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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Lichtstifteingabesystem mit einem Lichtstift, der einen
Lichtstrahl aussendet, und mit einer lichtempfindlichen Anordnung
mit einer flachen Anordnung von lichtempfindlichen Elementen in
Reihen und Spalten, über
die der Lichtstift bewegt wird, wobei der von dem Lichtstift ausgesendete
Lichtstrahl auf der Anordnung einen Lichtpunkt erzeugt, der mit
Hilfe der Abtastelemente abgetastet wird.
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Beispiele derartiger Systeme sind
in EP-A-0 491 436, EP-A-0 587 236 und EP-A-0 572 182 beschrieben
worden, in denen die Anordnung lichtempfindlicher Elemente mit einer
Anordnung von Flüssigkristall-Wiedergabeelementen
integriert ist zum Schaffen eines kombinierten Wiedergabe-Ausgangs- und
lichtempfindlichen Eingangssystems. In EP-A-0 491 436 und EP-A-0
487 236 besteht die Anordnung lichtempfindlicher Elemente aus einer
zweidimensionalen, planaren Reihen- und Spaltenmatrix photoelektrischer
Elemente, wie Photodioden, Photowiderstände, oder dergleichen, die über Sätze von
Reihen- und Spaltenadressenleitern
adressiert werden. Licht, das von einem Lichtstift ausgestrahlt
wird und auf Abtastelemente in der Anordnung trifft, erzeugt elektrische
Reaktionen, die von einer Detektorschaltung detektiert werden, die
mit den Sätzen
von Reihen- und Spaltenadressleitern verbunden ist und ein Ausgangssignal
schafft, das für
die beleuchteten Elemente Indikativ ist. In EP-A-0 572 182 sind
zwei Sätze
optischer Lichtleiter vorgesehen, die sich in der X- und Y-Richtung
erstrecken, die an den Schnittpunkten eine zweidimensionale X-Y-Matrix
von Abtastelementen definieren. Die Sätze von Lichtleitern sind an ihren
Enden mit betreffenden lichtempfindlichen Schaltungen verbunden,
die in Reaktion auf Licht, das von den Lichtleitern dorthin geleitet
wird, ein elektrisches Signal erzeugen. Licht von einem Lichtstift,
das auf das Gebiet einer Schnittstelle zwischen einem Lichtleiter
jedes Satzes auftrifft, erzeugt Ausgangssignale der lichtempfindlichen
Schaltungen, die auf einzigartige Weise das betreffende Gebiet identifizieren.
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Ähnliche
Arten von lichtempfindlichen Anordnungen ohne eine kombinierte Anordnung
von Wiedergabeelementen kann als Stifteingabeanordnung für einen
PC oder eine andere Datenverarbeitungsanordnung mit einer einzelnen
Wiedergabeanordnung benutzt werden.
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Die Kombination eines Lichtstiftes
und einer lichtempfindlichen Anordnung kann beispielsweise als Eingabeanordnung
in Form einer Graphiktafel für ein
Computersystem benutzt werden, und zwar auf eine Art und Weise, ähnlich wie
die, die von alternativen Eingabeanordnungen geschaffen werden,
die Widerstands-, Akustik-, Induktions- oder elektrostatische Abtasttechniken
anwenden, wobei die X-Y-Lage des Stiftes, wenn dieser über die
Anordnung bewegt wird, abgetastet wird und auf entsprechende Weise ein
Ausgangssignal zu dem Computersystem geschaffen wird. Die kombinierten
Lichtwiedergabe-/-Abtastanordnungen können in einer Anordnung, wie
in Notebook-Computern, PDAs, elektronischen Nachrichtenfeldern,
Notebooks, Organisern und dergleichen benutzt werden um es zu ermöglichen,
dass wiederzugebende und einzugebende Information, wobei beispielsweise
ein Lichtstift verwendet wird, wenn der Lichtstift über die
Oberfläche
der lichtempfindlichen Anordnung geführt wird, wird nicht nur die Bewegung
in der X-Y-Richtung des Stiftes abgetastet, sondern auch die erhaltenen
Signale, die Indikativ sind für
die Lage des Stiftes, werden benutzt zum Erzeugen eines Wiedergabeausgangssignals
von der Anordnung von Wiedergabeelementen entsprechend einer derartigen
Bewegung um den Eindruck von einer Schreibbewegung auf Papier zu
geben. Es dürfte
einleuchten, dass der hier verwendete Ausdruck für Licht sichtbares und nicht
sichtbares Licht bedeutet, beispielsweise IR-Licht, elektromagnetische
Strahlung.
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Lichtstifte, die üblicherweise in derartigen Systemen
benutzt werden, umfassen eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiode
oder einen Halbleiterlaser, eine Stromversorgungseinheit und ein Linsensystem,
welches das Licht konzentriert und einen Ausgangsstrahl durch die
Spitze des Stiftes hindurch führt.
Der Lichtstrahl ist derart, dass wenn der Stift senkrecht zu der
Ebene der Anordnung von Abtastelementen gehalten wird, der erzeugte
Lichtpunkt im Wesentlichen kreisförmig ist. Ein Beispiel eines Lichtstiftes
ist in EP-A-0 572 182 beschrieben worden, wobei das Ausgangssignal
des Stiftes druckabhängig
ist, wobei der Durchmesser eines von dem Stift erzeugten Lichtpunktes
auf einer Schreibfläche der
lichtempfindlichen Anordnung zunimmt, wenn der Stift kräftiger auf
die Fläche
gedrückt
wird, so dass im Endeffekt der Benutzer dicke und dünne Linien
zeichnen kann, indem der Druck des Stiftes auf die Oberfläche variiert
wird, und zwar zur Steuerung des Lichtpunktes, der auf die Anordnung
von Abtastelementen trifft, wobei der Strahl jeweils eintrifft.
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In dem US Patent-Dokument US-A-3
680 078 ist ein Lichtstift-Eingabesystem beschrieben, das Detektion
einer Drehbewegung des Stiftes ermöglicht. Das System basiert
auf dem Empfang zweier verschiedener Lichtsignale mit dem Stift,
dessen das Licht empfangender Teil dazu doppelt ausgebildet ist.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung ein Lichtstift-Eingabesystem zu schaffen, das imstande
ist, im Gebrauch eine größere Flexibilität zu bieten.
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Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Lichtstift-Eingabesystem
zu schaffen, wobei der Lichtstift mehr Funktionalität bietet.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird
ein Lichtstift-Eingabesystem der eingangs beschriebenen Art geschaffen,
wobei der Lichtpunkt eine Anzahl aneinander grenzender Abtastelemente
bedeckt, mit dem Kennzeichen, dass wenn der Lichtstrahl senkrecht
auf die Ebene der Anordnung von Abtastelementen gerichtet wird,
der Lichtpunkt im Wesentlichen nicht kreisrund ist, sondern eine
Abmessung hat in der einen Richtung über die Anordnung, die anders
ist als die Abmessung in einer anderen Richtung. Durch diese nicht
kreisrunde Form des Lichtpunktes wird im Vergleich zu einem kreisförmigen Punkt
dem Lichtstift ein zusätzlicher
Freiheitsgrad erteilt, was im Zusammenhang mit der lichtempfindlichen
Anordnung es ermöglicht,
dass dieser Stift für weitere
Effekte verwendet wird, indem es ermöglicht wird, dass mehr Eingabefunktionen
durchgeführt werden.
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Die Form des Lichtpunktes ist vorzugsweise symmetrisch
um wenigstens eine Achse. Neben der Tatsache, dass dies für den Benutzer
bequemer ist in Termen der Steuerbarkeit und im Allgemeinen einfacher
auf zuverlässige
Weise herstellbar ist, macht eine Form mit einer symmetrischen Eigenschaft
es einfacher, dass die Mitte des Punktes durch eine Verarbeitungsschaltung
deduziert wird, die mit der Anordnung von Abtastelementen assoziiert
ist, dies im Vergleich zu beispielsweise einer völlig regelmäßigen Punktform. Der Lichtpunkt
könnte
beispielsweise im Wesentlichen quadratisch sein oder in Form eines gleichschenkligen
Dreiecks. Die X-Y-Lage des Lichtpunktes auf der Anordnung und die
Verlagerung des Lichtpunktes in der X- und Y-Richtung über die
Anordnung von Abtastelementen entsprechend der Verlagerung des Lichtstiftes,
sind detektierbar, wie bei den bekannten Systemen, wobei die Abtastelemente,
die während
der Verlagerung des Punktes beleuchten wurden, durch die Gesamtabmessung
des Punktes in der Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung ermittelt
werden. Auf vorteilhafte Weise aber kann der Größenun terschied in den verschieden
Richtungen des Lichtpunktes benutzt werden, dass eine Drehung des
Lichtstiftes um seine Achse ebenfalls detektiert wird. Wenn der
Stift um seine Achse gedreht wird, werden verschiedene Abtastelemente
beleuchtet und nicht beleuchtet und folglich kann Rotation und auch
der Grad der Drehung des Stiftes abgetastet werden. Diese Fähigkeit
ermöglicht
es, dass verschiedene Benutzer-Schnittstellenkonzepte durchgeführt werden.
Wenn beispielsweise vorausgesetzt wird, dass das Lichtstift-Eingabesystem
benutzt wird zur Steuerung der Lage eines Cursors an einem Wiedergabeschirm,
könnte
der Steuerknopf am Wiedergabeschirm wiedergegeben werden und der
verwendete Cursor zum Drehen des "on screen"-Knopfes verwendet werden, und zwar
hauptsächlich
dadurch, dass der Cursor auf den Knopf gebracht und danach der Stift
um die Achse gedreht wird. Je nach der betreffenden Ausrüstung kann
dieser Vorgang mit einem virtuellen Knopf benutzt werden um beispielsweise
mehrere Steuerfunktionen auf herkömmliche An und Weise mit Hilfe
echter Steuerknöpfe,
aber am Schirm simuliert, durchzuführen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Form des Lichtpunktes derart, dass die Gesamtabmessung in
der Richtung einer Symmetrielinie und in einer Richtung senkrecht
zu dieser Linie oder in senkrechten Richtungen durch eine Symmetriemittel im
Wesentlichen verschieden sind, d. h. die Form ist in einer Richtung
länglich.
So kann beispielsweise die Punktform oval sein, in Form eines länglichen,
punktförmigen
Dreiecks oder in Form eines Parallelgramms. In einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
ist die längliche
Form aber symmetrisch gegenüber
zwei senkrecht aufeinander stehenden Achsen, beispielsweise einer
Ellipse oder eines länglichen Rechtecks.
Die längliche
An des Lichtstrahlpunktes ermöglicht
es, dass der Lichtstift auch für
andere Zwecke benutzt werden kann. Insbesondere kann ein Benutzer,
wenn er eine Linie zeichnet, indem er den Stift über die Anordnung von Abtastelementen verlagert,
selektiv die Dicke der gezogenen Linie dadurch steuern, dass er
den Stift dreht um die Orientierung des Lichtpunktes in Bezug auf
die Bewegungsrichtung auf entsprechende An und Weise ändert, wie
die Effekte erhalten mit der Spitze eines Stiftes für Kursivschrift
auf Papier. Folglich können
Buchstaben in Kursivschrift, Buchstaben in Kanji-Schrift und dergleichen
auf einfache An und Weise mit dem System geschrieben werden. Der
Stift kann auf diese Weise für
andere Zwecke benutzt werden, wie zum Eingeben graphischer Information,
unter Verwendung des Stiftes als Pinsel und durch Variation der
Dicke des Pinselstriches, selektiert durch Drehung des Stiftes.
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Die oben genannten Formen der Lichtpunkte beziehen
sich auf den Lichtstift und insbesondere auf die optische Achse
des emittierten Lichtstrahls, der senkrecht zu der Ebene der Anordnung
von Abtastelementen orientiert ist. Es dürfte selbstverständlich einleuchten,
dass wenn der Stift gegenüber
der Ebene schräg
gehalten wird, die Form des erzeugten Lichtpunktes verzerrt wird.
Durch eine geeignete Schräge
des Stiftes könnte
der erzeugte Lichtpunkt weiter verlängert werden, oder in entgegengesetzter Richtung
weniger lang gemacht werden. So kann beispielsweise im Falle eines
ellipsenförmigen
Punktes dieser Punkt derart verzerrt werden, dass er nahezu einen
kreisförmigen
Punkt bildet. Es dürfte
deswegen einleuchten, dass in Händen
eines geschickten Benutzers eine wesentliche Flexibilität erzielt
wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Lichtstifteingabesystems nach
der vorliegenden Erfindung,
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2 bis 8 je in Draufsicht eine schematische
Darstellung eines typischen Teils einer Anordnung von Abtastelementen
des Systems nach 1 und
einige Formen des darauf von einem Lichtstrahl aus einem Lichtstift
erzeugten Lichtpunktes,
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9 eine
schematische Darstellung der Einzelteile eines Lichtstiftes des
Systems nach 1, und
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10 eine
Darstellung in einfacher Blockform eines Beispiels einer Anordnung,
bei der das Lichtstift-Eingabesystem angewandt wird.
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Es dürfte einleuchten, dass die
Figuren nicht maßstabgerecht
gezeichnet sind und dass bestimmte Abmessungen vergrößert dargestellt
sind, während
andere reduziert sein können.
In den Figuren sind zum Bezeichnen derselben oder ähnlicher
Elemente, dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
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In 1 umfasst
das System eine lichtempfindliche Anordnung 10, die aus
einer großflächigen, zweidimensionalen
X-Y-Anordnung von lichtempfindlichen Elementen 14 besteht,
die ein Abtastgebiet 11 mit einer Schreibfläche definieren, über deren
Oberfläche
ein Lichtstift 12 zum Eingeben von Information von einem
Benutzer verlagert werden kann. Der von dem Lichtstift 12 emittierte
Lichtstrahl verursacht eine Reaktion in den Abtastelementen, die
von peripheren Treiberschaltungen detektiert wird. Die Abtastelemente
sind in regelmäßigen Abständen in
einer Reihen- und Spaltenmatrix vorgesehen und werden über kreuzende
Sätze von
Reihen- und Spaltenleitern von der Treiberschaltung adressiert,
wobei jedes Abtastelement an dem Schnittpunkt zwischen einem betreffenden
Leiter der Reihenleiter und einem betreffenden Leiter der Spaltenleiter
liegt, wodurch jedes Abtastelement adressiert werden kann und deren
Zustand einzeln abgetastet werden kann. So kann beispielsweise der
Mittenabstand zwischen den Abtastelementen in der Reihensowie in
der Spaltenrichtung etwa 100 oder 200 μm betragen. Der Mittenabstand kann
entsprechend der erforderlichen Auflösung variiert werden. In dem
Fall, wo die Anordnung mit Abtastelementen mit einer Wiedergabeanordnung
kombiniert wird, wird der Mittenabstand von dem Mittenabstand der
Wiedergabepixel abhängig
sein.
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Die Lichtabtasteinrichtung kann von
jeder beliebigen bekannten An sein mit einer planaren Reihen- und
Spaltenanordnung von Lichtabtastelementen. Die Abtastelemente können jede
beliebige, geeignete lichtempfindliche Anordnung, wie einen Photowiderstand
oder eine Photodiode aufweisen. In dieser speziellen Ausführungsform
ist die Anordnung 10 von dem Typ, bei dem die Anordnung
mit Lichtabtastelementen in einer Flüssigkristall-Wiedergabeanordnung
integriert ist zum Bilden einer einzelnen Einheit 15, die
Eingabe- und Wiedergabeausgangsfunktionen schafft. Beispiele einer
derartigen integrierten lichtempfindlichen und Wiedergabeanordnung
sind in den oben genannten EP-A-0 491 436 und EP-A-0 587 236 beschrieben
worden, worauf verwiesen wird und deren Beschreibung als hierin
aufgenommen betrachtet wird. In diesen Beispielen werden die lichtempfindlchen
Elemente sowie die LC-Wiedergabeelemente aktiv adressiert, und zwar
unter Verwendung von TFTs als Schaltanordnungen und jedes lichtempfindliche
Element. umfasst einen TFT, eine Kapazität und eine lichtempfindliche
Anordnung in Form eines Photowiderstandes oder einer Photodiode.
Die Wiedergabeelemente sind zu Sätzen
von elektrischen Reihen- und Spaltenleitern verbunden , über die
sie adressiert werden. Die Lichtabtastanordnung könnte stattdessen
als ein einzelnes Bauelement vorgesehen sein und als über eine
herkömmliche
aktive Matrix LC-Wiedergabeanordnung liegend angeordnet sein, wobei
die lichtempfindliche Anordnung entsprechend transparent ist, damit
an dem LC-Schirm wiedergegebene Information durch diese Anordnung hindurch
sichtbar ist. Solche Formen kombinierter lichtempfindlicher und
Wiedergabeanordnungen sind geeignet um beispielsweise in PDA-Anordnungen,
in Notebooks, in elektronischen Nachrichtenfeldern, in Organisern
und dergleichen verwendet zu werden. Die Anordnung mit lichtempfindlichen
Elementen braucht aber nicht mit einer Wiedergabeanordnung kombiniert
zu sein, kann stattdessen beispielsweise als eine Graphiktafel verwendet
werden, deren Ausgang einem Datenverarbeitungssystem, wie einem PC
oder einem Prozesssteuersystem mit einem einzelnen Wiedergabeschirm
zugeführt
wird, an dem Information, die über
den Schirm eingegeben wurde, wiedergegeben wird. Weiterhin kann
die Anordnung mit lichtempfindlichen Elementen von einer An sein, die
keine photoelektrische Anordnung an jeder Stelle eines Abtastelementes
braucht, sondern stattdessen Sätze
von Reihen- und Spaltenlichtwellenleitern benutzt, die an den Schnittstellen
eine planare Anordnung von Lichtabtastelementen definieren und die eingegebenes
Licht zu peripheren Lichtsensoren führen, wie beispielsweise in
der oben genannten EP-A-0 572 182 beschrieben.
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Der Lichtstift 12 umfasst
eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiode oder einen Halbleiterlaser
und eine Stromversorgungsanordnung zur Speisung der Lichtquelle,
wobei der elektrische Strom zu der Lichtquelle durch einen Schalter
gesteuert wird, der entweder von Hand durch den Benutzer oder indirekt
betrieben wird, und zwar in Reaktion auf Druck auf den Stift, wenn
dieser mit der Schreibfläche
der Anordnung mit Abtastelementen in Kontakt gebracht wird. Der
Stift kann stattdessen über
einen Leiter mit einer Fernspeisung oder mit einer Fernlichtquelle über eine
optische Faser verbunden sein. Licht von der Lichtquelle, wobei
es sich um sichtbares Licht oder unsichtbares Licht, beispielsweise
IR-Licht, handeln kann, wird von dem Stift emittiert, und zwar in
Form eines Formlichtstrahls durch optische Mittel, die sich in dem
Stift befinden.
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Der von dem Stift emittierte Lichtstrahl
ist derart, dass wenn der Stift und folglich die optische Hauptachse
des emittierten Strahles senkrecht zu der Ebene der Anordnung gehalten
wird, der auf der Anordnung von dem Strahl im Betrieb erzeugte Lichtpunkt
im Wesentlichen nicht kreisrund ist und eine Größe in der einen Richtung über die
Anordnung hat, die anders ist als die Größe in einer anderen Richtung.
Die Form des auftreffenden Lichtpunktes der Beleuchtung der Schreibfläche wird
durch die Optik des Stiftes bestimmt und diese Optik ist derart
angeordnet, dass wenn der Stift sich orthogonal zu der Schreibfläche erstreckt,
der projizierte Leuchtpunkt, der das Gebiet auf der Anordnung von
Abtastelementen beleuchtet, nicht kreisförmig symmetrisch um sie Senkrechte
auf der Ebene der Schreibfläche
ist und das Gebiet des Lichtpunktes, der auf die Anordnung auftrifft,
wenn geschrieben wird, ausreicht um wenigstens zwei aber vorzugsweise
wesentlich mehr benachbarte Abtastelemente zu bedecken. Eine Vielzahl
von Formen des Lichtpunktes kann benutzt werden zum Erfüllen dieser
nicht kreisförmig
symmetrischen Anforderung. Es werden nachstehend einige Beispiele
anhand der 2 bis 8 beschrieben, die je schematisch
in Draufsicht einen typischen Teil der Anordnung mit Abtastelementen
zeigen. In all diesen Figuren ist die Form des an der Anordnung
mit Lichtabtastelementen erzeugten Lichtpunktes, wobei der Lichtstift
senkrecht zu der Ebene der Schreibfläche orientiert ist, dargestellt
zur Erläuterung
der Beziehung mit den einzelnen Abtastelementen in der Reihen-und
Spaltenanordnung. Die Abtastelemente sind als einfache, in regelmäßigen Abständen voneinander
vorgesehene Quadrate 14 schematisch dargestellt. Es dürfte einleuchten,
das die Form der Abtastelemente, die das lichtschluckende Gebiet
definieren, variiert werden kann und in dem Fall beispielsweise,
dass die lichtempfindlichen Elemente mit Hilfe einer Schaltanordnung,
wie eines TFTs oder einer nicht linearen Doppelanschluss-Anordnung in der
unmittelbaren Nähe
des Lichtabtastelementes oder im Falle einer integrierten Wiedergabe/Abtastanordnung,
wobei die Lichtabtastelemente und die Wiedergabeelemente neben einander
vorgesehen sind, aktiv adressiert werden, die Form der Lichtabtastelemente
typischerweise nicht vierseitig ist.
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Der Bequemlichkeit halber sind die
Lichtpunkte in den 2 bis 8 in Bezug auf den Mittenabstand
der Abtastelemente vorsätzlich
relativ klein abgebildet. Obschon derartige relativ kleine Punktgrößen benutzt
werden könnten,
würde die
Größe des Lichtpunktes
in der Praxis vorzugsweise derart gewählt, dass Auflösungsanforderungen
berücksichtigt werden,
so dass wesentlich mehr Abtastelemente bedeckt werden. Typischerweise
wird der Punkt derart vorgesehen, dass er eine Gruppe zwischen 20 und
100 benachbarter Abtastelemente bedeckt.
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In 2 erzeugt
der Strahl von dem Stift einen Lichtpunkt, bezeichnet durch 20,
der eine im Wesentlichen quadratische Form hat. Der quadratische Lichtpunkt,
der auf die Anordnung trifft, bedeckt mehrere benachbarte Abtastelemente.
In dem Beispiel nach 3 hat
der von dem Strahl 20 erzeugte Lichtpunkt die Form eines
gleichseitigen Dreiecks mit derartigen Abmessungen, dass das Gebiet
des Punktes mehrere benachbarte Abtastelemente bedeckt. In den beiden 2 und 3 dreht, wenn der Lichtstift in einer
festen Lage über
die Anordnung gehalten und um die Längsachse gedreht wird, die,
wie vorausgesetzt, mit der emittierten optischen Hauptachse zusammenfällt, und
die Ebene der Anordnung an dem Punkt Z schneidet, der mit der Mitte
des Quadrates in 2 sowie
mit der Mitte des Dreiecks (wie durch den Schnittpunkt der drei
Symmetrieachsen definiert) übereinstimmt,
dann der Lichtpunkt, der auf die Anordnung projiziert wird, um den
Punkt Z aus der ursprünglichen
Orientierung gegenüber
den Abtastelementen, wie durch gezogene Linien dargestellt ist,
in eine andere Orientierung, wie beispielsweise durch den punktierten
Umfang bei 20' angegeben
ist (entsprechend einer Drehung um die Achse eines ungeradzahligen
Vielfachen von 45° in 2 und eines ungeradzahligen
Vielfachen von 60° in 3). Auf diese Weise zeigt
es sich, dass obschon dieselben Abtastelemente sehr nahe bei der
Achse durch Z nach wie vor beleuchtet werden, werden verschiedene
Abtastelemente um den Umfang herum beleuchtet, während andere, die vorher beleuchtet
wurden, nun nichtbeleuchtet werden. Durch Überwachung der Ausgänge der
Abtastelemente kann das sich ändernde
Muster beleuchteter Elemente detektiert und die Drehrichtung des
Strahles ermittelt werden, wobei diese Information danach benutzt
werden kann zum Schaffen einer Funktionalität neben derjenigen, die auf
die herkömmliche
An und Weise erhalten wird durch Verlagerung des Lichtstiftes über die
Anordnung und durch Abtastung der Lage des Stiftes auf der Anordnung
in zwei Koordinaten. So kann beispielsweise bei Verwendung eines
assoziierten Wiedergabeschirms eine Darstellung eines Steuerknopfes
wiedergegeben werden, der von einem Benutzer "gedreht" werden kann, der den Lichtstift auf
dem wiedergegebenen Knopf hält
und den Stift dreht, oder dadurch, dass er den Stift in eine Lage
bringt um einen "on-screen" Cursor über den
Knopf zu bringen und im Falle eines einzelnen Wiedergabeschirms den
Stift danach zu drehen. Da Drehung des Stiftes detektiert wird,
kann die Wiedergabeanordnung adressiert werden um den Knopf zurückzudrehen, und
zwar entsprechend dem betrag an Drehung des Stiftes zum Schaffen
einer sichtbaren Rückkopplung nebst
der Detektion des Vorgangs, der von dem System benutzt wurde zum
Durchführen
der gewünschten
Funktion. Die Fähigkeit
zum Detektieren der Stiftdrehung auf diese Weise ermöglicht es,
dass die Entwerfer des Systems neue Benutzerschnittstellen einbauen.
So kann beispielsweise die Interaktion zwischen einem Benutzer und
einem virtuellen "on-screen"-Knopf wie beschrieben,
benutzt werden um in Systemen benutzt zu werden, wobei das Stift-Eingabesystem
benutzt wird zum Steuern von Schalt- und Einstellfunktionen, wie
Lautstärke
und Leuchtdichte usw. in Multimedia-PCs zum Ersetzen von Hand betriebener
elektromechanischer Steuerknöpfe.
In anderen Typen einer Anordnung, wie Prozesssteuersystemen, können "on-screen"-Simulationen von
Ventilen oder Schrauben gesteuert werden.
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Weiter Beispiele im Wesentlichen
nicht kreisförmiger
Lichtpunkte, die auf ähnliche
Weise diese Fähigkeit
liefern und die eine weitere Funktionalität liefern, werden nachstehend
anhand der 4 bis 8 näher beschrieben. Diese Formen
von Lichtpunkten unterscheiden sich von denen aus den 2 und 3 darin, dass sie eine ausgesprochene
Verlängerung
in nur einer Richtung aufweisen, wobei die Abmessungen des Lichtpunktes
in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen wesentlich anders
sind, während
in den dargestellten Formen in den 2 und 3 die Gesamtabmessungen der
Punkte in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen im Wesentlichen
dieselben sind und nur um einen relativ geringen Betrag abweichen.
Durch diese Differenz kann noch eine andere Funktionalität erhalten
werden.
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In den 4 bis 8 sind die Formen der Lichtpunkte
rechteckig, ellipsenförmig,
länglich
(gleichschenklig) dreieckig, eiförmig
und nicht rechteckig parallelogrammförmig. Wie oben zeigen die Figuren die
entsprechende Form des Lichtpunktes 20, der auf die Anordnung
auftrifft, wobei vorausgesetzt wird, dass die Achse des Strahles
senkrecht auf der Ebene der Anordnung steht. Ein Beispiel der Änderung
in der Orientierung des erzeugten Lichtpunktes, wenn der Stift um
seine Achse gedreht wird ist auf gleiche Weise punktiert bei 20' dargestellt.
Wie bei den vorhergehenden Beispielen, kann eine Drehung des Stiftes/des
Lichtstrahles um die Achse auf einfache Weise mit Hilfe verschiedener
Abtastelemente 14 außerhalb
der Mitte des Punktes, die bei einer derartigen Drehung beleuchtet
und nicht beleuchtet werden, detektiert werden. Wegen der länglichen
An der Form des Punktes wird die Anzahl Abtastelemente, die beleuchtet
werden, wenn der Punkt sich über
einen bestimmten Winkel dreht, relativ groß sein, so dass die Detektion
der Drehung einfacher und zuverlässiger
wird. Diese Verlängerung
ermöglicht
es ebenfalls, dass weitere Funktionen vorgesehen werden. In Bezug
auf die Formen der Punktes, dargestellt in den 2 und 3 dürfte es
einleuchten, dass wenn der Stift über die Anordnung bewegt wird,
die Dicke der auf der Anordnung gezogenen Linie, die der Breite
der Spur des Lichtpunktes entspricht, sich nicht wesentlich ändern wird,
ungeachtet einer Drehung des Stiftes um die Achse. Andererseits
ist, da die Abmessungen der Lichtpunkte in den 4 bis 8 in
senkrecht aufeinander stehenden Richtungen wesentlich verschieden
sind, die Breite der gezogenen Linie, wenn der Stift über die
Anordnung bewegt wird, abhängig
von der Orientierung des Punktes in Bezug auf die Richtung der Stiftbewegung
und kann in der Dicke dadurch variiert werden, dass der Stift um
die Achse gedreht wird. Auf diese Weise kann beispielsweise die
von den Punkten gezogene Spur nach den 4 und 5 zwischen
etwa einer Dicke entsprechend der Anzahl Abtastelemente über die
Breite und der Anzahl Ab tastelemente über die Länge. Die zusätzliche
Fähigkeit
zum Variieren der Dicke der Spur durch Drehung des Stiftes um die
Achse, beim Verlagern des Stiftes über die Schreibfläche des
Anordnung kann für
eine Vielzahl von Zwecken benutzt werden, wie zum Schreiben kursiver
Buchstaben und von Kanji-Zeichen oder ganz einfach zum Zeichnen von
Linien verschiedener Dicke.
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Die Lichtpunkte aus den 2 bis 8 zeigen alle Symmetrie um wenigstens
eine Achse. Diejenigen aus den 6 und 7 zeigen eine Liniensymmetrie
um nur eine einzige Linie, während
diejenigen aus den 2 bis 5 um eine Anzahl Linien symmetrisch sind,
und die aus 8 um eine
zentrale Achse symmetrisch sind. Die symmetrischen Eigenschaften
der Formen unter einander ermöglichen
es, dass der Schwerpunkt des Punktes einfacher abgeleitet werden
kann (in einer Verarbeitungsschaltung, die mit der Anordnung assoziiert
ist) und eine einfachere und zuverlässigere Steuerung der Eingaben
durch den Benutzer ermöglicht,
obschon andere Formen, welche die Abmessungsanforderungen erfüllen, verwendet
werden könnten,
beispielsweise ein rechteckiges Dreieck oder möglicherweise eine völlig unregelmäßige Form.
Die Form des gewählten
Lichtpunktes hat einen Effekt auf den Grad der Stiftdrehung, der
gut detektiert werden kann. Auf diese Weise kann eine rechteckige
Form und ein gleichseitiger Dreieckpunkt bis zu 90° bzw. 120° detektiert
werden, während
Drehung eines ellipsenförmigen
oder rechteckigen Punktes über
180° detektiert
werden kann und Drehung eines länglichen,
gleichschenkligen Dreiecks oder eine eiförmige Punktform über volle
360° detektiert
werden kann.
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Dadurch, dass der Lichtstift von
der Senkrechten weg gehoben wird, kann die Form des an der Anordnung
erzeugten Lichtpunktes verzerrt werden, wodurch der Punkt verlängert wird
(oder noch weiter verlängert
wird) oder wodurch der Punkt gewünschtenfalls
zusammengezogen wird, wodurch eine zusätzliche Flexibilität für den Benutzer
geschaffen wird. Eine derartige Verzerrung könnte benutzt werden um Probleme
der Parallaxe zu überwinden,
die dadurch verursacht werden, dass die Ebene der Anordnung in einem
Abstand von der Schreibfläche liegt,
und zwar beispielsweise um die Dicke einer Glasplatte.
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9 zeigt
schematisch ein Beispiel des Lichtstiftes 12. Der Stift
umfasst eine Speiseanordnung 23, aus der über eine
Steuerschaltung 21 einer Lichtquelle 22, wie einer
Leuchtdiode oder einem Halbleiterlaser, Strom zugeführt wird,
so dass diese bei Erregung einen Lichtstrahl emittieren. Der Lichtstrahl
wird über
ein optisches System 25 der Spitze 24 des Stiftes
zugeführt,
wobei dieses System eine Öffnung 26 aufweist,
welche die erforderliche Form des Lichtpunktes bestimmt, und eine
Linse 25 welche die Öffnung 26 fokussiert,
zum Erzeugen eines Bildes der Öffnung,
und zwar an einer Stelle in der Nähe des Endes der Spitze 24 des
Stiftes und folglich in der Nähe
der Schreibfläche
der verwendeten Abtastanordnung, und vorzugsweise in der Ebene der
Abtastelemente. Die Stiftspitze 24 ist federnd verlagerbar,
und zwar mit Hilfe einer Feder 27, in Richtung des Innern
des Stiftgehäuses
und wird mit einem Schalter 28 gekoppelt, der mit der Steuerschaltung 21 verbunden
ist zur Steuerung der Lieferung elektrischer Energie zu der Lichtquelle 22,
so das die Lichtquelle mit Energie versehen wird, wenn die Spitze 24 gegen
die Schreibfläche
gedrückt
wird, wodurch der Schalter 28 in Betrieb gesetzt wird.
In einer alternativen optischen Einrichtung kann die Anordnung der Linse 25 und
der Öffnung 26 umgekehrt
sein, wobei die Linse in einem Abstand von der Lichtquelle 22 liegt,
und zwar um einen Abstand, der in Übereinstimmung ist mit dem
Brennabstand, so dass ein im Wesentlichen paralleler Lichtstrahl
geschaffen wird. Die Öffnung 26,
welche die erforderliche Punktform definiert, ist in der Strecke
des parallelen Lichtstrahls vorgesehen zum Erzeugen eines parallelen
Lichtstrahls, dessen Querschnitt senkrecht zu der Achse des Strahles
die erforderliche Form hat, wobei diese Querschnittsform der Form
des Punktes entspricht, der von der Anordnung erzeugt wird, wobei
die Achse des Strahles senkrecht auf der Ebene der Anordnung steht.
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Wie oben erwähnt, kann das System nach 1 in vielen Geräten einverleibt
werden. 10 ist ein weitgehend
vereinfachtes schematischen Blockschaltbild eines Typischen Erzeugnisses,
in diesem Fall eines elektronischen Mitteilungsfeldes, wobei das
System angewandt wird. Eingabeinformationen für die Lichtabtastanordnung
der kombinierten Abtast/Wiedergabeplatte 15 wird von der
assoziierten Detektionsschaltung, hier mit dem Bezugszeichen 40 angegeben,
detektiert, wobei diese Schaltungsanordnung die X-Y-Lage und eine Drehung
des Stiftes detektiert sowie auf entsprechende Weise über eine
Eingangs/Ausgangsschnittstelle 41 Ausgangssignale für die zentrale
Verarbeitungseinheit 42 liefert. Die Wirkungsweise der
CPU 42 wird durch Software bestimmt, die in einem zugeordneten
Speicher 44 gespeichert ist. Die CPU verarbeitet die Information
und liefert Information über
die Schnittstelle 41 zu einer Wiedergabe-Treiberschaltung 45 der LCD-Platte, die Wiedergabeelemente
der Wiedergabeanordnung ansteuern, wenn Information mit dem Lichtstift
eingegeben wird, wodurch auf diese Weise ein Eindruck von Schreiben auf
Papier gegeben wird. Die Wirkungsweise der Einheit 42 wird
beispielsweise über
ein zugeordnetes Steuerfunktionsgebiet des Wiedergabe- und Abtastgebietes
gesteuert, und zwar in Reaktion auf Eingabe durch den Stift. So könnte beispielsweise
ein Mode-Knopf betrieben werden, und zwar unter Anwendung der Dreh-Fähigkeit
zum Implementieren der Zeichenerkennung um Handschrift zu entziffern.
Verarbeitete Information, die der handgeschriebenen Eigabe durch
den Benutzer entspricht, wird danach in einem Speicher 46 festgehalten
und eine Darstellung oder andere Information wird am Wiedergabefenster
wiedergegeben. Virtuelle Steuerknöpfe können benutzt werden zum Steuern
derartiger Parameter der Selektion gespeicherter Eingaben, der Geschwindigkeit
des Scroll-Vorgangs durch die Ausgangsdarstellungen, sowie Systemsteuerungen,
wie die Lautstärke
der Piepser unter Software-Steuerung.
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Die Größe des auftreffenden Lichtpunktes auf
die Anordnung gegenüber
den Abtastelementen kann in den jeweiligen Beispielen aus den 2 bis 8 variieren. Die selektierte Punktgröße wird
abhängig sein
von der Größe und dem
Mittenabstand der Abtastelemente in der Spalten- und Reihenrichtung.
In den Punktformen der 4 uns 6 beispielsweise könnte dann
die Punktgröße auf der
Anordnung möglicherweise
derart sein, dass sie gerade zwei benachbarte Abtastelemente in
der Reihenrichtung und ein Element in der Spaltenrichtung bedeckt.
Dadurch würde
aber der Unterschied beeinträchtigt,
die Detektion der Winkeldrehung des Stiftes um die Achse begrenzt
auf größere Winkel
und die Wahl von Spurbreiten beschränkt. Wenn die Größe des Punktes
in Bezug auf die Form deran gewählt
wird, dass sie eine größere Anzahl
Abtastelemente bedeckt, beispielsweise zwanzig oder mehr, dann können kleinere
Drehungswinkel unterschieden werden und es sich eine größere Anzahl
Spurbreiten erzielbar.
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Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung
dürften
dem Fachmann andere Abwandlungen einfallen. Solche Abwandlungen
können
andere Merkmale betreffen, die im Bereich der Lichtstift-Eingabesysteme
bereits bekannt und statt der oder zusätzlich zu den hier bereits
beschriebenen Merkmalen verwendbar sind.