DE69319364T2

DE69319364T2 - Elektronisches Schreibsystem

Info

Publication number: DE69319364T2
Application number: DE69319364T
Authority: DE
Inventors: Scott A Elrod; David L Steinmetz
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1993-03-26
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2013-03-27
Also published as: DE69319364D1; JP3067452B2; EP0564200B1; US5495269A; EP0564200A2; EP0564200A3; JPH0612182A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektronische Schreibsysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Techniken zum genauen Erfassen und Anzeigen von Information in einem interaktiven System, wobei mehrere Personen zusammenarbeiten können und Information in einem einzigen großen Anzeigebereich zur Verfügung stellen und erhalten können.
In einer kooperativen Arbeitsumgebung kann es möglich sein, daß mehrere Benutzer eine angezeigte Information gleichzeitig einsehen und manipulieren möchten. Es ist wünschenswert, ein durch einen Computer gesteuertes großes elektronisches Anzeigesystem vorzusehen, das mehrere Fuß groß ist (sowohl horizontal wie vertikal). Jeder der mehreren Benutzer kann eine Eingabeeinrichtung betätigen, die gleichzeitig und unabhängig voneinander für die Steuerung eines entsprechenden Zeigers auf der Anzeige verwendet werden kann, um einen Cursor zu positionieren, einen Menüpunkt aus einem Menü zu wählen, auf dem Anzeigeschirm zu zeichnen oder andere Standardfunktionen vorzunehmen. Auf diese Weise sind die Tätigkeiten jedes Benutzers für alle Mitglieder der Gruppe sichtbar, so daß die Mitglieder miteinander wie vor einer herkömmlichen Kreidetafel bzw. Weißtafel agieren können.
Ein Computersystem umfaßt gewöhnlich eine Anzeigeeinheit, die ausgewählte Daten für den Benutzer visuell darstellt. Eine besondere Lokationsmarke, wie ein Zeiger, kann durch den Benutzer zu jedem gewünschten Punkt auf der Anzeige bewegt werden, um einen Cursor für das Eintragen von Tastaturzeichen zu lokalisieren, um die Lokation von Punkten, wie beim Zeichnen von alphanumerischen Zeichen oder anderen Mustern zu suchen, um einen Fuktionsbefehl wie Zeichnen oder Löschen aufzurufen und zu betätigen, um ein Menü zu öffnen, oder um einen angezeigten Befehl oder eine andere Schnittstellenfunktion aufzurufen. In jedem Fall muß die Lokation des Zeigers bekannt sein, wobei bei vielen Anwendungen auch die gewünschte Steuerfunktion bekannt sein sollte.
Das Positionieren des Zeigers stellt eine Möglichkeit der Eingabe bei einem Computer dar und wird gewöhnlich auf verschiedene Weise vorgenommen, zum Beispiel durch bestimmte Tasten auf einer Tastatur, eine frei bewegliche "Maus" mit einer oder mehreren Funktionstasten, einen "Joystick", einen Stift auf einem Grafikeingabetablett oder einen Lichtgriffel. Jede dieser Einrichtungen weist jeweils besondere Vorteile auf. Die Tastatur erlaubt es dem Benutzer, eine Lokation anzugeben, ohne die Hände von der Tastatur zu nehmen, eine Maus kann einfach und schnell in Übereinstimmung mit dem Anzeigebereich über ein Mauspad bewegt werden, wobei die Funktionstasten der Maus das Aufrufen von verschiedenen gewöhnlichen Funktionen gestatten, der Joystick ist ebenfalls eine schnell zu handhabende Positonierungseinrichtung, der Stift erlaubt die Freihandeingabe und der Lichtgriffel bietet dem Benutzer eine zusätzliche Fernoperation in der Nähe der Anzeigeoberfläche.
Ein Bildsystem für ein derartiges großflächiges Schreibsystem kann mit einer Projektions-Bildsystem sein oder nicht. Ein Projektions-Bildsystem sollte ein Projektions-Subsystem zum Projizieren der Computeranzeige auf eine Seite einer Bildoberfläche und ein Abfrage-Subsystem zum Feststellen der Lokations- oder Funktionsinformation von der Benutzer-Eingabeeinrichtung umfassen. Das Bildabfrage-Subsystem sollte in der Lage sein, Information aus der Benutzer-Eingabeeinrichtung zu erhalten, wenn diese von der Bildfläche entfernt ist oder wenn mit dieser direkt auf die Bildfläche geschrieben wird.
Eine Bildoberfläche für ein derartiges großflächiges Schreibsystem sollte vorzugsweise einen Schirm mit einer Bildoberfläche an oder in der Nähe des Schirms umfassen. Der Schirm sollte in der Lage sein, Licht aus entweder einer lichtemittierenden Eingabeeinrichtung des Benutzers oder aus dem Projektor, der das Computeranzeigebild projiziert, zu streuen. Der Schirm sollte mechanisch starr und beständig sein, wobei er ein natürliches Schreibgefühl, wie bei einer herkömmlichen Kreidetafel oder Weißtafel, bieten sollte, wenn der Benutzer auf ihm schreibt.
Eine direkte Eingabeeinrichtung für ein derartiges großflächiges Schreibsystem sollte vorzugsweise einen drahtlosen Lichtgriffel umfassen, der eine optische Strahlung emittiert, die hinter dem Anzeigeschirm festgestellt werden kann. Die Einrichtung sollte gleicherweise durch Benutzer, die mehrere Fuß vom Schirm entfernt sitzen, als Fernzeiger auf den Anzeigeschirm verwendet werden können, wie durch Benutzer, die in "Schreibkontakt" mit dem Schirm sind. Da der Lichtgriffel drahtlos ist, weist er eine verbesserte Verwendbarkeit als kooperatives Werkzeug auf, da er als eine Lichtpunkt-Projektionseinrichtung bei optimalen Abständen von mehreren Fuß zur Schirmoberfläche verwendet werden kann. Wenn bei mehreren Benutzern drahtgebundene Griffel verwendet werden, könnten sich die Drähte bei diesem kooperativen Benutzungsmodus miteinander verheddern. Wenn der Benutzer auf dem Schirm schreibt, sollte der Lichtgriffel vorzugsweise in Kontakt mit der beschriebenen Oberfläche bleiben. Es wäre jedoch auch sehr praktisch, wenn man den Lichtpunkt aus einer Entfernung von mehreren Fuß auf den Schirm projizieren könnte. Der drahtlose Lichtgriffel sollte in der Lage sein, die Pixellokation genau anzugeben, wobei er auch für eine Umgebungssicherheit sorgen sollte, so daß sein optischer Strahl bei normalen Verwendungsabständen nicht in der Lage sein sollte, einen Lichtpunkt auf das Auge zu fokussieren und dadurch das Auge zu schädigen.
EP-A-484.160 beschreibt ein elektronisches Schreibsystem, das einen Lichtgriffel, einen dafür empfindlichen Sensor und eine Einrichtung zum Projizieren eines Bildes auf einem Schirm umfaßt.
WO 91/01543 beschreibt ein Lichtgriffelsystem für die Verwendung zusammen mit einer Videoanzeigen-Installation.
Die vorliegende Erfindung gibt ein elektronisches Schreibsystem an, welches umfaßt: einen parallaxenreduziernden Anzeigeschirm mit einer streuenden Bildoberfläche, eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines modifizierbaren Lichtpunktes, der eine Eingabelokations-Information auf eine Seite der Bildoberfläche angibt, eine Sensoreinrichtung zum Abfühlen des Lichtpunktes und zum Erzeugen von Ausgabesignalen, die die Eingabelokations-Information wiedergeben, wobei die Sensoreinrichtung auf einer zweiten Seite der Bildoberfläche lokalisiert ist und eine Abbildungslinse mit einer großen Öffnung umfaßt, und einen integrierten Positionsdetektor, wobei das System auch eine Rückprojektions-Einrichtung zum Anzeigen von Information auf der zweiten Seite der Bildoberfläche umfaßt, wobei die angezeigte Information eine genaue Pixellokation angibt, die der Eingabelokations-Information des Lichtpunktes entspricht.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Anzeigeschirm angegeben, der in einem elektronischen System durch den Benutzer betrachtet wird und eine Substratschicht aus einem starren, transparenten Material, eine lichtstreuende Bildoberfläche, und eine Schutzschicht umfaßt, die wesentlich dünner ist als die Substratschicht, wobei die Bildoberfläche zwischen dem dünnen Substrat und einer Seite der Schutzschicht angeordnet ist, wobei der Anzeigeschirm mit der zweiten Seite der Schutzschicht zum Benutzer hin angeordnet ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind eine oder mehrere Eingabeeinrichtungen zum gleichzeitigen und voneinander unabhängigen Eingeben von Information in ein großflächiges elektronisches Schreibsystem vorgesehen, das eine großflächige Schreiboberfläche umfaßt, auf der durch das elektronische System erzeugte Information angezeigt wird. Dabei identifiziert die Ausgabebeleuchtung jeder Eingabeeinrichtung eindeutig die Quelle und die auszuführende Funktion und wird als ein Lichtpunkt auf die Anzeigeoberfläche projiziert. Die projizierte Beleuchtung aus allen Eingabeeinrichtungen fällt auf ein Empfangs-Subsystem, das Ausgabesignale erzeugt, die die totale optische Eingabe der Lichtpunkte wiedergeben.
Das Schreibsystem umfaßt einen Anzeigeschirm mit einer guten Lichtstreuung, die dafür sorgt, daß das den Detektor erreichende Signal für eine beliebige Lokation auf dem Schirm ausreichend groß ist. Der Anzeigeschirm weist auch Eigenschaften auf, die Paralaxenfehler reduzieren. Es ist eine Einrichtung zum Projizieren eines Lichtpunktes vorgesehen, der modifiziert werden kann, um zusätzliche Information einzugeben. Das Empfangs-Subsystem enthält eine Einrichtung zum Abfühlen des Lichtpunkts und zum Anzeigen eines Indikators, der die Lokation des Lichtpunkts angibt. Das Eingabe-Subsystem umfaßt eine Abbildungslinse mit einer großen Öffnung und einen integrierten Positionsdetektor.
Der Anzeigeschirm der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Substrat mit einer Bildoberfläche, die zum Benutzer hin ausgerichtet ist und nicht, wie bei einer typischeren Konfiguration hinter dem Substrat angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform bedeckt eine sehr dünne Schutzschicht aus einem transparenten abriebfesten Material die Bildoberfläche und schützt sie vor Beschädigungen durch den Griffel. Die Schutzschicht ist straff über das Substrat gespannt und mit Zapfen befestigt, die durch die Schichten gedrückt sind. Der große Schirm ist mechanisch starr ohne innere Stützeinrichtungen aufgebaut, da diese Stützen die Rückprojektionsanzeige stören würden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein großflächiges elektronisches Schreibsystem anzugeben, das im wesentlichen auf ähnliche Weise verwendet werden kann, wie ein herkömmliches Schreibsystem mit einer Tafel.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert auf der Überlegung, daß das Eingabesystem des großflächigen Schreibsystems dem Benutzer dasselbe Gefühl bieten sollte wie ein herkömmliches Schreibsystem mit einer Tafel, wobei wenig oder keine besonderen Kenntnisse bzw. Fähigkeiten erforderlich sein sollten. Das System sollte bei einer Benutzereingabe mit Hilfe eines Lichtgriffels die Lokation des Eingabe richtig feststellen und einen Cursor oder ein anderes entsprechendes Anzeigemerkmal anzeigen, das der Pixellokation der Eingabe entspricht. Der Schirm sollte mechanisch steif und beständig sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf der Überlegung, daß Schreibsysteme das Licht aus der Anzeigeprojektion streuen müssen, um das Ansehen des Schirms aus verschiedenen Blickwinkeln zu erlauben, wobei auch das Licht aus den Eingabeeinrichtungen beträchtlich gestreut werden muß, um das Feststellen der Lichtenergie zu erlauben.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine großflächige Anzeigeeinheit zeigt,
Fig. 2 ein Empfangs-Subsystem mit einer nicht streuenden Lichtprojektions- Einrichtung und einem nicht streuenden Schirm zeigt,
Fig. 3 ein Empfangs-Subsystem mit einer streuenden Lichtprojektions-Einrichtung und einem lichtstreuenden Schirm zeigt,
Fig. 4 und 5 Parallaxenprobleme bei einigen herkömmlichen großflächigen Anzeigeschirmen zeigt,
Fig. 6 die reduzierten Paralaxe zwischen der durch den Benutzer gezeigten Lokation und der durch den Computer erkannten Lokation zeigt,
Fig. 7(a) und (b) einen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellten Schirm zeigen,
Fig. 8 einen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung modifizierten Lichtgriffel zeigt, und
Fig. 9 eine genaues und ökonomisches großflächiges elektronisches Schreibsystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 1 zeigt eine großflächige Anzeigeeinheit 10 in der Form eines Rück projektionssystems, das ein Projektions-Subsystem 12 und ein Empfangs-Subsystem 14 umfaßt, die durch einen Computer 16 gesteuert werden. Das Bild wird auf den Schirm 18 projiziert. Ein oder mehrere Lichtgriffel 20 (zwei sind gezeigt) projizieren ein Signal auf den Schirm 18. Der Lichtstrahl aus jedem Griffel 20 wird durch das Empfangs-Subsystem 14 empfangen, das Information bezüglich der Lokation jedes Griffels an den Computer 16 überträgt.
Bei einem Rückprojektionsschirm, wie bei einem Rückprojektionsfernsehsystem, ist das Kunststoffmaterial des Schirms häufig mit vertikalen Linien geätzt, die das projizierte Licht horizontal streuen, um einen relativ schmalen Bereich von Blickwinkeln in der Richtung der Zuschauer zu umfassen. Beim Fernsehen zum Beispiel wird davon ausgegangen, daß die Zuschauer sich mit einem bestimmten Abstand vor allem direkt vor dem Schirm befinden und nicht von oben, unten oder von extremen Seiten auf den Schirm blicken. Indem das Licht nach vorne gerichtet wird, wird das Licht nicht für die Bereiche verschwendet, in denen keine Zuschauer erwartet werden.
Bei einem System, wie dem Anzeigesystem 10, ist es jedoch weniger vorteilhaft, die Lichtstreuung des Projektions-Subsystems in dieser bestimmten Weise auszurichten. In einer typischen kooperativen Arbeitsumgebung ist es möglich, daß die Benutzer umhergehen und ihre Position relativ zum Schirm verändern, um auf dem Schirm zu schreiben oder den Schirm für die Ansicht durch andere freizugeben. Dabei können sich die Benutzer mit einem gewissen Abstand vor dem Schirm, aber auch in der Nähe des Schirms befinden oder von der Seite über den Schirm blicken. In diesem Fall sollte der Schirm mehr wie eine herkömmliche Schreiboberfläche, etwa eine Weißtafel, wirken. Der Schirm sollte keine erkennbaren Linien aufweisen und das Licht mit einem ziemlich weiten Winkel streuen, damit die Benutzer das Anzeigebild aus einer Vielzahl von Betrachtungswinkeln sehen können.
Das Empfangs-Subsystem ist auch von den Lichtstreuungseigenschaften des Systems abhängig. Fig. 2 stellt ein Problem bei Systemen dar, die keine ausreichenden Lichtstreuungseigenschaften aufweisen, und Fig. 3 stellt ein ähnliches System dar, das keine guten Lichtstreuungseigenschaften aufweist.
Fig. 2 zeigt ein Empfangs-Subsystem 40. Das Subsystem 40 weist einen im wesentlichen nicht streuenden Schirm 46 und eine Linse 44 sowie einen Detektor 42 zum Empfangen der Griffel-Lokations-Information auf. Der Griffel 48 weist eine nicht streuende Spitze 50 auf, die einen effektiv geraden Lichtstrahl 52 erzeugt. Die Lichtspitze 50 kann zum Beispiel ein Laser oder eine LED mit einer entsprechenden Kollimationslmse sein. Der Lichtstrahl 52 geht in einem effektiv geraden Pfad von der Griffeispitze durch den Schirm 46 hindurch. Wie in Fig. 2 zu sehen, erreicht das Licht aus dem Griffel 48 die Linse 44 oder den Detektor 42 nicht, wenn der Griffel nicht direkt auf die Linse 44 gerichtet wird.
Fig. 3 zeigt das Empfangs-Subsystem 60. Das Subsystem 60 weist eine Linse 44 und einen Detektor 42 zum Bestimmen der Griffel-Lokations-Information auf. In dem Subsystem 60 weist der Schirm 66 an seiner Vorderseite eine lichtstreuende Oberfläche auf. Außerdem streut auch die Spitze 70 des Griffels 68 das Licht. Der Griffel 68 mit derselben Ausrichtung auf den Schirm 66 gerichtet wie zuvor der Griffel 48 auf den Schirm 46. Das Licht 72 divergiert, wenn es den Griffel 70 verläßt und wenn es durch den Schirm 66 hindurchgeht. Ein Teil der Energie aus dem divergierten Lichtstrahl trifft auf die Linse 44, die einen Teil des Lichts 74 auf den Detektor 42 fokussiert, wodurch der Computer in die Lage versetzt wird, das Zentrum des Lichtes aus dem Griffel 68 zu bestimmen. Einige LED-Linsen sind derart ausgebildet, daß sie das Licht relativ breit divergieren. Es kann auch die Spitze der LED modifiziert werden, um das Licht breiter zu streuen als die natürliche Linse, so daß eine gleichmäßigere Lichtmenge aus dem Griffel an allen Lokationen des Schrims und bei allen Winkeln des Griffels gegenüber dem Schirm auf den Detektor gestreut wird. Das Aufrauhen der Linse mit Sandpapier sorgt zum Beispiel dafür, daß die LED-Spitze das Licht breiter streut.
In dem Subsystem von Fig. 3 ist die Genauigkeit der Punktbestimmung des Detektors davon abhängig, daß en Signal mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis vorliegt. Um dies zu erreichen, ist der höchtmögliche Signalpegel erwünscht. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Detektor 62 eine Positionssensor-Photodiode. Da diese aufgrund ihrer Beschaffenheit Licht integriert, um Ausgabesignale zu erzeugen, die proportional zum Zentrum des Lichtpunkts sind, ist es nicht wichtig, ob das Licht, das den Detektor erreicht, ein sehr scharfes Bild ist oder über einen weiten Bereich verteilt und relativ unscharf ist. Es ist lediglich die Gesamtkraft des den Detektor erreichenden Lichts, die zählt, da der Detektor auch das Zentrum eines relativ unscharfen Punkts bestimmt. Auf diese Weise ist das Subsystem der Erfindung in der Lage, eine Linse zum Sammeln des Lichts zu verwenden, die eine niedrige Bildqualität aufweist, aber eine relativ große Öffnung von ungefähr f1 oder weniger aufweist.
Aufgrund der Beschaffenheit der in dem integrierten Detektor verwendeten Positionssensor-Photodiode, sehen Verfahren zum Erhöhen der Qualität des Bildsystems - zum Beispiel die Verwendung eines Lasers, um einen präzisen Lichtpunkt vorzusehen, oder die Verwendung einer Hochqualiätslinse mit einer engeren Öffnung - keine genauere Messung der Lokation des Punktzentrums für jeden Griffel vor.
Fig. 4 und 5 stellen ein Problem dar, das bei vielen großflächigen Anzeigesystemen auftritt, wenn keine adäquaten Vorsorgemaßnahmen bei der Beschaffenheit der Lichtquelle und des Schirms getroffen werden. Die Parallaxe beschreibt einen Zustand, in dem eine offensichtliche Positionsänderung bezüglich eines Wechsels der Sichtlinie auftritt. Bei großen Schirmanziegen kann eine Paralaxe eine feststellbare Differenz zwischen der Lokation, bei der ein Benutzer die Position eines Lichtgriffels auf dem Schirm wahrnimmt, und der Lokation, bei der der Computer in Antwort auf die Feststellung des Lichtgriffels auf dem Schirm einen Cursor positioniert, zur Folge haben.
In Fig. 4 ist ein Lichtgriffel 80 in einer Schreibposition auf einem herkömmlichen Schirm 82 gezeigt. Der herkömmliche Schirm weist auf einer Seite eine diffuse Bildoberfläche 83 auf, auf der das Bild gebildet wird. Die Bildoberfläche ist ziemlich empfindlich, so daß der Schirm mit der Bildoberfläche auf der vom Griffel entfernten Seite plaziert wird, wobei das Substrat vorne die Bildoberfläche gegenüber einem Kontakt mit der Griffespitze schützt. Wenn der Griffel 80 an einer Lokation 85 exakt normal zum Schirm 82 gehalten wird, streut das Licht gleichmäßig, wobei das Licht aus dem Griffel 80 durch den Detektor 86 als direkt an der durch den Benutzer gezeigten Lokation lokalisiert festgestellt wird. Wenn der Computer in Übereinstimmung mit dem Griffel einen Cursor erzeugt, dann ist dieser Cursor im Zentrum des Lichtpunktes angeordnet und erscheint direkt an der Lokation 84, auf die der Benutzer zeigt.
In Fig. 5 ist ein Griffel 80 gezeigt, dessen Spitze an derselben Lokation 85 auf dem Schirm 82 plaziert ist. Der Griffel 80 befindet sich jedoch in einer Schreibposition mit einem beträchtlichen Winkel zum Schirm. Obwohl der Benutzer auf dieselbe physikalische Lokation 84 zeigt, ist das Zentrum 88 des Lichtpunktes aus dem Griffel 80 in diesem Fall gegenüber der Lokation 84 um einen Abstand d&sub1; versetzt. Wenn der Winkel der Griffels 80 gegenüber dem Schirm 82 zunimmt, dann nimmt auch der Abstand d&sub1; zwischen der durch den Benutzer gezeigten physikalischen Lokation und dem Zentrum des Lichtpunktes 88 zu. Der lange Pfad durch das Substrat zwischen der Lokation 85, wo der Griffel den Schirm 82 berührt, und der Bildoberfläche 83, kann das Computersystem den Cursor an einer Lokation mit einem beträchtlichen Abstand zu der durch den Benutzer gezeigten Lokation plazieren.
Fig. 6 zeigt ein Verfahren zum Reduzieren der Parallaxe zwischen der durch den Benutzer gezeigten Lokation und der durch den Computer erkannten Lokation. In Fig. 6 ist ein Schirm 90 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In diesem Fall wurde die herkömmliche Schirmoberfläche derart angeordnet, daß das tragende Substrat vom Benutzer weg und die Bildoberfläche auf der Vorderseite des Schirms angeordnet ist. Eine im Vergleich zu dem Substratmaterial des Schirms sehr dünne Schicht aus Lucite-SAR ist über der Bildoberfläche 93 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist das Substratmaterial ungefähr 1/4 Zoll (0,635 cm) dick, wobei die Lucite-SAR- Schicht ungefähr 1/16 Zoll (0,159 cm) dick ist. Dadurch wird die Pfadlänge zwischen der Spitze des Griffels 80 und der Bildoberfläche 93 beträchtlich reduziert. Wenn der Benutzer auf die Lokation 84 zeigt, ist die Lokation des Zentrums 94, bei der der Computer den Cursor plaziert, nur um einen kleinen Abstand d&sub2; versetzt.
Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Schirms 120, der in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Fig. 7(a) zeigt im wesentlichen eine Vorderansicht des Schirms, und Fig. 7(b) zeigt eine Querschnittansicht des Schirms mit einer Bildschicht 152, die zwischen einem Substrat 150 und einer glatten, beständigen Schutzschicht 154 angeordnet ist. Die Schicht 150 ist ein Stützsubstrat aus einem ungefähr 1/4 Zoll (0,635) dicken Akrylkunststoff oder Plexiglas. Die Schicht 152 ist eine Bildoberflächenschicht aus einem dünnen Folie aus Duralen, das ein von Seth Coie in Los Angeles, Kalifornien hergestelltes Ziehmaterial für den Grafikbereich ist. Duralen ist ein billiges transparentes Material, das gute lichtstreuende Eigenschaften aufweist, aber ziemlich empfindlich ist und leicht beschädigt werden kann, wenn es der Spitze des Griffels ausgesetzt würde. Die Bildschicht 152 ist mit Hilfe des Remount-Klebstoffes, eines Produkts der 3M Corporation in St. Paul, Min nesota, auf der Stützschicht 150 aufgebracht. Der Remount-Klebstoff wird als sehr dünne Schicht auf das Substrat aufgesprüht, dann wird das Duralen darauf plaziert und mit einer Gummirolle glatt gestrichen. Die vordere Schutzschicht 154 ist eine 1/16 Zoll (0,159 cm) dicke Schicht aus Lucite-SAR, einem abriebfesten Lucite, das auf der Kombination aus Substrat und Duralen mit Hilfe von einem oder mehreren Zapfen 140 (fünf sind gezeigt) festgemacht wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind fünf Zapfen mit jeweils einem Durchmesser von 1/16 Zoll (0,159 cm) durch die Schichten gedrückt. Der Schirm ist in einer (von vorne betrachtet) konvexen Kurve befestigt, so daß das vordere Zentrum 144 gegenüber den zwei Seitenkanten 146 leicht nach vorne vorsteht. In der vorliegenden Ausführungsform ist jede Seitenkante des Schirms ungefähr 1,5 Zoll (3,81 cm) hinter dem vorderen Zentrum angeordnet. Dadurch wird die vordere Lucite-Schicht 154 über der Kombination aus dem Substrat und dem Duralen gespannt, so daß die Schichten unter einem beträchtlichen Druck dicht zusammengehalten werden. Eine Bewegung zwischen den Schichten des Schirms, die die Kalibrierung des Schirms beeinträchtigen könnte, wird durch den Druck der Schichten verhindert. Außerdem sieht der gekrümmte Schirm eine größere mechanische Steifigkeit gegenüber einer Biegung während des Schreibens vor, was dem Benutzer wiederum ein sicheres "Gefühl" beim Schreiben auf dem Schirm bietet, wobei keine zusätzlichen Stützen vorgesehen sind, die die Rückprojektion des Anzeigebildes stören könnten.
In einer anderen Ausführungsform des Schirms der vorliegenden Erfindung ist der Schirm aus einem DA-Glas mit einer DA-WA-Oberfläche aufgebaut, die mit einer von Dalite in Warsaw, Indiana, hergestellten Protek-Glasur beschichtet ist. Die in das Substrat geätzte Bildoberfläche ist ziemlich empfindlich und könnte leicht beschädigt werden, wenn sie der Spitze des Griffels ausgesetzt werden würde. Um die in Bezug auf Fig. 5 beschriebenen Parallaxenprobleme zu vermeiden, wird das Substrat mit der Bildoberfläche nach vorne positioniert. Eine Schutzschicht aus Lucite-SAR wird über der Bildoberfläche des Substrats aufgebracht. Die Lucite-SAR- Schicht wird auf der DA-WA-Schicht mit Hilfe von Zapfen aufgebracht, die durch die zwei Materialien gedrückt werden. Der Schirm wird dann in einer (von vorne betrachtet) konvexen Kurve befestigt, wobei die Seitenkanten des Schirms ungefähr 1,5 Zoll (3,81 cm) hinter dem vorderen Zentrum des Schirms angeordnet sind. Der Schirm dieser Ausführungsform ist vielleicht etwas teurer als die zuvor beschriebene Ausführungsform, wobei er aber leichter in größeren Stückzahlen hergestellt werden kann. Er sieht auch eine mechanische Steifigkeit vor, ohne daß zusätzliche Stützen erforderlich sind, die das Rückprojektions-Anzeigebild blockieren könnten.
Um zusätzliche lichtstreuende Eigenschaften für das System vorzusehen, kann der Lichtgriffel, wie in Fig. 8 gezeigt, modifiziert werden. Ein Teil des Griffels 160 ist mit einer LED 162 an einem Ende gezeigt. LEDs weisen typischerweise eine aus Kunststoff hergestellte Linse auf, die das Licht über einen begrenzten Bereich bricht. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung kann sie Spitze 164 der LED mit einem feinkörnigen Sandpapier gerauht werden, um ein gestreuteres Lichtausgabemuster zu erhalten, d.h. um eine gleichmäßigere Lichtmenge aus dem Griffel zum Detektor zu streuen.
Dabei ist auch zu beachten, daß die, wie mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben, gerauhte oder nicht gerauhte LED die meisten regulären Akryl- oder Plexiglasschichten verkratzen würde, wenn nicht die mit Bezug auf Fig. 7 beschriebene Lucite- SAR-Schicht 154 eine abriebfeste Oberfläche vorsehen würden, auf der mit dem Griffel geschrieben werden kann.
Eine weitere Option, um den Schirm vor Kratzern durch den Griffel zu schützen, würde darin bestehen, eine dünne Schicht aus einem Silikonschmiermittel, wie etwa dem SLIC-Silocone Lubricant, einem Produkt von Tech Spray in Amanillo, Texas, oder einem anderen leichten Sprühschmiermittel über der Schutzschicht des Schirms aufzusprühen, um die Reibung des Griffels mit dem Schirm zu reduzieren und um ein flüssigeres, natürlicheres Schreibgefühl für das System vorzusehen. Das Schmiermittel wird auf den Schirm gesprüht und eingerieben, damit nur ein sehr geringer Rest des Schmiermittels auf dem Schirm bleibt. Wenn die Schmiermittelschicht zu dick ist, empfindet der Benutzer das Schreibgefühl als "schlüpfrig".
Fig. 9 zeigt ein genaueres und ökonomischeres großflächiges Schreibsystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 9 ist eine großflächige Anzeigeeinheit 180 in der Form eines Rückprojektionssystems mit einem Flüssigkristall-Lichtventilpanel 182 mit einer Million Pixel, das durch einen Computer (nicht gezeigt) wie einer SPARCStation-2 von Sun Microsystems in Mountain View, Kalifornien gesteuert wird. Das Panel 182 ist zwischen einer Projektionslampe 184 hoher Intensität, wie einer Xenon-Bogenlampe mit 650 Watt, die durch eine Fresnel-Linse 186 fokussiert wird, und einer 277mm-Projektionslinse 188 angeordnet. Das Bild wird ungefähr fünffach vergrößert, um mit ungefähr 20 Punkte pro Zoll einen (von vorne betrachtet) leicht konvex gebogenen Anzeigeschirm 190 mit einer Fläche von ungefähr drei Fuß (0,9144 m) mal fünf Fuß (1,524 m) zu beleuchten.
Ein oder mehrere drahtlose Lichtgriffel 200 (zwei sind gezeigt) projizieren einen Lichtstrahl von einer Lichtquelle 202, wie einer Siemens-SFH485-LED mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von 8 mm auf die Vorderoberfläche des Schirms 190 an einer Lokation, bei der der Benutzer eine Eingabe anzugeben wünscht, um zum Beispiel einen Zeiger zu lokalisieren. Die Spitze der LED ist, wie mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben, mit einem feinkörnigen Sandpapier gerauht, um die Lichtstreuung durch die Lichtquelle zu erhöhen. Dabei ist es praktisch, den Lichtgriffel in Kontakt mit der zu beschreibenden Oberfläche zu halten oder den Lichtpunkt von einer Entfernung von mehreren Fuß auf den Schirm zu richten. Da ein entfernter Griffel einen größeren Punkt projiziert, nähert sich die effektive Zone der genauen Verwendung dem Zentrum des Schirms an, da zuviel Licht vom Schirm fällt. Deshalb sollte die Spitze des Lichtgriffels das Licht nicht so breit streuen, daß die Position des Lichtpunkts sich nicht in Übereinstimmung mit einer Veränderung des Winkels eines entfernten Lichtgriffels verändert. Die, wie mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben, gerauhte Oberfläche erzeugt eine ausreichende Lichtstreuung, um die Intensitätsvariationen mit der Position und dem Winkel des Griffels zu reduzieren, wenn der Griffel den Schirm berührt, wobei die Fähigkeit des Systems zum Feststellen von Veränderungen in der Position des entfernt gehaltenen Griffels nicht beeinträchtigt werden.
Die Rückmeldung für den Benutzer wird durch das elektronische System erzeugt und auf der Anzeige in Übereinstimmung mit der durch das Empfangs- Subsystem erhaltenen Information dargestellt. Die Rückmeldung kann die Form eines Indikators oder Cursors annehmen, der an der Pixellokation lokalisiert ist, die der durch den Lichtgriffel angegebenen Lokation entspricht.
Eine große Krümmungsverkleinerungslinse 194, wie eine asphärische Melles- Griot-Kondensorlinse #01-LAG-115, mit einer Öffnung von 32,5, einer Brennweite von 23,5 und f0,72 richtet den Lichtpunkt vom Lichtgriffel des Benutzers durch einen Filter 196, der Streulicht herausfiltert und den Punkt dann auf eine Positionssensor- Photodiode 198 fokussiert.
Die Positionssensor-Photodiode 198, wie ein UDT SC25D- Quadrantendetektor von United Detector Technology in Hawthorne, Kalifornien, ist ein kontinuierlicher Zweiachsen-Positionssensor, der Information sowohl bezüglich der x- wie der y-Achsenposition vorsieht. Die Positionssensor-Photodiode 198 stellt das Zentrum eines Lichtpunktes fest und gibt kontinuierliche analoge Ausgaben aus, wenn der Punkt den aktiven Bereich überquert. Eine Eingabeeinrichtung für eine derartiges großflächiges Schreibsystem kann alternativ einen Lichtgriffel umfassen, an dessen Spitze mit der Lichtquelle verbundene gebündelte optische Fasern aus Glas oder Kunststoff vorgesehen sind Eine derartige Spitze aus optischen Fasern kann ein "Gefühl" bieten, das dem Gefühl eines Filzstiftes auf einer herkömmlichen Weißtafel ähnlich ist. Ein derartiger optischer Griffel kann eine Laserlichtquelle aufweisen, die mit den optischen Fasern verbunden ist, wobei sie in der Lage ist, die elektrische Energie aus der Batteriequelle in effektiver Weise in Lichtenergie umzusetzen. Die optischen Fasern können das Licht an der Griffelspitze auf natürliche Weise divergieren; sie können jedoch auch dementsprechend geformt sein, um das Licht an der Griffeispitze zu divergieren.

Claims

1. Elektronisches Schreibsystem, mit:

einem parallaxenreduzierenden Anzeigeschirm (190) mit einer lichtstreuenden Bildoberfläche,

einer Projektionseinrichtung (200, 202) zum Projizieren eines modifizierbaren Lichtpunktes, der eine Eingabelokations-Information auf der Seite der Bildoberfläche wiedergibt,

einer Sensoreinrichtung (194, 198) zum Abfühlen des Lichtpunkts und zum Erzeugen von Ausgabesignalen, die die Eingabelokations-Information wiedergeben, wobei die Sensoreinrichtung (194, 198) auf einer zweiten Seite der Bildoberfläche angeordnet ist, und

einer Rückprojektionseinrichtung (188) zum Anzeigen von Information auf der zweiten Seite des Bildoberfläche, wobei die angezeigte Information eine genaue Pixelkation angibt, die der durch den Lichtpunkt eingegebenen Lokations-Information entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (194, 198) eine Bildlinse (194) mit einer großen Öffnung und einen integrierten Positionsdetektor (198) umfaßt.

2. Elektronisches Schreibsystem nach Anspruch 1, wobei der parallaxenreduzierende Anzeigeschirm (190) weiterhin umfaßt;

eine Schicht aus einem steifen, transparenten Substrat (150),

und eine Schutzschicht (154), die wesentlich dünner ist als die Substratschicht (150), wobei die Parallaxe reduziert wird, wenn die Lichtpunktquelle in Kontakt mit der Schutzschicht ist,

wobei die Bildoberfläche zwischen dem Substrat (150) und der Schutzschicht (154) angeordnet ist, wobei der Anzeigeschirm (190) derart angeordnet ist, daß eine Seite der Schutzschicht (154) unmittelbar neben der einen Seite des Bildoberfläche angeordnet ist.

3. Elektronisches Schreibsystem nach Anspruch 2, wobei der Anzeigeschirm (190) weiterhin auf der zweiten Seite der Schutzschicht (154) eine dünne Schicht aus Schmiermittel umfaßt:

4. Elektronisches Schreibsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Projektionseinrichtung (100, 202) eine lichtemittierende Diode mit einer gerauhten Oberfläche an der Spitze umfaßt.

5. Elektronisches Schreibsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bild linse eine Öffnung von f1,0 oder weniger aufweist.

6. Elektronisches Schreibsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bildlinse (194) mit der großen Öffnung derart angeordnet ist, daß sie Energie von im wesentlichen der gesamten Bildoberfläche auf den integrierten Positionsdetektor (198) fokussiert.

7. Elektronisches Schreibsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bildoberfläche aus einer Schicht aus einem transparenten lichtstreuenden Material besteht.

8. Elektronisches Schreibsystem nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Bildoberfläche eine geätzte Oberfläche auf der Substratschicht (150) auf der Seite der Schutzschicht (154) ist.