DE3143383A1

DE3143383A1 - Geraet zum gleichzeitigen schreiben und lesen des geschriebenen

Info

Publication number: DE3143383A1
Application number: DE19813143383
Authority: DE
Inventors: Torgny 72440 Västerås Brogårdh; Christer Dr.-techn. 72243 Västerås Ovrén
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1980-11-10
Filing date: 1981-11-02
Publication date: 1982-09-16
Also published as: US4475240A; SE449934B; JPS57111680A; SE8007873L

Description

ASEA Aktiebolag / Västeras, Schweden Gerät zum gleichzeitigen Schreiben und Lesen des Geschriebenen

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum gleichzeitigen Schreiben und Lesen des Geschriebenen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ,

Ein Engpaß bei der Anwendung computerbasierter Systeme ist die Kommunikation vom Menschen zum Computer, d.h, die Eingabe von Daten. Zur Zeit ist die Anwendung von Tastentableaus und verschiedenen Tastaturen dominierend. Diese Art der Dateneingabe hat jedoch den Nachteil, daß von der Bedienungsperson eine grosse Routine verlangt wird, um das System effektiv ausnutzen zu können. Außerdem bestehen Schwierigkeiten hinsichtlich einer gleichzeitigen effektiven Bearbeitung graphischer Informationen, Wegen dieser Schwierigkeiten befaßt man sich mit dor Entwicklung anderer Kommunikationsarten vom Menschen zur Maschine, wobei vor allem zwei Hauptarten zu nennen sind, die Sprecheingabe und die Handschrifteneingabe. Bei der Sprecheingabe ist das Eingabeglied ein Mikrophon, das ein gut entwickelter Geber ist. Für die Handschrifteneingabe gibt es eine große Anzahl von Vorschlägen dafür, wie die Bewegung, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Hand erfaßt werden können.

Das Schreibgerät der vorliegenden Erfindung gründet sich auf dem zum Beispiel aus der US-PS 3 182 291 bekannten Prinzip, einen speziell konstruierten Schreibstift zu verwenden, mit dem gleichzeitig geschrieben wird und das Geschriebene, also die hergestellte Beschriftung, gelesen wird, indem ein optischer Sensor die Richtung der Schriftlinie relativ zur Orientierung des Schreibstiftes abtastet. Bei den hierfür heute zur Verfügung stehenden technischen Lösungen ist das Detektorsignal stark abhängig von dem Abstand zwischen dem optischen Sensor und dem Material, auf dem geschrieben wird, von der Neigung des Schreibstiftes, dem Licht der Leselampen, dem Verschmutzungsgrad des Sensors usw. Wegen dieser Fehlerquellen werden extrem hohe Anforderungen gestellt hinsichtlich der Haltung des Schreibstiftes beim Schreiben in Bezug auf das zu beschreibende Material, hinsichtlich der Beleuchtungsbedingungen, hipsichtlich der Häufigkeit, mit welcher die Spitze des Schreibstiftes zu reinigen ist usw. Diese hohen Anforderungen haben bisher zur Folge gehabt, daß diese Geberart bei der Handschrifteneingabe keine größere Anwendung gefunden hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs .genannten Art zu entwickeln, bei welchem die im vorangehenden Absatz aufgeführten Schwierigkeiten beseitigt sind. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter-

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- 7 ~
ansprüchen genannt.

Mit modernen Optik- und Optoelektronikbauelementen, wie Laserdioden, Leuchtdioden, Fotodioden, optische Fasern, optische Verzweigungen und optische Interferenzfilter, die zu einem niedrigen Preis im Mikroformat und in großen Volumen zur Installation in schmalen, leichten und handlichen Schreibstiften, hergestellt werden können, wird entsprechend der Erfindung eine sehr genaue Erfassung der Richtung der Schriftlinie relativ der Orientierung des Schreibstiftes erreicht, ohne daß der Meßwert beeinflußt wird von der Entfernung zwischen dem Sensor und dem zu beschreibenden Material,- von der Neigung des Schreibstiftes, von dem Umgebungslicht, von der Verschmutzung der Schreibstiftspitze usw. Diese Genauigkeit der Erfassung erhält man dadurch, daß Anordnungen zur spektralen Selektion zwischen den beschriebenen Stellen des Materials und den unbeschriebenen Stellen des Materials verwendet werden. Somit wird die Schreibrichtung relativ zur Orientierung des Schreibstiftes dadurch gemessen, daß das Lichtabsorptionsspektrum, das Lichtreflexionsspektrura, das Lichttransmissionsspektrum und/oder die Lichtlumineszenz in mindestens einem Bereich an dem Punkt auf dem Medium abgetastet werden/wird, wo die Beschriftung stattfindet=

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1-3 schematische Darstellungen des grundlegenden Meßprinzips zur Abtastung der Richtung der Schreiblinie relativ zur Orientierung des Schreibstiftea _t

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau eines für die Erfindung verwendeten Schreibstiftes mit lichtleitenden Fasern zur Leitung von Licht zur Schreibstiftspitze hin und von dieser weg,

Fig. 5-7 Sensorprinzipien für die Abtastung des Lichtabsorptionsspektrums, des Lichttransmissionsspektrums und/oder des Lichtreflexionsspektrums des Materials und der Beschriftung,

Fig. 8 das Sensorprinzip bei der Abtastung der

Lichtlumineszenz des Materials und der Beschriftung,

ein Ausführungsbeispiel für eine komplette Anordnung zur Handschrifteneingabe in Computer, Ausführungsbeispiele für Detektoranordnungen bei einem Gerät gemäß der Erfindung, eine Anordnung zur optischen Stabilisierung einer Lichtquelle,

das Prinzip eines mit polarisiertem Licht arbeitenden Gerätes gemäß der Erfindung.

Im Prinzip enthält ein Gerät gemäß der Erfindung drei Hauptelemente, nämlich ein schreibendes Glied, einen Sensor und eine Elektronikeinheit. Mit dem schreibenden Glied wird ein Material beschrieben, wodurch mindestens eine physikalische oder chemische Eigenschaft des Materials an den beschriebenen Stellen verändert wird. Der Sensor tastet die Eigenschaft des genannten Materials ab und erfaßt während des ganzen Schreibvorganges

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Fig.	9-12
Fig.	13
Fig.	14
Fig.	15

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- 9 oder während einiger Teile desselben die Schreibrichtung auf dem Material im Verhältnis zu einer parallel zur Beschriftungsfläche des Materials verlaufenden Bezugsrichtung des schreibenden Gliedes. Das Sensorsignal wird dadurch ein mehr oder weniger genaues Maß für die Schreibrichtung im Verhältnis zu dem schreibenden Glied. Wenn die Schreiblinie mit früheren Schreiblinien zusammenfällt oder solche kreuzt, so ist das Sensorsignal auch ein Maß für die Richtung(en) dieser Schreiblinien relativ zum schreibenden Glied. Gleichzeitig erhält man eine signifikante Erfassung von zusammenfallenden oder sich kreuzenden Schreiblinien. Die Elektronikeinheit kann elektronische Glieder enthalten zur-Analyse des Verlaufes des Sensorsignals, wenn das schreibende Glied auf dem Material verschoben wird. Diese Analyse gründet sich auf bekannte Mustererkennungsmethoden und extrahiert aus dem Sensorsignal oder den Sensorsignalen die gesamte oder Teile der geschriebenen Information zur Wiedergabe in elektrischer, optischer oder mechanischer Form. Bei seiner Verwendung kann das schreibende Glied von Menschenhand geführt fS werden, wobei das schreibende Glied und der Sensor mechanisch miteinander verbunden sind. Der Erfindungsgegenstand kann beispielsweise ein Gerät zum gleichzeitigen Schreiben und Lesen von Geschriebenem sein, wobei die Beschriftung dadurch vorgenommen wird, daß die optischen Eigenschaften des Materials, auf dem geschrieben wird, an den beschriebenen Stellen verändert werden, wobei die Abtastung mit einem in das Gerät eingebauten optischen Detektorsystem erfolgt. Die spektrale Zusammensetzung des Lichtes kann analysiert werden, wobei sowohl Absorptions-, Transmissions- wie Lumineszenzspektren benutzt werden, um die Richtung, Breit«, Stärke und Krümmung; der Hlchi.unp; dvr .".ehm.! b-

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- 10 linien genau erfassen zu können.

Figur 1 zeigt ein Schreibgerät 1 zum gleichzeitigen Schreiben und Lesen des Geschriebenen 2, wobei das Schreiben dadurch geschieht, daß die optischen Eigenschaften des Materials 3, auf dem geschrieben wird, verändert werden, und das Lesen mit einer in dem Schreibgerät 1 eingebauten optischen Sensoranordnung erfolgt. An den beschriebenen Stellen (2) verändert sich die Lichtabsorption, die Lichtreflexion, die Lichttransmission, die Lichtpolarisation und/oder die Lichtlumineszenz des Materials 3. Das Schreiben erfolgt durch bekannte Techniken, beispielsweise durch Verwendung eines festen Stiftes aus Graphit, eines Filzoder Nylonstiftes für flüssiges Medium, eines Kapillarstiftes, Typ Füllfederhalter oder Tuschestift,eines Kugelschreibers in Verbindung mit einem flüssigen Medium, eines thermischen Stiftes, eines Tintenstrahls, Lichtstrahls oder eines Anreißstiftes. In der weiteren Beschreibung wird in den Figuren ein Stift nach Art eines Kugelschreibers (siehe Teil 6 in Figur 2) verwendet, doch kann im Prinzip in sämtlichen Fällen jeder beliebige andere Stift verwendet werden.

Um das Geschriebene während des Schreibens kontinuierlich lesen zu können, muß das Schreibgerät mit einem Fotodetektorsystem ausgerüstet sein, für das.Figur 2 ein Ausführungsbeispiel zeigt. Das Fotodetektorsystem 4 erfaßt gemäß dieser Ausführungsforrn das vom Material 3 reflektierte Licht, wenn die externe Lichtquelle 5 das Material 3 auf derselben Seite beleuchtet, auf der die Beschriftung erfolgt. Die Beschriftung 2 verändert

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das Reflexions, Absorptions-, Lumineszenz-, Polarisations- und/ oder Transmissionsvermögen des Materials. Um das veränderte Absorptions- und/oder Transmissionsvermögen besser ausnutzen zu können, kann die Unterlage des Materials reflektierend sein oder die Unterseite des Materials kann mit einer reflektierenden Schicht belegt sein. Wenn die externe Lichtquelle das Material auf der anderen Seite als der, auf der geschrieben wird, beleuchtet, kann das Fotodetektorsystem A die durch die Beschriftung verursachte Veränderung des Absorptions- und/oder Transmissionsvermögen des Materials 3.direkt messen. Die Beleuchtung des Material 3 von der anderen Seite kann dadurch geschehen, daß die Lichtquelle im Sinne von Figur 2 unter dem Material 3 angeordnet wird oder daß ein System aus beispielsweise Spiegeln, Prismen und/oder Lichtleitern verwendet wird. Das schreibende Teil ist in Figur 2 eine Kugel, die das Schreibmedium in richtigen Proportionen aus der Schreibmediumpatrone 7 herausbefördert.

Das Fotodetektorsystem k kann in verschiedener Weise ausgeführt sein. Figur 3 zeigt einige Ausführungsformen, wobei vom Material 3 her in Richtung der Längsachse des Schreibgerätes 1, 33 (Figur 2und 4)geblickt wird. Der Detektor 9 wird von einem Halter 8 getragen, der am Schreibgerät 1 an dessen Hülle und/oder dessen Patrone ¹J und/oder auf andere Weise befestigt ist.

In Figur 3a sitzt das kugelförmige Schreibteil 6 in der Mitte. Durch die Anbringung eines, zweier oder dreier weiterer Detektoren 10 - 1-2, die um das Schreibteil 6 gemäß Figur 3 b biu 3 d

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plaziert sind, kann man durch Veränderungen in der Schreibrichtung relativ zur Orientierungsrichtung des Gerätes eine größere Auflösung erhalten. Selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl von Fotodetektoren in einem Kreis um das Schreibteil angeordnet werden, wobei Fotodetektoren, in Form von Diodenreihen und/oder CCD-Kreisen aktuell werden können.

Mit dem Detektorsystem gemäß Figur 3 wird im wesentlichen die Schreibrichtung im Verhältnis zum Detektorsystem gemessen. Durch das Anbringen von Detektoren in verschiedenen Abständen in radialer Richtung von dem Schreibteil 6 (Kugelspitze) kann auch die Krümmung des Geschriebenen erfaßt werden. Ein Beispiel für ein entsprechendes Detektorsystem zeigt Figur 13. In Figur 13 a sind außer den Detektoren 9, 10, 11 und 12 vier äußere Detektoren 19, 20, 21 und 22 auf dem Halter 8 angeordnet, wobei beispielsweise ein gradliniger Schriftzug, der unter dem Detektor 9 entlang zieht, nur diesen beeinflußt, während ein nach oben kurvenförmiger Schriftzug auch den äußeren Detektor 22 beeinflußt.

Wenn das Gerät 1 von Menschenhand geführt werden soll, ist es wünschenswert, daß die Spitze des Gerätes mit der schreibenden und lesenden Anordnung so dünn wie möglich ist, damit das Geschriebene nicht verdeckt wird und das Gerät nicht zu unförmig wird, um es in der Hand zu halten. Für diesen Zweck können dünne lichleitende (optische) Fasern verwendet werden, was in Figur 4 gezeigt ist. Figur k zeigt ein stiftförmiges Schreibgerät 33, bei dem der eigentliche Schreibstift 34 von vier lichtleitenden

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Fasern 35 - 38 umgeben ist, die einen Durchmesser bis zu 10yU-vn hinunter haben können. Die Anzahl der Lichtleiter und deren Anordnung an dem Schreibstift kann im Rahmen des vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 13 über das Detektorsystem Gesagten in vielfacher Weise variiert werden.

Um das Leseergebnis von der Neigung der Patrone 7, der Länge des herausragenden Schreibstiftes 34, einer eventuellen Verschmutzung - usw. unabhängig zu machen, wird gemäß der Erfindung eine Spek-

tralanalyse des vom Material 3 kommenden Lichtes durchgeführt. Gemäß Figur 5 b erfolgt diese Spetralanalyse in der Weise, daß die vom Material 3 reflektierten Lichtstrahlen in zwei Teilstrahlen 67 und 68 aufgeteilt werden, von denen jeder auf seinem Weg zu dem ihm zugeordneten Detektor 71 bzw. 72 ein ihm zugeordnetes optisches Filter 69 bzw. 70 passiert. Figur 5 c zeigt ein Beispiel für die mögliche! spektralen Zusammenhänge. In dem Beispiel wird angenommen, daß die Lichtquelle 5 ein breites Emissionsspektrum 73 hat, daß das unbeschriebene Material 3 ein brultua Hoflektionsspektrum 74 hat, daß die mit Beschriftung 2 versehenen Stellen des Materials 3 ein schmaleres Reflektionsspektrum 75 haben, das einer Farbe entspricht, und daß die optischen Filter 69 und 70 schmale Transmissionsspektren 76 bzw. 77 haben. Wie aus Figur 5 c hervorgeht, ist das Signal vom Detektor 71 mit dem Filter 69 (Filtercharakteristik 6) praktisch unabhängig davon, ob der Strahl 67 von einer Reflektion an einer beschriebenen oder eine unbeschriebenen Stelle des Materials 3 herrührt. Dagegen wird das Signal des Detektors 72 sehr klein, wenn der Strahl 68 von einer Reflektion an einer beschriebenen oU-IU- üo.^c.;

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Materials 3 herrührt, da das Reflektionsvermögen einer beschriebenen Stelle in dem Wellenlängenbereich, den das Filter 70 (Filtercharakteristik 77) durchläßt, klein ist. Auf diese Weise kann das Signal vom Detektor 71 als Bezugssignal dienen.

Wenn die Lichtquelle 5 im Schreibgerät 1 angeordnet ist', ist es zweckmäßig, Leuchtdioden oder Laserdioden zu verwenden, wodurch man eine schmalbandige Beleuchtung erhält. Figur 6 b zeigt schematisch ein Beispiel für eine Lichtquellen- und Detektoran-Ordnung mit einer Leuchtdiode bzw. Fotodioden. In Figur 6 b werden dieselben Bezugszeichen wie in Figur 5 b benutzt, und es gell.i'D auch die; b«v/.Ußll ch der Figur 13 b gebrachten Ausführungen entsprechend . Die Figuren 6 c und 6 d zeigen zwei Beispiele für die zugehörigen spektralen Zusammenhänge. Auch hier werden die gleichen Bezeichnungen wie in Figur 5 c verwendet. Für die spektralen Zusammenhänge gibt es viele Varianten. Allen gemeinsam ist, daß sie die Erzeugung von mindestens zwei Detektorsignalen ermöglichen, von denen das eine, welches über das Filter 69 mit der <w Filtercharakteristik 76 erzeugt wird, in geringerem Maße als das andere Detektorsignal davon abhängig ist, ob an der abgetasteten TiLoIIe des Materials 3 eine beschriftete Stelle 2 vorhanden ist oder nicht. Wenn beide Detektorsignale in etwa gleichem Maße von dem Abstand zwischn Detektor und Material 3 abhängig sind, dann kann beispielsweise durch Quotientenbildung aus den beiden Detektorsignalen ein Signal gewonnen werden, daß allein davon abhängig ist, ob an der abgetasteten Stelle eine Beschriftung vorhanden ist oder nicht. Natürlich können mehr als zwei spektral empfindliche Detektoren verwendet werden, wobei das optische System eine mehr oder weniger avancierte Spektralanalyse des

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Materials 3 vernehmen kann.

Um eine Messung in mehr als einem Wellenlängenintorvall vornehmen zu können, können auch zwei oder mehrere Lichtquellen verwendet werden, was in Figur 7 veranschaulicht ist. Die Leucht-• dioden 78 und 79 mit den Emissionsspektren 89 bzw. ₉0 werden über den Schalter 80 abwechselnd an detn Stromspeiseglied 81 angeschlossen. Die Lichtstrahlen 82 und 83 treffen denselben Punkt _A auf dem Material 3, und ein Lichtstrahl 84, der in diesem Punkt reflektiert wird, enthält abwechselnd Licht von der einen oder anderen Leuchtdiode 78 und 79. Der Lichtstrahl 84 wird von einer Fotodiode erfaSt, deren Ausgangssignal abwechselnd, und zwar synchron mit den Umschalten der Lichtquellen 78 und 79 den Speichergliedern 87.und 88 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Speichergliedes 57 ist ein Maß für das vom Material 3 reflektierte Licht der Leuchtdiode 78, und das Ausgangssignal des Speichergliedes 88 ist ein Maß für das vom Material 3 reflektierte Licht der Leuchtdiode 79. Das System ist' also zeitmultiple-. ^ xiert. Natürlich kann auch eine Frequenzmultiplexierung angewendet werden. Ein Feispiel für die spektralen Zusammenhänge zeigt Figur 7 t. Die Leuchtdiode 78 emittiert das Spektrum 89 ., das sowohl vor. dem u-beschrifteten Material 3, welches das Reflektionsspek;rum 74 hat, als auch von der Beschriftung 2, welche das Reflectionsspektrum 75 hat, reflektiert. Das Spektrum 90 des von der Leuchtdiode 79 emittierten Lichtes wird so gewählt , daß da? Reflexionsvermögen 75 einer beschrifteten Stelle geringer ist Als das Beflektionsvermögen einer unbeschrifteten Stelle des Materials. 3. Die spektrale Empfindlichkeitskurve 91

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des Detektors verläuft in der Figur annähernd waagerecht. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, mehrere Lichtquellen mit verschiedenen Emissionsspektren mit mehreren Detektoren mit verschiedenen Empfindlichkeitsspektren zu kombinieren.

Wenn das Material 3 und/oder das-Geschriebene 2 auf dem Material lumineszieren, kann dies außer zur Verringerung der Empfindlichkeit des Lesesignals gegen Neigung, Stiftlänge, Verschmutzung usw. auch dazu benutzt werden, unerwünschte Reflexionen in beispielsweise der Kugelspitze zu verhindertn. Figur 8 zeigt ein Beispiel für eine optische Anordnung und spetrale Zusammenhänge. Die Leuchtdiode 78 sendet Licht 82 mit einem Spektrum 89 auf das Material 3. Es wird angenommen, daß das Material sowohl mit als auch ohne breite Beschriftung das gleiche Reflexionsvermögen hat. Das reflektierte Licht· der Leuchtdiode 78 wird jedoch vom Filter 92 zurückgehalten, welches die Transmissionskurve-96 hat. Infolgedessen ist das Signal des Detektors 85 sehr klein. Wenn die Beschriftung allerdings lumineszierende Stoffe enthält, so erhält man ein Lumineszenzspektrum 95, welches das Filter 92 ungehindert passiert und ein kräftiges Signal im Detektor 85 erzeugt.

Durch die Anwendung einer Spetralanalyse in irgendeiner Form gemäß den Figuren 5-8 erhält man eine genaue Messung der Beschriftung, durch die auch Variationen in der Breite und Stärke der Beschriftung erfaßt werden können. Die Breite der Registrierungen wird von den relativen Detektorsignalwerten zwischen den einzelnen Detektoren bestimmt, während die Stärke der Re-

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gistrierung von dem absoluten Wert der einzelnen Detektorsignale bestimmt wird.

Neben der Ausnutzung von üpoktra.1 on Uni vvim Ii i imUmi v.w i ;_u Ihmi (Um· Beschriftung 2 und dem unbeschrifteten Material 3 zur Vei'^rösserung der Lesegenauigkeit, ist es auch möglich, Polarisationsunterschiede gemäß Figur 15 auszunutzen. Das von der Leuchtdiode 78 emittierte Licht wird in einer Polarisationsanordnung 105 mit einer solchen Orientierung polarisiert, daß vom unbeschriftoten Material 3 nahezu keine Reflektionen mehr ausgehen. Wenn dann die Reflektionseigenschaften der Beschriftung 2 von der Polarisationsrichtung unabhängig sind, so wird Licht, welches auf eine beschriftete Stelle fällt, zu dem Detektor B5 roHoktiorl .

In allen Fällen, in denen eine genaue optische Erfassung go fordert wird, müssen die optischen Bauteile temperaturstabilisiert sein. Außerdem müssen die Lichtquellen optisch stabilisiert werden, was durch eine optoelektrische Rückführung nach Art der Figur 14 geschehen kann. Dabei wird ein Teil des Lichtes der Leuchtdiode 78 einem Detektor 106 zugeführt, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker 107 einem Sumrnierungsglied 108 zugeführt wird, in welchem ein Vergleich mit einem Bezugswert V ~ stattfindet '. In Abhängigkeit der Rcgo I abweicbunp; wirrl da:'. Stromspeiseglied 110 der Leuchtdiode 78 übur einen Regln· 10<J gesteuert.

Im Folgenden wird die Gesamtfunktion des Gerätes 1 , 33 nühor beschrieben, wobei von einer Ausführungsform gemäß Figur· Λ ;ui:;grgangen wird, welche mit einem Schreibstift 34 versehen ist, der

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von vi <..·)· üyiumctriuch eingeordneten lichtleitenden Fasern 35 - 38 umgeben ist (siehe Figur 4 c). Figur 9 zeigt ein Beispiel für eine optische.· Anordnung mit vier optischen Fasern. Zwei Leuchtdiodenchips 111 und 112 sind auf einer Kühlplatte 113 angeordnet und an die Kontakte 114 bzw. 115 angeschlossen. Licht von den Leuchtdiodenchips 111 und 112 wird den vier Fasern 116, 117, 118 und 119 zugeführt und über die Faserverzweigungen 124, 125, 126 und 127 in die Fasern 35, 36, 37 bzw. 38 geleitet. Das von dem Material 3 in die Fasern 35 - 38 zurückreflektierte Licht wird zu einem Teil über die Verzwexgungen 124 - 127 und die Fasern 120 bis 123 zu den Fotodioden 128 bis 131 geleitet. Diese sind in dem Ausführungsbeispiel auf einem einzigen Halbleiterkristall 140 integriert, auf welchem zugleich Leitungsbahnen vorhanden sind, mit deren Hilfe die vier Fotodioden an die Kontakte 141 - 144 angeschlossen sind. Um zu verhindern, daß Licht von den Leuchtdioden 111 und 112 direkt zu den Fotodioden 128 131 hinüberdringt, 'ist ein Schirm 145 vorgesehen.

Leucht- und Fotodioden sind an eine Elektronikeinheit angeschlossen, für die Figur 10 ein Ausführungsbeispiel zeigt. Zwei Oszillatoren 146 und 147 mit verschiedenen Frequenzen f.. und f„ spci- :;ι·π lib«·)· ili<· .'".I ι·οιιιγ.|η> i naß I i rdiT 14Ο b/.w. 149 die l.iiuc.litcl i ndi-ii 111 bzw. 112. Die Emissionsspektren der Leuchtdioden sind unterschiedlich, und zwar so bemessen, wie es oben anhand von Figur 7 beschrieben wurde. Die Signale der Fotodetektoren 128 131 werden in den Verstärkern 150 - 153 verstärkt und in den Gliedern 154 - 161 in zwei Komponenten mit den Frequenzen f.

und fp zerlegt und demoduliert. Um Signale S1 - S4 zu erhalten,

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die gegenüber der Neigung des Schreibgerätes kompensiert sind (siehe Figur 4) wird für jeden Detektorkanal der Quotient aus den beiden Signalkomponenten in einem Quotientcnbilder 161 ä, 162, 163 bzw. 164 gebildet. Um die kompensierten Detektorsinnale in einer digital arbeitenden Anordnung aur.wertfii :m ΙοΊπιημι , ist ein Analog/Digital-Wandler 172 vorhanden, der an ein uanip-U¹- and hold-Glied 169 angeschlossen ist, welches in zyklischer Reihenfolge die Signale SI - SA über Schalter 165 - 168 abliest, welcher von einem Ringzähler 170 gesteuert werden. Ein sarnple- and hold-Glied ist ein Glied, welches den einmal an seinem Eingang vorhanden gewesenen Wert speichert und als Ausgangsgröße abgibt. Sobald eine neue Eingangsgröße erscheint, wird diese statt der bisherigen gespeichert und am Ausgang abgegeben. Die Parallel/Reihen-Umwandlung wird ebenso wie der Ana] op;/D.i r.i ta J Wandler von einem Taktgeber 171 gesteuert.

Figur 11 zeigt die Verläufe der Signale S1 -SA, wenn die Ziffer "Drei" (siehe Figur 11 a) bzw. die Ziffer "Acht" (siehe Figur 11 b) geschrieben wird. P1 - Γ8 bezeichnen einige beliebig gewählte Stellen beim Schreiben der vergrößert dargestellten Ziffer "Drei". In gleicher Weise bezeichnen P1 - P11 einige Stellen beim Schreiben der Ziffer "Acht". "Down" bezeichnet den Zeitpunkt, in welchem das Schreibgerät auf das Material aufge- ; setzt wird. "Start" bezeichnet den Zeitpunkt der, SchreibiO^i nn.?,. "Stop" bezeichnet den Zeitpunkt, in welchem das Schreiben beendet ist. "Lift" oder "Up" bezeichnet den Zeitpunkt, in welchem das Schreibgerät vom Material 3 abgehoben wird.

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Zur· Analyse der Signale SI - S 4 mit dem Ziel, die geschriebenen Zahlen, Buchstaben oder Symbole zu identifizieren, wird eine Elektronikeinheit verwendet, für die Figur 12 ein Ausführungsbeispiel zeigt. Die analogen Signale S1 - S4 werden von den Analog/Digital-Wandlern 173 - 176 in digitale Signale umgewandelt. (Im Gegensatz zu der Elektronikeinheit nach Figur 10 wird hiei¹ also keine Parallel/Reihenumwandlung vorgenommen.) Die digitalen Signale werden von je einem Prozessor PRGC1 pro Kanal verarbeitet. Diese parallele Verarbeitung kann notwendig sein, um das Geschriebene 2 in Realzeit zu analysieren. Die Prozessoren 177 - 180 sind untereinander identisch. Sie ent- . nehmen den Signalen besondere Merkmale, wie beispielsweise Zeitpunkte für Signalminima, Größe und Breite der Signalminima sowie eventuell Zeitpunkte für Start und Stop des Schreibens. Für Letzteres kann ein zusätzliches Signal S5 (siehe Figur 10) erforderlich sein. Die Parameter für die Merkmale der Signale werden nach und nach in den Speichern RAM1 181 - 184 gespeichert. V/enn eine Ziffer usw. geschrieben und mit der nächsten begonnen worden ist, liest der Prozessor PROC2 (185) die Parameterwerte aus den Speichern 181 - 184 ab und vergleicht diese mit den Re-IVri-ii/.wiTl rn, dio im ,".fUMChct¹ ΗΛΜ2 (186) gespeichert sind. Wenn die geschriebene Ziffer usw. identifiziert wird, wird sie über die J/Ü-Kinheit 187 ausgesandt, und gleichzeitig kann die statistische Streuung der Parameteraufstellung der Referenz eingegeben werden.

Bei einer Referenzspexcherung arbeitet das System in gleicher Weise, nur mit dem Unterschied, daß die geschriebene Ziffer usw.

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definiert werden muß, z.B. durch Information an den Prozessor PRO.C2 von beispielsweise einem Computer über die I/O-Einhedt 187· Natürlich kann die Referenzspeicherung dadurch geschehen, daß die Bedienungsperson auf dein Mal.rr.in.1 3 citu" v(ir'b(<:;t 1 mint r , im Speicher RAM2 (186) gespeicher'te Zeichenfolge schreibt .

Die vorstehend beschriebenen Anordnungen können im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

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Claims

Patentansprüche

1.)Gerät (1, 33, Figur 4a) zum gleichzeitigen Schreiben und Lesen des Geschriebenen (2) mit mindestens einem schreibenden Glied (34, Figur 4b) zum Schreiben auf einem Material (3) und mit mindestens einem optischen Sensor (35-38),- der mindestens eine optische Eigenschaft des Materials (3) abtastet, wobei das schreibende Glied die genannten Eigenschaften des Mater rials (3) verändert und wobei der optische Sensor (35-38) die Richtung des Geschriebenen (2) relativ zur Orientierung des Gerätes (33) abtastet, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der genannten optischen Eigenschaft des Materials (3) um das Lichtabsorptionsspektrum, das Lichtreflexionsspektrum, das Lichttransmissionsspektrum, die Lichtpolarisation und/oder- die Lichtlumineszenz des Materials handelt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor (35-38) das Lichtabsorptions-, das Lichtreflexions- und/oder das Lichttransmissionsspektrum des Materials in mindestens zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen (76, 77, Figur 6c) abtastet und daß die dabei gewonnenen Detektorsignale einer Berechnungseinheit·(Figur 5) zugeführt werden, die beispielsweise mittels Quotientenbilder (161-164) oder Regelkreise einen Meßwert bildet, der von dem Abstand des Gerätes vom Material (3) und/oder von der Neigung des Gerätes im Verhältnis zum Material (3), von .Storlicht,

von Instabilitäten der Lichtquellen und der Optik, von Verschmutzung des Sensors usw. unabhängig ist.

J. (k'rül. nach Anupruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor (35-38) die Lichtlumineszenz (die Phosphoreszenz) des Materials (3) abtastet und daß die Abtastung in einem der Lumineszenz entsprechenden Wellenlängenbereich derart stattfindet, daß der gewonnene Meßwert von dem Abstand des Gerätes vom Material (3) und/oder von der Neigung des Gerätes im Verhältnis zum Material (3), vom Störlicht, von Instabilitäten der Lichtquellen und der Optik usw. weniger abhängig ist.

A. Gerät nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mindestens eine Lichtquelle (78) zur Anregung von Lumineszenz im Material (3) sowie mindestens einen Fotodetektor (85) enthält, der mit mindestens einem optischen Filter (92) versehen ist, welches das Lumineszenzlicht (93) in stärkerem Maße als das Anregungslicht (9A) zu dem im Sensor befindlichen Fotodetektor (85) hindurchläßt.

5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mindestens zwei Gruppen von Fotodetektoren (71, 72, Figur 6b) enthält, die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeitbereiche. haben und/oder mit optischen Filtern (69, 70) mit unterschiedlichen Transmissiönsspektren und/oder Reflexionsspektren versehen sind, und/oder daß der Sensor mindestens zwei Lichtquellen (78, 79, Figur 7a) mit unterschiedlichen Emissionsspektren (89, 90, Figur 7b) ent-

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hält, wobei diese Lichtquellen zeit- oder frequenzmultiplexiert betrieben sind.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor Glieder zur Lichtpolarisierung (105, Figur 15) enthält und daß das schreibende Glied das Lichtsignal vom Material (3) zum Sensor in unterschiedlichem Maße depolarisiert und/oder polarisiert, wodurch die Abtastung von dem Abstand des Gerätes zum Material (3), von der Neigung, dem Störlicht usw. weniger abhängig wird.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t, daß die Lichtquellen Leuchtoder Laserdioden sind, die thermisch und/oder optisch stabilisiert sind.

8. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichn et, daß das Gerät mit einem optoelektronischen System versehen ist, das aus mindestens zwei Leucht- oder Laserdioden (111, 112) mit unterschiedlichen Emissionsspektren, mindestens einer optischen Faser (35-38), die mit mindestens einer optischen Faserverzweigung (124-127) versehen ist, und mindestens einer Fotodiode oder einem Fototransistor (128-131) ^besteht, daß Licht von den genannten Lichtquellen (111, 112) .in die optischen Fasern (35-38) geleitet wird und daß reflektiertes Licht vom Material (3) über die Fasern (35-38) und die Verzweigungen (124-127) zu den Fotodetektoren (128-131) geleitet wird.

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9. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät mit einem optoelektronischen System versehen ist, das aus mindestens einer Leucht- oder Laserdiode (111, 112), mindestens einer optischen Faser (35-38), die mit mindestens einer optischen Faserverzweigung (124-127) versehen ist, und mindestens zwei Fotodioden oder Fototransistoren (128-131) mit unterschiedlichen Empfindlichkeitsspektren besteht, daß Licht von der genannten Lichtquelle (111, 112) in die optischen Fasern (35-38) geleitet wird und daß reflektiertes Licht vom Material (3) über die Fasern (35-38) und die Faserverzweigungen (124-127) zu den Fotodetektoren (128-131) geleitet wird.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente (4) untereinander relativ zum schreibenden Glied (6, 7) so angeordnet sind, daß die Beschriftung in mindestens zwei verschiedenen Abständen von dem schreibenden Glied (Figur 13) derart abgetastet wird, daß beispielsweise sowohl die Richtung wie die Krümmung der Schriftlinie relativ zum Sensorelement (4) erfaßt wird.

11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Sensorelemente einer Elektronikschaltung (Figur 10) zur Messung der Breite und/oder Stärke der Schriftlinie zugeführt werden.

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