine
gleichmäßigere Beleuchtung
hat. Das Innere der Lichtöffnung 20c ist
ferner mit einem Reflektor 29 ausgerüstet, um die Richtung des erfassten
Lichtes 28c zu verändern,
so dass der optische Sensor 24c nicht notwendigerweise
in axialer Richtung 27c konfiguriert wird. In 5 liegt
der Winkel θ3
in ähnlichen Bereichen
zwischen 21° bis
50°.
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6 zeigt
eine schematische Ansicht der fünften
bevorzugten Ausführungsform
einer Lichtführungsanordnung
eines optischen Stiftes 50. Der optische Stift 50 gemäß der Erfindung
umfasst in ähnlicher
Weise einen Schaft 51, eine Spitze 52, eine Lichtquelle 53,
eine Linse 55, einen optischen Sensor 56 und eine
Lichtführung 57.
Die Unterschiede zu den anderen Ausführungsformen sind folgenden:
Das
obere Ende der Lichtführung 57 ist
der Lichtquelle 53 zugewandt, während das andere Ende der Spitze 52 zugewandt
ist und mit einer kegligen konischen Oberfläche 571 ausgerüstet ist.
Eine Reflektionsebene kann an der kegligen konischen Oberfläche 571, welches
z.B. durch die Beschichtung mit einer Schicht aus reflektierendem
Material an deren äußeren Oberfläche oder
durch einfaches Einstellen eines geeigneten Winkels erreicht werden,
so dass das Licht im Inneren der Lichtführung 57 durch die
keglige, konische Oberfläche 571 reflektiert
werden kann und die Richtung verändert
wird. Durch die Anordnung der kegligen konischen Oberfläche 571 können die
durch die Lichtquelle 53 erzeugten Lichtstrahlen geführt und
gebündelt
werden in einem schrägen Winkel
von 21° bis
50° in Richtung
auf einen vorbestimmten Ort 631 auf der äußeren Oberfläche 63 im Bereich
der Spitze 52. Somit ist der Pfad des reflektierten Lichtbildes 64 koaxial
zu der axialen Richtung 62 des Schaftes 51 (das
heißt überlappend).
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Zusätzlich ist
der Abschnitt der Lichtführung 57 (an
dem unteren rechten Abschnitt der Lichtführung 57, wie in 6 gezeigt)
von der Lichtquelle 53 abgewandt und nahe dem ausgewählten Ortes 631 mit
einem ausgeschnittenen Teil 572 angeordnet, um der Lichtführung 57 eine
Form in der Art einer Spitze eines üblichen Füllfederhalters zu geben. Somit
kann mit einer relativ scharfen Spitze 52 das Schreiben
erleichtert werden.
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7A und 7B sind
eine perspektivische Ansicht und eine quergeschnittene Ansicht der sechsten
bevorzugten Ausführungsform
der Lichtführungsanordnung
des optischen Stiftes 50 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform umfasst
der optische Stift 50 in ähnlicher Weise einen Schaft 51,
eine Spitze 52, eine Lichtquelle 53, eine Linse 55,
einen optischen Sensor 56 und eine Lichtführung 57.
Die Unterschiede zu den anderen Ausführungsformen sind folgende:
Das Äußere der
Lichtführung 57 ist
mit einer Schutzkappe 69 zum Schützen der Spitze 52 ausgerüstet. Wenn
die Lichtführung 57 aus
einem transparenten Kunststoffwerkstoff gefertigt ist, neigt die
Spitze 52 am äußeren Ende
dazu durch erhöhte
Reibung mit der äußeren Oberfläche 63 abgenutzt
zu werden. Bei dieser Ausführungsform
ist eine Schutzkappe 69 an der Lichtführung 57 vorgesehen,
wobei der ausgeschnittene Teil 572 im Bereich der Spitze 52 ähnlich ausgeschnitten
ist, um eine Öffnung
zu halten, die es erlaubt, dass die Strahlen auf einen vorbestimmten bzw.
ausgewählten
Ort 631 auf der äußeren Oberfläche 63 im
Bereich der Spitze 52 in einem niedrigen Winkel von 21° bis 50° treffen.
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Diese
vorbeschriebenen Ausführungsformen können verschiedene
Modifikationen und Alternativen umfassen, welche ebenfalls von der
vorliegenden Erfindung erfasst werden.
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Es
wird eine Lichtführungsanordnung
für einen
optischen Stift und insbesondere ein optischer Stift mit der Lichtführung beansprucht
und vorgeschlagen, wobei der optische Stift eine Lichtquelle, einen
optischen Sensor und eine Lichtführung umfasst.
Die Lichtquelle emittiert Licht auf eine äußere Oberfläche, wo der optische Sensor
ein reflektiertes Lichtbild erfasst, dessen Bewegungsrichtung von
der Richtung des erfassten Lichtes bestimmt wird. Die Lichtführung ist
aus einem lichtleitenden Material und umfasst einen Lichteinlass,
ein längliches
Element und einen Lichtauslass. Der Lichteinlass ist im Bereich
der Lichtquelle angeordnet. Das längliche Element erstreckt sich
in einem vorbestimmten Abstand von dem Lichteinlass im Wesentlichen
entlang einer Richtung parallel und entgegengesetzt zu dem erfassten
Licht. Der Lichtauslass ist an einem Ende des länglichen Elements, welches
von dem Lichteinlass abgewandt ist, angeordnet. Das durch die Lichtquelle emittierte
Licht wird zuerst durch die Lichtführung geführt und dann auf die äußere Oberfläche in einem geneigten
Winkel im Bereich etwa von 21° bis
50° gestrahlt,
um den Kontrast und die Wiedergabe des reflektierten Lichtbildes
zu verbessern.