DE69919759T2

DE69919759T2 - Verfahren zum digitalisieren, schreiben und zeichnen mit möglichkeit zum löschen und/oder hinweisen

Info

Publication number: DE69919759T2
Application number: DE69919759T
Authority: DE
Inventors: Mordehai Sholev
Original assignee: ITPEN EUROP Ltd; ITPEN EUROPE Ltd
Current assignee: ITPEN EUROP Ltd; ITPEN EUROPE Ltd
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: CA2390362A1; IL149373A0; JP2003514310A; AU778324B2; DE69919759D1; MXPA02004592A; AR028185A1; EP1228480B1; TW550512B; ATE274723T1; WO2001035329A1; EP1228480A1; AU1073000A

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Digitalisierung von Schrift und Zeichnungen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Gewinnung einer computerisierten Darstellung einer Spur und/oder von Bewegungen eines ausgewählten Punktes, die entsprechend der relativen Verlagerung zwischen der Spitze einer länglichen Vorrichtung, z.B. eines Schreib-/Zeichenutensils, und einer Unterlage erzeugt wird, und zwar durch Empfangen von Signalen, die von zwei oder mehreren, entlang der Vorrichtung ausgerichteten Punkten übertragen werden, und durch Berechnen der räumlichen Position der Spitze.
Hintergrund der Erfindung
Die computerisierte graphische Darstellung manueller Spuren oder Linien, wie z.B. einer Handschrift oder Zeichnung, ist bei Künstlern und Designern weit verbreitet. Durch die genaue Wiedergabe von freihändig erzeugten Linien und Figuren werden dem Designer eine Vielzahl von Funktionen zur Verfügung gestellt, wobei dieser die ursprüngliche Spur abspeichern und die gezeichneten Linien mit Hilfe einer Software weiter bearbeiten kann. So kann die ursprüngliche Spur beispielsweise von Hand in Schwarz-Weiß gezeichnet und später durch den Designer oder eine andere Person farbig gestaltet oder modifiziert werden, um den endgültigen Entwurf zu erhalten. Bei vielen Anwendungen sollte eine solche computerisierte Wiedergabe eine ausreichende Genauigkeit aufweisen, um den originalen Entwurf wiedergeben zu können. Darüber hinaus sind viele Designer daran gewöhnt, Linien mit einem herkömmlichen Utensil zu zeichnen, daher ist eine exakte Simulation der durch die Bewegung der Spitze des Uten sils erzeugten Spur sehr erwünscht. Bei anderen Anwendungen sind auch Radier- oder Löschfunktionen erforderlich, die dem Designer eine größere Flexibilität bei der Modifizierung der gezeichneten Spur bieten.
Ein weit verbreiteter Typ einer zweidimensionalen Eingabevorrichtung ist eine mit einem Arbeitsplatzrechner verbundene "Maus". Mäuse sind mit dem Computer direkt, üblicherweise über ein Kabel, verbunden oder sie verwenden eine drahtlose Datenverbindung. Eine typische Maus weist an ihrer Unterseite eine Kugel auf, die dazu ausgelegt ist, auf einem Schreibtisch oder einem Maus-Pad in der Nähe des Computers zu rollen. Wird die Maus bewegt, so sendet sie ein Signal an den Computer, das den Cursor auf dem Monitor des Computers in die gleiche Richtung bewegt. Mit diesem Maustyp werden jedoch lediglich Daten bereitgestellt, die mit einer relativen Bewegung und nicht mit einer absoluten Position assoziiert sind, daher stellt die Maus kontinuierlich Informationen zu Positionsänderungen zur Verfügung. Weiterhin ist die untere Fläche einer Maus üblicherweise flach und relativ groß, was deren Nutzung zum freihändigen Schreiben schwierig gestaltet.
Ein anderer weit verbreiteter Typ von Eingabevorrichtungen ist ein griffelförmiger Stift (oder dergleichen) und eine Tablettvorrichtung. Das Tablett, welches Mittel zur Digitalisierung aufweist (wie z.B. optische Mittel, mit magnetischer Induktion arbeitende Mittel oder Gitter) ist mit dem Computer verbunden und kann weiterhin ein Papier umfassen, das an der Schreiboberfläche des Tabletts befestigt ist. Der Benutzer kann den Stift frei bewegen und liefert dabei Eingabedaten an den Computer, wenn der Stift das Tablett berührt. Allerdings ist die absolute zweidimensionale Position, die durch die Kombination aus griffelförmigem Stift (oder dergleichen) und Tablett dem Computer zur Verfügung gestellt wird, auf die Fläche des Tabletts beschränkt.
Ein weiterer Typ von Eingabevorrichtungen sind dreidimensionale Eingabegeräte. Das US-Patent 5,144,594 an Gilchrist beschreibt ein akustisches Maus-System, welches Indikationen auf einer zweidimensionalen (X-Y) Fläche steuert. Das System umfasst eine Unterlage, die drei akustische Empfänger in einer Ebene aufweist, und eine schreibstiftartige Vorrichtung, in der sich ein akustischer Sender befindet. Die dreidimensionale (X-Y-Z) Position der schreibstiftartigen Vorrichtung wird von den Empfängern abhängig von den Signalen des Senders bestimmt. Die X-Y-Position wird zur Positionierung eines Cursors auf dem Monitor des Computers verwendet und die Position in Z-Richtung wird zum Ändern der Anzeige verwendet, wie z.B. der Steuerung der Darstellung unterschiedlicher Fenster auf dem Monitor.
Das US-Patent 5,012,049 an Schier beschreibt ein Gerät zur Positionsbestimmung mit Ausführungsformen, die zweidimensionale und dreidimensionale Positionsinformationen bereitstellen. Das Gerät umfasst eine bewegliche Übertragungsvorrichtung in der Größe eines Schreibstiftes und eine Mehrzahl von Empfängern; übertragen werden hierbei Laserlichtpulse. Zur Bestimmung einer zweidimensionalen Position ist das Gerät mit drei in einer Linie angeordneten Empfängern ausgestattet und die Übertragungsvorrichtung weist einen oder zwei Sender auf. Zur Bestimmung der drei-dimensionalen (3-D) Position weist das Gerät zwei Sender und vier Empfänger auf, von denen drei koplanar sind und sich der vierte in nicht koplanarer Beziehung zu den anderen drei Empfängern befindet. Dieses Gerät kann jedoch nur Positionen messen, die innerhalb des durch die Empfänger definierten Raumes liegen.
Positionsbestimmende Geräte werden auch als Positionsmessgeräte eingesetzt. Das US-Patent 3,924,450 an Uchiyama et al. beschreibt eine Vorrichtung zur Messung der Koordinaten von Modellen. Diese umfasst einen Überschallsender, der sich irgendwo an dem Modell befindet, und drei Überschallempfänger, die im Raum angeordnet sind. Das übertragene Signal liefert, nach dessen Analyse, die Position des Senders auf dem Modell. Bei einer Ausführungsform sind zwei Sender auf einer Zeigevorrichtung angeordnet. Die Anfangsposition der Spitze dieser Vorrichtung ist in Bezug auf die Positionen der Sender bekannt. Daher kann die Position der Spitze anhand der Lage jedes der Sender bestimmt werden. Diese Vorrichtung kann jedoch nicht für Handschrift oder Zeichnungen verwendet werden.
Das US-Patent 5,517,579 an Baron offenbart ein Handschriftenerkennungsgerät, das ein Eingabegerät umfasst, welches zwei verschiedene meßwertgebende Verfahren für Handschriften anwendet, sowie ein Gerät zur Identifizierung von Symbolen, das den Output des Eingabegerätes empfängt und eine Ausgabeanzeige von durch die Handschrift repräsentierten Symbolen liefert. Das offenbarte Gerät digitalisiert die durch die Handschrift erzeugte Spur jedoch nicht, sondern überträgt sie in ein vorbestimmtes Symbol. Außerdem weist dieses Gerät keinerlei Lösch- oder Radierfunktionen auf.
Das US-Patent 5,717,168 an DeBuisser et al. offenbart ein Instrument zur Aufnahme und Verarbeitung graphischer Information durch Verwendung von zwei Ultraschallsendern, die an dem Instrument befestigt und im wesentlichen in einer Linie mit seiner Spitze ausgerichtet sind. Drei oder mehr Empfänger werden für den Empfang von Ultraschallpulsen eingesetzt, die von dem Instrument sowie von zusätzlichen Sendern, die auf einer Unterlage, auf der die Spur erzeugt wird, angeordnet sind, übertragen werden, sowie für die Er mittlung der Position der Spitze auf der Unterlage anhand dieser Ultraschallpulse. Die Spitze des Instrumentes kann jedoch nicht zum Schreiben auf der Oberfläche der Unterlage verwendet werden, die gezogene Spur ist daher erst nach einer Simulation sichtbar. Hinzu kommt, dass mit diesem Instrument keine Lösch- oder Radierfunktionen zur Verfügung gestellt werden und diese nur durch eine Software ausgeführt werden können.
Das britische Patent Nr. GB 2,018,427 offenbart eine Kombination eines Tablettstiftes mit einem zugeordneten Schreibtablett. Der Tablettstift ist mit zwei Ultraschallquellen versehen, die in unterschiedlichen Abständen von der Stiftspitze angeordnet und zur abwechselnden Aussenden von impulsartigen Schallsignalen vorgesehen sind, die von wenigstens zwei am Rand des Schreibtabletts angeordneten Mikrophonen aufgenommen werden. Der Abstand zwischen den Sendern ist jedoch relativ gering und daher ist die Genauigkeit der Zeichnung in einigen Fällen möglicherweise nicht so hoch wie erforderlich. Darüber hinaus kann der Tablettstift nur in 2-D verwendet werden.
Ein Schalldigitalisierer (hergestellt von GTCO Calcomp Inc., Columbia MD, USA), der die 3-D-Koordinaten eines Zeigers berechnet, wird offenbart. Der Digitalisierer sammelt 3-D-Daten, die verarbeitet und gesammelt werden, um virtuelle Anlagen zu bauen. Jedoch stellt auch diese Vorrichtung keine Handschriften- oder Zeichnungsfunktion zur Verfügung, und sie kann nicht als Maus verwendet werden.
Keines der oben beschriebenen verfahren hat bisher eine zufrieden stellende Lösung für das Problem der Erzeugung einer genauen computerisierten graphischen Darstellung einer sichtbaren Spur, welche entsprechend der relativen Bewegung zwischen der Spitze eines länglichen Schreib-/Zeichen- Instrumentes und einer Unterlage erzeugt wurde, mit der ebenfalls eine Lösch- oder Radierfunktion zur Verfügung gestellt wird.
Es ist ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zur Verfügung zu stellen, mit dem eine genaue räumliche Position eines auf einer länglichen Vorrichtung befindlichen Punktes in Zusammenwirken mit Rechenmitteln bestimmt werden kann.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Gerätes zur Erzielung einer genauen computerisierten graphischen Darstellung einer reellen Spur, mit welchem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Gerätes zur Erzielung einer genauen computerisierten graphischen Darstellung einer reellen Spur, welches sich leicht freihändig verwenden lässt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Gerätes zur Erzielung einer genauen computerisierten graphischen Darstellung einer reellen Spur, welches außerdem Lösch- oder Radierfunktionen bereitstellt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Gerätes zur Erzielung einer genauen computerisierten graphischen Darstellung einer reellen Spur, welches die einmaligen Eigenschaften einer reellen Spur wiedergibt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Gerätes zur Erzielung einer genauen computerisierten graphischen Darstellung einer reellen Spur, welches eine beliebige räumliche Anordnung der Unterlage, auf der die Spur gezogen wird, ermöglicht.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Gerätes zur Erzielung einer genauen computerisierten dreidimensionalen graphischen Darstellung einer reellen Spur, welches eine konvexe oder konkave Form der Unterlage, auf der die Spur gezogen wird, erlaubt.
Andere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verfahren zur Bestimmung einer räumlichen und/oder planaren Position eines Punktes wie in Anspruch 1 definiert. Zwei oder mehr Sender oder Transmitter sind im Wesentlichen entlang einer geraden Linie angeordnet, die durch den Punkt verläuft, dessen Position bestimmt werden soll. Die Position wird unter Verwendung der Position dieser zwei oder mehr Sender, des Abstandes zwischen den Sendern und des Abstandes zwischen dem Punkt und einem der Sender berechnet. Ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen und/oder planaren Position eines Punktes, umfassend die Positionierung von zwei oder mehr Sendern im Wesentlichen entlang einer geraden Linie, die durch den Punkt verläuft, dessen Position bestimmt werden soll, und das Berechnen der Position unter Verwendung der Position von zwei oder mehr Sendern, des Abstandes zwischen diesen und des Abstandes zwischen dem Punkt und einem der Sender. Es wird eine graphische Darstellung eines oder mehrerer Schnittpunkte zwischen einer Geraden und einer Fläche mit bekannter Position und Orientierung erzielt. Dia Übertragung geschieht durch zwei oder mehr als zwei in einer Linie ausgerichtete Übertragungspunkte, die in jeder beliebigen räumlichen Ausrichtung angeordnet sein können, wobei jeder der Übertragungspunkte von seinem benachbarten Punkt oder seinen benachbarten Punkten durch einen ersten, festen Abstand getrennt ist. Die Übertragungspunkte liegen im Wesentlichen entlang der geraden Linie. Die räumlichen Koordinaten wenigstens zweier Übertragungspunkte werden bestimmt, indem ein Signal, das von den wenigstens zwei Übertragungspunkten übertragen wurde, in einem Satz von Empfängern oder Receivern empfangen und dann verarbeitet wird. Es wird wenigstens ein charakteristischer Punkt bestimmt, der mit den Übertragungspunkten kolinear ist und der von wenigstens einem Übertragungspunkt durch einen zweiten, festen Abstand getrennt ist. Die räumlichen Koordinaten des charakteristischen Punktes werden unter Verwendung der räumlichen Koordinaten der wenigstens zwei Übertragungspunkte und des zweiten festen Abstandes berechnet. Die räumliche Darstellung der Oberfläche wird bestimmt und/oder berechnet. Wann immer sich die gerade Linie und die Oberfläche schneiden, werden die räumlichen Koordinaten des Schnittpunktes berechnet. Es wird eine erste graphische Darstellung, welche das Zusammenfallen von Schnittpunkt und charakteristischem Punkt anzeigt, und eine zweite, unterschiedliche graphische Darstellung, welche das Nicht-Zusammenfallen anzeigt, auf einer graphischen Darstellung der Oberfläche angezeigt.
Der charakteristische Punkt kann die Lage einer Spitze eines länglichen Instrumentes repräsentieren, dessen Längsachse im Wesentlichen mit der berechneten geraden Linie übereinstimmt. Vorzugsweise wird immer dann, wenn der Schnittpunkt und der charakteristische Punkt zusammenfallen, das Instrument als ein Utensil verwendet, indem die Spitze zum Schreiben/Zeichnen auf der Fläche genutzt wird, wobei entsprechend der relativen Bewegung von Spitze und Fläche durch die graphische Darstellung eine Spur auf einem Display und/oder einem Datenspeichermittel wiedergeben wird. Immer dann, wenn der Schnittpunkt und der charakteristische Punkt zusammenfallen, wird das Instrument als ein Utensil eingesetzt, indem die Spitze zum Radieren bzw. Auslöschen eines Teils einer durch die graphische Darstellung auf einem Display und/oder in einem Datenspeichermittel wiedergegebenen gezeichneten Spur von der Fläche verwendet wird, und zwar durch Entfernen eines entsprechenden Teils der graphischen Darstellung entsprechend der relativen Bewegung zwischen der Spitze und der Fläche. Vorzugsweise wird das Instrument als Utensil verwendet, indem eine Kombination einer Schreib-/Zeichenspitze an einem Ende des Utensils und einer Radier- oder Löschspitze an dem gegenüberliegenden Ende des Utensils genutzt wird. Wenn der Schnittpunkt und der charakteristische Punkt nicht übereinstimmen, wird das Instrument als Zeiger verwendet, indem die proximale Spitze dazu verwendet wird, auf der Fläche auf den Schnittpunkt zu zeigen und den Schnittpunkt auf einem Display der Fläche durch eine entsprechende graphische Darstellung wiederzugeben. Während des Zeigens wird ein Lichtstrahl von dem proximalen Ende auf den Schnittpunkt gerichtet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält jeder Übertragungspunkt einen Sender, oder eine Antenne, in die Strom von einem distalen Sender geschaltet wird. Das übertragene Signal kann ein RF-Signal, ein IR-Signal oder ein Ultraschallsignal sein. Vorzugsweise lässt sich die Fläche bewegen und/oder ihre Ausrichtung verändern, ohne die erlangte Darstellung zu beeinträchtigen, und zwar durch die folgenden Schritte:

a) Empfangen von Übertragungen von zwei oder mehr Übertragungspunkten, die auf der Fläche und in jeder beliebigen räumlichen Ausrichtung angeordnet sind;
b) Berechnen der räumlichen Koordinaten jedes Punktes auf der Fläche in jeglicher Lage und räumlicher Ausrichtung;
c) Erlangung von Informationen bezüglich jeglicher unerwünschter Veränderung in den Koordinaten des berechneten Schnittpunktes, die durch eine relative Bewegung und/oder eine relative Veränderung in der Ausrichtung der besagten Fläche hervorgerufen wird; und
d) Ausgleichen der unerwünschten Veränderung vor der Anzeige der graphischen Darstellung.

Die Unterscheidung zwischen Schreib-/Zeichen- und Löschoperationen des Utensils erfolgt dadurch, dass dem proximalen Übertragungspunkt, der sich der Schreib-/Zeichenspitze am nächsten befindet, ein eindeutiger Code zugeordnet wird sowie dem distalen Übertragungspunkt, der sich der Löschspitze am nächsten befindet, ein eindeutiger Code zugeordnet wird. Die Codes des proximalen und des distalen Übertragungspunktes werden empfangen und deren räumliche Koordinaten berechnet. Das Utensil wird dann im Schreib-/Zeichenmodus verwendet, wenn die dem proximalen Übertragungspunkt näher liegende Spitze mit der Fläche zusammenfällt, und im Löschmodus, wenn die dem distalen Übertragungspunkt näher liegende Spitze mit der Fläche zusammenfällt.
Vorzugsweise werden zum Zeigen auf die Fläche die proximale Spitze oder die distale Spitze verwendet, so dass die angezeigte graphische Darstellung des Schnittpunktes mit einer anderen angezeigten graphischen Darstellung eines Objektes zusammenfällt. Solange das proximale Ende oder das distale Ende auf den Schnittpunkt gerichtet bleibt, wird ein vorbestimmtes charakteristisches Signal von einem oder mehreren Übertragungspunkten übertragen; das charakteristische Signal wird in dem Set von Empfängern empfangen und daraufhin das angezeigte Objekt ausgewählt. Die graphische Darstel lung des ausgewählten Objektes kann durch Ändern des Schnittpunktes manipuliert werden. Die Manipulation umfasst Mausoperationen und/oder die Ausführung eines mit dem selektierten Objekt verknüpften Programms.
Vorzugsweise werden die räumlichen Koordinaten des Schnittpunktes durch Berechnen des Kreuzproduktes aus einem ersten Vektor, der sich von einem gewählten Übertragungspunkt auf der Fläche zu einem anderen Übertragungspunkt auf der Fläche erstreckt, und einem zweiten Vektor, der sich von dem ausgewählten Übertragungspunkt auf der Fläche zu dem Schnittpunkt erstreckt. Die räumlichen Koordinaten des Schnittpunktes werden durch Ausführen der folgenden Schritte erhalten:

a) Berechnen der Projektionen des ersten und des zweiten festen Abstandes auf einer ersten ausgewählten zweidimensionalen Ebene und Erhalten einer Koordinate, die einer Dimension der besagten ersten ausgewählten Ebene entspricht; und
b) Berechnen der Projektionen des ersten und des zweiten festen Abstandes auf einer zweiten ausgewählten zweidimensionalen Ebene und Erhalten der zwei verbleibenden Koordinaten, welche den Dimensionen der besagten zweiten ausgewählten Ebene entsprechen.

Die von dem Satz Empfänger empfangenen Daten können auch in einer Fern-Station, z.B. einem Faxgerät, einem Computer oder einem Zellulartelefon, verarbeitet und/oder angezeigt werden, welche mit dem Satz Empfänger über eine Datenübertragungsstrecke verbunden ist. Über die Datenübertragungsstrecke können die Daten über eine Telefonleitung und/oder ein Zellulartelefonsystem, oder über ein E-Mail-System übertragen werden.
Die Charakterisierung der Handschrift eines spezifischen, das Schreib-/Zeichen-Utensil bedienenden Anwenders kann vorzugsweise durch Ausführen der folgenden Schritte erfolgen:

a) Ermöglichen, dass sich die Spitze entlang der Achse bewegt, die mit der berechneten Geraden zusammenfällt, so dass die Verlagerung der Spitze der Kraft entspricht, die der besagte spezifische Anwender auf die Zeichenfläche ausübt;
b) Berechnen, in Echtzeit, der Koordinaten des charakteristischen Punktes während des Schreibens/Zeichnens auf der Zeichenfläche; und
c) Charakterisieren des spezifischen Anwenders durch Sammeln von Informationen bezüglich der von dem spezifischen Anwender angewandten Kraft und/oder des Winkels, der zwischen dem Utensil und der Zeichenfläche gebildet wird, während der spezifische Anwender schreibt/zeichnet.

Eine weitere Charakterisierung erfolgt durch Sammeln von Informationen bezüglich der kinematischen Eigenschaften des Utensils, während der spezifische Anwender schreibt/zeichnet. Die Fläche kann weiterhin einen Kalibrierpunkt, dessen Koordinaten bekannt sind, umfassen, um die Genauigkeit der graphischen Darstellung zu verbessern.
Außerdem kann wenigstens einer der in einer Linie angeordneten Übertragungspunkte auch ein virtueller Punkt sein, der durch wenigstens zwei nicht auf dieser Linie angeordnete Übertragungspunkte repräsentiert wird. Die räumlichen Koordinaten des virtuellen Punktes werden dadurch berechnet, dass der Satz Empfänger von den besagten wenigstens zwei Übertragungspunkten übertragene Signale empfängt und diese Signale verarbeitet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die folgende, der Erläuterung dienende und nicht einschränkende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung und außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegender Beispiele dient dem besseren Verständnis der oben aufgeführten sowie weiterer Charakteristika und Vorteile der Erfindung und bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Diese Zeichnungen zeigen:
1A bis 1D: eine schematische Darstellung eines Systems zur Digitalisierung von Schrift und Zeichnungen zur Durchführung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens;
1E bis 1J: eine schematische Darstellung der Transformation von Daten, die von dem Schreibutensil geliefert werden, welches mit einer mobilen Schreibfläche zusammenwirkt;
1K: eine schematische Darstellung einer mobilen Schreibfläche mit drei Übertragungspunkten;
1L: ein Flussdiagramm der Operation zur Unterscheidung zwischen Schreib- und Zeigemodus des Schreibutensils;
2: eine schematische Darstellung des Aufbaus des Schreibutensils von 1A;
3: ein Blockdiagramm eines Systems zur Digitalisierung von Schrift und Zeichnungen;
4A bis 4C: eine schematische Darstellung der Berechnung der 3-D-Koordinaten der Spitze des Schreibutensils;
5 eine schematische Darstellung der Dateneingabe durch das Schreibutensil aus unterschiedlichen Neigungswinkeln, wobei die Spitze auf dem gleichen Punkt gehalten wird;
6A bis 6C: eine schematische Darstellung der Bestimmung der Orientierung des Schreibutensils;
7: eine schematische Darstellung eines tragbaren Systems zur Digitalisierung von Schrift und Zeichnungen;
8A: eine schematische Darstellung des Aufbaus eines druckempfindlichen Schreibutensils;
8B: eine schematische Darstellung der beiden Zustände eines drucksensitiven Schreibutensils;
9: eine schematische Darstellung eines Fax-/E-Mail-Systems, das ein System zur Digitalisierung von Schrift und Zeichnungen nutzt;
10A bis 10C: eine schematische Darstellung unterschiedlicher Ansichten des Aufbaus einer Eingabevorrichtung, die als ein Zeigeinstrument genutzt wird;
11A bis 11D: eine schematische Darstellung des Aufbaus und der Funktionsweise eines Eingabesystems zum Zeigen auf eine Fläche;
12: eine schematische Darstellung der Ausführung eines Schreibutensils mit Löschfunktion, bei dem ein herkömmlicher Schreibstift oder Bleistift verwendet wird;
13A und 13B: eine schematische Darstellung der Ausführung eines Schreibutensils mit Löschfunktion, bei dem ein herkömmlicher Schreibstift oder Bleistift verwendet wird;
14A: eine schematische Darstellung des Schreib/Zeigemodus des Schreibutensils von 2;
14B: eine schematische Darstellung des Lösch/Zeigemodus des Schreibutensils von 2;
14C: eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Schreibutensils von 2 im Zeigemodus, wobei beide Spitzen verwendet werden.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
1A bis 1D zeigen eine schematische Darstellung eines Systems zur Digitalisierung von Schrift und Zeichnungen zur Durchführung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens. Das System 1000 umfasst ein längliches Schreibutensil 10, an dem wenigstens zwei Sender 12 befestigt sind. Die beiden Sender 12 befinden sich entlang der Mittellinie 12 (Achse) des länglichen Utensils 10 und sind im Wesentlichen in einer Linie mit der Schreibspitze des Utensils 10 ausgerichtet. Ein System zur Positionsbestimmung 14, das die von den Sendern 12 übertragenen Signale empfängt und die absoluten Positionen der Sender 12 bestimmt, und ein Datenprozessor 16, wie z.B. ein Computer (wie dargestellt, oder ein Palm-Zellulartelefon mit Rechenkapazität) oder ein Chip mit integrierter Schaltung zur Verarbeitung der Positionsinformation.
Das Positionsbestimmungssystem 14 umfasst typischer Weise wenigstens drei Empfänger 18 und einen Signalprozessor, der die Zeit des Eingangs der von den Sendern 12 empfangenen Signalen in dreidimensionale Positionskoordinaten (X1,Y1,Z1) und (X2,Y2,Z2) der beiden Sender 12 umwandelt. Der Prozessor 16 ist mit dem Computer 16 über ein Kabel verbunden, über das die Positionskoordinaten übertragen werden. Alternativ dazu können die gesammelten Daten unter Verwendung drahtloser Übertragung übermittelt werden, so z.B. Radio-Frequenz (RF)- oder Infrarot (IR)-Daten tragende Signale. Der Prozessor 16 kann in verschiedenen Formen vorgesehen sein, wie z.B. in Form einer Leiterplatte im Computer oder in einem Zellulartelefon integriert, etc.
Das Folgende bezieht sich auf 1B. Die drei Empfänger 18 befinden sich auf einer Struktur, die aus einem Gehäuse 15 und zwei Verbindungsleitungen 17 und 19 gebildet ist, welche sich im rechten Winkel schneiden. Zwei Empfänger 18a und 18b befinden sich an den Enden der Verbindungsleitungen 17 bzw. 19. Der dritte Empfänger, mit 18c gekennzeichnet, befindet sich auf dem Gehäuse 15 an einer Position, welche den Schnittpunkt zwischen den Verbindungsleitungen 17 und 19 bildet. Ein Kalibrierempfänger 18s, der weiter unten näher beschrieben wird, ist auf der Verbindungsleitung 17 angeordnet. Einen geeigneten Typ eines Positionsbestimmungssystems 14 mit Sendern 12, Empfängern 18 und einem Signalprozessor 20 ist das VS-110PRO- oder das VS100-System, die beide von VSCOPE, Israel, hergestellt werden. Ein anderes System, bei dem RF-Signale eingesetzt werden, ist beispielsweise das Mikro-Power-Impuls-Radarsystem (Flugzeit-Version), das von Lorens Livermo National Laboratories, USA entwickelt wurde.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schreibt ein Anwender auf einem Schreibmedium, wie etwa einem Blatt Papier 22, das auf einer Schreibfläche 23 befestigt ist, wobei jeder Sender 12 kontinuierlich Signale überträgt. Der Computer (oder ein anderer geeigneter Datenprozessor) 16 wandelt die Senderkoordinaten in Positionskoordinaten für eine Schreibspitze 24 eines Schreibutensils 10 um; die gesammelten Positionskoordinaten bilden die "Zeichnung" 26 des Anwenders, wie in 1A dargestellt. Außerdem verfügt der Anwender über eine "Hardcopy" der Zeichnung 26, da er mit dem Schreibutensil 10 auf einem Schreibmedium 22 schreibt. Will der Nutzer z.B. eine digitale Version seiner Unterschrift speichern, so schreibt er einfach seine Unterschrift mit dem Schreibutensil 10 auf das Schreibmedium 22 so, wie er es normalerweise tut. Während er schreibt, berechnet das System 14 die Positionen der Schreibspitze 24 sowie die Neigung des Utensils 10 und dessen kinematische Parameter und speichert diese als Unterschrift des Anwenders ab. Um seine Unterschrift, oder eine beliebige andere graphische Arbeit, zu digitalisieren schreibt der Anwender also lediglich auf dem Papier 22. Um sine digitale Signatur zu erzeugen, braucht er kein Computer-Display zu beobachten, wie das bei Systemen des Standes der Technik notwendig ist. Die vorliegende Erfindung stellt daher ein Schreibutensil mit der Fähigkeit zur digitalen Speicherung geschriebener Graphiken dar. Die Schreibfläche 23 kann des Weiteren zwei (oder mehr) Sender 18d und 18e aufweisen, die an den äußeren Punkten L bzw. R der Schreibfläche 23, wie in 1B gezeigt, angeordnet sind. Hierdurch wird es möglich, die Position und/oder die Orientierung der Schreibfläche 23 während des Zeichnens zu ändern. So kann der Nutzer beispielsweise mit dem Zeichnen beginnen, wenn sich die Schreibfläche 23 auf dem Tisch befindet und dann im Raum herumgehen, während er fort fährt zu zeichnen. Das System 14 empfängt die Signale, die von den Sendern 18d und 18e, wie auch von den Sendern des Utensils 10, übertragen werden, und berechnet kontinuierlich die relative Bewegung zwischen dem Utensil 10 und der Schreibfläche 23, während der Anwender zeichnet.
1C zeigt einen Aufbau, bei dem das Gehäuse 15, welches die Empfängeranordnung 18a bis 18s enthält, auf der Schreibfläche 23 befestigt ist. (In diesem Beispiel sind die Empfänger 18a bis 18s RF-Empfänger, und der Empfänger 18s wird für die Synchronisierung verwendet, die zur Berechnung des Timings des emittierten RF-Signals erforderlich ist. wird Ultraschallübertragung verwendet, so kann die Synchronisierung unter Verwendung eines LED, das IR-Signale sendet, erfolgen). Die Verwendung dieses Aufbaus macht die Übertragung von den Punkten L und R auf der Schreibfläche 23 überflüssig. Die Empfängeranordnung 18a bis 18s kann auch auf dem Display des Computers 16 befestigt sein, wie in 1D dargestellt. In diesem Falle kann das Gehäuse 15 als Leiterplatte (PCB) im Computer ausgeführt sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung speichert das System nur die Positionskoordinaten der Spur 26, die auf dem Papier gezeichnet wird. Wenn der Anwender das Schreibutensil 10 von der Schreibfläche 23 abhebt, hört das System auf, die Positionskoordinaten zu speichern. Das System erkennt das Anheben des Schreibutensils 10, da ihm die dreidimensionale Position der Schreibspitze 24 und die räumliche Lage und Orientierung der Ebene der Schreibfläche 23 (in diesem Falle ist sowohl der Sender 12a als auch der Sender 12b aktiv) bekannt sind. Alternativ hierzu kann auch nur ein Sender aktiviert sein, wenn zwischen Schreibspitze 24 und Fläche 23 kein Kontakt besteht. Sobald der Nutzer mit dem Zeichnen beginnt, wird durch den angewandten Druck auch der zweite Sender aktiviert, hierdurch wird der Kontakt angezeigt und das System 14 dazu veranlasst, die Position der Spitze entsprechend zu berechnen. Die Sender 12 und die Empfänger 18 können in jeder geeigneten Weise miteinander kommunizieren, so z.B. durch Ultraschall-, Überschall-, Licht- oder RF-Daten tragende Signale beliebiger Wellenlänge.
Im Falle einer statischen (in einer Position fixierten) Schreibfläche 23, die eine Ebene bildet, die zu der vertikalen oder der horizontalen Ebene des Empfänger-Sets 18a bis 18s parallel ist, sind keine Sender auf der Schreibfläche 23 erforderlich. Alternativ hierzu können auf der Schreibfläche 23 zwei Referenzpunkte bestimmt werden, welche ausreichen, um (durch Berechnungen auf Basis der bekannten Lage dieser beiden Referenzpunkte) jeden gezeichneten Punkt auf dem Bildschirm abzubilden, oder jeden Punkt auf der Schreibfläche 23, auf den die Spitze des Schreibutensils 10 gerichtet ist, wenn zwischen der Spitze 24 und der Schreibfläche 23 kein Kontakt besteht (d.h. im Zeigemodus). Diese Punkte dienen auch dazu, die tatsächliche Be grenzung der Schreibfläche 23 sowie deren Orientierung relativ zu der Empfängeranordnung zu bestimmen.
1E bis 1J sind eine schematische Darstellung der Umwandlung von durch das Schreibutensil, in Zusammenwirken mit einer mobilen Schreibfläche, gelieferten Daten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Schreibfläche 23 umfasst zwei Übertragungspunkte, L und R, die von dem gleichen Satz Empfängern 18a bis 18s (welche die Übertragung des Schreibutensils empfangen) empfangen werden. Die Sender, die sich an den Punkten L und R befinden, senden Daten, die sich auf die Bewegung der Schreibfläche 23 beziehen, an den Satz Empfänger. Diese Daten werden weiter verarbeitet und stellen eine Angabe bezüglich jeder Bewegung (relativ zum Empfänger-Satz) der Schreibfläche 23 zur Verfügung. Hierdurch wird der Nutzer befähigt, die Schreibfläche 23 vor oder während des Zeichnens an jede beliebige Stelle zu bewegen. So kann der Anwender beispielsweise mit dem Zeichnen beginnen, während er an einem Tisch sitzt und dann die Schreibfläche während des Zeichnens auf dem Tisch bewegen. Falls die Schreibfläche 23 mit der X-Y-Ebene des Empfänger-Satzes 18a bis 18s zusammenfällt oder parallel dazu ist (wie in 1A gezeigt), wird die abbildende Transformation eines Punktes P in dem räumlichen X,Y,Z-Koordinatensystem in eine digitalisierte Spur, während gleichzeitig die Berechnung der Orientierung der Schreibfläche 23 relativ zu dem räumlichen X,Y,Z-Koordinatensystem erfolgt, durch Berechnung des Winkels α zwischen den Vektoren v_LR und v_P in 1E wie folgt durchgeführt:
wobei
Die Abbildung in eine digitalisierte Spur auf dem Bildschirm geschieht in diesem Beispiel von Punkt L_S zu Punkt P_S. Die Koordinaten (Xs, Ys) des Punktes P_S werden unter Verwendung des folgenden Sensitivitätsfaktors K_P berechnet:
wobei der VS die Abbildung des Vektors V_LR auf den Bildschirm bedeutet. V_S repräsentiert die Länge des Bildschirms und kann gemessen werden, indem man die Spitze an den beiden äußeren Enden des Bildschirms platziert, sie kann aber auch durch die Hardware bestimmt werden. Der Faktor K_P repräsentiert die Empfindlichkeit des Digitalisierungssystems. K_P = 1 bedeutet, dass die Verlagerung des Schreibutensils 10 auf der Schreibfläche 23 in eine identische Verlagerung der rekonstruierten Position der Spitze auf dem Bildschirm umgewandelt wird. Das Digitalisierungssystem ist bei KP < 1 weniger empfindlich (d.h. die Verlagerung des Schreibutensils 10 auf der Schreibfläche 23 wird in eine weniger große Verlagerung der rekonstruierten Position der Spitze auf dem Bildschirm umgewandelt). In ähnlicher Weise ist das Digitalisierungssystem empfindlicher bei K_P > 1 (d.h. die Verlagerung des Schreibutensils 10 auf der Schreibfläche 23 wird in eine größere Verlagerung der rekonstruierten Position der Spitze auf dem Bildschirm umgewandelt.
In 1F ist eine Situation dargestellt, in der die Schreibfläche 23 nicht mit der durch das Set Empfänger 18a bis 18s definierten Ebene übereinstimmt. Wenn das Schreibutensil 10 in einem Zeichenmodus verwendet wird, repräsentiert der Punkt P den Punkt, an dem sich die Spitze 24 mit der Schreibfläche 23 in Kontakt befindet, und wird durch Berechnung der Koordinaten der Spitze 24 definiert. In diesem Falle wird der Vektor V_P durch Verwenden der (bekannten) Koordinaten des Punktes P und des Übertragungspunktes L berechnet. Der Vektor V_LR wird unter Verwendung der (bekannten) Koordinaten der Übertragungspunkte L und R berechnet. Der Winkel α zwischen den Vektoren wird wie folgt berechnet:
Der Punkt P wird, nach Erhalten der Länge |V_P|, in einen entsprechenden Punkt auf dem Bildschirm abgebildet. Daher kann der Nutzer eine Spur auf der Schreibfläche 23 zeichnen, die sich in einer beliebigen Ebene befindet und zwei Übertragungspunkte L und R umfasst, und zwar auch dann, wenn die Schreibfläche 23 im dreidimensionalen Raum bewegt wird.
Wenn sich die Spitze 24 des Schreibutensils 10 nicht mit der Schreibfläche 23 in Kontakt befindet, stellt der Punkt P einen (bekannten) Übertragungspunkt des Schreibutensils dar, welcher sich näher an der Schreibfläche 23 befindet (d.h. der Punkt P befindet sich nicht auf der Schreibfläche 23, und das Schreibutensil fungiert als Zeiger) und der Vektor V_P, der unter Verwendung der Koordinaten des Punktes P berechnet wird, liegt nicht in der Ebene der Schreibfläche 23. Die Länge des Vektors V_P sowie der Winkel α zwischen den Vektoren V_P1 zu V_Pn und V_RL variieren (vermindert), wenn das Schreibutensil 10 auf die Schreibfläche 23 zu, und senkrecht zu dieser, bewegt wird. Daher variiert die Position des transformierten Punktes auf dem Bildschirm, wie in 1F bis 1H dargestellt. Ist die Schreibfläche 23 in Bezug auf den Satz Empfänger stationär, so erhält man einen Kalibrierpunkt P auf der Schreibfläche 23, indem die Spitze 24 wenigstens einmal auf der Schreibfläche 23 angebracht wird. Die Ebene der Schreibfläche 23 kann definiert werden, indem die Vektoren V_RL, und V_LC (bei dem es sich um den zwischen dem Übertragungspunkt L und dem Kalibrierpunkt C definierten Vektor handelt) miteinander multipliziert werden. Daher kann die Transformation eines beliebigen Punktes auf der Schreibfläche 23, auf welchen das Schreibutensil 10 zeigt (während es als Zeiger genutzt wird) entweder entlang einer Linie erfolgen, die durch die bekannten Übertragungspunkte verläuft und senkrecht zu der Ebene ist, die horizontal zu der Ebene liegt, welche durch den Satz Empfänger definiert ist, oder alternativ hierzu, zu der Schreibfläche 23, wie in 1I gezeigt. Werden die beiden Sender 12a und 12b kontinuierlich an den Punkten P₁ bzw. P₂ – wenn das Utensil als Zeiger eingesetzt wird – entlang der Mittelachse des Schreibutensils betrieben, so erhält man die Position des "Zeigers" auf dem Bildschirm durch Berechnen der Gleichung der die Punkte P₁ und P₂ verbindenden Geraden, Berechnen der Gleichung der durch die Schreibfläche 23 de finierten Fläche und schließlich Berechnen des Schnittpunktes, wie in 1J dargestellt.
1K ist eine schematische Darstellung einer mobilen Schreibfläche mit drei Übertragungspunkten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Berechnung der relativen Position zwischen Schreibutensil 10 und Schreibfläche 23 ist, abgesehen von der 3-D-Darstellung zwischen den Vektoren V_P und V_RL, ähnlich der Berechnung einer mobilen Schreibfläche mit zwei Übertragungspunkten (1E). Der Punkt P(Xp,YP,ZP) auf der Schreibfläche 23 wird somit folgendermaßen in den Punkt P_S(X_S,Y_S) auf der Ebene des Bildschirms abgebildet:
1L ist ein Flussdiagramm der Unterscheidungsoperation zwischen Schreib- und Zeigemodus eines Schreibutensils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das keine Schalter aufweist. Ein solches Schreibutensil kann z.B. ein wirklicher Bleistift sein, auf dem sich drei Sender befinden. Um Strom zu sparen, prüft das System im ers ten Schritt 100k, ob ein von den Sendern übertragenes Signal vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so wird in Schritt 100l die Zeit, die ohne ein Signal von den Sendern vergeht, akkumuliert. Im folgenden Schritt 100m prüft das System, ob die akkumulierte Zeit ein vorbestimmtes Limit überschreitet. Ist dies noch nicht der Fall, so erwartet das System weiterhin eine Übertragung. Ist das Limit überschritten, so wird im letzten Schritt die Stromzufuhr zum System abgeschaltet.
Wird ein übertragenes Signal empfangen, so werden im nächsten Schritt 100a, die 3-D-Koordinaten der Übertragungspunkte entlang des Schreibutensils 10 erhalten. Im folgenden Schritt 100b wird die Position der Schreibspitze 24 unter Verwendung dieser 3-D-Koordinaten berechnet. Im nächsten Schritt 100c prüft das Digitalisierungssystem, ob sich die Spitze 24 über (innerhalb der Grenzen der "Box", die durch virtuelles Bewegen der Schreibfläche 23 nach oben entlang der Z-Achse definiert wird) der Schreibfläche 23 befindet. Natürlich kann der Nutzer eine Spur und/oder einen Punkt auf beiden Seiten der Schreibfläche 23 zeichnen (die Empfänger-Gruppe stellt die Orientierung des Schreibutensils 10 fest). Befindet sich die Spitze nicht über der Schreibfläche (d.h. das Schreibutensil ist relativ weit weg von der Schreibfläche 23), so wird im nächsten Schritt 100d auf dem Bildschirm kein Zeiger dargestellt. Ist die Spitze über der Schreibfläche, so prüft das Digitalisierungssystem im nächsten Schritt 100e, ob die berechneten Koordinaten der Spitze 24 mit der Schreibfläche 23 zusammenfallen (d.h. die Spitze 24 "berührt" die Schreibfläche). Falls nein, so wird im nächsten Schritt 100f ein Zeiger auf dem Bildschirm dargestellt. Falls ja, so prüft das Digitalisierungssystem im nächsten Schritt 100g, ob das Schreibutensil 10 relativ zu der Schreibfläche 23 in einem Winkel geneigt ist, der kleiner ist als ein vorbestimmter "normaler" Schreibwinkel. Ist der Winkel größer, so wird im nächsten Schritt 100h der Winkel größer, so wird im nächsten Schritt 100h eine digitalisierte Spur auf dem Bildschirm dargestellt. Ist der Winkel kleiner, so arbeitet das Schreibutensil 10 im nächsten Schritt 100i als eine Zeigevorrichtung und es wird ein entsprechender Zeiger auf dem Bildschirm dargestellt. Im folgenden Schritt 100j sucht das Digitalisierungssystem nach einer einfachen oder doppelten Übertragung der Sender des Schreibutensils, die ein "Mausklicken" simuliert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Digitalisierungssystem dazu verwendet, die Positionskoordinaten einer gezeichneten dreidimensionalen Spur zu rekonstruieren und/oder zu speichern. Bei einigen Anwendungen ist die Zeichenfläche nicht flach (d.h. sie ist eine konvexe oder konkave Fläche oder eine Kombination aus Beidem), daher bewegt sich die Schreibspitze 24 während des Zeichnens in drei Dimensionen (das Gleiche geschieht beim Auslöschen). Da die 3-D-Koordinaten der Schreibfläche 24 kontinuierlich berechnet werden, kann das Digitalisierungssystem durch Aggregation und Speichern der erhaltenen 3-D-Daten die Form der Schreibfläche simulieren und eine dreidimensionale rekonstruierte Spur auf dem Bildschirm darstellen. Die Genauigkeit der rekonstruierten 3-D-Spur wird mittels der weiteren, während des Zeichnens gesammelten 3-D-Daten kontinuierlich verbessert.
2 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus des Schreibutensils von 1A, welches für die Durchführung der vorliegenden Erfindung gut geeignet, jedoch nicht Teil der Erfindung ist und hier nicht beansprucht wird. Das Schreibutensil 10 umfasst einen Körper 30, der im Allgemeinen die Form eines typischen Schreibutensils hat, wenigstens zwei Sender 12, die entlang der Mittelachse des Utensils 10 angeordnet sind, welche durch die Spitze 24 verläuft, eine Schaltungsanordnung 32 zur Stromversorgung und Steuerung der Sender 12, wenigstens einen optischen Anzeigeknopf (ein Knopf ist dargestellt) 34 und einen abnehmbaren Schreibkopf 36. Falls gewünscht, kann das Schreibutensil 10 auch eine Löschvorrichtung bzw. Radierer 38 für das Löschen eines Teils oder der gesamten Zeichnung 26 aufweisen. Der optionale Anzeigeknopf 34 steuert die Übertragung eines einzelnen Senders 12. In der Regel wird bei Betätigung des Knopfes 34 die Übertragung des ausgewählten Senders erlaubt. Der Knopf 34 kann mit dem Druckschalter parallel geschaltet sein, so dass die Aktivierung beider Sender auch dann, wenn die Spitze nicht mit der Schreibfläche in Kontakt ist (z.B. im Zeigemodus) möglich ist. Anderenfalls wird die Übertragung von diesem Sender nicht erlaubt. Der Schreibkopf 36 kann eine Graphit-Schreibspitze umfassen, welche als Bleistift fungiert, oder eine Schreibspitze mit Tinte, die als Füller oder Kugelschreiber dient. Der Schreibkopf 36 ist in der Regel mit dem Körper 30 über eine beliebige geeignete Verbindung, z.B. Schrauben oder Schnappverbindungen, verbunden. Befindet sich das Schreibutensil in einer Schreib-/Zeichenposition (d.h. wenn die Schreibspitze 24 auf die Schreibfläche 23 zeigt), so wird ein druckempfindlicher Schalter in dem Moment betätigt, in dem sich die Spitze in Kontakt mit der Schreibfläche 23 befindet. Durch den mechanischen Druck wird angezeigt, dass der Anwender eine Spur zu zeichnen wünscht und beide Sender 12 zur Übertragung und Bereitstellung der zur Bestimmung der Position der Schreibspitze 24 erforderlichen Daten veranlasst. Will der Anwender den Zeichen-Status beenden, so entfernt er die Spitze von der Schreibfläche 23, und die Übertragung mindestens eines der Sender 12 wird beendet. Normalerweise wird im Zeigemodus der weiter (von der Schreibfläche) entfernte Sender deaktiviert und das Utensil 10 arbeitet als Zeigeinstrument, wobei lediglich der nähere Sender aktiv ist.
Will der Nutzer das Utensil 10 als Radierer verwenden (d.h. zur Digitalisierung der Löschoperation und zur Anwendung der Löschoperation auf die digitalisierte gezeichnete Spur), so kehrt er die Ausrichtung des Utensils 10 um, so dass es jetzt mit dem Radierer auf die Schreibfläche 23 zeigt (d.h. der normalerweise weiter entfernte Sender ist nun näher an der Schreibfläche 23) und betätigt einen Modus-Wähler 43 (ein weiterer Schalter, der unter Verwendung des Schreibutensilgriffes ausgeführt ist), der die Zeigerichtung umschaltet. Der Modus-Wähler beendet die Übertragung des in der Nähe der Schreibspitze befindlichen Senders und initiiert die Übertragung des in der Nähe der Radierspitze befindlichen Senders. Wird von dem Anwender ein Druck auf die Radierspitze ausgeübt (gegen die Schreibfläche gerichtet), so wird der andere Sender, welcher sich näher an der Schreib-/Zeichenspitze befindet, ebenfalls aktiviert und die Position der Radierspitze auf der Schreibfläche wird entsprechend der Übertragung beider Sender berechnet. Der Radius der ausradierten Fläche wird durch den Winkel zwischen dem Schreibutensil und der Zeichenfläche bestimmt (die auch berechnet werden kann, wenn beide Sender aktiviert sind). Die maximale Radierfläche wird erhalten, wenn der Winkel ein rechter Winkel ist. Das Schreibutensil 10 umfasst des Weiteren einen Haupt-Ein/Aus-Schalter 41, der dazu verwendet wird, jeden Sender 12 mit der Stromversorgung zu verbinden oder die Stromversorgung zu unterbrechen, wenn das Utensil nicht verwendet wird.
14A ist eine schematische Darstellung des Schreib/Zeigemodus des Schreibutensils von 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. So lange die Schreibspitze auf die Schreibfläche 23 zeigt, sendet nur der normalerweise niedrigere (der nähere) Sender und das Utensil 10 funktioniert als 3-D-Cursor, der die Position der Schreibspitze 24 über der Schreibfläche 23 ungefähr si muliert. Befindet sich die Schreibspitze 24 näher an der Schreibfläche 23, so ergibt sich eine genauere Simulation der tatsächlichen Position der Spitze. Beginnt der Anwender mit dem Zeichnen der Spur, so bringt er die Schreibspitze 24 in Kontakt mit der Schreibfläche 23 und übt kontinuierlich einen Druck aus, durch den beide Sender zur gleichzeitigen Übertragung veranlasst werden. Das Ergebnis ist eine genaue Digitalisierung und Bildschirmdarstellung der gezeichneten Spur.
14B ist eine schematische Darstellung des Radier/Zeige-Modus des Schreibutensils von 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. So lange der Radierer 38 auf die Schreibfläche 23 zeigt, sendet nur der normalerweise obere (weiter entfernte) Sender und das Utensil 10 funktioniert als ein 3-D-Cursor, der die Position des Radierers 38 über der Schreibfläche 23 ungefähr simuliert. Das Umschalten der Übertragung zu dem Sender, der sich näher an der Radierspitze befindet, kann manuell über den Modus-Wähler 43 erfolgen oder automatisch durch eine Schalteinheit, die auf die Schwerkraft reagiert. Ist die Position des Schriftradierers 38 näher an der Schreibfläche 23, so führt dies zu einer genaueren Simulation der tatsächlichen Position des Radierers. Wenn der Anwender damit beginnt, die gezeichnete Spur auszuradieren, bringt er den Radierer 38 in Kontakt mit der Schreibfläche 23 und wendet einen kontinuierlichen Druck an, durch den beide Sender zur gleichzeitigen Übertragung veranlasst werden. Das Ergebnis ist eine genaue Digitalisierung und Darstellung der Spur auf dem Bildschirm. Der Modus-Wähler 43 schaltet auf die Position (obere oder untere Position) des momentan in Betrieb befindlichen Senders um, und zwar sowohl im Schreib- als auch im Löschmodus. Normalerweise ist bei gedrücktem Modus-Wähler 43 der Sender, der sich näher an der Radierspitze befindet, aktiviert und bei Lösen des Modus-Wählers wird die Übertragung auf den näher an der Schreibspitze befindlichen Sender umgeschaltet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Schreibutensil 10 als ein Auswahl- und/oder Ausführungsinstrument verwendet, das die Funktionsweise der weit verbreiteten "Maus" simuliert. Der Anwender kann die Schreibspitze 24 mit der Schreifläche 23 in Kontakt bringen und mit der Spitze auf ein gezeichnetes Objekt zeigen. Dann kann der Anwender das Objekt "auswählen", indem er das Schreibutensil 10 einmal gegen die Schreibfläche 23 drückt und dann den Druck wieder löst (d.h. "Anklicken" des Objekts, auf das gezeigt wird.) Als Folge wird ein einzelner Impuls des weiter entfernten Senders vom Empfänger-Satz empfangen, und das ausgewählte Objekt kann mittels des Schreibutensils 10 manipuliert werden. Das "ausgewählte" Objekt kann beispielsweise durch den Anwender auf dem Bildschirm "gezogen" werden. Zusätzlich kann ein Objekt mit einem Ausführungsprogramm verknüpft sein und der Anwender kann das Programm ausführen, indem er das Schreibutensil 10 zweimal gegen die Schreibfläche 23 drückt und den Druck wieder löst (d.h. "Doppelklicken" auf das Objekt, auf das gezeigt wird), wie in 14A oben gezeigt. In beiden Fällen wird das Schreibutensil so gesteuert, dass kein Schreiben oder Zeichnen möglich ist. Ähnliche "Klick-" und/oder "Doppelklick"-Operationen können ausgeführt werden, wenn sich der Radierer 38 näher an der Schreibfläche 23 befindet und der Modus-Wähler 43 niedergedrückt ist, wie in 14A oben dargestellt. Wann immer es gewünscht wird, kann ein einzelner Sender ausgewählt und aktiviert werden, indem man den Status des in der Nähe der Radierspitze des Schreibutensils 10 angeordneten Auswählschalters ändert. Hierdurch wird der Anwender in die Lage versetzt, das Schreibutensil 10 bei jeder Orientierung der Schreibspitze oder der Ra dierspitze als eine Zeigevorrichtung einzusetzen, wie in 14C gezeigt.
3 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Digitalisierung von Schrift und Zeichnungen. Jeder der Empfänger 18a bis 18s empfängt die Ausgangssignale der Sender, welche mit 12a und 12b gekennzeichnet sind, und schickt die Ausgangssignale an den Signalprozessor 20, der aus diesen die dreidimensionalen Positionskoordinaten (Xa,Ya,Za) bzw. (Xb,Yb,Zb) der Sender 12a und 12b ermittelt. Die Werte der Koordinaten werden zum Datenprozessor 16 weitergeleitet, der einen Zeichnungsparameter-Ermittler 40 zur Ermittlung zumindest des Positionsstatus der Spitze 24, eine Berechnungseinheit 410, welche die Position der Spitze berechnet, und einen optionalen Filter 42, wie z.B. einem Tiefpassfilter, zum Herausfiltern unerwünschter Bewegungen der Schreibspitze 24 (die als "Rauschen" betrachtet werden) umfasst. Die Ausgabe des Datenprozessors 16 kann zur weiteren Verarbeitung zu jeder geeigneten Vorrichtung geleitet werden wie z.B. einem Bildschirm 44 und/oder einem Datenspeicher 46 und/oder einem Modem. Die Empfänger der Gruppe 18a bis 18s sind jeweils durch zwei Abstände <laa, lab> bis <lca, lcb> zu jedem der Sender gekennzeichnet.
4A bis 4C zeigen eine schematische Darstellung der Berechnung – gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung – der 3-D-Koordinaten der Spitze des Schreibutensils. Der Zeichnungsparameter-Ermittler 40 prüft, welcher Sender zur Zeit aktiv ist, sowie dessen derzeitige Position und berechnet die Koordinaten (Xc,Yc,Zc) der Spitze 24 aus den Koordinatenwerten (Xa,Ya,Za) und (Xb,Yb,Zb), die von dem Satz Empfänger 18a bis 18c ermittelt werden. Die Strecke zwischen den beiden Sendern 12a und 12b ist Lab und die Strecke zwischen dem Sender 12b und der Spitze 24 (Punkt c) ist Lbc. Die Sender 12a und 12b und die Spitze 24 sind ko linear und liegen auf der Mittelachse des Utensils 10. Der Zeichnungsparameter-Ermittler 40 ermittelt zunächst den Neigungswinkel α, der zwischen der Mittelachse des Schreibutensils 10 und der X-Z-Ebene liegt. Der Winkel wird mittels der folgenden Gleichung 1 ermittelt und ist in 4B dargestellt: α= Sin–1[(Za – Zb)/Lab] [Gl. 15]
Es wird angenommen, dass sich in diesem Beispiel das Utensil 10 stets über der Schreibfläche 23 befindet. Die Berechnungseinheit 410 berechnet dann (unter Verwendung des Neigungswinkels α) die Höhenkoordinate Zc der Spitze 24, die Länge Lβ der Projektion der Strecke Lab auf der X-Y-Ebene und die Länge L0 der Projektion der Strecke Lbc auf der X-Y-Ebene wie folgt: Zc = Zb – Lbcsin(α) [Gl. 16] Lβ = Labcos(α) [Gl. 17] L0= Lbc·Cos(α) [Gl. 18]
Die Berechnungseinheit 410 berechnet (unter Verwendung des Winkels β und der Projektion Lβ) die Koordinaten Xc und Yc der Spitze 24 in der X-Y-Ebene wie folgt (dargestellt in 4C): β= Cos–1[(Xa – Xb)/Lβ] [Gl. 19]
Der Wert β ist auch von dem Koordinatenquadranten, in dem die Koordinaten liegen, abhängig. Daher werden die Werte von Ya und Yb benötigt, um den Wert von β zu ermitteln.
Schließlich werden die Xc- und Yc-Koordinaten der Spitze 24 unter Verwendung des Winkels β wie folgt ermittelt: Xc = Xb-L0Cos(β) [Gl. 20] Yc = Yb-L0Sin(β) [Gl. 21]
Durch die beiden Sender 12a und 12b wird eine gerade Linie festgelegt, und jeder Punkt auf dieser Geraden kann berechnet werden. Somit kann der Zeichnungsparameter-Ermittler 40 unter Anwendung ähnlicher Berechnungen wie den oben beschriebenen auch die Position (X_E,Y_E,Z_E) des Radierers 38, der in einem Abstand L_aE von dem Sender 12a angeordnet ist, bestimmen. Wenn der Zeichnungsparameter-Ermittler 40 angibt, dass der Radierer 38 die Schreibfläche 23 berührt (d.h. wenn der Sender 12a näher an der Schreibfläche ist als der Sender 12b, oder wenn der Radierer 38 einen Schalter (nicht gezeigt) aktiviert), werden die berechneten Datenpunkte in unterschiedlicher Weise gespeichert. Wann immer es gewünscht wird, werden diese dazu verwendet, diejenigen gespeicherten Datenpunkte vom Bildschirm zu löschen, die sich in der Nähe der Position des Radierers 38 befinden. Die Koordinaten des Radierers 38 können auch durch den Filter 42 gefiltert werden, um Rauscheffekte zu entfernen.
Die Positionen der Schreibspitze 24 und des Radierers 38 sowie die Winkel α und β, welche Informationen über die Orientierung liefern, können als Basis für weitere Anwendungen dienen. So kann das Schreibutensil 10 z.B. als Dateneingabevorrichtung für Zeichnungen, handgeschriebene Manuskripte und Unterschriften dienen. Es kann zum Ausfüllen von Formularen, wenn Handschrift erforderlich ist, verwendet werden. Es kann auch Teil eines Facsimileübertragungssystems sein, bei dem die digitalisierte Spur verarbeitet und über eine Telefonleitung als ein komprimiertes Abbild (normalerweise zur Versendung von Faxnachrichten verwendet) an ein empfangendes Faxgerät übertragen werden kann. Die Verarbeitung und Übertragung kann in Echtzeit erfolgen, so dass der Anwender auf der Empfängerseite die gezeichnete Spur auf seinem Bildschirm angezeigt bekommen kann. Die digitalisierte Spur kann natürlich auch unter Verwendung anderer E-Mail-Kanäle und/oder drahtloser Kommunikationseinrichtungen, wie z.B. Zellulartelefone, an die entfernten Empfangsstellen übermittelt werden.
Das System 1000 kann weiterhin als ein graphologisches Werkzeug verwendet werden, um den Benutzer durch seine Handschrift zu identifizieren, und zur Zeichenerkennung. Zu diesem Zweck werden dann, wenn ein Anwender mit seiner Unterschrift unterzeichnet, Daten, die sowohl die Unterschrift selbst (die Positionen der Schreibspitze) als auch die Bewegung seiner Hand (die Neigung des Schreibutensils 10 beim Schreiben) betreffen, gesammelt. Zusätzliche Parameter, wie z.B. die kinematischen Eigenschaften der Bewegung der Hand, können auch zur Charakterisierung des Anwenders verwendet werden. So können beispielsweise die lineare Geschwindigkeit der Schreibspitze, ihre Richtung relativ zur Spur, die Winkelgeschwindigkeit, die lineare und/oder Winkelbeschleunigung und dynamische Parameter analysiert und zur Charakterisierung des Anwenders verwendet werden. Die (kombinierten) gesammelten Informationen werden dann zur Analyse der erzeugten Unterschrift verwendet, und zwar entweder zur graphologischen Analyse und/oder zur Identifizierung des Unterzeichners. Durch diese Kombination werden auch genügend Informationen bereitgestellt, um Zeichen zu erkennen, da die zur Erzeugung eines Buchstaben (oder eines beliebigen anderen Zeichens/Symbols) notwendigen Handbewegungen oft auf dem gleichen Genauigkeitsniveau definiert werden können wie die Zeichen selbst. Die beiden Erken nungsmethoden können zusammen verwendet werden und führen zu einer signifikanten Verminderung der Irrtümer bei der Handschriftenerkennung. Diese Technik wird beispielsweise in dem Artikel "Trajectory Formation and Handwriting: A Computational Model" von Morasso und Ivaldi, Biological Cybernetics, Springer-Verlag, 1982, Seiten 131–142 näher beschrieben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lässt sich die Genauigkeit der Digitalisierung durch Echtzeit-Berechnung der tatsächlichen (derzeitigen) Länge l_bc des Schreibutensils 10 verbessern. Eine solche Berechnung ist besonders dann erforderlich, wenn sich die physikalische Länge l_bc während der Benutzung des Schreibutensils 10 geringfügig verändert (z.B. wenn es sich bei der Schreibspitze um einen Bleistift handelt, der bei relativ langer Benutzung, oder wenn der Bleistift gespitzt wird, geringfügig kürzer wird). Wieder Bezug nehmend auf die 4A und 4B sind, zu einem gegebenen Zeitpunkt t₀, die Koordinaten des Punktes A(Xa,Ya,Za), B(Xb,Yb,Zb) entlang des Schreibutensils 10 bekannt (die Position der Sender 12a bzw. 12b), die tatsächliche (derzeitige) Länge l_bc kann durch Berechnen der Koordinaten des Punktes C(Xc,Yc,Zc) ermittelt werden.
Durch Verwendung der geometrischen Eigenschaften zwischen den Dreiecken von 4C werden die folgenden Beziehungen bestimmt:
Durch Isolieren der X- und Y-Komponenten wird die Beziehung reduziert zu:
somit: (Xa-Xc)·(Yb-Yc)=(Xb-Xc)·(Ya-Yc) [Gl. 24]
Durch Umstellen erhält man folgende Gleichung: (Ya-Yb)Xc+(Xb-Xa)Yc=XbYa-XaYb [Gl. 25]
Dieselbe Gleichung kann für einen anderen Zeitpunkt t₁ verwendet werden, diesmal mit einem anderen Neigungswinkel, wobei die Spitze des Schreibutensils auf dem Punkt C bleibt (d.h. die Spitze wird nicht bewegt). Dies führt zu einer Änderung der Werte Xa,Ya,Xb und Yb zu X'a, Y'a bzw. X'b und y'b, und man erhält eine ähnliche Gleichung für den neuen Neigungswinkel: (Y'a-Y'b)Xc+(X'b-X'a)Yc=X'bY'a-X'aY'b [Gl. 26]
Somit werden die zu ermittelnden Werte Xc und Yc durch den Gleichungssatz 7d und 7e erhalten.
Der letzte wert Zc wird durch folgende Beziehung berechnet:
Schließlich ist die zu bestimmende Länge l_bc, d.h. der Abstand zwischen den Punkten B und C, gegeben durch:
Durch mehrmaliges Wiederholen dieser Berechnungen lässt sich der Durchschnitt der gemessenen Länge l_bc ermitteln, und die Systemgenauigkeit kann durch Anwendung statistischer Analyse geschätzt werden.
5 ist eine schematische Darstellung der Dateneingabe durch das Schreibutensil bei verschiedenen Neigungswinkeln, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Bei jedem Neigungswinkel werden die gleichen 3-D-Koordinaten der Spitze 24 erhalten, da die Schreibspitze 24 unverändert auf denselben Punkt auf der Schreibfläche 23 gerichtet ist. Vier Eingabevorrichtungen (Schreibutensilien), bezeichnet mit 10a–10d, weisen jeweils einen anderen Neigungswinkel α_i und eine andere Richtung β_i auf, wobei i=1,...,4 (die Winkel β_i sind nicht dargestellt). Zwar mag es einfach sein, die Form einer handschriftlichen Spur, wie einer Unterschrift, zu fälschen, doch ist es unwahrscheinlich, dass der Fälscher seine Hand während des Schreibens bzw. Zeichnens der gleichen Spur, wie sie von dem ursprünglichen Unterzeichner erzeugt wurde, in den gleichen typischen Winkeln hält und mit den gleichen typischen Geschwindigkeiten und typischer Beschleunigung bewegt wie der ursprüngliche Unterzeichner.
6A bis 6C sind eine schematische Darstellung der Anwendung eines Kalibrierungsverfahrens der Position der Schreibspitze relativ zum nächstgelegenen Übertragungspunkt, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In diesem Beispiel ist das Schreibutensil ein standardmäßiges Schreibinstrument 54, an dem drei Sender 12 befestigt sind. Jeder Sender 12 ist durch eine Klemme 56 an dem Schreibinstrument 54 befestigt. Die Sender 12 können in jeder koplanaren Anordnung in jeder beliebigen Position auf dem Schreibinstrument 54 angeordnet sein. Die drei Sender 12 definieren eine Ebene und die Orientierung der Ebene. Die Position der Schreibspitze 24 kann durch Anwenden herkömmlicher Vektorrechnung ermittelt werden.
Da die Sender 12 an beliebiger Stelle entlang des Schreibinstrumentes 54 angeordnet sein können, ist die Position der Schreibspitze 24 nicht sofort bekannt, das Gleiche gilt für die Abstände Lbc, Lab, Lae und L3, wobei L3 der Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Sender ist; die übrigen Abstände werden unten beschrieben. Um diese Beziehungen zu bestimmen, wird die Kalibriertaste (z.B. ein drahtloser Sender) 58 verwendet. Während des Kalibrierungsprozesses – wenn die Schreibspitze 24 (des Instrumentes 54) die Kalibriertaste 58 berührt – wird die Position jedes einzelnen Senders (der drei Sender) gemessen. Auch die Lage der Kalibriertaste 58 wird gemessen und der Abstand jedes Senders zur Kalibriertaste 58 berechnet. Während der Benutzung des Schreibinstrumentes wird die Position der Schreibspitze durch Berechnen des Vektorproduktes zweier aufeinander stehender Vektoren auf der Ebene bestimmt (jeder Vektor wird durch zwei Übertragungspunkte definiert, wobei ein Übertragungspunkt den aufeinander stehenden Vektoren gemeinsam ist). Die Position der Schreibspitze wird dann durch Berechnen des Schnittpunktes der drei Abstände berechnet, die beim Kalibriervorgang gemessen wurden, d.h. der drei Abstände zwischen der Spitze und jedem der Sender. Immer wenn sich die Länge des Schreibinstrumentes 54 verändert, wie beispielsweise nach dem Anspitzen der Spitze 24, oder wenn die Lage eines oder mehrerer Sender 12 verändert wird, wird eine neue Kalibrierung durchgeführt, um den Abstand zwischen der Schreib-/Zeichenspitze 24 und den Sendern 12a, 12b und 12d neu zu bestimmen. Die Kalibriertaste 58 kann ein ausgewählter Sender sein, der an der beweglichen Schreibfläche 23 befestigt ist, wie in 6A (in der Sender L ausgewählt wurde) gezeigt, oder sie kann ein Punkt mit bekannten Koordinaten relativ zum Empfänger-Satz, wie in 6B gezeigt, sein oder sich außerhalb der Schreibfläche 23 auf einem Sender befinden, dessen Koordinaten bekannt sind, wobei die Kalibrierung dadurch erreicht wird, dass ein Sender mit relativ zum Empfänger-Satz bekannter Position verwendet wird, wie in 6C dargestellt.
7 ist eine schematische Darstellung eines tragbaren Systems zur Digitalisierung von Schrift und Zeichnungen. Das tragbare System 70 umfasst ein Schreibutensil 10 und ein Gehäuse 51, welches das Positionsbestimmungssystem und den Datenprozessor 16 aufnimmt. Bei dieser Ausführungsform sind die Speichen 17 und 19 durch die Teleskopspeichen 53 und 55, die aus dem Gehäuse 51 hervorragen, ersetzt. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen weisen die Teleskopspeichen 53 und 55 Empfänger 18a bzw. 18b auf. Der dritte Empfänger 18c befindet sich an dem Gehäuse 51 an der Stelle, an der sich die Speichen 53 und 55 schneiden. Falls erwünscht kann ein Kalibrierknopf 58 vorgesehen sein, und zwar auf einer biegesteifen Speiche 57 (eine Kalibrierung ist bei Verwendung eines herkömmlichen Schreibutensils nicht erforderlich, da dessen physische Abmessungen fest stehen). Alternativ kann die Verbindung zwischen dem Kalibrierknopf 58 und dem Gehäuse 51 auch drahtlos sein. Wahlweise kann auch ein Display 59, wie z.B. eine Flüssigkristallanzeige (LCD), vorgesehen sein, um die digitalisierte Spur auf einem Bildschirm zu überwachen. In der Regel ist als Realisierung des Datenprozessors 16 und des Signalprozessors 20 in dem Gehäuse 51 ein Chip mit integrierter Schaltung (nicht dargestellt) untergebracht. In dem Gehäuse 51 können auch eine Speichereinheit (nicht gezeigt), ein optionales Modem, und eine Verbindung zu einem Computer vorgesehen sein. Eine Verbindung zu entfernten Verarbeitungseinheiten und Display-Einheiten kann auch durch Verwendung eines Zellulartelefons bereitgestellt werden. Die digitalisierten Daten, welche die Wiedergabe der gezeichneten Spur ermöglichen, können über eine Telefonleitung und/oder einen Zellulartelefon-Übertragungskanal über das optionale Modem an eine entfernte Workstation, auf der die digitalisierten Daten angezeigt werden, übertragen werden. Alternativ hierzu können die digitalisierten Daten auch direkt (oder nach Komprimierung) an ein entferntes Faxgerät geschickt werden, das einen Ausdruck der digitalisierten Spur erzeugt.
8A ist eine schematische Darstellung der Struktur eines druckempfindlichen Schreibutensils. Das Schreibutensil 59 umfasst in der Regel einen beweglichen Schreibkopf 60, der wie bei der vorhergehenden Ausführungsform eine Schreibspitze 24 aufweist und der in einer Bohröffnung 62 des Schreibutensilkörpers 64 gleiten kann. In der Bohröffnung 62 ist eine Feder 66 vorgesehen, die durch Ausüben einer entgegen gesetzten mechanischen Kraft der Bewegung des Schreibkopfes 60 in das Bohrloch 62 entgegenwirkt. Das Ausmaß der Kontraktion der Feder 66 wird, wie weiter unten näher beschrieben, ermittelt und wird von dem Zeichnungsparameter-Ermittler 40 dazu verwendet, den von dem Benutzer während (des Zeichnens) und Niederdrückens des Schreibutensils 59 ausgeübten Druck zu bestimmen. Um anzuzeigen, wann mit dem Schreiben begonnen wird, können der Schreibkopf 60 und der Körper 64 weiterhin Kontakte 68 aufweisen. Wenn der Schreibkopf 60 geringfügig in das Bohrloch 62 hinein gleitet, schließt der Kontakt 68 einen elektrischen Schaltkreis und zeigt somit an, dass mit dem Schreiben begonnen wurde. Der Sender, der sich zurzeit näher an der Schreibfläche 23 befindet, wird kontinuierlich aktiviert und funktioniert als Zeiger auf der Fläche. Wenn der Kontakt 68 gedrückt wird, so wird auch der weiter entfernte Sender aktiviert und setzt den Berechnungsprozess für die Koordinaten der Schreibspitze in Gang. Kontakt 68 wird geschlossen gehalten (d.h. elektrisch leitend), während sich der Schreibkopf 60 weiter in die Bohröffnung 62 hinein bewegt.
8B ist eine schematische Darstellung der beiden Zustände des druckempfindlichen Schreibutensils. Im normalen Zustand wird (durch den Benutzer) kein Druck auf den Schreibkopf 60 ausgeübt, und der Abstand zwischen den bei den Sendern 12a und 12b ist L₀. Beginnt der Benutzer mit dem Zeichnen oder Schreiben, so übt er einen Druck aus, und die Feder 66 wird zusammengedrückt. Hierdurch wird eine Verlagerung der Position des unteren Senders 12b um einen Abstand dz verursacht und somit der Anfangsabstand L₀ verkürzt auf L_t = L₀ – dz. Wenn die Elastizitätskonstante K der Feder 66 bekannt ist, ist die (von dem Benutzer) angewandte Kraft F gegeben durch: F = K·dz
Da das Schreibutensil 10 normalerweise mit der Schreibebene 23 einen spitzen oder stumpfen Winkel bildet, umfasst die angewandte Kraft F eine tangentiale Komponente F_t, die in der X-Y-Ebene liegt, und eine radiale Komponente F_r, die auf der Mittelachse liegt. Diese Komponenten können zur Charakterisierung einer von einem bestimmten Benutzer gezeichneten Spur und zur Simulation der Breitenveränderung der gezeichneten Spur verwendet werden.
Die angewandte Kraft kann durch Verwendung eines piezoelektrischen Elementes ermittelt werden, auf welches die Kraft von der Schreibspitze übertragen wird. Das durch das piezoelektrische Element erzeugte (und dem ausgeübten Druck entsprechende) elektrische Signal wird zur Modulierung des von einem der Übertragungspunkte übertragenen Signals verwendet. Das modulierte Signal wird demoduliert und die enthaltene Information wird in ein anderes Signal übersetzt, das die angewandte Kraft anzeigt.
9 ist eine schematische Darstellung eines Fax/E-Mail-Systems, bei dem ein System zur Digitalisierung von Schrift und Zeichnungen verwendet wird. Das Faxsystem 900 umfasst ein Eingabesystem 80, einen Computer 86 und ein Empfängersystem; von letzterem sind in 9 drei Arten darge stellt, nämlich Systeme 84a–84c. Das Eingabesystem 80 ist das oben beschriebene System für die Digitalisierung von Schrift. Das Empfangssystem 84a ist ein Computer 90, der mit einem Datennetzwerk 95 verbunden ist, das Empfangssystem 84b ist ein Computer 91, der mit Computer 86 über Modems 94 kommuniziert und das Empfangssystem 84c ist ein Faxgerät 93. Um das Faxsystem zu benutzen, schreibt der Anwender eine Faxnachricht auf einem Schreibmedium 22 (z.B. Papier oder auf jeder anderen geeigneten Oberfläche), das durch das Eingabesystem 80 als eine Abfolge unterschiedlicher Positionen der Schreibspitze digitalisiert wird. Daten bezüglich der Orientierung des Schreibutensils 10 können ebenfalls aufgenommen werden. Die digitalisierten Daten werden an das angemessene Empfangssystem 84 über die angemessene Kommunikationsausrüstung (die Modems 94 oder das Datennetzwerk 95 übertragen. Das Empfangssystem 84 rastert die Positionen der Spitze und stellt die Fax-Nachricht dem Anwender zur Verfügung. In dem Empfangssystem 84a wird die Faxnachricht auf einem geeigneten Monitor 99 dargestellt. Das System 900, einschließlich des Empfangssystems 84a, kann Teil eines elektronischen Briefdienstes (E-Mail-Dienstes) sein, mittels dessen die Nutzer einander handgeschriebene Nachrichten – einschließlich Signatur-Identifikation, wie oben beschrieben, zur Identifikation der Benutzer – zusenden können. Wenn eine Signaturidentifikation gewünscht wird, so enthält die Nachricht auch die Orientierung und die kinematische Information zur Identifikation des Nutzers.
Bei Verwendung des Systems 84b wird die gezeichnete Spur von dem Drucker 92 ausgedruckt, während bei Verwendung des Systems 84c die gezeichnete Spur von einem Fax-System 93 erzeugt wird. Um die gezeichnete, digitalisierte Spur an das System 84c zu schicken, wird die Nachricht zunächst zu einem Faksimile-Code-Übersetzer geleitet, der die Nachricht rastert und sie dann in einen geeigneten Fax-Code übersetzt. Zwar wird hierdurch die Übertragungszeit nicht unbedingt reduziert, doch wird durch das Eingabesystem 80 das Einscannen (d.h. Rastern) einer handschriftlichen Nachricht, um diese per Fax zu verschicken, überflüssig.
10A bis 10C sind eine schematische Darstellung des Aufbaus einer als Zeigeinstrument eingesetzten Eingabevorrichtung aus unterschiedlichen Perspektiven. Die Eingabevorrichtung 100 umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung, wie z.B. eine Laser-Diode 102, die einen Strahl 104 erzeugt, um damit entfernte Punkte, auf welche die Spitze gerichtet wird, zu beleuchten. Zusätzlich wird die Position des Zeigers relativ zu der Fläche, auf die gezeigt wird, als Cursor auf dem Bildschirm dargestellt, wobei die Position durch die Gleichung der Geraden, die durch die Sender verläuft berechnet wird. Die Eingabevorrichtung 100 umfasst außerdem Steuerknöpfe 106 und 108, welche Maustasten simulieren, sowie einen Übertragungssteuerknopf 109. Der Steuerknopf 109 wird in Kombination mit einem Schaltkreis (nicht dargestellt) verwendet, so dass nur bei gedrücktem Steuerknopf ein Zeigerstrahl 104 erzeugt wird. Während dieser Zeitspanne (des Zeigens) sind die Sender 12a und 12b kontinuierlich aktiviert, um die Berechnung des Schnittpunktes der durch die Punkte 12a und 12b verlaufenden Geraden mit der Fläche, auf die gezeigt wird, zu ermöglichen und danach den Cursor auf dem Bildschirm zu simulieren. Ein Hauptschalter 111 dient zum Ein/Ausschalten der Eingabevorrichtung 100. Ein gedrückter Knopf kann beispielsweise durch Modulieren des von dem Sender ausgesandten RF-Impulses identifiziert werden.
11A bis 11D sind schematische Darstellungen des Aufbaus und der Funktionsweise eines Eingabesystems zum Zeigen auf eine Fläche – gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung. Das Zeigesystems ermittelt zunächst, unter Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens, die Lage der Fläche 110. Das System wird in eine Position 111 in relativer Nähe zur Fläche 110 bewegt, und die Eingabevorrichtung 119 wird in wenigstens zwei unterschiedlichen Orientierungen angeordnet. Die gemessenen Positionen sind mit den Punkten P1, P2, P3, wie in 11C gezeigt, bezeichnet. Da die Sender 12a und 12b eine Gerade definieren und da zwei Geraden eine Ebene definieren, kann die Eingabevorrichtung 119 zur Berechnung der Gleichung der Ebene von Fläche 110 verwendet werden. Es werden zwei Ebenen dargestellt, von denen die rechte die Eingabevorrichtung 119 in zwei Positionen und die linke die Vektoren der Sender in zwei Positionen zeigt. Die Kalibrierung erfolgt durch Anordnen der Eingabevorrichtung 119 in zwei unterschiedlichen Ausrichtungen auf der Fläche 110 und Ermitteln der Position jedes der Sender, 12a und 12b. Die erste Position des jeweiligen Senders 12a bzw. 12b wird als A bzw. B bezeichnet und die zweite Position des jeweiligen Senders 12a bzw. 12b ist mit C bzw. D bezeichnet. Um eine ausreichende Genauigkeit bei der Berechnung der Orientierung der Fläche zu erzielen, weist der Körper (dargestellt in 10B) der Eingabevorrichtung 119 in der Regel eine ebene Fläche (nicht gezeigt) auf, auf der die Eingabevorrichtung 119 an der Fläche 110 befestigt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Sender 12 in einem Abstand h über der ebenen Fläche 75 der Zeigevorrichtung 119 angeordnet ist. Dies zeigt sich an den Vektoren in 11D, welche die Koordinaten der Punkte A'-D' ergeben, d.h. die Positionen der Sender 12, wenn sich diese auf der Fläche 110 befänden.
Da die Positionen A', B' und C' eine Ebene definieren, lässt sich aus ihnen die Gleichung der Ebene der Fläche 110 herleiten. Zunächst werden die Vektoren V1 und Y2 (dargestellt in 11D) wie folgt bestimmt: V1 = A'B' = [(XA – XB), (YA – YB), (ZA – ZB)] = [x1,y1,z1] [Gl. 29] V2 = A'C' = [(XA – XC), (YA – YC), (ZA – ZC)] = [x2,y2,z2] [Gl. 30]
Der Vektor V3, der senkrecht auf der Fläche 110 steht, wird durch das Kreuzprodukt der Vektoren V1 und V2 bestimmt: V3 = V1 × V2 V3 = [(y1·z2 – z1·y2),(x1·z2 – z1·x2),(x1·y2 – y1·x2)] = [x3,y3,z3] [Gl. 31]
Die Gleichung der Fläche 110 ist gegeben durch: x3·X + y3·Y + z3·Z + R + h = 0 [Gl. 32]wobei h der Abstand zwischen der Ebene der Sender und der Ebene der Fläche 110 ist und der Wert von R durch Ersetzen von (X, Y, Z) in Gleichung 32 durch die Koordinaten (X_A, Y_A, Z_A) eines Punktes A bestimmt wird. Die Position (X0,Y0,Z0) des beleuchteten Punktes zu einem beliebigen Zeitpunkt wird bestimmt, indem man den Schnittpunkt des/der durch die derzeitigen Positionen (X1,Y1,Z1) und (X2,Y2,Z2) der Sender 12a und 12b definierten Vektors oder Geraden mit der durch Gleichung 32 beschriebenen Ebene ermittelt.
Vektor V4 der Eingabevorrichtung 119 ist gegeben durch: V4 = [(X1 – X2), (Y1 – Y2), (Z1- Z2)] = [K,L,M] [Gl. 33]
Da jeder Punkt auf dem Vektor V4 einen skalaren Abstand Q von einem bekannten Punkt auf diesem Vektor darstellt, sind die Koordinaten des beleuchteten Punktes abhängig von den Koordinaten eines der Sender 12: X0 = X2 + Q·K Y0 = Y2 + Q·L Z0 = Z2 + Q·M [Gl. 34]
Da es sich bei (X0,Y0,Z0) um einen Punkt auf der Fläche 110 handelt, kann Gleichung 34 in die Gleichung 32 eingesetzt werden, wodurch man die Gleichung x3·(X2 + Q·K) + y3·(Y2 + Q·K)+ z3·(Z2 + Q·K) + D = 0 [Gl. 35]erhält, die eine Gleichung mit einer einzigen unbekannten Variablen Q ist. Nach Auflösen der Gleichung 35 nach Q können die Gleichungen 13 gelöst werden, welche den Schnittpunkt des Vektors V4 mit der Ebene ergeben. Bei diesem Schnittpunkt handelt es sich normalerweise um die Position des beleuchteten Punktes.
Das Positionsbestimmungsgerät 14 und die Eingabevorrichtung 119 werden dann in eine Position 112 in einem gewissen Abstand von der Fläche 110 bewegt, in 11A in durchgehenden Linien dargestellt. Die Beziehung (Abstand und Ausrichtung) zwischen den Positionen 111 und 112 sind entweder bekannt, oder sie werden durch Messen ermittelt, und dem Datenprozessor 16 zur Verfügung gestellt. Unter Verwendung dieser Information bestimmt der Datenprozessor 16 eine Transformation zwischen den beiden Achsensystemen und ermittelt so die Gleichung der Ebene der Fläche 110 in dem Bezugssystem der zweiten Position 112. Der Benutzer zeigt (bei gedrücktem oder nicht gedrücktem Steuerknopf 109) mit der Eingabevorrichtung 119 auf einen Punkt auf der Fläche 110. Der Punkt wird durch den Strahl 104 (erzeugt durch die Lichtquelle 102) erleuchtet. Wird die gewünschte Position oder das gewünschte Objekt erleuchtet, so drückt der Benut zer den Übertragungssteuerknopf 106 oder 108, wodurch die Signale von den Sendern 12a und 12b übertragen und aufgenommen werden. Die Eingabevorrichtung 119 kann somit die Funktion einer Maus haben.
Die Position des erleuchteten Punktes wird durch den Schnittpunkt eines Vektors V₄, der durch die zwei Sender 12a und 12b definiert ist, mit der Ebene der Fläche 110 bestimmt. Die zur Bestimmung der Position des erleuchteten Punktes notwendigen Berechnungen sind oben mit Gl. 29 bis 35 angegeben. Solange der Bereich, in dem der Zeiger bedient wird, innerhalb des Empfangsbereichs des Empfängersatzes 18a bis 18s liegt, besteht keine Notwendigkeit, den Empfängersatz zu bewegen. Anderenfalls wird die Empfängergruppe zunächst zum Zwecke der Kalibrierung näher an den Bereich heran bewegt und danach nahe an den Benutzer herangeführt, der von einer entfernten Position aus auf die Schreibfläche zeigt.
Das Folgende bezieht sich auf 11B. Man erhält die Gleichung, welche die Schreibfläche repräsentiert, durch Berechnungen auf Basis von Punkten mit bekannten Koordinaten auf dieser Fläche. Jedes Punktepaar auf der Fläche repräsentiert einen entsprechenden Vektor, der auf der Schreibfläche liegt. Die Gleichung wird durch Ausführen einer Vektormultiplikation aufeinander stehender Vektoren auf der Fläche, wie oben mit Bezug auf 11D erläutert, erhalten. Die Genauigkeit der Darstellung wird durch Durchführen mehrerer Vektormultiplikationen erhöht. Eine exakte Transformation wird dadurch erzielt, dass die Werte des Transformationsvektors 113 wie auch die Ausrichtung des Empfängersatzes in der neuen Position, relativ zur vorhergehenden Position, bekannt sind, wie in 11A gezeigt.
Falls vor der Berechnung keine Information über die Abmessungen des Bildschirms und/oder dessen Position zur Verfügung steht, sollte während des Kalibriervorganges die Zeigevorrichtung auf die horizontalen und die vertikalen Ränder des Bildschirms (oder der Display-Fläche) gerichtet werden. Folglich ist bei fester Position des Bildschirms und des Empfängersatzes ein einziger Kalibrierungsvorgang ausreichend. Die Zeigefähigkeiten können auf Bereiche außerhalb der dargestellten Fläche ausgeweitet werden, indem man diese Bereiche als Objekte definiert. Wenn die Zeigevorrichtung auf ein solches Objekt gerichtet ist, kann eine vorbestimmte Operation durch Anklicken von Knöpfen in der Zeigevorrichtung ausgeführt werden. Hierdurch wird es beispielsweise möglich, auf ein oder mehrere Objekte zu zeigen, die auf eine Display-Fläche (z.B. eine Wand oder einen Vorhang) projiziert sind, um ein Objekt auszuwählen und eine Operation auszuführen, die mit dem ausgewählten Objekt in dem Computer verknüpft ist (dessen Display projiziert wird), der sich weiter entfernt befinden kann.
12 ist eine schematische Darstellung der Ausführung eines Schreibutensils mit Löschfunktion, bei dem ein herkömmlicher Schreibstift, Kugelschreiber etc. oder ein Bleistift verwendet wird – gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Schreibutensil 120 umfasst ein Gehäuse 121 und Mikroschalter 122 und 124, die dann aktiviert werden, wenn während des Schreibens bzw. Radierers entweder ein Schreibelement 126 oder ein Radierer 128 gedrückt werden. Wird einer der Mikroschalter 122 oder 124 aktiviert, so aktiviert dieser beide Sender 12a und 12b. Wird keine Schreib- oder Radieroperation ausgeführt, so wird der Sender 12a oder 12b wie oben mit Bezug auf die 14A bis 14C beschrieben aktiviert. Das Schreibutensil 120 umfasst weiterhin die Befestigungselemente 130, 132 und 134 zum Halten des Schreibelementes 126 und des Radierers 128 innerhalb des Gehäuses 121, wobei sie diesen jedoch eine geringfügige Bewegung erlauben, um die Mikroschalter 122 und 124 zu aktivieren. Durch das Element 130 wird das Schreibelement 126 in der Nähe der Schreibspitze gehalten, das Element 132 hält das Schreibelement 126 in der Nähe eines Endes, und das Element 134 hält den Radierer 128. Jedes Element 130, 132, 134 wird durch ein Klemmelement 136 gebildet, das in einem kleinen Raum 138 gehalten wird. Der Raum 138 ist geringfügig größer als das Klemmelement 136, wodurch es diesem ermöglicht wird, sich geringfügig zu bewegen und den betreffenden Mikroschalter 122 oder 124 zu aktivieren. Das Klemmelement 136a kann aus einem Ring 140 und einer Ringscheibe 142 bestehen. Das Schreibelement 126 und der Radierer 128 werden auch durch Elemente 132 gehalten, an denen Mikroschalter 122 und 124 befestigt sind.
13A und 13B sind eine schematische Darstellung der Ausführung eines Schreibutensils mit Radierfunktion, bei dem ein herkömmlicher Schreibstift, Kugelschreiber etc. oder Bleistift verwendet wird. Bei diesem Beispiel hat das Schreibutensil einen Übertragungspunkt 12a, der auf einer Linie mit der Mittelachse des Utensils 130 liegt, und zwei zusätzliche Übertragungspunkte 12l und 12r, die in derselben Ebene liegen (welche senkrecht zur Längsachse ist, wie in 13A gezeigt). Das Utensil 130 ist in ein Gehäuse 131 eingeführt, wodurch die Möglichkeit, einen zusätzlichen Übertragungspunkt vorzusehen, der in einer Linie mit der Mittelachse ausgerichtet ist, ausgeschlossen wird. In diesem Falle wird ein "virtueller" Übertragungspunkt b durch die beiden Sender 12l und 12r simuliert und die Position jeder Spitze wird, wie oben für einen tatsächlichen Übertragungspunkt beschrieben, unter Verwendung der berechneten Koordinaten des "virtuellen" Übertragungspunktes b berechnet. Die Berechnung der einzelnen Übertragungspunkte ist in 13B dargestellt. Unter der Annahme, dass die Übertra gungspunkte 12r und 12l symmetrisch zur Längsachse angeordnet sind, werden die Koordinaten (Xb,Yb,Zb) des "virtuellen" Übertragungspunktes b aus den Koordinaten (Xr,Yr,Zr) und (Xl,Yl,Zl) der Übertragungspunkte r bzw. l wie folgt berechnet: Xb=0.5(Xr+Xl) Yb=0.5(Yr+Yl) Zb=0.5(Zr+Zl)
Der Kalibrierungsvorgang, um den Abstand Lbc von dem virtuellen Punkt b zu dem Endpunkt c der Schreibspitze zu erhalten, ist oben mit Bezug auf die Gleichungen 22 bis 28 beschrieben.
Die obigen Beispiele und die Beschreibung dienen natürlich lediglich der Erläuterung und sollen die Erfindung in keiner weise begrenzen. Wie für den Fachmann ersichtlich, kann die Erfindung in vielfältiger Weise ausgeführt werden, wobei auch mehr als eines der oben beschriebenen Verfahren angewendet werden kann, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Erlangung einer räumlichen graphischen Darstellung eines Schnittpunktes oder einer Mehrzahl von Schnittpunkten zwischen einer Geraden und einer Fläche (23), umfassend: a) in einem Satz von Empfängern (18a, 18b, 18c), deren Positionen in Bezug auf die besagte Fläche (23) nicht fest ist: Empfangen von Übertragungen von zwei oder mehr ausgerichteten Übertragungspunkten (12), welche eine beliebige räumliche Ausrichtung aufweisen, wobei jeder der besagten zwei oder mehr Übertragungspunkte von seinem/n benachbarten Übertragungspunkt(en) durch einen ersten, festen Abstand getrennt ist und die besagten zwei oder mehr Übertragungspunkte im wesentlich entlang der besagten Geraden liegen; b) Verarbeiten der besagten Signale, um die räumlichen Koordinaten der besagten zwei oder mehr Übertragungspunkte (12) zu bestimmen; c) Bestimmen wenigstens eines charakteristischen Punktes (24), der mit den besagten zwei oder mehr Übertragungspunkten (12) kollinear und von wenigstens einem der besagten zwei oder mehr Übertragungspunkte durch einen zweiten, festen Abstand getrennt ist; d) Berechnen der räumlichen Koordinaten des besagten wenigstens einen charakteristischen Punktes (24) unter Verwendung der räumlichen Koordinaten der besagten zwei oder mehr Übertragungspunkte und des besagten zweiten festen Abstandes; e) wann immer sich die besagte Gerade und die besagte Fläche (23) schneiden: Berechnen der räumlichen Koordinaten des besagten Schnittpunktes zwischen der besagten Geraden und der besagten Fläche; und f) falls die Lage der besagten Fläche (23) nicht fest ist: Bestimmen der Lage von zwei oder mehr zusätzlichen Übertragungspunkten (18d, 18e) auf der besagten Fläche und Abbilden der besagten Fläche (23) durch Berechnen auf Basis der besagten Lage der zusätzlichen zwei oder mehr Übertragungspunkte.
verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend die Bestimmung der räumlichen und/oder planaren Position eines auf einer Fläche liegenden Punktes, umfassend die Positionierung von zwei oder mehr Sendern im Wesentlichen entlang einer Geraden, welche durch den Punkt, dessen Position bestimmt werden soll, verläuft, Bestimmen der Position der besagten Sender in Bezug auf eine Mehrzahl von Empfängern, deren Position im Raum unabhängig von der besagten Fläche fest ist, und Berechnen der Position des besagten Punktes unter Verwendung der Position der besagten zwei oder mehr Sender, des Abstandes zwischen ihnen und des Abstandes zwischen dem besagten Punkt und einem der Sender.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Anzeigen – auf einer graphischen Darstellung der besagten Fläche – einer ersten graphischen Darstellung, welche das Zusammenfallen von besagtem Schnittpunkt und besagtem charakteristischen Punkt anzeigt, und einer zweiten, unterschiedlichen graphischen Darstellung, welche das Nichtzusammenfallen anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeder charakteristische Punkt die Lage einer Spitze eines länglichen Instrumentes repräsentiert, dessen Achse im wesentlichen mit der berechneten Geraden zusammenfällt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem immer dann, wenn der Schnittpunkt und der charakteristische Punkt zusammen fallen, das Instrument als ein Utensil eingesetzt wird, indem die Spitze zum Schreiben/Zeichnen auf der Fläche verwendet wird, wobei durch die graphische Darstellung eine Spur auf einem Display und/oder in einem Datenspeichermittel entsprechend der relativen Bewegung zwischen der besagten Spitze und der besagten Fläche wiedergegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem immer dann, wenn der Schnittpunkt und der charakteristische Punkt zusammenfallen, das Instrument als ein Utensil eingesetzt wird, indem die Spitze zum Auslöschen eines Teils einer durch die graphische Darstellung auf einem Display und/oder in einem Datenspeichermittel wiedergegebenen gezeichneten Spur von der Fläche verwendet wird, und zwar durch Entfernen eines entsprechenden Teils der graphischen Darstellung entsprechend der relativen Bewegung zwischen der besagten Spitze und der besagten Fläche.
Verfahren nach Ansprüchen 4 und 5, bei dem immer dann, wenn der Schnittpunkt und der charakteristische Punkt zusammenfallen, das Instrument als ein Utensil eingesetzt wird, indem eine Kombination aus Schreib-/Zeichenspitze an einem Ende des besagten Utensils und einer Löschspitze an dem entgegen gesetzten Ende des Utensils verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem immer dann, wenn der Schnittpunkt und der charakteristische Punkt nicht zusammenfallen, das Instrument als ein Zeiger eingesetzt wird, indem die proximale Spitze dazu verwendet wird, auf der Fläche auf den Schnittpunkt zu zeigen, und der Schnittpunkt auf einem Display der besagten Fläche durch eine entsprechende graphische Darstellung wiedergegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin umfassend das Richten eines von dem proximalen Ende ausgehenden Lichtstrahls auf den Schnittpunkt, und zwar während des Zeigens.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeder Übertragungspunkt einen Sender aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeder Übertragungspunkt eine Antenne aufweist, in die Strom von einem distalen Sender geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das übertragene Signal aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: – ein RF-Signal, – ein IR-Signal, – ein Ultraschallsignal.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend die Ermöglichung einer Bewegung der Fläche und/oder der Variierung ihrer Ausrichtung, ohne die erlangte Darstellung zu beeinträchtigen, und zwar durch Ausführen der folgenden Schritte: a) Empfangen von Übertragungen von zwei oder mehr Übertragungspunkten, die auf der Fläche und in jeder beliebigen räumlichen Ausrichtung angeordnet sind; b) Berechnen der räumlichen Koordinaten jedes Punktes auf der besagten Fläche in jeglicher Lage und räumlicher Ausrichtung; c) Erlangung von Informationen bezüglich jeglicher unerwünschter Veränderung in den Koordinaten des berechneten Schnittpunktes, die durch eine relative Bewegung und/oder eine relative Veränderung in der Ausrichtung der besagten Fläche hervorgerufen wird; und d) Ausgleichen der unerwünschten Veränderung vor der Anzeige der graphischen Darstellung.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Unterscheidung zwischen Schreib-/Zeichen- und Löschoperationen des Utensils durch die folgenden Schritte erfolgt: a) dem proximalen Übertragungspunkt, der sich der Schreib-/Zeichenspitze am nächsten befindet, einen eindeutigen Code zuordnen; b) dem distalen Übertragungspunkt, der sich der Löschspitze am nächsten befindet, einen eindeutigen Code zuordnen; c) Empfangen der besagten Codes von dem besagten proximalen und dem besagten distalen Übertragungspunkt und Berechnen der räumlichen Koordinaten derselben; d) Bedienen des besagten Utensils in dessen Schreib/Zeichenmodus immer wenn die dem besagten proximalen Übertragungspunkt näher liegende Spitze mit der Fläche zusammenfällt; und e) Bedienen des besagten Utensils in seinem Löschmodus immer wenn die dem besagten distalen Übertragungspunkt näher liegende Spitze mit der Fläche zusammenfällt.
Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: a) mit der proximalen Spitze oder mit der distalen Spitze auf die Fläche zeigen, so dass die angezeigte graphische Darstellung des Schnittpunktes mit einer anderen angezeigten graphischen Darstellung zusammen-fällt, wobei es sich bei der anderen angezeigten graphischen Darstellung um die Darstellung eines Objektes handelt; b) während man die besagte proximale Spitze oder die besagte distale Spitze auf den besagten Schnittpunkt gerichtet hält: Senden eines vorbestimmten charakteristischen Signals von einem oder mehr Übertragungspunkten; und c) Empfangen des besagten charakteristischen Signals in dem Satz von Empfängern und Auswählen des dargestellten Objektes als Antwort darauf.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend das Manipulieren der graphischen Darstellung des ausgewählten Objektes durch Ändern des Schnittpunktes.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Manipulation Maus-Operationen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Manipulation das Ausführen eines mit dem ausgewählten Objekt verknüpften Programms umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die räumlichen Koordinaten des Schnittpunktes erhalten werden durch Berechnen des Skalarproduktes aus einem ersten Vektor, der sich von einem gewählten Übertragungspunkt auf der Fläche zu einem anderen Übertragungspunkt auf der besagten Fläche erstreckt, und einem zweiten Vektor, der sich von dem besagten ausgewählten Übertragungspunkt auf der Fläche zu dem besagten Schnittpunkt erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei der die räumlichen Koordinaten des Schnittpunktes durch Ausführen der folgenden Schritte erhalten werden: a) Berechnen der Projektionen des ersten und des zweiten festen Abstandes auf einer ersten ausgewählten zweidimensionalen Ebene und Erhalten einer Koordinate, die einer Dimension der besagten ersten ausgewählten Ebene entspricht; und b) Berechnen der Projektionen des ersten und des zweiten festen Abstandes auf einer zweiten ausgewählten zweidimensionalen Ebene und Erhalten der zwei verblei benden Koordinaten, welche den Dimensionen der besagten zweiten ausgewählten Ebene entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die von dem Satz Empfänger empfangenen Daten in einer Fern-Station verarbeitet und/oder angezeigt werden, welche mit dem besagten Satz Empfänger über eine Datenübertragungsstrecke verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Fern-Station aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: – ein Faxgerät; – ein Computer; – ein Zellulartelefon.
verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Daten durch die Datenübertragungsstrecke über eine Telefonleitung und/oder ein Zellulartelefonsystem übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Daten durch die Datenübertragungsstrecke über ein E-Mail-System übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend die Charakterisierung der Handschrift eines spezifischen, das Schreib-/Zeichen-Utensil bedienenden Anwenders durch Ausführen der folgenden Schritte: a) Ermöglichen, dass sich die Spitze entlang der Achse bewegt, die mit der berechneten Geraden zusammenfällt, so dass die Verlagerung der besagten Spitze der Kraft entspricht, die der besagte spezifische Anwender auf die Zeichenfläche ausübt; b) Berechnen, in Echtzeit, der Koordinaten des charakteristischen Punktes während des Schreibens/Zeichnens auf der Zeichenfläche; und c) Charakterisieren des besagten spezifischen Anwenders durch Sammeln von Informationen bezüglich der von dem besagten spezifischen Anwender angewandten Kraft und/oder des Winkels, der zwischen dem Utensil und der Zeichenfläche gebildet wird, während der spezifische Anwender schreibt/zeichnet.
verfahren nach Anspruch 25, weiterhin umfassend die Charakterisierung des besagten spezifischen Anwenders durch Sammeln von Informationen bezüglich der kinematischen Eigenschaften des Utensils, während der spezifische Anwender schreibt/zeichnet.
verfahren nach Anspruch 1, bei dem wenigstens eine graphische Darstellung eine Drei-D-Darstellung ist.
verfahren nach Anspruch 1 oder 13, bei dem die Fläche weiterhin einen Kalibrierpunkt, dessen Koordinaten bekannt sind, umfasst, um die Genauigkeit der graphischen Darstellung zu verbessern.
verfahren nach Anspruch 1, bei dem wenigstens einer der ausgerichteten Übertragungspunkte ein virtueller Punkt ist, der durch wenigstens zwei nicht ausgerichtete Übertragungspunkte repräsentiert wird, und die räumlichen Koordinaten des virtuellen Punktes dadurch berechnet werden, dass der Satz Empfänger von den besagten wenigstens zwei Übertragungspunkten übertragene Signale empfängt und diese Signale verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, umfassend die Kalibrierung der Lage der Spitze durch Ausführen der folgenden Schritte: a) Anordnung von wenigstens drei Sendern an drei verschiedenen Übertragungspunkten entlang des Utensils; b) Anordnen der Spitze des Utensils an einem vorbestimmten Kalibrierpunkt, dessen räumliche Koordinaten bekannt sind; c) Berechnen des Abstandes jedes der Übertragungspunkte zu dem besagten Kalibrierpunkt durch Verwendung des empfangenen Signals von jedem der Sender; und d) Berechnen der räumlichen Koordinaten der besagten Spitze unter Verwendung des berechneten Abstandes jedes Übertragungspunktes zu dem besagten Kalibrierpunkt.