DE68925600T2 - Flache Bildschirmanzeige mit integriertem Digitalisiertablett - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Digitalisierungsplatte bzw. ein Digitalisierungstablett, das einstückig mit einem flachen Feld oder einer anderen Art einer Rückprojektionsanzeige gebildet ist, und insbesondere auf eine dauerhafte Digitalisierungsplatte mit schneller Aktualisierung mit einer ausgezeichneten räumlichen Linearität und Stabilität, und die sich gut mit einer Projektionsanzeige integrieren läßt.
• Transparente Digitalisierungsplatten sind oft zur Verwendung mit einer Art von Anzeigesystem vorgesehen, um dem Anwender das Erscheinen von Schreiben auf der Oberfläche des abgebildeten Bildes bereitzustellen. Dies kann zum Beispiel durchgeführt werden, um eine Umrahmungsnachführung einer Struktur in einem projizierten photographischen Bild zu vereinfachen, oder um einen Eingabemodus zu ermöglichen, der ein natürliches Schreiben emuliert. Bei allen diesen Anwendungen ist eine Übereinstimmung zwischen dem Koordinatensystem der transparenten Platte und demjenigen des Anzeigesystems eine erwtinschte, wenn nicht wesentliche, Charakteristik.
• Transparente Digitalisierungsplatten nach dem Stand der Technik, wie zum Beispiel die SPD-Serie der Geräte, die von der Scriptel Corporation aus Columbus Ohio hergestellt werden, verwenden magnetische, elektrostatische oder akustische Techniken, um den Ort des Schreibers zu bestimmen. Die Verwendung einer solchen bekannten transparenten Digitalisierungsplatte als eine Anzeige/Digitalisierer-Kombination, wie zum Beispiel das FIOS-6440 Gerät, das von Photron Ltd. aus Tokyo, Japan hergestellt wird, oder die Verwendung einer transparenten Digitalisierungsplatte, wie zum Beispiel der TNN-01 der Sony Corporation in Verbindung mit einer Kathodenstrahlröhre, kann zu einer schlechten Übereinstimmung zwischen dem erfaßten Ort des Schreibers und dem erwünschten Abschnitt des angezeigten Bilds führen.
• Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines typischen transparenten Digitalisiererplattensystems nach dem Stand der Technik, das eine Digitalisierungsplatte 11 einschließt, die benachbart zu einer Flüssigkristallanzeige 12 angeordnet ist. Systeme 10 nach dem Stand der Technik schließen eine Oberflächenplatte 13 ein (die hilfreich sein kann, um die Flüssigkristallanzeige 12 zu enthalten), die oberhalb der Flüssigkristallanzeige 12 angeordnet ist, und auf der der Schreiber 14 angeordnet ist, was folglich zu Problemen bezüglich der Parallaxe führt, nachdem das Bild auf der Flüssigkristallanzeige 12 gebildet ist, die unterhalb der Oberfläche der Oberflächenplatte 13 angeordnet ist. Unabhängig von der verwendeten Technik, um den Ort des Cursors bezüglich des abgebildeten Bildes zu bestimmen, muß die Platte bezüglich dem auf der Anzeige erzeugten Bild ausgerichtet sein, und darf nicht, sogar wenn sie optimal ausgerichtet ist, Koordinaten bereitstellen, die gut mit denjenigen des angezeigten Bildes ausgerichtet sind, aufgrund der Verzerrungen entweder in der Platte oder in dem Bild, das für die Anzeige erzeugt wird, oder in beiden. Die zusätzlichen Schwierigkeiten aufgrund der Parallaxe sind zum Beispiel in "Handwriting Recognition on Transparent Tablet over Flat Display", Tappert u.a., SID 86 Digest, Seiten 308-312, beschrieben. Zusätzlich können Umgebungseffekte, wie zum Beispiel elektrische oder magnetische Streufelder und eine triboelektrische Aufladung Verzerrungen und/oder Unterbrechungen der digitalisierten Schreiberpositionsdaten hervorrufen. Bestimmte Geräte aus dem Stand der Technik, wie zum Beispiel das "Summasketch"- Gerät vom Summa Graphics, das "Screenplay"-Gerät von Seiko und das HDG 1111C Gerät von Hitachi sind elektromagnetische Platten, die ein Erfassungselement in dem Schreiber erfordern, dessen äquivalenter Ort nicht gut mit dem physikalischen Ort des Schreibers übereinstimmt, was zu Verzerrungen der weitergegebenen Koordinaten führt, die sich mit der Position des Schreibers oder mit dem Winkel, mit dem dieser gehalten wird, ändern können.
• Folglich verbleibt das Problem bei transparenten Digitalisiererplatten nach dem Stand der Technik, das sich auf die Übereinstimmung zwischen dem beabsichtigten Ort des Schreibers und dem entsprechenden Punkt auf dem angezeigten Bild bezieht.
• IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 28, Nr. 8, Januar 1986, Seiten 3684-3685, "Video Graphic Terminal with Projection CRT" beschreibt einen Bildschirm, der von der Vorderseite zu betrachten ist, und beschreibt auf Seite 3685, Absatz 2 deutlich das Bild, das auf die Rückseite des Bildschirms fokussiert ist, der Teilparagraph (b) auf Seite 3685 beschreibt die Sichtseite (die Vorderseite) des Bildschirms als dünn mattierte Oberfläche für eine Bildanzeige mit einer Lichtstifteingabe. Dieser Abschnitt der Beschreibung beschreibt die Projektion eines Lichtstrahls von einem Lichtstift auf die Sicht- (vordere) Seite des Bildschirms auf der mattierten Oberfläche. Dies ist keine deutliche Beschreibung der Auslöschung der parallaxen Verzerrung zwischen dem Bild, das auf der Vorderseite des Bildschirms durch das Licht von dem Lichtstift gebildet ist, und dem Bild, das auf die Rückseite des Bildschirms fokussiert ist.
• Die EP-A-0199526 beschreibt ein Anzeigefeld mit einem Bildschirm, auf den ein Bild projiziert werden soll. Die Anzeige kann einen Schreiber, der benachbart zu dem Bildschirm angeordnet werden kann, und eine Einrichtung einschließen, um die Position des Schreibers relativ zum Bildschirm zu bestimmen.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Anzeigefeld zum Anzeigen eines Bildes auf einem Bildschirm zusammen mit einem Schreiber, der benachbart zu dem Bildschirm angeordnet werden kann, zu schaffen.
• Die vorliegende Erfindung schafft ein Anzeigefeld, wie es durch den Anspruch 1 bestimmt ist.
• In Übereinstimmung mit den Lehren dieser Erfindung wird ein neuartiges flaches Anzeigefeld geschaffen, das eine sehr genaue und zuverlässige Erfassung des Ortes des Cursors bezüglich des angezeigten Bildes ermöglicht. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung werden Parallaxenprobleme durch Fokussieren des angezeigten Bildes auf eine Platte durch Projizieren des Bildes durch die Platte, zum Beispiel unter Verwendung von Projektionsbildtechniken oder ein gerades Abbildungslinsenarray mit einer Verstärkung von Eins, eliminiert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Ort des Schreibers genau bestimmt unter Verwendung von Digitalisierungstechniken nach dem Stand der Technik zusammen mit der Verwendung eines geraden Abbildungslinsenarrays mit einem Verstäkungsfaktor von Eins zum Anzeigen des projizierten Bildes. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird eine genaue Bestimmung des Ortes des Schreibers bezüglich des angezeigten Bildes geschaffen, durch Bewirken, daß der Schreiber über einen signifikanten Abschnitt des optischen Weges, der zur Anzeige des Bildes verwendet wird, Signale zuführt, zum Beispiel optische Signale.
• Fig. 1 ist eine Querschnittdarstellung einer typischen transparenten digitalisierenden Platte nach dem Stand der Technik.
• Fig. 2 ist ein Diagramm eines Projektionsanzeigegeräts, das eine Einrichtung zum Bestimmen der Position eines Schreibers auf dem Anzeigebildschirm einschließt, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung aufgebaut ist.
• Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Optiken deutlicher darstellt, die zur Verwendung in der Struktur aus Fig. 2 geeignet sind.
• Fig. 4 ist eine Querschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Projektionsgeräts mit flachem Feld, das in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Erfindung aufgebaut ist, und das eine Einrichtung zum Bestimmen der Position eines Schreibers einschließt.
• Um ein Computerschnittstellengerät zu schaffen, das es dem Anwender ermöglicht, Daten und Befehle durch Schreiben mittels eines Schreibers direkt auf einer Anzeige einzugeben, wie er dies mit einem Stift oder einem Bleistift auf Papier tun würde, wird eine Rückprojetionsanzeige in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Erfindung mit einer transparenten digitalisierenden Platte, einer optischen Platte oder einer lichtdurchlässigen Arbeitsoberfläche, kombiniert.
• Die Projektionsanzeige fokussiert ihr Bild auf die Schreiboberfläche, wodurch eine Parallaxe zwischen dem Punkt, an dem der Schreiber den Bildschirm berührt und dem Punkt, an dem ein entsprechendes Pixel des angezeigten Bildes angeordnet ist, ausgeschlossen wird. Da der Projektionsweg durch Spiegel gefaltet werden kann, kann die Bildschirm/Schreib- Oberf läche zum Zwecke eines bequemen Schreibens oder Malens (anders als Anzeigegeräte, wie zum Beispiel eine Kathodenstrahlröhre) angeordnet werden. Die Erfassung der Position des Schreibers wird zum Beispiel durch eine Plattentechnobgie nach dem Stand der Technik zur Verwendung mit einer transparenten Arbeitsoberfläche oder einer Arbeitsoberfläche, die teilweise die mattierte Oberfläche des Bildschirms umfaßt, oder durch das einzigartige optische Plattensystem, das als ein Merkmal dieser Erfindung gelehrt wird und vollständiger unten beschrieben wird, erreicht. Letzteres wird bevorzugt, nachdem es eine erheblich verbesserte Linearität und Stabilität der Übereinstimmung zwischen dem angezeigten Bild und den weitergegebenen Schreiberkoordinaten, eine erhöhte Aktualisierungsrate (die Anzahl der Koordinatenpaare, die pro Zeiteinheit an einen Computer übertragen werden) und eine verbesserte Unempfindlichkeit gegenüber dem Winkel, mit dem der Schreiber während des Schreibens gehalten wird, schafft.
• Ein Ausführungsbeispiel eines optischen Plattensystems, das in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Erfindung aufgebaut ist, ist in Fig. 2 gezeigt. Wie es in Fig. 2 zu sehen ist, schließt ein optisches Plattensystem 20 ein Abbildungsprojektionsgerät 21, zum Beispiel ein typisches Projektionsfernsehgerät nach dem Stand der Technik oder ähnliches, ein. Bevorzugterweise umfaßt das Abbildungsprojektionsgerät 21 ein Projektionsgerät, das in der EP-A-0,338,810 mit dem Titel "Dreifarbentrennung unter Verwendung von subtrahierenden dichroitischen Strahlteilern" beschrieben ist. Das Projektionsgerät 21 schafft ein Bild, zum Beispiel ein vollständiges Farbbild, zur Anzeige auf dem Bildschirm 23. Licht von dem Projektionsgerät 21 wird durch einen Strahlteiler 24 zur Linse 25 geführt, die ihrerseits das projizierte Bild auf den Bildschirm 23 fokussiert. Das optische Plattensystem 20 schließt ebenfalls einen Bildsensor 22, zum Beispiel eine Videokamera, eine Vidicon-Röhre oder ein Ladungsspeicherelement (CCD = Charge Couple Device) als Halbleiterelement, ein. Der Bildsensor 22 dient dazu, ein Signal zu erfassen, das von dem Schreiber 26 ausgesendet wird, und ist konfiguriert, um fähig zu sein, nicht nur das Vorhandensein des Signals des Schreibers 26 zu erfassen, sondern ebenfalls den Ort des Schreibers 26 auf dem Bildschirm 23. Das Signal des Schreibers 26 ist typischerweise ein Lichtsignal und ist auf das Abbildungsgerät 22 durch eine Linse fokussiert, die geeignetermaßen die Linse 25 sein kann, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, obwohl eine zusätzliche Linse (nicht dargestellt) für diesen Zweck verwendet werden könnte.
• Das durch den Schreiber 26 emittierte Signal muß von dem Licht des Projektionsgeräts 21 getrennt werden, um eine "Rückkopplung" von dem angezeigten Bild zum Abbildungsgerät 22 zu vermeiden. Dies wird zum Beispiel dadurch erreicht, daß der Schreiber 26 eine Infrarotstrahlung emittiert, und daß dasselbe Band der Infrarotstrahlung aus dem Ausgang des Projektionsgeräts 21 entfernt wird, und daß gleichzeitig bewirkt wird, daß der Bildsensor 22 lediglich für das Energieband empfindlich ist, das von dem Schreiber 26 emittiert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dies durch Verwenden eines Abbildungsgeräts erreicht, das lediglich auf Infrarotstrahlung und nicht sichtbares Licht empfindlich ist, oder durch Verwenden eines Abbildungsgeräts, das auf Infrarotenergie empfindlich ist, während Energie, die auf das Abbildungsgerät gerichtet ist, gefiltert wird, um sichtbares Licht daran zu hindern, den Abbildungssensor 22 zu erreichen.
• Bei einem Ausführungsbeispiel werden das infrarote und das sichtbare Licht unter Verwendung eines Strahlteilers 24 getrennt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, wie zum Beispiel durch einen dichroitischen Strahlteiler. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Licht von dem Projektionsgerät 21 in eine erste Richtung polarisiert, und das Licht, das durch den Schreiber 26 emittiert wird, wird in eine unterschiedliche Richtung, wie zum Beispiel orthogonal, polarisiert, und ein oder mehrere polarisierende Strahlteiler werden verwendet, um das Licht des Projektionsgeräts 21 und das Licht des Schreibers 26 zu trennen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Licht des Projektionsgeräts 21 von dem Signal, das den Schreiber 26 verläßt, auf der Grundlage der Wellenlänge, Intensität oder Modulation unterschieden werden.
• Es ist ebenfalls wünschenswert, wie dies oben beschrieben wurde, eine gute Linearität und Stabilität zwischen den Anzeigepixelorten und den wiedergegebenen Schreiberkoordinaten zu haben. In Übereinstimmung mit den Lehren dieser Erfindung wird dies auf eine direkte Art mit der optischen Platte erreicht, indem sowohl die Projektionsbildquelle als auch der Plattenbildsensor geometrisch präzise und mechanisch stabil hergestellt werden, und indem beide den Bildschirm durch dasselbe optische System sehen. Die geometrische Genauigkeit und mechanische Stabilität kann geschaffen werden, wenn das Projektionsgerät 21 zum Beispiel ein Matrix-adressiertes Flüssigkristallfeld aufweist (die zum Beispiel von Seiko-Epson von Suwa, Japan erhältlich sind), das als Lichtventil verwendet wird, und der optische Plattensensor ein Flächen- CCD-Array ist, wie es zum Beispiel herkömmlicherweise in Verbraucher-Videokameras verwendet wird. In diesem Fall haben sowohl das Projektionsgerät 21 als auch der Abbildungsdetektor 22 eine lithographisch definierte Geometrie, die so stabil ist wie ihre jeweiligen Substrate.
• Bevorzugterweise wird ein Flüssigkristallanzeigefeld (LCD) mit aktiver Matrix mit Dünnfilmtransistoren (TFT = Thin Film Transistor) als Lichtventil verwendet, um einen besseren Kontrast und die Fähigkeit zu erhalten, die Pixel linear ein- und auszuschalten, während eine kleine Pixelgröße und eine schnelle Aktualisierungsrate bereitgestellt wird. Die relative Ausrichtung des Projektionsgeräts und des Abbildungsdetektors ist lediglich durch die geringfügige Auswirkung beschränkt, mit der das optische System Licht von dem Projektionsgerät 21 und Licht von dem Schreiber 26 unterschiedlich behandelt. Die laterale chromatische Aberration der Projektionslinse 25 begrenzt die Genauigkeit der Ausrichtung zum Beispiel in dem Fall, in dem die zwei um einen Wellenlängenunterschied getrennt sind, und ist auf dem Limit der Genauigkeit des mechanischen Zusammenbaus des Projektionsgeräts 21 und den Abbildungsdetektor 22 gehalten. Es ist ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels, das keine Einstellung des Bilddetektors 22 relativ zu dem Projektionsgerät 21 notwendig ist, wenn die gesamte Einheit relativ zu dem Bildschirm 23 bewegt wird.
• Die Lehren dieser Erfindung sind geeignet für die Anwendung bei einer großen Vielzahl von Projektionsgeräten "zum Beispiel monochrome oder farbige) und Bildgerättypen und -größen. Ein Einzellinsenfarbprojektor, der Matrix-adressierte rote, grüne und blaue Flüssigkristallichtventilfelder und einen Bildsensor mit kleinerer Größe als die Lichtventile verwendet, ist in dem Diagramm aus Fig. 3 gezeigt. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, schafft eine Lampe 31 eine Quelle weissen, sichtbaren Lichts, das auf die aufweitende Linse 32 gerichtet ist, um einen Strahl mit geeigneter Größe zu schaffen, und wird durch Spiegel 33a, 33b und 33c auf ein Strahlteilergerät 36 reflektiert. Wenn es erwünscht ist, können einer oder mehrere der Spiegel 33a, 33b und 33c ebenfalls dazu dienen, zum Beispiel durch Absorption Infrarotenergie zurückzuweisen, die durch die Lampe 31 emittiert werden kann, wodurch vermieden wird, daß ein solches infrarotes Licht zum Rauschen bezüglich des infraroten Lichts wird, das von dem Schreiber 114 emittiert wird. Wenn es erwünscht ist, kann zusätzlich zu oder anstelle der Verwendung eines oder mehrerer der Spiegel 33a, 33b und 33c zur Zurückweisung von Infrarotenergie ein Infrarotfilter in dem optischen Weg zwischen der Lampe 31 und dem Strahlteiler 36 angeordnet sein. Wenn das Signal, das von dem Schreiber 114 emittiert wird, keine Infrarotenergie ist, zum Beispiel Ultraviolett, oder auf andere Art von dem Bild, das auf den Bildschirm 35 projiziert wird, unterscheidbar ist, zum Beispiel durch Modulation oder Polarisation, können natürlich ähnliche Techniken verwendet werden, um Emissionen der Lampe 31 herauszufiltern, die ansonsten mit dem Signal, das von dem Schreiber 14 emittiert wird, verwechselt werden können.
• Das Strahlteilergerät 36 dient dazu, das sichtbare Licht, das von Spiegel 33c empfangen wird, auf die Projektionslinse 34 und folglich auf den Bildschirm 35 breit zu reflektieren. Das Strahlteilergerät 36 dient dazu, Infrarotlicht und/oder andere Strahlung, die durch den Schreiber emittiert werden, durch den Bildschirm 35 und die Projektionslinse 34 auf die Infrarotlinse 37 zu übertragen. Das Infrarotlicht wird durch eine Linse 37 fokussiert, durch einen Spiegel 38 auf eine Bildreduzierungslinse 116 reflektiert und dananch auf den Bildsensor 115. Auf diese Art überträgt der Strahteiler 36 eine unerwünschte Infrarotstrahlung von der Lampe 31 auf die absorbierende Oberfläche 39, was die Übertragung einer solchen Strahlung auf den Bildschirm 35 vermeidet, was als Strahlung, die durch den Schreiber 114 emittiert wird, fehlinterpretiert werden könnte. Zum selben Zeitpunkt wird das sichtbare Licht, das vom Bildschirm 35 reflektiert wird, durch das Strahlteilergert 36 zurück in Richtung Lampe 31 reflektiert, wodurch eine Wechselwirkung mit dem Betrieb des Infrarotsensors 115 vermieden wird.
• Das Strahlteilergerät 36 kann irgendeine einer Anzahl von Formen annehmen, und kann eines der Ausführungsbeispiele, die in der oben erwähnten EP-A-0,338,810 offenbart sind, umfassen. In diesem Fall wird ein zusätzlicher Strahlteiler zur Trennung des sichtbaren Lichts vom infraroten (oder von anderen Energien, die durch den Schreiber 114 übertragen werden) verwendet. Alternativ kann ein sich drehender Spiegel, der in den Anordnungen, die in der EP-A-0,338,810 offenbart sind, verwendet wird, durch einen Strahlteiler ersetzt werden, der als sich drehender Spiegel dient, um sichtbares Licht zu reflektieren, der jedoch die Energie, die von dem Schreiber 114 emittiert wird, durchläßt. Wie es für Fachleute offensichtlich ist, können in Anbetracht der Lehren dieser Erfindung viele Veränderungen des Strahlteilers 36 vorteilhaft eingesetzt werden.
• Veränderungen der Geometrie, die in der EP-A-0,338,810 gezeigt sind, sind für Fachleute in Anbetracht der Lehren dieser Erfindung ebenfalls offensichtlich, wie zum Beispiel Vertauschen der Reihenfolge der roten, grünen und blauen Felder oder Ändern der Richtung, in die das Eingangslicht ankommt und/oder die Richtung, in die das Ausgangslicht die zentrale Gruppe von Strahlteilern und die Abbildungsfelder verläßt, mit entsprechenden Änderungen der Natur der betroffenen dichroitischen Strahlteiler.
• Vorteile dieser Erfindung gegenüber Verfahren und Strukturen aus dem Stand der Technik zur Bildung einer Schnittstelle eines angezeigten Bildes mit einer Einrichtung zum Erfassen der Anordnung eines Schreibers auf dem Bildschirm bestehen darin, daß die Parallaxe im wesentlichen ausgelöscht wird, während gleichzeitig eine Struktur bereitgestellt wird, die es dem Betreiber ermöglicht, den Schreiber als Schreibgerät auf eine sehr komfortable, natürliche Art zu verwenden.
• Wie es oben beschrieben wurde, wird in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Erfindung ein Abbildungsgerät verwendet, um den Schreiber logisch zu lokalisieren. Um dies zu erreichen, muß der Schreiber hergestellt sein, um entweder Licht zu emittieren oder zu absorbieren, und das Licht, das dem Schreiberort zugeordnet ist, muß von dem Licht, das dem angezeigten Bild zugeordnet ist, getrennt werden können. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Infrarotemittierender Schreiber mit einer Anzeige, die nur sichtbares Licht verwendet, verwendet. Ein weiteres Ausführungsbeispiel verwendet einen passiven Schreiber, der eine Ultraviolettstrahlung stark absorbiert, die zusammen mit einer Anzeige, die nur sichtbares Licht aufweist, und mit einer Gesamtflutbeleuchtung der Unterseite der Schreiboberfläche mit ultraviolettem Licht verwendet, wobei der Abbildungssensor 40 die Abwesenheit von ultraviolettem Licht dort erfaßt, wo der Schreiber angeordnet ist. Wiederum ein anderes Ausführungsbeispiel verwendet einen passiven Schreiber, die ultraviolettes Licht absorbiert, wie oben, und in einem schmalen Band der sichtbaren Wellenlänge, das mit einer Anzeige verwendet wird, deren Licht durch selektives Entfernen desselben Bands der Wellenlängen vorbehandelt wurde, fluoresziert (zum Beispiel durch Verwendung eines Farbstoffs, wie zum Beispiel dem Rhodomine GG Farbstoff). Bei allen diesen Ausführungsbeispielen ist der Bildsensor bezüglich des Lichts der Wellenlängen, das demjenigen entspricht, das dem Schreiber zugeordnet ist, empfindlich.
• Der Bildsensor ist bevorzugterweise ein Flächengerät, wie zum Beispiel eine Videcon-Röhre oder ein Flächen-CCD-Array, im Gegensatz zu einem Paar von linearen optischen Arrays. Die Verwendung eines Flächen-CCD-Arrays vereinfacht die Optik und liefert Lichtsignale mit höherer Dichte an die erwünschten Pixel in dem Array. Die Position des Schreibers wird dann durch Lokalisieren der Signalcharakteristik des Schreibers innerhalb des Signalverlaufs, die durch den Bild sensor erzeugt wird, lokalisiert, wenn dessen Bereich systematisch abgetastet wird, und mit der Zeit verglichen, zu dem das Schreibersignal auftaucht, relativ zum Beginn der Abtastung zu der bekannten Abtaststruktur des Bildsensors.
• Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das Licht von dem Schreiber in zwei Teile aufgeteilt, wobei jeder Teil mit einer geeigneten anamorphen Optik geformt wird, um Bilder mit einem einzelnen Pixel und zwei senkrechten Linien zu erzeugen, von denen sich jeder Ort bezüglich der Schreiberposition lediglich in eine Richtung (x oder y) verändert; die x- und y-Koordinaten werden dann getrennt mit zwei linearen CCD-Arrays erfaßt. Der oben erwähnte Bereichssensor wird aufgrund der größeren Einfachheit der Optik bevorzugt und da zusätzliche Informationen über den Schreiber (wie zum Beispiel dessen Größe und Form) durch Erfassen eines vollständigen zweidimensionalen Bildes abgeleitet werden können
• In allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann es notwendig oder erwünscht sein&sub1; die Position des Schreibers auf einer Auflösung zu interpolieren, die größer ist als diejenige, mit der der Bildsensor seine Signale gemäß seiner grundsätzlichen Operation quantisiert (die Anzahl von Pixel, in die ein CCD-Array lithographisch unterteilt ist, oder die Anzahl von Abtastlinien, die für eine Videcon-Röhre ausgewählt sind, etc.). Diese Interpolation wird ohne weiteres durch an sich bekannte Techniken durchgeführt.
• Das Bild des Abschnitts des Schreibers, der mit der Schreiboberfläche/Bildschirm in Kontakt ist, wird erfaßt, um eine Anzeige der Cursorposition zu schaffen, was den Vorteil einer automatischen Kompensation oder einer Unempfindlichkeit gegenüber der Schreiberneigung schafft. Zwei Faktoren stellen sicher, daß dies zutrifft. Erstens sieht der Bildsensor die Schreiboberfläche/Bildschirm durch ein Linsensystem, das nur auf die Oberfläche, auf der ein Kontakt hergestellt wird, fokussiert ist. Zweitens bewirkt die diffuse Natur des Bildschirms, die für eine Weitwinkelsicht des projizierten Bildes erforderlich ist, und die Textur der Schreiboberfläöhe, die erforderlich ist, um ein Schreib-"Gefühl" ähnlich dem von einem Kugelschreiber oder einem Bleistift auf Papier zu schaffen, das Objekte, die nicht tatsächlich in Kontakt mit der Oberfläche sind, über den gut bekannten "Velum-Effekt" sehr schlecht aufgelöst werden. Bevorzugterweise ist die Bildschirmoberfläche aus einem gut diffusen, streuenden Material gebildet, das sehr wenig Licht zurückstrahlt, wie zum Beispiel die TR-50-Bedeckung, die von der Da-Lite Screen company aus Cincinnati, Ohio hergestellt wird.
• Eine große Vielzahl von Schreibern oder Schreiberspitzen mit irgendeiner erwünschten Größe oder Form können verwendet werden, um die verschiedenen Muster der Strahlung zu emittieren. Die Schreiberspitze kann zum Beispiel im wesentlichen eine Punktquelle der Strahlung sein, wie es in der EP-A-0,344,897 beschrieben ist. Alternativ kann die Schreiberspitze die Erscheinung einer Luftbürste (Airbrush) haben, bei der ein relativ breiter Lichtstrahl irgendeiner erwünschten Form durch den Schreiber emittiert wird. Es kann auch ein unregelmäßig geformter Schreiber, wie zum Beispiel eine Bürste, die aus optischen Fasern (von denen jede Licht von ihrer Spitze emittiert) besteht, vorgesehen sein, dessen Form und Größe zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt, sowie die Position, erfaßt und weitergegeben wird, und die Anzeige wird mit einem entsprechenden Muster ausgefüllt.
• Ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das optische System, das verwendet wird, um Signale von dem Schreiber auf den Bildsensor zu projizieren, größtenteils oder vollständig gemeinsam mit dem optischen System verwendet werden kann, das verwendet wird, um das Bild auf dem Bildschirm zu projizieren. Dies ist sehr vorteilhaft, nicht nur aufgrund der sich ergebenden Wirtschaftlichkeit, sondern auch da solche gemeinsam verwendeten optischen Wege bewirken, daß Verzerrungen, die durch die Optiken eingebracht werden, gemeinsam sowohl bei dem Bildsen sor als auch bei der Anzeige auftreten. Dies bewirkt, daß die Koordinatensysteme des Bildsensors und der Anzeige sich einander recht eng entsprechen, und dies ermöglicht es dem Gerät erneut fokussiert zu werden (zum Beispiel um einen Ersatzbildschirm, der nicht genau dieselbe Größe, Dicke, etc. wie der vorherige hat) anzupassen, ohne das Erfordernis einer erneuten relativen Ausrichtung des Bildsensors und der Anzeige. Die Gegenstände, die in kritischer Ausrichtung bezüglich zueinander gehalten werden müssen, sind somit vorteilhaft auf ein kleines Volumen reduziert.
• Fig. 4 ist eine Querschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, schließt eine Vorrichtung 40 eine Lichtquelle 41 zum Projizieren von Licht in Richtung des Projektionsbildschirms 45 ein. Zwischen der Lichtquelle 41 und dem Projektionsbildschirm 45 ist ein Abbildungsfeld 42 angeordnet, das zum Beispiel eine Flüssigkristallanzeige einschließen kann, die eine Anzahl von Pixeln einschließt, die unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet werden können, um das Licht zu modulieren, das von der Lichtquelle 41 ausgeht, wobei das modulierte Licht ein Bild auf den Projektionsbildschirm 45 projiziert. Eine dünne Linse 43 ist zwischen dem Abbildungsgerät 42 und dem Projektionsbildschirm 45 angeordnet, um das modulierte Licht von dem Bildgerät 42 auf dem Projektionsbildschirm 45 zu fokussieren. Jedes geeignete dünne Linsengerät kann als Linsengerät 43 verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf gerade Abbildungslinsenarrays mit einer Verstärkung von Eins, wie zum Beispiel dem SELFOC-Geräten, die von der NSG America, Inc. of Somerset, New Jersey erhältlich sind. Alternativ können MLA Linsen, die von der Corning Glass Works, Corning New York erhältlich sind, als Linsengerät 43 verwendet werden. Alternativ ist jeder Typ eines Arrays von Linsen, die photolithographisch als dünne Schicht ausgebildet sind, geeignet.
• In der Anordnung 40 ist ebenfalls eine Digitalisierereinrichtung 44 eingeschlossen, die zum Beispiel aus einem Digitalisierer nach dem Stand der Technik, wie zum Beispiel dem Sony TNN-01 Gerät, das im Vorhergehenden beschrieben wurde, bestehen kann. Der Projektionsbildschirm 45 ist geeignetermaßen aus einem mattierten Glas oder Kunststoff gebildet, um sowohl ein scharfes Bild als auch eine geeignete textierte Schreiboberfläche zu schaffen.

Claims (9)

1. Ein Anzeigefeld, das einen Bildschirm (35); eine Projektionseinrichtung (31-33), die hinter dem Bildschirm angeordnet ist, um ein Bild auf diesen zu projizieren, wobei das Bild durch den Bildschirm projiziert ist und auf der Vorderseite desselben fokussiert ist; ein Abbildungsgert (22) umfaßt, das hinter dem Bildschirm zum Empfangen eines Positionssignals eines Schreibers (26) angeordnet ist, wenn der Schreiber auf der vorderen Oberfläche des Bildschirms angeordnet ist, derart, daß eine Parallaxe im wesentlichen ausgelöscht wird, wenn sich sowohl das Positionssignal als auch das projizierte Bild auf der vorderen Oberfläche des Bildschirms befinden.

2. Ein Anzeigefeld gemäß Anspruch 1, das ferner eine Einrichtung (34) zum Fokussieren des Bildes auf die Vorderseite des Bildschirms umfaßt.

3. Ein Anzeigefeld gemäß Anspruch 2, bei dem die Einrichtung zum Fokussieren eine Linse (34) umfaßt.

4. Ein Anzeigefeld gemäß Anspruch 3, bei dem die Linse ein gerades Abbildungslinsenarray (34) mit einer Verstärkung von Eins umfaßt.

5. Ein Anzeigefeld gemäß Anspruch 2, bei dem das Abbildungsgerät das Positionssignal durch die Einrichtung zum Fokussieren des Bildes empfängt.

6. Ein Anzeigefeld gemäß Anspruch 5, bei dem das Positionssignal von dem Bild mittels der Wellenlänge, der Modulation oder Polarisation unterscheidbar ist.

7. Ein Anzeigefeld gemäß Anspruch 5 oder 6, das ferner eine Einrichtung (36) zum Trennen des Positionssignals von dem Bild umfaßt.

8. Ein Anzeigefeld gemäß Anspruch 7, bei dem die Einrichtung zum Trennen einen Strahlteiler (36) umfaßt.

9. Ein interaktives Computerterminal, das ein Anzeigefeld gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.