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Hintergrund
der Erfindung
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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf elektronische Datenerfassungsgeräte. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine nachrüstbare Vorrichtung zum Umwandeln
einer im Wesentlichen planaren Oberfläche in eine elektronische Datenerfassungsvorrichtung.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Elektronische
Tafeln gibt es mindestens seit der Mitte der 1960er Jahre, zu dieser
Zeit wurde die Betonung auf die Kommunikation von graphischen Daten,
insbesondere Handschrift und Skizzen, von einer Position zu einer
anderen gelegt. Das U.S.-Patent Nr. 3,706,850 offenbart ein System,
das sich auf eine solche Aktivität
bezieht.
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Zu
etwa der gleichen Zeit wurden Graphiktafeln entwickelt, die die
Eingabe von Strichzeichnungen in einen Computer ermöglichten.
Das U.S.-Patent Nr. 3,838,212 ist ein frühes Bespiel von Entwicklungen
in diesem Bereich.
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Bis
zur Mitte der 80er Jahre wurde eine dritte Art von Produktgruppe
entwickelt, um den Bedarf an einer lokalen Druckkopie von Material,
das auf eine trocken löschbare
weiße
Tafel, ein sogenanntes Whiteboard, geschrieben und skizziert wurde,
zu adressieren. Diese allgemeine Gruppe von Systemen, die zusammen
als elektronische Kopiertafeln (ECBs; ECB = electronic copyboards)
bekannt sind, bezieht sich allgemein auf unabhängige Geräte, die sehr viel gemeinsam
haben mit gut bekannten verkleinernden Photokopierern.
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Jedes
dieser Geräte
versucht, dem Benutzer eine natürliche
Kommunikationsmetapher zu liefern, die vertraute Schreibwerkzeuge
verwendet. Im Fall von elektronischen schwarzen Tafeln bzw. Blackboards
und elektronischen Kopiertafeln ist die Metapher eine feste wandbefestigte
Oberfläche,
die für Massenbetrachtung
beabsichtigt ist, bei der Markieren oder Schreiben durch die Verwendung
von farbigen Markierstiften erreicht wird, und bei denen Löschen durch
Wischen der Oberfläche
mit einer Löschvorrichtung
erreicht wird. Im Fall der Graphiktafel ist die Metapher eine Schreibtischschiefertafel
mit Stift, die für
individuelle Verwendung gedacht ist.
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Fachleute
auf diesem Gebiet erkennen, dass sowohl elektronische Blackboards
als auch elektronische Kopiertafeln typischerweise zweckgebundene, hoch-spezialisierte
Oberflächen
und Ausrüstungsstrukturen
erfordern. Diese spezialisierten Strukturen ergeben ein unbewegliches,
umständliches
und relativ aufwändiges
System. Systeme und Lösungsansätze auf
diesem Gebiet des Stands der Technik sind beispielsweise dargestellt
in dem U.S.-Patent Nr. 3,613,066 an Cecreman, 4,558,313 an Garwin
u. a., 4,506,354 an Hansen, 4,670,751 an Enokido, 4,711,977 (Re.
33,936) an Miyamori, 4,777,329 an Mallicoat, 4,814,552 an Stefik
u. a., 5,248,856 an Mallicoat, 5,023,408 an Murakami und 5,434,370
an Wilson.
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Das '066-Patent offenbart
eine Anzeigetafel und eine Einrichtung, die auf die Position und
Bewegung eines Zeigers auf der Tafel anspricht, um Informationssignale
für einen
Computer zu erzeugen. Dünne
kohärente
Lichtstrahlen parallel zu der Oberfläche der Tafel werden systematisch
und wiederholt verschoben in einer Kreuzbeziehung, um zumindest einen
Teil der Oberfläche
abzuscannen. Die Position eines Markierungsstifts relativ zu der
Anzeigetafel wird erfasst durch Störung des Markierungsstifts
mit den gescannten Lichtstrahlen.
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Das '313-Patent konzentriert
sich auf eine Indikator-zu-Datenverarbeitungsschnittstelle,
die eine Lichtquelle und einen Hintergrundreflektor als Bestandteile
in einem System verwendet, um den Einschluss von Licht zu überwachen,
der von der Positionierung und Bewegung eines manuell bewegten Indikators über eine
Oberfläche
entsteht.
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Das '751-Patent offenbart
eine Löschvorrichtung
für ein
elektronisches Blackboard mit einem variablen Löschbereich. Die Löschvorrichtung
umfasst eine Löscheinheit
mit kleiner Fläche
und eine entfernbare Löscheinheit
mit großer
Fläche.
Detektoren bestimmen, wenn die Löschvorrichtung
die Oberfläche der
Tafel berührt,
sowie auch, ob die Löscheinheit
mit kleiner Fläche
oder die Löscheinheit
mit großer
Fläche
derzeit verwendet wird.
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Das '977-Patent offenbart
ein elektronisches Blackboard, ein Schreibinstrument und eine Positionserfassungssteuereinheit.
Das System verwendet magnetische Vorspannung, um die Position eines Schreib/Löschelements
relativ zu der von Videoinformationen zu erfassen, die auf einer
Schreiboberfläche
angezeigt sind.
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Die '329- und '856-Patente adressieren
ein graphisches Eingabesystem, das Ultraschall-(das '329-Patent) oder
gescanntes Licht (das '856-Patent) verwendet,
um die Position eines mobilen Elements über eine Oberfläche zu überwachen.
Das '856-Patent
umfasst zumindest zwei beabstandete Sende/Empfangsgerätstrukturstationen,
die die Position und Bewegung eines Schreibers oder einer Löschvorrichtung
auf der Basis von Barcodetechniken optisch verfolgen. Obwohl in
dem '856-Patent
vorgeschlagen wird, dass diese Sende/Empfangsgerätstrukturstationen nachgerüstet werden
können
auf eine herkömmliche
Schreiboberflächenstruktur,
wird weder eine Erörterung
geliefert zum Durchführen
einer solchen Nachrüstung,
noch ist es klar, dass die offenbarte Abtasttechnologie für eine Nachrüstungsanwendung
geeignet wäre,
wo die beabstandeten getrennten Strukturen nicht unempfindlich gemacht werden
können
für relationale Änderungen
während der
Verwendung (beispielsweise Bewegung und Vibration des Whiteboards,
die verursacht werden durch Bewegung des Schreibinstruments zu und über der Oberfläche des
Whiteboards während
der Verwendung), und wo angemessene Präzision zum Bewirken einer genauen
Abtastung nicht erreicht werden kann ohne regelmäßige Kalibrierung während der Verwendung,
aufgrund der relativen Positionsinstabilität der mehreren beabstandeten
Sensoren.
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Das '552-Patent offenbart
ein Eingabegerät oder
einen Schreibstift zum Eingeben von handgezeichneten Formen in einen
Computer, das ein Schreibinstrument, einen Druckschalter, der bestimmt,
ob das Instrument in Kontakt mit der Schreiboberfläche ist,
einen akustischen Sender zum Triangulieren der Position des Schreibstifts
auf der Oberfläche,
und einen drahtlosen Sender zum Übertragen von
Daten und Zeitinformationen an den Computer umfasst. Beim Betrieb überträgt der Schreibstift
ein Infrarotsignal, das das System sofort empfängt, und einen Ultraschallpuls,
den zwei Mikrophone empfangen, nach einer Verzögerung, die eine Funktion der Schallgeschwindigkeit
und des Abstands des Schreibstifts von jedem Mikrophon ist. Von
diesen Informationen kann das System die Position des Schreibstifts
berechnen. Schalter zum Anzeigen von Funktionen sind auf dem Schreibstift
befestigt. Mehrere Schreibstifte können verwendet werden, wobei jeder
einen bestimmten Identifikationscode sendet, so dass das System
bestimmen kann, welcher Schreibstift die Signalquelle ist.
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Das '408-Patent beschreibt
ein elektronisches Blackboard, das eine Erfassungstafel umfasst, die
die Position eines Schreibwerkzeugs erfasst, das eine abgestimmte
Schaltung umfasst, die eine vorbestimmte Resonanzfrequenz aufweist.
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Das '370-Patent offenbart
ein Graphikdatenerfassungssystem, bei dem eine digitalisierte Aufzeichnung
erzeugt wird gemäß der X-,
Y- und Z-Position eines Schreibinstruments relativ zu einer Schreiboberfläche. Eine
Ausdehnung elektromagnetischer Strahlung wird in einer Zone benachbart
zu der Schreiboberfläche
erzeugt, und ein elektromagnetischer interaktiver Stift interagiert
mit einer solchen elektromagnetischen Strahlung, um ein Signal zu
erzeugen, dass den Stift relativ zu der Schreiboberfläche lokalisiert.
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Herkömmliche
Systeme des oben dargestellten Typs sind relativ komplex, unbeweglich
und kostenaufwändig.
Typischerweise sind dieselben nicht ohne Weiteres nachrüstbar, erst
recht nicht eine große
Vielzahl von Schreiboberflächenstrukturen,
die Hunderttausende von Benutzern bereits besitzen. In der Tat hängen solche
Systeme für
einen sinnvollen und genauen Betrieb von einer spezifischen Oberfläche ab,
die entweder eingebettete Sensoren oder anderweitig genau vorbestimmte
Qualitäten
aufweist. Ferner sind herkömmliche
Systeme nicht besonders angepasst, um Informationen über den
Zustand eines Schreibstifts oder einer Löschvorrichtung zu ergeben,
die weit über
seine Position oder Station über einer
Schreiboberfläche
hinausgehen.
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Die
US-A-4,688,933 offenbart ein Positionsbestimmungssystem zum Liefern
elektrischer Signale, die die Positionen einer Lichtquelle darstellen,
die innerhalb eines definierten Bereichs beweglich ist. Das System
kann implementiert werden zum Zweck der Dateneingabe oder zum Zweck
der Objektpositionierung oder -überwachung.
Wenn es in eine Dateneingabetafel eingebaut ist, liefert das System
Signale, die die Positionen eines Schreibstifts darstellen, der
innerhalb des Bereichs der Tafel beweglich ist, und einen ersten
und einen zweiten Photodetektor umfasst, die entlang einer Basislinie
um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind, und eine Einrichtung,
die jedem Photodetektor zugeordnet ist und wirksam ist, um ein bewegliches
schmales Sichtfeld für
jeden Photodetektor zu liefern. Einrichtungen sind vorgesehen zum Überwachen
der Winkelstellung von jedem der Sichtfelder bezüglich der Basislinie zum Liefern
einer Signalanzeige der jeweiligen Winkelstellungen. Ein Schreibstift
mit einem Lichtemitter an der Spitze desselben ist innerhalb der
Fläche
der Tafel beweglich und liefert Licht, das von jedem der Photodetektoren
abgelöst
werden kann. Jeder der Photodetektoren liefert ein jeweiliges Signal,
wenn das Sichtfeld des entsprechenden Photodetektors Licht von dem
Emitter empfängt.
Einrichtungen sind vorgesehen, die ansprechend auf die Signalanzeige der
Winkelstellung von jeder der beweglichen Einrichtungen wirksam sind,
bei der Licht von dem Emitter jeweils erfasst wird, um ein Signal
zu liefern, dass die Position des Emitters innerhalb der Fläche der
Tafel darstellt.
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Die
US-A-5,379,269 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position
eines beweglichen Elements über
der Oberfläche
eines festen Mediums. Eine erste und eine zweite Wandlervorrichtung
sind vorgesehen und sind beweglich für die Platzierung an ausgewählten jeweiligen
ersten und zweiten Positionen auf der Oberfläche zum Koppeln mit der Oberfläche. Eine
dritte Wandlervorrichtung zum Koppeln mit der Oberfläche ist
in dem beweglichen Element befestigt. Ultraschallenergie wird in
jeder Richtung zwischen der dritten Wandlervorrichtung und der ersten und
der zweiten Wandlervorrichtung übertragen,
wobei die Ultraschallenergie durch das feste Medium verläuft. Die
Durchgangszeiten der Ultraschallenergie, die sich in jede Richtung
zwischen der dritten Wandlervorrichtung und der ersten und zweiten Wandlervorrichtung
ausbreiten, werden bestimmt, wobei die Durchgangszeiten die Position
der dritten Wandlervorrichtung bezüglich der ersten und zweiten Wandlervorrichtung
anzeigen. Bei einem offenbarten Ausführungsbeispiel haben die erste
und zweite Wandlervorrichtung Spitzen, die Füße eines Gehäuses sind
und die Oberfläche über einen
Bereich kontaktieren, der kleiner ist als zwei mm2 und
vorzugsweise kleiner als 0,5 mm2. Ein Reflexionsreduzierer ist
an zumindest einigen der Ränder
des festen Mediums vorgesehen.
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Die
US-A-5,050,134 offenbart eine ähnliche Vorrichtung
wie diejenige, die von der US-A-5,379,269 bekannt ist. Die Sensoren
sind angeordnet, um Schallsignale zu empfangen, die über die
Oberfläche
verlaufen.
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Folglich
wäre es
vorteilhaft, ein neuartiges Graphikdatenerfassungssystem zu schaffen,
das nicht nur die verschiedenen Merkmale und Vorteile des Stands
der Technik bietet, sondern das ferner effektiv die verschiedenen
Leistungs-, Kosten-, Einfachheits-, Mobilitäts- und Komplexitätsthemen adressiert,
die oben erwähnt
wurden. Es wäre
besonders vorteilhaft, ein solches System zu schaffen, dass ohne
Weiteres nachgerüstet
werden kann in bestehende Schreiboberflächen, ohne spezielle Befestigungsanordnungen
oder regelmäßige Kalibrierung zu
benötigen,
während
ein hoher Grad an Genauigkeit und Stabilität geliefert wird, und während auch eine
reiche Ergänzung
von komplexen Merkmalen geliefert wird.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes System
zu schaffen, das ohne Weiteres nachgerüstet werden kann in bestehende Schreiboberflächen, ohne
spezielle Befestigungsanordnungen oder regelmäßige Kalibrierung zu benötigen, während ein
hoher Grad an Genauigkeit und Stabilität geliefert wird, und währen auch
eine reiche Ergänzung
von komplexen Merkmalen geliefert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung ist ein Graphikdatenerfassungssystem, das ein kontinuierlich
aktives Verfolgungssystem verwendet, um eine nachrüstbare Vorrichtung
zum Umwandeln einer im Wesentlichen planaren Oberfläche in eine
elektronische Datenerfassungsvorrichtung zu schaffen. Verschiedene
Techniken sind offenbart, die die Herstellung einer nachrüstbaren
Anordnung ermöglichen,
so dass jede im Wesentlichen planare Oberfläche in eine elektronische Datenerfassungsvorrichtung
umgewandelt werden kann. Somit sind die Komponenten des Systems ohne
Weiteres nachrüstbar,
mit relativ geringen Kosten, in eine große Vielzahl von ansonsten herkömmlichen
Schreiboberflächenstrukturen,
wie z. B. sog. trocken löschbaren
Whiteboards.
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Die
Erfindung verwendet eine Triangulationstechnik auf der Basis eines
Mikro-Leistung-Impuls-Radars (MER; MER = micro power impulse radar),
um die Position und Bewegung einer Schreib- oder Löschvorrichtung
zu verfolgen. Die Erfindung nutzt den Vorteil sowohl der wesentlichen
Verbesserungen in moderner MER-Verfolgungstechnologie als auch eine
neuartige und verbesserte Einpasstechnik, die eine schnelle und
effiziente Nachrüstung
einer Verfolgungsanordnung in ein trocken löschbares Whiteboard oder eine
andere planare Oberfläche
ermöglicht,
während
ein genaues Verfolgungssystem geliefert wird, das ein Schreibinstrument
in drei Richtungen genau verfolgt, und somit alle Markierungen erfasst,
die auf die Markierungsoberfläche
platziert werden.
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Ferner
liefert die Erfindung durch Verwenden einer Codierfähigkeit,
die einem Schreibinstrument eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
zugeordnet ist, die Fähigkeit,
zu unterscheiden, ob das Schreibinstrument zum Markieren oder als
ein Löschinstrument
verwendet wird, sowie auch die Art oder den Charakter der geschriebenen
Linienbreite oder des Löschvorrichtungsbands
zu bestimmen, wie beispielsweise die spezifische Farbe in dem Fall
eines farbigen Schreibinstruments. Ein Datenstrom, der so erzeugt
wird, kann auf eine Vielzahl von Arten verwendet werden, wie z.
B. zum Zuführen
von Informationen in den Speicher eines digitalen Computers, und/oder
zum Zuführen
von Informationen für
die Übertragung
zu entfernten Stationen für
Livepräsentation von
Schreibaktivität,
die auf der Schreiboberfläche
in dem System auftritt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer nachrüstbaren
Vorrichtung zum Umwandeln einer im Wesentlichen planaren Oberfläche in ein
elektronisches Datenerfassungsgerät gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Sensorarraybefestigungseinrichtung gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 ist
eine Teilschnittseitenansicht einer Sensorarraybefestigungseinrichtung
gemäß einem zweiten
gleichermaßen
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4 ist
eine Teilschnittseitenansicht einer Sensorarraybefestigungseinrichtung
gemäß einem dritten
gleichermaßen
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 ist
eine Teilschnittseitenansicht einer Sensorarraybefestigungseinrichtung
gemäß einem vierten
gleichermaßen
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines L-förmigen Sensorarrays gemäß der Erfindung;
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7a bis 7c zeigen
alternative Ausführungsbeispiele
der Er findung, die eine Seiten-, Unter- und Oberbefestigungskonfiguration
zum Einpassen eines Sensorarrays in eine Schreiboberfläche zeigen;
und
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8 ist
eine Teilschnittseitenansicht eines Markierungsinstruments;
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9a bis 9c liefern
eine Rückansicht (9a),
eine Seiten ansicht (9b) und eine perspektivische
Ansicht (9c) einer Zweipunkt- oder Abstreif-Typ-Löschvorrichtung;
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10 liefert
eine Löschrandansicht
einer Zweipunkt- oder
Abstreifer-Typ-Löschvorrichtung;
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11 zeigt
die Verwendung der Löschvorrichtung
von 9a bis 9c und 10,
um eine dünne
Fläche
einer Präsentationstafel
in einer Bewegung zu löschen,
die parallel zu der Y-Achse der Löschvorrichtung ist;
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12 zeigt
die Verwendung der Löschvorrichtung
von 9a bis 9c und 10,
um eine breite Fläche
in einer Bewegung zu löschen,
die parallel zu der X-Achse
der Präsentationstafel
ist; und
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13 zeigt
die Löschvorrichtungen
von 9a bis 9c und 10,
die in einer diagonalen Bewegung gewischt werden, um eine Löschoberfläche zu liefern,
die zwischen einem dünnen
Löschband
liegt, das in 11 gezeigt ist, und dem weiten Löschband,
das in 12 gezeigt ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung ist ein Graphikdatenerfassungssystem, das ein kontinuierlich
aktives Verfolgungssystem verwendet, um eine nachrüstbare Vorrichtung
zu schaffen, zum Umwandeln einer im Wesentlichen planaren Oberfläche in eine
elektronische Datenerfassungsvorrichtung. Verschiedene Techniken
sind offenbart, die die Herstellung einer nachrüstbaren Anordnung ermöglichen,
so dass eine im Wesentlichen planare Oberfläche in eine elektronische Datenerfassungsvorrichtung
umgewandelt werden kann. Somit können
die Komponenten des Systems ohne Weiteres mit relativ geringen Kosten
in eine große
Vielzahl von ansonsten herkömmlichen Schreiboberflächenstrukturen
nachgerüstet
werden, wie z. B. sogenannten trocken löschbaren Whiteboards.
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Die
Erfindung verwendet eine Triangulationstechnik auf der Basis eines
Mikroleistungsimpulsradars (MER), um die Position und Bewegung einer Schreib-
oder Löschvorrichtung
zu verfolgen. Die Erfindung nutzt sowohl die wesentlichen Verbesserungen
bei moderner MER-Verfolgungstechnologie als auch eine neuartige
und verbesserte Einpasstechnik aus, die eine schnelle und effiziente
Nachrüstung
einer Verfolgungsanordnung in ein trocken löschbares Whiteboard oder eine
andere planare Oberfläche
ermöglicht,
während
ein Präzisionsverfolgungssystem geliefert
und geschaffen wird, das ein Schreibinstrument in drei Richtungen
genau verfolgt, und somit alle Markierungen erfasst, die auf die
Markierungsoberfläche
platziert werden.
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Ferner
schafft die Erfindung durch Verwenden einer Codierfähigkeit,
die einem Schreibinstrument eines Ausführungsbeispiel der Erfindung
zugeordnet ist, die Fähigkeit,
zu unterscheiden, ob das Schreibinstrument zum Markieren oder als
ein Löschinstrument
verwendet wird, sowie auch die Art oder den Charakter der geschriebenen
Linienbreite oder des Löschvorrichtungsbands
zu bestimmen, wie beispielsweise die spezifische Farbe im Fall eines farbigen
Schreibinstru ments. Ein Datenstrom, der so erzeugt wird, kann auf
eine Vielzahl von Weisen verwendet werden, wie z. B. zum Zuführen von
Informationen in den Speicher eines digitalen Computers, und/oder
zum Zuführen
von Informationen für
die Übertragung
zu entfernten Stationen für
die Livepräsentation
von Schreibaktivität,
die auf der Schreiboberfläche
in dem System auftritt.
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1 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer nachrüstbaren
Vorrichtung zum Umwandeln einer im Wesentlichen planaren Oberfläche in eine
elektronische Datenerfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung. In 1 ist
eine Schreiboberfläche 14 gezeigt,
die ein Sensorarray 10 aufweist, das durch eine Befestigungseinrichtung 12 an
derselben befestigt ist. Die Schreiboberfläche kann jede im Wesentlichen
planare Oberfläche
sein, einschließlich,
beispielsweise, eines Whiteboards, eines Blackboards, eines Tisches,
einer Videoanzeige, einer Wand, eines schwarzen Bretts oder eines
Bodens.
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Die
Befestigungseinrichtung kann jede Technik oder Vorrichtung umfassen,
die das Sensorarray an der Schreiboberfläche befestigt. Obwohl diese Nachrüstanordnung
anfangs trivial erscheinen kann, ist sie dies nicht bezüglich der
Schwierigkeit, eine genaue Verfolgung eines Markierungsinstruments
zu erreichen, um Positionsinformationen zu erfassen, die in eine
Präzisionsdarstellung
von Text und Zeichnungen umgewandelt werden können. Diesbezüglich hat
der Stand der Technik beinahe einstimmig speziell zugewiesene spezialisierte
Schreiboberflächen gelehrt
und sich auf dieselben verlassen, um eine genaue Positionierung
der verschiedenen Sensoren sicherzustellen, die verwendet werden,
um Schreibinstrumentpositionsinformationen zu erfassen. Dies war
notwendig, weil die Positionserfassungsgeräte eine genaue Kalibrierung
erforderten, um winzige Variationen in Signalverläufen oder
Lichtstrukturen zu erfassen. In einer solchen Umgebung tendieren
sowohl kumulative Fehler als auch Schwankungen und Bewegungen, die
der Bewegung der Schreib oberfläche
während
einer wiederholten Bewegung einer Markierungsvorrichtung über die
Tafeloberfläche
zuzuschreiben sind, unannehmbare (und oft unlesbare) Ergebnisse
zu erzeugen.
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Somit
umfasst ein Schlüsselaspekt
der Erfindung die Bereitstellung eines einheitlichen Sensorarrays,
das die Beziehung zwischen den verschiedenen Sensoren innerhalb
des Arrays selbst sicher und fest festlegt, so dass diese einheitliche
Arrayanordnung wiederholt entfernt und befestigt werden kann, an
jeder im Wesentlichen planaren Oberfläche, und dennoch nach wie vor
den hohen Grad an Präzision und
Genauigkeit liefert, der notwendig ist, um eine qualitativ hochwertige
Erfassung von Text und Zeichnungen zu bewirken. Diese Anordnung
ist besonders kritisch bei einem System, das ein aktives Schreibinstrument
verwendet, wo ein solches Instrument Signale erzeugt, die verschiedene
Strukturen oder Frequenzen aufweisen, die unterschiedliche Funktionen anzeigen,
wie z. B. Stiftbreite oder Löschvorrichtungsoperationen,
sowie unterschiedliche Farben; und wo ferner der Vorgang des Markierens
auf der Schreiboberfläche
Vibrationen und Bewegungen der Schreiboberfläche erzeugt, die zu Ungenauigkeiten führen können aufgrund
von Schwankungen bei Übertragungszeiten
oder Bewegungen in der Tafeloberfläche.
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2 ist
eine Teilschnittseitenansicht einer einheitlichen mobilen Sensorarraybefestigungseinrichtung
gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Schreiboberfläche 14 an einer Wand 22 befestigt,
unter Verwendung einer herkömmlichen
Einrichtung. Das Sensorarray 10 ist an der Schreiboberfläche befestigt,
unter Verwendung einer Befestigungseinrichtung 20, die
ein Doppelklebebefestigungsband oder eine temporäre Befestigungsvorrichtung
umfassen kann, wie z. B. Klettverschluss. Diese Befestigungseinrichtung
ist besonders gut geeignet für
Oberflächen wie
z. B. Videoanzeigen, obwohl dieselbe auch gut geeignet ist für verschiedene
andere Anwendungen.
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3 ist
eine Teilschnittseitenansicht einer mobilen einheitlichen Sensorarraybefestigungseinrichtung
gemäß einem
zweiten gleichermaßen
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann das Sensorarray 10 an einer Wand 22 befestigt
sein, durch eine Klammer 30. Die Klammer selbst ist an der
Wand mit einer Halterung 32 befestigt, wie z. B. einem
Bolzen oder einem Kniehebel. Die Schreiboberfläche 14 kann durch
die gleiche Klammer an der Wand befestigt sein, oder kann getrennt
an der Wand befestigt sein.
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4 ist
eine Teilschnittseitenansicht einer mobilen einheitlichen Sensorarraybefestigungseinrichtung
gemäß einem
dritten gleichermaßen
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Schreiboberfläche 14 unter Verwendung
von herkömmlichen
Techniken an einer Wand 22 befestigt. Eine Klammer 42 mit
einem Abschnitt, der von der Wand in einem spitzen Aufwärtswinkel
vorsteht, ist durch eine Halterung 44, wie z. B. einen
Bolzen oder einen Kniehebel, an der Wand befestigt. Das Sensorarray 10 ist
durch eine zweite Klammer 40 an der Klammer befestigt,
die derselben zugeordnet ist, die einen komplementären Kanal
aufweist, der angepasst ist, um den Vorsprungsabschnitt der wandbefestigten
Klammer auf eine sicher Weise in Eingriff zu nehmen.
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5 ist
eine Teilschnittseitenansicht einer mobilen einheitlichen Sensorarraybefestigungseinrichtung
gemäß einem
vierten gleichermaßen
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Schreiboberfläche 14 unter Verwendung
von herkömmlichen
Techniken an der Wand 22 befestigt. Das Sensorarray 10 ist
an einer Aufsteckklammer 50 befestigt, die einen U-förmigen Abschnitt 52 umfasst, der
angepasst ist, um einen oberen Rand der Schreiboberfläche in Eingriff
zu nehmen, beispielsweise den oberen Rand eines Whiteboards. Dieses
Ausführungsbeispiel
der Erfindung nimmt an, dass es zumindest eine kleine Menge an Zwischenraum
zwischen der Wand und der Schreiboberfläche gibt, um den U-förmigen Abschnitt
der Aufsteckklammer aufzunehmen.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines mobilen einheitlichen L-förmigen Sensorarrays
gemäß der Erfindung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist das Sensorarray in einer L-förmigen Konfiguration gebildet,
um drei sich schneidende Sensorwege 61, 62, 63 zu
ermöglichen.
Zusätzliche Sensoren 64, 65 können auch
vorgesehen sein. Diese Konfiguration liefert einen hohen Grad an
Genauigkeit durch Ermöglichen
der präzisen
Triangulation der Schreibinstrumentposition. Verschiedene Komponenten,
die der Sensoranordnung zugeordnet sind, sind in einem Modul 66 positioniert,
das an dem Sensorarray befestigt ist.
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7a–7c zeigen
alternative Ausführungsbeispiel
der Erfindung, die eine Seiten-, Unter- und Oberbefestigungskonfiguration
zum Einpassen eines mobilen einheitlichen Sensorarrays in eine Schreiboberfläche zeigen. 7a zeigt
eine Schreiboberfläche 14 mit
einem Sensorarray 70a befestigt an der Seite desselben; 7b zeigt
eine Schreiboberfläche 14 mit
einem Sensorarray 70b an einer Unterseite derselben befestigt
(die daher auch als eine Ablage dienen kann, um verschiedene Schreibinstrumenten
zu halten); und 7c zeigt eine Schreiboberfläche 14 mit
einem Sensorarray 70c an einer Oberseite derselben befestigt.
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Von 2–7 ist ersichtlich, dass die Erfindung eine
Vielzahl von Konfigurationen liefert, die es einem mobilen einheitlichen
Sensorarray ermöglichen,
an jede im Wesentlichen planare Schreiboberfläche angepasst zu werden. Somit
kann das Sensorarray so hergestellt werden, dass die einzelnen Sensoren
alle in einem Standardeinheitsgehäuse enthalten sind, und alternativ
konfiguriert werden können für die Befestigung,
wie es in den Figuren gezeigt ist, durch Bereitstellen einer Vielzahl
von Adaptern und/oder Halterungen. Es ist wichtig anzumerken, dass
die Genauigkeit des Sensorarrays sichergestellt wird durch Kalibrieren
der Sensoren während der
Herstellung und innerhalb einer gemeinsamen Umhüllung. Somit wird die Beziehung
der Sensoren während
der Herstellung des Sensorarrays bestimmt. Als solches wird das
Sensorarray ohne Weiteres nachgerüstet an jede im Wesentlichen
planare Oberfläche,
durch eine Vielzahl von Mechanismen, mit der Sicherstellung einer
hochgenauen und präzisen
Bestimmung der Schreibinstrumentposition. Auf diese Weise vermeidet
die Erfindung den Bedarf an zweckgebundenen Schreiboberflächen, liefert
eine wirkliche tragbare kompakte elektronische Datenerfassungsvorrichtung
und liefert ferner ein Datenerfassungsystem, das Text und Zeichnungen
genau erfasst, ohne den Bedarf der Kalibrierung und Neukalibrierung
vor Ort.
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Obwohl
die Erfindung in der Fabrik kalibriert wird, möchten einige Benutzer eventuell
die Option, das System am Einsatzort zu kalibrieren, um gewünschte Funktionalität weiter
zu definieren und hinzuzufügen.
Beispielsweise möchte
der Benutzer eine „tote" Fläche auf
der planaren Oberfläche
erzeugen, so dass Markierungen in dieser Fläche nicht an den Computer weitergeleitet
werden. Der Benutzer möchte
außerdem
eventuell spezifische Elemente innerhalb des aktiven Bereichs kalibrieren,
um ein Toolbar, ein Videofenster oder ein anderes Merkmal zu erzeugen.
Außerdem
liefert die Benutzerfeldkalibrierung der Elemente innerhalb des
Sensorarrays einen großen
Bereich von benutzeridentifizierten Konfigurationen, die sinnvoll
sind für
die Tragbarkeit oder mit verschiedenen Größen von planaren Flächen funktionieren.
Kalibrierung am Einsatzort kann erreicht werden durch eine Vielzahl
von Verfahren, einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf, folgenden Verfahren:
- (1) Das System kann
den Benutzer anweisen, das Schreib- oder Löschinstrument auf der planaren Fläche an spezi fischen
Positionen abzugreifen, wie z. B. oben rechts und unten links, und
die aktive Fläche
von diesen Koordinaten zu berechnen.
- (2) Alternativ kann der Benutzer Sender an spezifischen Positionen
innerhalb oder auf den Grenzen der aktiven Fläche platzieren. Das Sensorarray
würde Signale
von diesen Sendern erfassen und die aktive Fläche der planaren Oberfläche berechnen.
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Ein
weiteres Merkmal ist die Bereitstellung eines aktiven Schreibinstruments. 8 ist
eine Teilschnittseitenansicht eines Markierungsinstruments. Obwohl
oben verschiedene Multifunktionsschreibinstrumente in Verbindung
mit dem Stand der Technik identifiziert wurden, sind solche Geräte etwas
begrenzt in ihrer Fähigkeit,
in Verbindung mit verschiedenen Verfolgungsschemata zu arbeiten.
Beispielsweise sind einige Instrumente speziell entworfen für optische
Schemata, während
andere Instrumente speziell für
elektromagnetische Verfolgungsschemata entworfen sind.
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Das
in 8 gezeigte Schreibinstrument liefert eine Hülle 82,
die einen Innendurchmesser aufweist, der angepasst ist, um einen
Standard-Trockenlösch-Markierungsstift 80 aufzunehmen
und sicher zu halten. Somit verwendet das hierin offenbarte Markierungsinstrument
einen Markierungsstift, der einem Benutzer vertraut ist und ohne
Weiteres verfügbar
ist. Die Hülle
verjüngt
sich, um den sich verjüngenden
Umriss des Stifts zu verfolgen und endet mit einem Schalter 90,
der die Bewegung der Stiftspitze erfasst, d. h. wenn die Spitze
des Stifts auf die Schreiboberfläche
platziert wird. Eine solche Erfassung erzeugt ein Signal, das an
das Sensorarray kommuniziert wird, um anzuzeigen, dass das Markierungsinstrument
nun in Kontakt mit einer Schreiboberfläche ist (und nicht über der
Schreiboberfläche, da
eine solche Erfassung eine falsche Informationsebene an das Sensorarray
liefern würde).
Somit verfolgt das Sensorarray nur Markierungsinstrumentpositionen,
wenn das Markierungs instrument an der Schreiboberfläche erfasst
wird. Ein solches Signal kann auch tatsächliche Positionsinformationen
kommunizieren, beispielsweise durch liefern eines Relais oder einer
Rückkopplung
von Verfolgungsinformationen, die an den Stift empfangen werden,
so dass eine stiftbasierte Markierungsinstrumentposition abgeleitet
werden kann.
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Ein
solches Signal kann auch moduliert werden oder digital codiert werden,
um eine bestimmte Markierungsinstrumentfunktion oder -farbe zu identifizieren,
beispielsweise ob das Markierungsinstrument ein roter oder blauer
Stift ist, ob das Markierungsinstrument eine dünne Linie oder eine dicke Linie
zieht, oder ob das Markierungsinstrument eine Löschvorrichtung ist. In Verbindung
mit diesem letzten Punkt umfasst das hierin offenbarte Markierungsinstrument
eine Einfassung 84, die angepasst ist, um sicher in die
Hülle 82 eingepasst
zu werden. Die Einfassung aktiviert einen Schalter 85,
der anzeigt, dass dieselbe in die Hülle eingepasst ist. Ein Kolben 86 ist beweglich
in die Einfassung eingepasst. Eine Löschvorrichtung 88 ist
sicher in dem Kolben aufgenommen.
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Beim
Betrieb wird die Löschvorrichtung
auf die Schreiboberfläche
gedrückt,
um Markierungen auf derselben zu löschen. Diese Aktion drückt den Kolben
in die Einfassung und aktiviert dadurch den Schalter 90,
und zeigt dadurch den Kontakt der Löschvorrichtung mit der Schreiboberfläche an.
Das Vorliegen des Kolbens betreibt den Schalter 85 und zeigt
dadurch an, dass das Markierungsinstrument eine Löschfunktion
durchführt.
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Bei
bestehenden elektronischen Kopiertafelsystemen, die Löschdaten
an einen Computer senden, hat die Löschvorrichtung eine vordefinierte
Größe. Systeme
nehmen an, dass der Benutzer eine Fläche gelöscht hat, die zumindest gleich
der Gesamtfläche
der Unterseite der Löschvorrichtung
ist. Um somit eine kleinere Fläche
zu löschen,
muss der Benutzer eine kleinere Löschvorrichtung finden und verwenden.
Falls der Benutzer versucht, eine kleine Fläche mit nur der Seite der Löschvorrichtung
zu löschen,
was das natürliche
Verfahren ist, das die meisten Benutzer versuchen würden, empfangen Systeme
ungenaue Daten bezüglich
der Größe der Fläche, die
gelöscht
wurde. Die hierin offenbarte Zweipunktlöschvorrichtung löst dieses
Problem, indem sie Benutzern die Fähigkeit bereitstellt, einen großen Bereich
von Flächen
mit einem einzigen Werkzeug zu löschen.
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Die
Zweipunktlöschvorrichtung 110 (9a–9c)
besteht aus einem rechteckigen oder runden dünnen geformten Griff 100,
einem dünnen
Löschrand 102 und
zwei Sendern 103, 104. Ein Sender ist an jedem
Ende der Löschkante
befestigt, wie es in 10 gezeigt ist. Um eine dünne Fläche zu löschen, wischt
der Benutzer die Löschvorrichtung auf
der Tafel 112 in einer Bewegung, die parallel zu der Y-Achse
der Löschvorrichtung
ist (11). Um eine breite Fläche zu löschen, wischt der Benutzer die
Löschvorrichtung
in einer Bewegung, die parallel zu der X-Achse ist (12).
Die Löschvorrichtung kann
auch in einer diagonalen Bewegung gewischt werden, um jede Größe zwischen „dünn" und „breit" (13)
zu erreichen. Somit ist eine Löschvorrichtung
vorgesehen, die ergonomisch entworfen ist, um auf ähnliche
Weise zu arbeiten wie die einer Standard-Blackboard/Whiteboard-Löschvorrichtung,
wobei der Benutzer die Löschvorrichtung
schnell vor und zurück über die
Markierungsoberfläche
bewegen kann, um einen großen
Abschnitt der Markierungsoberfläche
zu löschen,
falls er dies wünscht,
und wobei der Benutzer die Bewegung und das Profil der Löschvorrichtung
präzise
steuern kann, um nur bestimmte Abschnitte der Markierungsoberfläche zu löschen. Folglich
lokalisiert die hierin beschriebene Erfindung genau die Enden der
Löschvorrichtung
durch die Verwendung der beiden Sender und definiert somit ein kontinuierlich
variables und leicht steuerbares Löschvorrichtungsband.
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Bezüglich der
tatsächlichen
Bestimmung der Position des Markierungsinstruments arbeitet die
Erfindung in Verbindung mit einem Triangulationsschema, das eine
Mikroleistungsimpulsradar-(MER-)Vorrichtung umfasst. Die MIR-Vorrichtung
ist ein gepulster Radar, ähnlich
zu anderen ultrabreiten Radaren, aber emittiert viel kürzere Pulse
als die meisten Radare und ist kompakt und unaufwändig, weil
er aus einer kleinen Anzahl von allgemeinen elektronischen Komponenten
aufgebaut ist. MIR-Vorrichtungen werden in Anwendungen wie z. B.
Automobilsicherungssystemen und in tragbaren Werkzeugen zum Finden von
Leitungen und anderen Objekten hinter Wänden verwendet.
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Ein
Merkmal von MIR-Geräten
ist die Pulserzeugungsschaltungsanordung. Jeder Puls ist weniger
als ein Milliardstel einer Sekunde und jedes MIR-Gerät emittiert
etwa zwei Millionen dieser Pulse pro Sekunde. Tatsächliche
Pulswiederholungsdaten werden mit Zufallsrauschen codiert, um die
Möglichkeit
der Störung
von anderen Radaren zu reduzieren, während jedes MIR-Gerät auf sich
selbst abgestimmt ist. Der gleiche Puls wird zum Übertragen
verwendet, zum Senden über
die Übertragung,
wie zum Abtasten des empfangenen Signals. Drei direkte Vorteile der
kurzen Pulsbreite sind:
- • Das MIR arbeitet über ein
weiteres Band von Frequenzen als ein herkömmliches Radar, und ergibt
eine hohe Auflösung
und Genauigkeit, macht es aber auch weniger anfällig für Störung von anderen Radaren.
- • Es
gibt extrem niedrige Leistungsanforderungen, weil Strom nur während der
kurzen Pulszeit gezogen wird und die Pulse unregelmäßig sind. Ein
Typ von MIR-Einheit kann beispielsweise jahrelang mit einer einzigen
AA-Batterie arbeiten.
- • Die
Mikrowellen, die durch den Puls emittiert werden, sind bei übermäßig niedrigen
und daher sicheren Pegeln (Mikrowatt). In der Tat emittiert das
MIR weniger als ein Millionstel der Energie eines Mobiltelefons.
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Wie
bei herkömmlichen
Radaren bestimmt die Antennenkonfiguration auf MIR-Geräten eine Vielzahl
der Betriebscharakteristika. Mehrere Antennensysteme wurden entworfen,
um die ultrabreiten Frequenzcharakteristika des MIR-Sensors anzupassen.
Für den
Standard-MIR-Bewegungssensor mit einer Mittenfrequenz von etwa 2
Gigahertz kann eine kleine 1,5-Zoll-Antenne
verwendet werden. Das MIT-Gerät
ist jedoch auch flexibel genug, dass es bei einer relativ niedrigeren
Mittenfrequenz arbeiten kann, unter Verwendung von größeren Antennensystemen,
die demselben eine größere Reichweite
geben.
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Die
Mittelwertbildung von vielen Tausenden von Pulsen wird an dem MIR-Gerät durchgeführt, um die
Effekte von Rauschen zu reduzieren und die Empfindlichkeit zu erhöhen. Ein
einziger empfangener Impuls in der Nanosekundenzeitskala kann mit verschiedenen
Formen von Außeninterferenz
verunreinigt sein, aber falls die Rücksendung vieler Pulse bei
dem gleichen Reichweitengatter kombiniert werden, ist das Ergebnis
sehr viel repräsentativer
für die tatsächliche
Rücksendung.
Die Anzahl von Mittelwertbildung pro Reichweitengatter ist einstellbar
(nominal beträgt
dieselbe etwa 10.000 Abtastwerte).
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Die
exakten Pulsemissions- und Erfassungszeiten werden aus zumindest
den folgenden Gründen
randomisiert:
- • Ungedämpfte-Welle-(CW-)Interferenz,
wie z. B. von Funk- und TV-Station-Harmonischen kann Überlagerungsfrequenzen
mit den empfangenen Echos verursachen, die falsche Alarme auslösen können. Wenn
die 10.000 Abtastwerte von MIR-Rücksendeechos
bei zufällig
gezitterten Zeiten gemittelt werden, werden Zufallsabtastwerte von
CW-Interferenz effektiv auf Null gemittelt.
- • Zufallsoperation
bedeutet auch, dass mehrere MIR-Einheiten
zusammengestellt werden können,
ohne einander zu stören.
Kanalzuweisungen werden nicht benötigt und eine beinahe unbegrenzte
Anzahl von Sensoren kann in der gleichen Umgebung sein, auch wenn
dieselben das gleiche Breitbandspektrum besetzen. Dies ist besonders
sinnvoll in einer Whiteboard-Typ-Anwendung, wo eine Mehrzahl von
Sensoren verwendet wird, um die Markierungsinstrumentposition zu
triangulieren.
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Obwohl
die Erfindung hierin mit Bezugnahme auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel
beschrieben ist, wird ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet
ohne Weiteres erkennen, dass andere Anwendungen für die hierin
Beschriebenen eingesetzt werden können, ohne von dem Schutzbereich der
vorliegenden Erfindung abzuweichen. Folglich soll die Erfindung
nur durch die nachfolgend angehängten
Ansprüche
begrenzt sein.