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Die Erfindung betrifft ein Schreibgerät, mit dem handschriftlich Text oder Zeichen auf eine Schreibunterlage aufgetragen und gleichzeitig oder alternativ maschinentechnisch erfasst werden und dann einer Recheneinheit zur Verarbeitung übermittelbar sind.
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In der
WO 02/39373 A1 wird ein Schreibstift zum digitalen Erfassen von handgeschriebenen Zeichen oder Texten vorgeschlagen, bei dem eine Infrarot-Kamera in oder am Stift genutzt wird, um die Position des Stiftes beim Schreiben innerhalb eines Musters auf den Papier zu erfassen. Die so gewonnenen Daten werden funktechnisch an einen Computer übermittelt und können zur digitalen Rekonstruktion der handgeschriebenen Texte oder von Zeichen genutzt werden.
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Die
DE 10 2008 015 652 A verbessert diesen Schreibschrift dadurch, dass die Schnittstelle zur Übermittlung der Daten an eine externe Verarbeitungseinrichtung als Mobilfunk-Schnittstelle zur Übermittlung der Daten über ein zellulares Mobilfunknetz ausgebildet ist.
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Als Erfassungssysteme der Bewegung des Schreibstiftes sind weiter Beschleunigungssensoren im Stift oder Funk- oder ultraschallbasierte Triangulationsvorrichtung bekannt. Derartige Beschleunigungssensoren, die die beim Schreibvorgang gemachten Bewegungen in ein elektronisches Signal umwandeln, sind aus der
WO 99/22338 A1 bekannt.
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Aus der
WO 00/31682 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von geschriebenen oder gekennzeichneten Informationen bekannt, die über Mittel zur fortlaufenden Bestimmung der Position des Schreibgerätes auf der Schreibunterlage verfügt. Als Mittel für die fortlaufende Bestimmung werden Beschleunigungssensoren genutzt und für die absolute Bestimmung ein optoelektronischer Sensor, der ein barcodeähnllichen System der Schreibunterlage ausliest.
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Letztlich soll noch auf die
DE 10 2006 059 659 B4 verwiesen werde, die eine Hough-Transformation nutzt, um einzelne Schriftzeichen zu erkennen.
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Die benannten technischen Lösungen sind vor allem rechentechnisch aufwendig, da die Erfassung des Schriftverlaufes beim Schreiben von Text oder Zeichen fehlerhaft erfolgt und es eines aufwendigen Abgleiches zur eindeutigen Zuordnung zwischen dem geschriebenen Zeichen und den letztlich elektronisch abgebildeten bedarf. Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, dass die geschriebenen Buchstaben und Zeichen nicht in Druckform vorliegen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Funktionen des Handschreibgerätes, nämlich Zahlen, Buchstaben usw. auf eine Schreibunterlage aufzubringen mit einer Erkennung des Geschriebenen zu verbinden und in Druckform aufzubereiten.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine Schreibeinrichtung vorgeschlagen, bei der als Schreibvorrichtung ein Stift vorgesehen ist, der in einem Gehäuse angeordnet ist und der bei der Schreibbewegung der Hand eine der Schreibbewegung folgende Auslenkung erfährt, die mittels im Gehäuse angeordneter Sensoren erfasst und in Form von Daten einer elektronischen Verarbeitungseinrichtung zur Erkennung und Darstellung der geschriebenen Elemente in Druckform zugeleitet wird.
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Geschriebene Elemente können Buchstaben, Zahlen oder auch andere Zeichen sein, nachfolgend als Buchstaben bezeichnet.
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Der Stift kann ein Blindstift sein, d. h. er enthält keine Substanz, die beim Schreiben auf ein Papier aufbringbar ist oder es kann sich z. B. um eine Kugelschreibermine oder eine Bleistiftmine handeln, mit der sichtbar auf einem Blatt Papier geschrieben werden kann.
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In beiden Fällen kommt eine Sensorik zum Einsatz, die die Auslenkung des Stiftes beim Schreiben erfasst, wobei mittels der gewonnenen Daten die Buchstaben identifiziert und dann in Druckbuchstaben transformiert werden, die gespeichert oder direkt an einen Empfänger übermittelbar sind. Dazu sind im Gehäuse entsprechende Verarbeitungs- und Übertragungsmittel vorzusehen.
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Die Erfassung der Auslenkung des Stiftes setzt natürlich voraus, dass mit dem Stift auf einer Unterlage geschrieben wird – sichtbar oder nicht sichtbar –, um eine Auslenkung zu erhalten.
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Zur Erfassung der Auslenkung des Stiftes werden Drucksensoren und/oder optische oder optoelektronische Sensoren und/oder kapazitive und/oder induktive Sensoren im Gehäuse am Stiftumfang angeordnet, vorzugsweise in einer Querschnittsebene des Gehäuses.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung ist dazu vorgesehen, dass zur Erfassung der Auslenkung des Stiftes an diesem oder an einer diesen umschließenden Hülse symmetrisch angeordneten Flags angeordnet sind, die jeweils in eine Lichtschranke eingreifen.
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Eine andere Ausführung sieht vor, dass das Mittel zur Erfassung der Bewegung des Stiftes ein an die Bewegung des Stiftes gekoppelter Sensorchip ist, der einen im Gehäuse angeordneten Lichtfleck erfasst oder umgekehrt, dass der Lichtfleck der Bewegung des Stiftes folgt und durch einen Sensor erfassbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung ist die Ablenkung des Lichtflecks in Chipebene durch die Verschiebung des erfassten Schwerpunkts in zwei Achsen ermittelbar.
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Eine Erfassung der Stiftbewegung in drei Raumachsen wird erreicht, indem die Ablenkung der Lichtquelle senkrecht zur Chipebene durch die Aufweitung des Lichtflecks ermittelbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der Sensor-Chip mehrere fotoempfindliche Teil-Flächen aufweist, die auf dem Chip auswertbar sind.
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Der Lichtfleck selbst ist durch eine LED-Strahlung parallel zur Stiftachse zwischen Stift und Wandung im Gehäuse erzeugbar.
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Eine vorteilhafte Anordnung des Sensor-Chips erfolgt in der Querschnittebene des Gehäuses zwischen Stift und Gehäusewandung.
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Neben der sichtbaren Schreibfunktion z. B. auf einem Blatt Papier, verfügt dieses Schreibgerät somit zusätzlich über die Erkennungsfunktion und die Funktion der Umsetzung der erkannten Buchstaben in Druckform.
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Eine erfindungsgemäße Schreibeinrichtung soll anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen
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1 die Schreibeinrichtung mit Erfassung der Auslenkung einer Kugelschreibermine
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2 die Zuordnung von Schreibbewegungen zum Schreibminenversatz und
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3 ein Blockschaltbild der Elektronik zur Auswertung der Sensorsignale.
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1 zeigt eine Schreibeinrichtung in Form eines Kugelschreibers, bei der eine Erfassung der Auslenkung der Schreibmine 2 zur Buchstabenerkennung genutzt wird.
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Das Gehäuse 1 des Kugelschreibers besteht aus festem Material zum Beispiel Hartkunststoff. Die Festigkeit ist zur Vermeidung mechanischer Spannungen erforderlich welche z. B. durch das Handling mit dem Kugelschreiber auftreten und sich auf die Minenpositionen übertragen könnten.
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Am Austritt wird die Kugelschreibermine 2 durch einen Ring 6 aus Weichkunststoff geführt, dessen Härtegrad einen Versatz der Kugelschreibermine 2 um ca. +/–0,2 mm bei normaler Schreibtätigkeit zulässt. Dies entspricht der Auslenkung bei üblichen Kugelschreibern.
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Etwa im Griffbereich sind am Gehäuse 1 des Kugelschreibers innenseitig vier um 90° versetzte Gabellichtschranken 5 angebracht, die derart positioniert sind, dass der Gabelspalt in Längsrichtung des Kugelschreibers liegt. Der Versatz der Kugelschreibermine 2 bei Bewegung wird über Flags 4, die sich auf einem Führungsrohr 3 für die Kugelschreibermine 2 befinden, in die Lichtschranken 5 übertragen.
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Das Führungsrohr 3 weist eine trichterförmige Öffnung auf, durch welche die Kugelschreibermine 2 herein- und herausgeschoben werden kann. Zwischen dem Führungsrohr 3 und der Kugelschreibermine 2 sollte keinerlei Spiel entstehen, da hierdurch die Abstandsinformation verfälscht würde.
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Um einen engen Verschluss sicherzustellen, ist der Radius der Führung 8 etwas auf Untermaß ausgelegt und in Längsrichtung der Führung 8 ein Spalt vorgesehen, durch welchen sich beim Herein- und Herausschieben der Kugelschreibermine 2 das leicht elastische Kunststoffmaterial etwas aufweitet und sich der Kugelschreibermine 2 anpasst.
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Die Führung sollte einerseits möglichst weich in dem Gehäuse 1 des Kugelschreibers gelagert sein, um die Bewegung zwischen Kugelschreibermine 2 und Lichtschranken 5 nicht zu dämpfen, anderseits sollte die Lagerung eine solche Festigkeit aufweisen, dass sie dem Herein- und Herausschieben der Kugelschreibermine 2 standhält.
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Ein elastischer Führungsring 7 für die Kugelschreibermine 2 im hinteren Teil des Gehäuses 2 des Kugelschreibers, der ebenfalls auf möglichst enge Passung ausgelegt ist, bildet den Drehpunkt der Hebelanordnung: Kugelschreibermine/Schreibkraft.
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Die Elektronik, eventuell ein Kontrolldisplay, die Bedienelemente und ein Außenanschluss befinden sich in einer leichten Verdickung am Ende des Kugelschreibers und sind nicht dargestellt.
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Die Grundkonzeption gewährleistet bei gewohntem Umgang mit dem Kugelschreiber die für die Funktionalität erforderlichen Bedingungen bezüglich Bewegungsübertragung und Positionierungsgenauigkeit von Kugelschreibermine 2 und Lichtschranken 5.
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Die Kraft, die zum Schreiben aufgewendet wird, besteht aus einer Vertikalkomponente für den Andruck des Kugelschreibers auf die Schreibunterlage und einer Horizontalkomponente für die Schreibbewegung in Längs- und Querrichtung. Beide Kräfte führen zu einem Versatz der Kugelschreibermine 2 gegenüber dem Spulenkörper der Lichtschranken 5. Durch die Veränderung des Kugelschreiberminenversatzes aufgrund der Bewegung kann auf die Schrift geschlossen werden. Auch besteht ein Einfluss des Schreibwinkels auf den Kugelschreiberminenversatz.
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Zwischen den Kräften, dem Schreibwinkel und der Schrift bestehen folgende Zusammenhänge:
- – Die Andruckkraft bewirkt bei 90° Schreibwinkel einen Kugelschreiberminenversatz in Längsrichtung, also bezogen auf den Kugelschreiber nach hinten gerichtet. Bei abnehmendem Schreibwinkel teilt sich diese Kraft auf und bewirkt neben der Verschiebung nach hinten auch eine Positionsänderung nach oben (bezogen auf den Kugelschreiber).
- – Eine Schreibbewegung in Längsrichtung bei 90° Schreibwinkel bewirkt einen Kugelschreiberminenversatz nach oben bzw. unten, je nach Schreibrichtung. Bei abnehmendem Schreibwinkel teilt sich diese Kraft in Längs- und Vertikalrichtung auf die Kugelschreibermine bezogen auf und bewirkt zusätzlich eine Verschiebung nach oben bzw. unten.
- – Eine Schreibbewegung in Querrichtung führt unabhängig vom Schreibwinkel zu einem Kugelschreiberminenversatz seitlich zum Kugelschreiber.
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Da ein Einfluss auf die Buchstaben durch die Andruckkraft nur in Längsrichtung auftritt, lässt sich dieser Einfluss durch den Gesamtverlauf der Kugelschreiberminenverschiebung erkennen und korrigieren.
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Die Erkennung der Kugelschreiberminenposition erfolgt über Gabellichtschranken 5. Bei Positionsverschiebungen bis ca. 0,2 mm kann eine Toleranz der Flags 4 von ca. +/–0,4 mm gegenüber der Mittelposition zugelassen werden. Aus mechanischer Sicht ist die Einhaltung dieser Forderung unkritisch.
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Bei einem Ausgangsspannungsbereichs der Lichtschranke 5 von 5 V ergibt sich bei der maximalen Positionsänderung von 0,2 mm ein Signal der Größe ca. 0,7 V. Die mittlere Spannung bei Schreibtätigkeit liegt bei ca. 150 mV. Durch eine Verstärkung von ca. 26 dB werden die Ausgangssignale der Lichtschranken 5 in dem Volt-Bereich angehoben, sodass sie zur anschließenden digitalen Verarbeitung geeignet sind.
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Ein weiterer Gesichtspunkt für die Eignung von Lichtschranken 5 ist deren ausgeprägte Richtcharakteristik. Bei der gewählten Anordnung entsteht nur bei einer Flagänderung in der Längsebene des Lichtspaltes eine Änderung des Lichtdurchtritts jedoch nicht bei Änderung der Flagposition in Vertikalrichtung.
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Vorteilhaft ist zudem die Berührungslosigkeit der Sensorik. Gelenke, Führungen etc. würden zwangsläufig durch die zu überwindende Haftreibung die Erkennungsempfindlichkeit herabsetzen.
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2 zeigt beispielhaft die Buchstabenerkennung. Aus der Schreibbewegung wird die Auslenkung der Kugelschreibermine 2 ermittelt. Aus deren Verlauf werden die Reihenfolgen von Maxima, Minima und Nulldurchgängen sowie deren Ausprägung als Erkennungskriterium abgeleitet und mit entsprechenden Referenzmustern verglichen.
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Bei Buchstaben, die nicht in einem Zug geschrieben werden, sondern bei denen der Kugelschreiber abgesetzt werden muss, um die Längs- und Querstriche zu ziehen (z. B. A, F, H, K, X), werden zeitliche Zusammenhänge genutzt, um Buchstaben zu erkennen. Die Absetzzeit des Kugelschreibers beim Schreiben eines Buchstabens ist erheblich geringer als die beim Schreiben zwischen zwei Buchstaben.
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Bei Mehrdeutigkeiten erfolgt eine Überprüfung durch Plausibilitätsbetrachtungen und durch Vergleich mit personenspezifischen gespeicherten Merkmalen.
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Neben der Ableitung der Referenzmuster werden über die Software weiterhin Wortanfang und Wortende sowie dynamische Verläufe, die nicht einer Schreibbewegung zuzuordnen sind, erkannt.
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3 zeigt das Blockschaltbild einer möglichen Auswerteelektronik.
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Bei einem Ausgangsspannungsbereichs der Lichtschranke 5 von 5 V ergibt sich bei der maximalen Positionsänderung von 0,2 mm ein Signal der Größe ca. 0,7 V. Die mittlere Spannung bei Schreibtätigkeit liegt bei ca. 150 mV. Durch eine Verstärkung von ca. 26 dB werden die Ausgangssignale der Lichtschranken 5 in dem Volt-Bereich angehoben, sodass sie zur anschließenden digitalen Verarbeitung geeignet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 02/39373 A1 [0002]
- DE 102008015652 A [0003]
- WO 99/22338 A1 [0004]
- WO 00/31682 A1 [0005]
- DE 102006059659 B4 [0006]
