Die Erfindung betrifft ein Schreibgerät, mit dem handschriftlich Text oder Zeichen auf eine Schreibunterlage aufgetragen und gleichzeitig oder alternativ maschinentechnisch erfasst werden und dann einer Recheneinheit zur Verarbeitung übermittelbar sind.

In der WO 02/39373 AI wird ein Schreibstift zum digitalen Erfassen von handgeschriebenen Zeichen oder Texten vorgeschlagen, bei dem eine Infrarot-Kamera in oder am Stift genutzt wird, um die Position des Stiftes beim Schreiben innerhalb eines Musters auf dem Papier zu erfassen. Die so gewonnenen Daten werden funktechnisch an einen Computer übermittelt und können zur digitalen Rekonstruktion der handgeschriebenen Texte oder von Zeichen genutzt werden.

Die DE 10 2008 015 652 AI verbessert diesen Schreibstift dadurch, dass die Schnittstelle zur Übermittlung der Daten an eine externe Verarbeitungseinrichtung als Mobilfunk- Schnittstelle zur Übermittlung der Daten über ein zellulares Mobilfunknetz ausgebildet ist.

Als Erfassungssysteme der Bewegung des Schreibstiftes sind weiter Beschleunigungssensoren im Stift oder Funk- oder ultraschallbasierte Triangulationsvorrichtung bekannt. Derartige Beschleunigungssensoren, die die beim Schreibvorgang gemachten Bewegungen in ein elektronisches Signal umwandeln, sind in der W099/22338 AI beschrieben.

Aus der WO 00/31682A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von geschriebenen oder gekennzeichneten Informationen bekannt, die über Mittel zur fortlaufenden Bestimmung der Position des Schreibgerätes auf der Schreibunterlage verfügt. Als Mittel für die fortlaufende Bestimmung werden Beschleunigungssensoren genutzt und für die absolute Bestimmung ein optoelektronischer Sensor, der ein barcodeähnlichen System der Schreibunterlage ausliest .

Letztlich soll noch auf die DE 10 2006 059 659 B4 verwiesen werde, die eine Hough-Transformation nutzt, um einzelne Schriftzeichen zu erkennen.

Die benannten technischen Lösungen benötigen neben dem Schreibgerät weitere Komponenten, die die Verwendung des Schreibgerätes als solches stark einschränken. Die eigentliche Schreibfunktion tritt zurück.

Auf Beschleunigungsbasis arbeitende Schreibgeräte sind nicht anwendbar, da sie nicht zwischen statischer und dynamischer Beschleunigung unterscheiden können und auch nicht zwischen einer Schreib- und einer Nichtschreibbewegung .

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die geschriebenen Buchstaben und Zeichen nicht in Druckform vorliegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Funktionen des Handschreibgerätes, nämlich Zahlen, Buchstaben usw. auf eine Schreibunterlage aufzubringen, mit einer Erkennung des Geschriebenen mit Komponenten innerhalb des Schreibgerätes zu verbinden und in Druckform aufzubereiten.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Vorrichtungsmerkmalen des Anspruches 1. Ein Verfahren beschreibt Anspruch 21. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen . Erfindungsgemäß wird eine Schreibeinrichtung vorgeschlagen, bei der als Schreibvorrichtung ein Stift vorgesehen ist, der in einem Gehäuse angeordnet ist und der bei der

Schreibbewegung der Hand eine der Schreibbewegung folgende Auslenkung erfährt, die mittels im Gehäuse angeordneter Sensoren berührunglos erfasst und in Form von Spannungsverläufen einer elektronischen Verarbeitungseinrichtung zur Erkennung und Darstellung der geschriebenen Elemente in Druckform zugeleitet wird, wobei zur Erfassung der Auslenkung des Stiftes optische oder optoelektronische Sensoren und/oder induktive und/oder kapazitive Sensoren im Gehäuse am Stiftumfang angeordnet sind.

Geschriebene Elemente können Buchstaben, Zahlen oder auch andere Zeichen sein, nachfolgend als Buchstaben bezeichnet.

Der Stift kann ein Blindstift sein, d. h. er enthält keine Substanz, die beim Schreiben auf ein Papier aufbringbar ist oder es kann sich z.B. um eine Kugelschreibermine oder eine Bleistiftmine handeln, mit der sichtbar auf einem Blatt Papier geschrieben werden kann.

In beiden Fällen kommt eine Sensorik zum Einsatz, die die Auslenkung des Stiftes beim Schreiben berührungslos erfasst, wobei mittels der gewonnenen Daten die Buchstaben identifiziert und dann in Druckbuchstaben transformiert werden, die gespeichert oder direkt an einen Empfänger übermittelbar sind. Dazu sind im Gehäuse entsprechende Ver- arbeitungs- und Übertragungsmittel vorzusehen.

Durch die vorgesehene Berührungslosigkeit der Sensorik wird verhindert, dass Gelenke, Führungen etc. durch die zu überwindende Haftreibung die Erkennungsempfindlichkeit herabsetzen oder sogar unmöglich machen.

Die Erfassung der Auslenkung des Stiftes setzt natürlich voraus, dass mit dem Stift auf einer Unterlage geschrieben wird - sichtbar oder nicht sichtbar -, um eine Auslenkung zu erhalten.

Die zur Erfassung der Auslenkung des Stiftes eingesetzten Sensoren sind im Gehäuse am Stiftumfang angeordnet, vorzugsweise in einer Querschnittsebene des Gehäuses und senkrecht dazu.

Anordnung in einer Querschnittsebene, bedeutet nicht nur in einer einzigen Querschnittsebene, sondern umfasst auch einen Bereich (b) , in dem viele Querschnittsebenen parallel zueinander liegen.

Am Stiftumfang im Sinne des Gebrauchs in dieser Beschreibung bedeutet unmittelbar am Umfang und/oder auch einen geringen Abstand zum Umfang des Stiftes aufweisend. Zweckmäßigerweise ist ein Sensorteil direkt am Umfang oder an einer den Umfang umspannenden Hülse angeordnet und ein zweiter Sensorteil beabstandet am Gehäuse, so dass z. B. die Veränderung des Abstandes zwischen diesen Sensorteilen als Signal zur Auswertung zur Verfügung steht.

Bei einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass zur Erfassung der Auslenkung des Stiftes in der

Querschnittsebene und senkrecht dazu an diesem oder an einer diesen umschließenden Hülse Flags angeordnet sind, vorzugsweise symmetrisch, die jeweils in eine Lichtschranke eingreifen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind am Umfang, vorzugsweise an einem den Stift entlang umfassenden als Hülse ausgebildeten Elektrodenträger mehrere Elektroden angeordnet und von diesen beabstandet im Gehäuse weitere Elektroden, so dass bei Einspeisung eines Wechselstromes in die Elektroden des Elektrodenträgers sich bei den gegenüberliegenden Elektroden, oder umgekehrt, ein kapazitiver Übersprechstrom einstellt, der und dessen Veränderungen ein Maß für die Auslenkung in der Querschnittsebene und senkrecht dazu sind und verarbeitet werden.

Dabei weisen vorteilhafterweise die ringförmig angeordneten inneren und äußeren Elektroden einen Versatz (oc) in der Querschnittsebene zueinander auf, so dass bei einer umlaufenden Messwertabfrage auch auf die Bewegungsrichtung geschlossen werden kann.

Vorteilhafterweise ist auch bei den Elektroden, die die Auslenkung in senkrechter Richtung zur Querschnittsebene messen, also in Längsrichtung, ein Versatz (a) zueinander vorgesehen, um auch hier auf die Bewegungsrichtung schließen zu können.

Eine weitere Ausführung sieht vor, dass das Mittel zur Erfassung der Bewegung des Stiftes ein an die Bewegung des Stiftes gekoppelter Sensorchip ist, der einen im Gehäuse angeordneten Lichtfleck erfasst oder umgekehrt, dass der Lichtfleck der Bewegung des Stiftes folgt und durch einen Sensor erfassbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführung ist die Ablenkung des Lichtflecks in Chipebene durch die Verschiebung des erfass- ten Schwerpunkts in zwei Achsen ermittelbar. Eine Erfassung der Stiftbewegung in drei Raumachsen wird erreicht, indem die Ablenkung der Lichtquelle senkrecht zur Chipebene durch die Aufweitung des Lichtflecks ermittelbar ist .

In einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass der Sensor-Chip mehrere fotoempfindliche Teilflächen aufweist, die auf dem Chip auswertbar sind.

Der Lichtfleck selbst ist durch eine LED-Strahlung parallel zur Stiftachse zwischen Stift und Wandung im Gehäuse erzeugbar .

Eine vorteilhafte Anordnung des Sensor-Chips erfolgt in der Querschnittsebene des Gehäuses zwischen Stift und

Gehäusewandung .

Für die Lagerung des Stiftes sind insbesondere zwei Formen vorgesehen, die sich in der Messwertauswertung unterscheiden .

Bei einer ersten Ausführung ist der Stift am Ende im Gehäuse fixiert und pendelt bei der Schreibbewegung innerhalb eines Kegels, dessen Spitze der Drehpunkt ist und dessen Grundfläche durch die kreisförmige Gehäuseöffnung, durch die der Stift nach außen tritt, bestimmt wird. Bei einer bevorzugten Ausführung ist in dieser Gehäuseöffnung noch ein Weichkunststoffring angeordnet.

Die maximale Auslenkung findet somit im Bereich der

Gehäuseöffnung statt, so dass die Sensoren vorzugsweise in diesem Bereich angeordnet werden. Bei einer anderen Ausführung wird die Gehäuseöffnung als Drehpunkt (Ring) genutzt, so dass der Stift innerhalb eines Kegels bewegbar ist, dessen Grundfläche durch einen

Gehäusebereich, der am Ende des Stiftes im Gehäuse liegt, wo somit auch die größte Auslenkung vorhanden ist, bestimmt wird. Bevorzugt ist der Stift hier zentrisch weich federnd abgestützt, z.B. in einem hochelastischen Schaumstoff angeordnet .

Natürlich wäre auch eine Kombination aus den beiden vorgenannten Varianten möglich. Dann müsste der Stift aber nicht starr, sondern stark elastisch verformbar sein, da er im Gehäuse einer Biegung unterliegen würde.

Neben der sichtbaren Schreibfunktion z. B. auf einem Blatt Papier, verfügt dieses Schreibgerät somit zusätzlich über die Erkennungsfunktion und die Funktion der Umsetzung der erkannten Buchstaben in Druckform.

Erfindungsgemäße Schreibeinrichtungen und die Funktionsweise sollen anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Schreibeinrichtung mit Erfassung der

Auslenkung einer Kugelschreibermine mit optoelektronischen Mitt

Fig. 2 a - d eine Schreibeinrichtung mit Erfassung der

Auslenkung der Kugelschreibermine mit kapazitiven Mitteln,

Fig. 3 die bevorzugten Minenanordnungen im Gehäuse Fig. 4 die Zuordnung von Schreibbewegungen zum

Schreibminenversatz und Fig. 5 ein Blockschaltbild der Elektronik zur

Auswertung der Sensorsignale.

Fig. 1 zeigt eine Schreibeinrichtung in Form eines Kugelschreibers, bei der eine Erfassung der Auslenkung des Stiftes 2, hier der Schreibmine, mit optoelektronischen Mitteln zur Buchstabenerkennung genutzt wird.

Das Gehäuse 1 des Kugelschreibers besteht aus festem Material zum Beispiel Hartkunststoff. Die Festigkeit ist zur Vermeidung mechanischer Spannungen erforderlich, welche z. B. durch das Handling mit dem Kugelschreiber auftreten und sich auf die Minenpositionen übertragen könnten.

Am Austritt wird die Kugelschreibermine 2 durch einen

Ring 6 aus Weichkunststoff geführt, dessen Härtegrad einen Versatz der Kugelschreibermine 2 um ca. +/- 0,2 mm bei normaler Schreibtätigkeit zulässt. Dies entspricht der Auslenkung bei üblichen Kugelschreibern.

Etwa im Griffbereich sind am Gehäuse 1 des Kugelschreibers innenseitig vier um 90° versetzte Gabellichtschranken 5 angebracht, die derart positioniert sind, dass der Gabelspalt in Längsrichtung des Kugelschreibers liegt. Der Versatz der Kugelschreibermine 2 bei Bewegung wird über Flags 4, die sich auf einem Führungsrohr 3 für die Kugelschreibermine 2 befinden, in die Lichtschranken 5 übertragen.

Das Führungsrohr 3 weist eine trichterförmige Öffnung auf, durch welche die Kugelschreibermine 2 herein- und herausgeschoben werden kann. Zwischen dem Führungsrohr 3 und der Kugelschreibermine 2 sollte keinerlei Spiel entstehen, da hierdurch die Abstandsinformation verfälscht würde. Um einen engen Verschluss sicherzustellen, ist der Radius der Führung 8 etwas auf Untermaß ausgelegt und in Längsrichtung der Führung 8 ein Spalt vorgesehen, durch welchen sich beim Herein- und Herausschieben der Kugelschreibermine 2 das leicht elastische Kunststoffmaterial etwas aufweitet und sich der Kugelschreibermine 2 anpasst.

Die Führung sollte einerseits möglichst weich in dem Gehäuse 1 des Kugelschreibers gelagert sein, um die Bewegung zwischen Kugelschreibermine 2 und Lichtschranken 5 nicht zu dämpfen, anderseits sollte die Lagerung eine solche Festigkeit aufweisen, dass sie dem Herein- und Herausschieben der Kugelschreibermine 2 standhält.

Ein elastischer Führungsring 7 für die Kugelschreibermine 2 im hinteren Teil des Gehäuses 2 des Kugelschreibers, der ebenfalls auf möglichst enge Passung ausgelegt ist, bildet den Drehpunkt 17 der Hebelanordnung: Kugelschreibermine / Schreibkraft .

Die Elektronik, eventuell ein Kontrolldisplay, die Bedienelemente und ein Außenanschluss befinden sich in einer leichten Verdickung am Ende des Kugelschreibers und sind nicht dargestellt.

Die Grundkonzeption gewährleistet bei gewohntem Umgang mit dem Kugelschreiber die für die Funktionalität erforderlichen Bedingungen bezüglich Bewegungsübertragung und Positionierungsgenauigkeit von Kugelschreibermine 2 und Lichtschranken 5. Die Kraft, die zum Schreiben aufgewendet wird, besteht aus einer Vertikalkomponente für den Andruck des Kugelschreibers auf die Schreibunterlage und einer Horizontalkomponente für die Schreibbewegung in Längs- und Querrichtung.

Beide Kräfte führen zu einem Versatz der Kugelschreibermine 2 gegenüber dem Spulenkörper der Lichtschranken 5.

Durch die Veränderung des Kugelschreiberminenversatzes aufgrund der Bewegung kann auf die Schrift geschlossen werden. Auch besteht ein Einfluss des Schreibwinkels auf den Kugelschreiberminenversatz.

Zwischen den Kräften, dem Schreibwinkel und der Schrift bestehen folgende Zusammenhänge:

^■ Die Andruckkraft bewirkt bei 90° Schreibwinkel einen Kugelschreiberminenversatz in Längsrichtung, also bezogen auf den Kugelschreiber nach hinten gerichtet. Bei abnehmendem Schreibwinkel teilt sich diese Kraft auf und bewirkt neben der Verschiebung nach hinten auch eine Positionsänderung nach oben (bezogen auf den Kugelschreiber) .

^■ Eine Schreibbewegung in Längsrichtung bei 90° Schreibwinkel bewirkt einen Kugelschreiberminenversatz nach oben bzw. unten, je nach Schreibrichtung. Bei abnehmendem Schreibwinkel teilt sich diese Kraft in Längs- und Vertikalrichtung auf die Kugelschreibermine bezogen auf und bewirkt zusätzlich eine Verschiebung nach oben bzw. unten.

■ Eine Schreibbewegung in Querrichtung führt unabhängig vom Schreibwinkel zu einem Kugelschreiberminenversatz seitlich zum Kugelschreiber. Da ein Einfluss auf die Buchstaben durch die Andruckkraft nur in Längsrichtung auftritt, lässt sich dieser Einfluss durch den Gesamtverlauf der Kugelschreiberminenverschiebung erkennen und korrigieren.

Die Erkennung der Kugelschreiberminenposition erfolgt bei dieser optoelektronischen Methode über Gabellichtschranken 5. Bei Positionsverschiebungen bis ca. 0,2 mm kann eine Toleranz der Flags 4 von ca. +/- 0,4 mm gegenüber der Mittelposition zugelassen werden. Aus mechanischer Sicht ist die Einhaltung dieser Forderung unkritisch.

Bei einem Ausgangsspannungsbereich der Lichtschranke 5 von 5 V ergibt sich bei der maximalen Positionsänderung von 0,2 mm ein Signal der Größe ca. 0,7 V. Die mittlere Spannung bei Schreibtätigkeit liegt bei ca. 150 mV. Durch eine Verstärkung von ca. 26 dB werden die Ausgangssignale der Lichtschranken 5 in dem Volt-Bereich angehoben, sodass sie zur anschließenden digitalen Verarbeitung geeignet sind.

Ein weiterer Gesichtspunkt für die Eignung von Lichtschranken 5 ist deren ausgeprägte Richtcharakteristik. Bei der gewählten Anordnung entsteht nur bei einer Flagänderung in der Längsebene des Lichtspaltes eine Änderung des

Lichtdurchtritts jedoch nicht bei Änderung der Flagposition in Vertikalrichtung.

Anhand der Fig. 2 a - d soll die Funktionsweise der Buchstabenerkennung bei einem Kugelschreiber gezeigt werden, der mit Sensoren arbeitet, bei denen gemessene kapazitive Übersprechströme die Messsignale bilden.

Fig. 2a zeigt die Sensorlage im Gehäuse 1 mit der Kugelschreibermine 2. Die Sensoren befinden sich im Austrittsbereich der Kugelschreibermine 2 aus dem Gehäuse 1. Es wurde die Querschnittsebene 10 und die Senkrechte dazu, die Kugelschreiberlängsrichtung 13, markiert.

Anordnung in der Querschnittsebene 10 umfasst dabei den Bereich b, in dem viele Querschnittsebenen parallel zueinander liegen.

Weiter wird gezeigt, dass auf der Mine 2 ein Träger 9 für die am Umfang der Mine 2 angeordneten Elektroden 11.1, 14.2 und ein Träger 15 für die gehäuseseitigen Elektroden 11.2,

14.1 angeordnet sind.

Fig. 2b zeigt die Anordnung der Elektrodenpaarungen 11 zur Erfassung der Bewegung in der Querschnittsebene 10. Mittig befindet sich die Mine 2 und außen das Gehäuse 1 mit dem Elektrodenträger 15.

Auf der Mine 2 ist in Form einer Presspaarung der Träger 9 für die am Minenumfang angeordneten Elektroden 11.1 angeordnet. Vorgesehen sind hier vier auf dem Umfang des Trägers 9 symmetrisch und beabstandet zueinander angeordnete Elektroden 11.1. Der Träger 9 hat hier die Form einer geschlitzten Hülse.

Versetzt um einen Winkel α zu den Elektroden 11.1 sind auf dem Elektrodenträger 15 die Elektroden 11.2 angeordnet, hier in einer Anzahl von 8 und ebenfalls symmetrisch und beabstandet zueinander.

Durch den α-Versatz wird erreicht, dass die vier Elektroden 11.1 jeweils gegenüber einer Lücke zwischen Elektroden

11.2 und deren seitliche Bereiche liegen. Eine Bewegung einer Elektrode 11.1 kann somit bei zwei Elektroden 11.2 die kapazitiven Übersprechströme verändern a) gleichzeitig erhöhen,

b) gleichzeitig verringern oder

c) bei einer Elektrode 11.2 erhöhen und bei der anderen verringern.

Fig. 2c zeigt die Anordnung der Elektroden 11 und 14 in einem Längsquerschnitt des Kugelschreibergehäuses 1.

Die Elektroden 11 für die Erfassung der Querbewegung haben eine Längsausdehnung über nahezu den Bereich b.

Die Elektrode 14.1 ist als Ringelektrode auf dem Elektrodenträger 15 angeordnet und versetzt zur Ringebene um das Maß a, ist innerhalb der Ringelektrode eine als Ring oder Ringscheibe ausgebildete Elektrode 14.2 angeordnet, die mit der Mine 2 bzw. dem Elektrodenhalter 9 verbunden ist.

Diese Ringpaarung dient zur Erfassung einer Längsbewegung der Mine 2 infolge der Andruckkraft auf der Schreibunterlage. Durch den Versatz a wird bei einer Minenbewegung in das Gehäuse 1 der kapazitive Übersprechstrom verringert und bei einer Bewegung aus dem Gehäuse 1 heraus erhöht. Durch den Versatz a erhält man somit nicht nur die Information über eine Bewegung in Kugelschreiberlängsrichtung, sondern auch über deren Richtung.

Fig. 2d zeigt in einem Ausschnitt der Fig. 2b eine Elektrode 11.1, die am Umfang der Mine 2 angeordnet ist und zwei Elektroden 11.2, die über den Elektrodenträger 15 mit dem Gehäuse 1 verbunden sind. Durch den oc-Versatz wird erreicht, dass die Elektrode 11.1 gegenüber der Lücke zwischen den Elektroden 11.2 und deren seitlichen Bereiche - hier mit A und B gekennzeichnet - liegt. Diese Anordnung ist bevorzugt symmetrisch.

Wird nun infolge einer Schreibbewegung eine Kraft F auf die Mine 2 ausgeübt, wirkt diese tangential F _t und radial F _r .

Die radiale Kraft F _r führt zu einer Verkleinerung der Bereiche A und B und damit zu einer Erhöhung des kapazitiven Übersprechstromes .

Die tangentiale Kraft F _t führt gleichzeitig zu einer Vergrößerung des Bereiches A und damit zu einer weiteren Erhöhung des Übersprechstromes in diesem Bereich, während er im Bereich B sinkt. Somit ist genau definiert, in welche Richtung sich die Mine 2 bewegt.

Durch eine Signalabtastung im Zeitmulitplexbetrieb stehen weitere Messwerte von den benachbarten Elektroden zur Verfügung und auf der gegenüberliegenden Seite ein umgekehrtes Messergebnis .

Die Sensorsignale werden verstärkt, gefiltert und gleichgerichtet. Die so entstehenden Gleichspannungen werden zur Auswertung einem Mikroprozessor zugeführt.

Fig. 3 zeigt die bevorzugten Minenanordnungen im Gehäuse 1. Für die Lagerung der Mine 2 sind insbesondere zwei Formen vorgesehen, die sich in der Messwertauswertung unterscheiden .

Bei der linken ersten Ausführung ist die Mine am Ende im Gehäuse 1 fixiert und pendelt bei der Schreibbewegung innerhalb eines Kegels, dessen Spitze der Drehpunkt 17 ist und dessen Grundfläche durch die kreisförmige

Gehäuseöffnung 16, durch die die Mine nach außen tritt, be stimmt wird. Bei einer bevorzugten Ausführung ist in diese Gehäuseöffnung 16 noch ein Weichkunststoffring angeordnet. Die maximale Auslenkung findet somit im Bereich der

Gehäuseöffnung 16 statt, so dass die Sensoren vorzugsweise in diesem Bereich angeordnet werden.

Bei der rechten Ausführung wird die Gehäuseöffnung als Drehpunkt (Ring) 17 genutzt, so dass die Mine 2 innerhalb eines Kegels bewegbar ist, dessen Grundfläche durch einen Gehäusebereich, der am Ende der Mine im Gehäuse 1 liegt, bestimmt wird. Die Mine ist hier zentrisch weich federnd abgestützt in einem hochelastischen Schaumstoff. Die Senso rik wird hier bevorzugt am Minenende eingesetzt.

Fig. 4 zeigt beispielhaft die Buchstabenerkennung.

Für die Schrifterfassung ist die Erkennung des Andruckbereiches eine wesentliche Voraussetzung, denn der Schreibbe reich liegt dazu um 90° versetzt. Dieser Schreibbereich bildet die Grundlage für die Auswertung und Generierung de Buchstaben.

Da sich der Andruckbereich aus den verschiedensten Gründen verändert, bedarf es seiner Bestimmung, damit dann die Festlegung der Koordinaten für die Schreiberkennung erfolgen kann. Das System arbeitet somit mit einem flexiblen Ko ordinatensystem.

Der Andruckbereich ist bei der beschriebenen Messung von kapazitiven Übersprechströmen dadurch gekennzeichnet, dass stets auf einer Seite der Sensoranordnung ein relativ geringer Abstand und auf der gegenüberliegenden Seite ein relativ großer Abstand zwischen den Elektroden 11.1 und 11.2 vorliegt, während die Abstände in den um +- 90° versetzten Positionen, in welchen sich die Bewegungskomponenten wiederspiegeln, permanent mit invertierten Pegeln schwanken.

Die Erfassung der Bereiche erfolgt durch zyklischen Vergleich sämtlicher dem Abstand der Elektroden wiederspiegelnden Sensorsignale. Derjenige Bereich, bei welchem sich das invertierte und das gegenüberliegende nichtinvertierte Signal am besten entsprechen, den größten Pegel aufweisen und bei welchen gleichzeitig bei den um 90 Grad versetzten invertierten und gegenüberliegenden nichtinvertierten Signalen häufige Polaritätswechsel vorliegen, ist der Andruckbereich. Die um 90 Grad versetzte Position stellt den Bewegungsbereich dar.

Durch permanente Abfrage, Auswertung ggf. auch Zwischenspei- cherung und Nachkorrektur, lässt sich die Kugelschreiberposition mit der erforderlichen Genauigkeit erkennen.

In Kenntnis der Andrucks- und Schreibebenen werden die Spannungsverläufe, welche durch die Schreibbewegungen hervorgerufen werden, erfasst und näher analysiert. In Fig. 4 sind die Spannungsverläufe in Längs- und Querrichtung einiger Buchstaben dargestellt.

Zur Buchstabenerkennung werden insbesondere typische markante Merkmale, die möglichst unabhängig von personenspezifischen Schreibcharakteristiken sind, wie Nulldurchgänge und Extremwerte herausgearbeitet. Zur Identifizierung werden die Folgen dieser Werte mit gespeicherten Mustern verglichen. Bei Mehrdeutigkeiten werden Vergleiche von Ähnlichkeiten und Plausibilitätsprüfungen, bei welchen aus dem Zusammenhang heraus auf den nicht direkt erkannten Buchstaben geschlossen wird, durchgeführt.

Bei Buchstaben, die nicht durchgehend geschrieben werden, sondern bei denen der Kugelschreiber abgesetzt werden muss, um Längs- und Querstriche zu ziehen, wie etwa bei den Großbuchstaben A, H, K oder L, wird zur Erkennung der zeitliche Zusammenhang ausgewertet: Die Zeit zwischen dem Ende eines Buchstabens und dem Anfang des folgenden Buchstabens ist deutlich länger als die Zeit zwischen dem Absetzen des Kugelschreibers und dem erneuten Aufsetzen beim Schreiben eines Einzelbuchstabens .

Aus den Andruck- und Bewegungskomponenten sowie den Zeitverläufen werden neben der Schrift auch die Schrift kennzeichnende Merkmale wie Gleichmäßigkeit, Qualität, Stellung des Kugelschreibers abgeleitet. Diese Größen sind für das Erlernen von Schrift wie auch zur Personenidentifikation höchst interessant, da neben dem Schriftbild weitere personenspezifische Größen herangezogen werden können. Die Bewertungskriterien können frei programmiert werden.

Fig . 5 zeigt das Blockschaltbild einer möglichen Auswerteelektronik am Beispiel eines Kugelschreibers, der die Lageveränderung der Mine 2 mittels Lichtschranken 5 und Flags 4 ermittelt .

Bei einem Ausgangsspannungsbereichs der Lichtschranke 5 von 5 V ergibt sich bei der maximalen Positionsänderung von 0,2 mm ein Signal der Größe ca. 0,7 V. Die mittlere Spannung bei Schreibtätigkeit liegt bei ca. 150 mV. Durch eine Verstärkung von ca. 26 dB werden die Ausgangssignale der Lichtschranken 5 in dem Volt-Bereich angehoben, sodass sie zur anschließenden digitalen Verarbeitung geeignet sind.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse des Kugelschreibers

2 Stift (Kugelschreibermine)

3 Führungsrohr

4 Flags

5 Lichtschranken, vorzugsweise Gabellichtschranken

6 Ring aus Weichkunststoff

7 Führungsring

8 Führung

9 Träger der Minenelektroden

10 Querschnittsebene

11 Elektrodenpaarung zur Erfassung der Bewegung in der Querschnittsebene

12 Minenabstützung

13 Gehäuselängsrichtung = Senkrecht zur Querschnittsebene

14 Elektrodenpaarung zur Erfassung der Längsbewegung

15 Träger der am Gehäuse angeordneten Elektroden

16 Öffnung des Gehäuses

17 Drehpunkt α = Versatz in der Querschittsebene

a = Versatz in der Kugelschreiberlängsachse

b = Querschnittsebenbereich