DD270395A1 - ROLLBALL CONTROL DEVICE FOR MANIPULATING SPATIAL IMAGE DISPLAYS, ESPECIALLY THEIR ROTATION, ON COMPUTER-CONTROLLED SCREEN DEVICES - Google Patents

ROLLBALL CONTROL DEVICE FOR MANIPULATING SPATIAL IMAGE DISPLAYS, ESPECIALLY THEIR ROTATION, ON COMPUTER-CONTROLLED SCREEN DEVICES Download PDF

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DD270395A1
DD270395A1 DD31396088A DD31396088A DD270395A1 DD 270395 A1 DD270395 A1 DD 270395A1 DD 31396088 A DD31396088 A DD 31396088A DD 31396088 A DD31396088 A DD 31396088A DD 270395 A1 DD270395 A1 DD 270395A1
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trackball
rotation
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DD31396088A
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Helmut Schiller
Hans Kirst
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Adw Der Ddr Inst Fuer Hochener
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Eingabegeraet fuer Bildschirmarbeitsplaetze, das als Rollkugel, trackball usw. fuer den zweidimensionalen Einsatz bekannt ist. Aufgabe der Erfindung ist es, unter Benutzung bekannter oder neuer Wirkprinzipien und der Ausnutzung der Moeglichkeiten der modernen Rechentechnik ein solches Geraet fuer die dreidimensionale Eingabe, insbesondere fuer die Steuerung der Drehung dreidimensionaler Objekte auf Bildschirmen, zu schaffen. Anwendungsgebiete sind die Elementarteilchenphysik bei der Untersuchung komplizierter raeumlicher Zerfallsgebilde, aber auch die Molekularbiologie, Medizin, Konstruktion (CAD). Da die bei Rollkugeln ueblicherweise zur Messwertgewinnung benutzten Reibraeder vom Prinzip her eine Beschraenkung auf 2 Freiheitsgrade aufweisen und daher ungeeignet sind, werden teilweise neue magnetische, akustische und optische Loesungen der beruehrungslosen Messwertgewinnung in Verbindung mit einem Mikroprozessor fuer die Steuerung mit 3 Freiheitsgraden angegeben. Fig. 1The invention relates to a Eingangsegeraet for computer workstations, which is known as a trackball, trackball, etc. for the two-dimensional use. The object of the invention is to provide such devices for three-dimensional input, in particular for the control of the rotation of three-dimensional objects on screens, using known or new principles of action and the exploitation of the possibilities of modern computing. Areas of application are elementary particle physics in the investigation of complicated spatial decay structures, but also molecular biology, medicine, construction (CAD). Since the friction wheels conventionally used to obtain measured values in rolling balls are in principle limited to 2 degrees of freedom and are therefore unsuitable, in part new magnetic, acoustic and optical solutions for non-contact measured value acquisition are indicated in conjunction with a microprocessor for the control with 3 degrees of freedom. Fig. 1

Description

Anwendungsgebietfield of use

Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Bildschirmarbeitsplätze mit räumlicher Bilddarstellung, wobei die Steuerung der dargestellten Objekte — beispielsweise eine Drehung um eine beliebige Raumachse — durch eine dazu proportionale Drehung einer Rollkugel erreicht wird.The field of application of the invention are screen workstations with spatial image representation, wherein the control of the objects shown - for example, a rotation about an arbitrary spatial axis - is achieved by a proportional rotation of a trackball.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Rollkugel-Steuervorrichtungen sind seit über 20 Jahren bekannt als Steuerelemente (speedball, trackball) für die manuelle Spurverfolgung und das Messen von Teilchenspuren z. B. in der Elementarteilchenphysik/1/ und auch in der Radartechnik. Hierbei wie auch bei der in neuerer Zeit für die Ansteuerung von Punkten auf Bildschirmen dienenden sog. „Computermouse" handelt es sich um eine zweidimensional Eingabevorrichtung. Rollkugeln sind meist luftgelagert, die Messung der Rollkugeldrehung erfolgt aber über 2 mitlaufende Reibrädchen, die im direkten Eingriff mit der Rollkugel stehen und deren Drehachsen zueinander senkrecht sind. Beim Drehen der Rollkugel werden die Reibrädchen entsprechend den Richtungskomponenten mehr oder weniger stark mitbewegt, wobei aber konstruktiv der Fall verhindert wird, daß am Eingriffspunkt die Bewegungsrichtung von Kugeloberfläche und Reibrad genau senkrecht steht, da dies zu einer Zerstörung des Reibrades führen kann. Damit ist vom Prinzip eine Rollkugel-Eingabevorrichtung mit Reibrädchen für 3 Freiheitsgrade nicht realisierbar. Bei der „Computermouse", die von Hand über eine Fläche gerollt wird, gibt es Methoden der berührungslosen Meßwertbildung über optische Elemente, bei der bestimmte Muster auf der Kugel unterschiedlich reflektieren, oder über magnetische Feldstärkemessung mittels Hallsonden (Feldsonden), bei der die Kugel mit magnetischen Mustern durchsetzt bzw. die Oberfläche einer ferromagnetischen Schicht entsprechend gestaltet ist/2,3,4.Trackball control devices have been known for over 20 years as controls (speedball, trackball) for manual tracking and for measuring particle traces e.g. B. in elementary particle physics / 1 / and in radar technology. Here, as well as in the more recent for the control of points on screens serving so-called "computer mouse" is a two-dimensional input device.Roll balls are mostly air-bearing, the measurement of the rolling ball rotation but via 2 follower friction wheels, in direct engagement with When turning the track ball, the friction wheels are moved more or less according to the directional components, but constructively prevents the case that at the point of contact, the direction of movement of the ball surface and friction wheel is exactly vertical, as this Thus, the principle of a trackball input device with friction wheel for 3 degrees of freedom is not feasible.With the "computer mouse", which is rolled by hand over a surface, there are methods of non-contact measurement via optical elements, d he reflected certain patterns on the sphere differently, or magnetic field strength measurement by means of Hall probes (field probes), in which the ball interspersed with magnetic patterns or the surface of a ferromagnetic layer is designed accordingly / 2,3,4.

Mit der Entwicklung immer schnellerer Rechenmaschinen ist es nun auch möglich, räumliche Darstellungen auf Bildschirmen zu erzeugen. Auf dem Gebiet der Elementarteilchenphysik wird bei der Untersuchung räumlicher Zerfallsgebilde eine Drehung dieser Gebilde um beliebige räumliche Achsen erforderlich. Gleiches kann auch für die medizinische Diagnostik in der Molekularbiologie, bei Design-Entwürfen (CAD), bei Manipulatoren, bei der Roboterprogrammierung (Gewinnung der Daten) notwendig sein.With the development of ever faster calculating machines, it is now also possible to produce spatial representations on screens. In the field of elementary particle physics, the investigation of spatial decay structures requires a rotation of these structures around arbitrary spatial axes. The same may be necessary for medical diagnostics in molecular biology, in design drafts (CAD), in manipulators, in robot programming (acquisition of data).

Eine x-y-Eingabevorrichtung/5/ weist eine Rollkugel auf, deren Drehung über Reibräder abgetastet wird, wobei aber das für die Lagerung der Rollkugel dienende Gehäuse zusätzlich drehbar ist, so daß man damit eine Fahrrichtung einstellen kann und der Drehwinkel der Rollkugel dem Abstand entsprechen würde. Die zweite Drehrichtung der Rollkugel könnte damit für die Eingabe der 3. Koordinate dienen, was aber nicht beansprucht wird.An xy input device / 5 / has a trackball, the rotation of which is scanned by friction wheels, but serving for the storage of the rolling ball housing is additionally rotatable, so that one can set a direction of travel and the rotation angle of the trackball would correspond to the distance , The second direction of rotation of the trackball could thus be used for the input of the third coordinate, but this is not claimed.

Zur Programmierung von Robotern sind Steuerknüppel für die Einstellung eines beliebigen räumlichen Punktes bekannt, bei denen noch eine Hohlkugel am Ende angeordnet ist für die Steuerung der Drehung in 3 Drehachsen; hierbei wird die aufgewendete Kraft über Drehungsmeßstreifen im Innern gemessen, die dem gewünschten Drehwinkel proportional ist/6/. In/7/ wird eine bewegliche .Maus" geschützt, die auf einem Tisch gefahren werden kann und Sensoren in x, у und ζ besitzen soll, wobei die Erzeugung der Digitalwerte über elektrostatische Effekte geschehen soll.For programming robots sticks are known for the adjustment of any spatial point, in which a hollow ball at the end is arranged for the control of rotation in 3 axes of rotation; In this case, the applied force is measured by means of rotation measuring strips in the interior, which is proportional to the desired angle of rotation / 6 /. In / 7 / is protected a movable mouse, which can be driven on a table and should have sensors in x, у and ζ, whereby the generation of the digital values should be done via electrostatic effects.

Weiterhin sind noch Eingabevorrichtungen für x, y, ζ bekannt, bei denen entweder eine Rollkugel für die x-y-Eingabe und ein Schieber für die z-Eingabe bzw. auch 3 Schieber für die x-, y-, z-Eingabe benutzt werden.Furthermore, input devices for x, y, ζ are still known in which either a trackball for the x-y input and a slider for the z-input and also 3 sliders for the x, y, z input are used.

Schließlich ist eine Rollkugel-Eingabeeinrichtung für χ und у unter der Bezeichnung ,Cursor-Control-Device'/e/ geschützt, bei der mittels einer Taste die Umschaltung der Genauigkeit der Eingabe im Verhältnis 1:15 verändert werden kann. Die Mängel der beschriebenen, nur für x-y-Koordinaten vorgesehenen Eingabevorrichtungen/1,2,3,4,5/ bestehen im fehlenden 3. Freiheitsgrad. Die Mängel der als .Computermouse" bezeichneten Einrichtungen bestehen darüber hinaus in der Notwendigkeit des Führens derselben über eine ebene Platte, die in einzelnen Fällen mit speziellen Mustern ausgestattet oder/ und magnetisch sein muß, was aus Platzgründen und im Hinblick auf Verschmutzungsmöglichkeit nicht optimal ist. Bei/6/ wiederum muß ständig eine Kraft aufrechterhalten werden beim Erreichen einer Koordinate oder eines Winkelausschlags, was unvorteilhaft für die vorgesehene Anwendung ist.Finally, a trackball input device for χ and у is protected under the name, Cursor Control Device '/ e /, in which by means of a key the switching of the accuracy of the input can be changed in the ratio 1:15. The shortcomings of the described, only for x-y coordinates provided input devices / 1,2,3,4,5 / exist in the missing third degree of freedom. The shortcomings of the devices referred to as "Computer Mouse" also exist in the need to guide them over a flat plate, which in some cases must be equipped with special patterns and / or magnetic, which is not optimal for reasons of space and pollution. With / 6 / again, a force must constantly be maintained in achieving a coordinate or an angular excursion, which is unfavorable for the intended application.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer leichtgängigen, kleinen, stationären Steuervorrichtung, insbesondere für Drehbewegungen mit 3 Freiheitsgraden für eine dreidimensionale Bildschirmdarstellung.The object of the invention is to provide a smooth, small, stationary control device, in particular for rotational movements with 3 degrees of freedom for a three-dimensional screen display.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die o. g. Mängel vorhandener Eingabeeinrichtungen auszuschalten und unter Ausnutzung anderer physikalischer Größen und Effekte unter Einbeziehung der Rechentechnik für die räumliche Steuerung in 3 Freiheitsgraden, insbesondere der Drehbewegung, vorteilhafte neue Lösungen anzugeben.The object of the invention is the o. G. To eliminate deficiencies of existing input devices and to make use of other physical quantities and effects including the computing technology for the spatial control in 3 degrees of freedom, in particular the rotational movement to provide advantageous new solutions.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine stationäre Rollkugel aus Glas, Plaste und/oder Metall und berührungslose Geber und Empfänger, wobei die Anzahl letzterer mindestens 3 sein muß, verwendet werden. Über nachgeschaitete Verstärker, Analog-Digita!wandler und einen vorzugsweise dazu zugeordneten Mikroprozessor oder auch anderen Rechner werden die Meßwerte der Empfänger mit bereits abgespeicherten Eichdaten verglichen und unter Benutzung von Interpolationsmethoden daraus räumliche Steuergrößen für einen das Bild generierenden Rechner erzeugt, so daß die Bewegungsrichtung bzw. der Drehwinkel des dargestellten Objektes auf dem Bildschirm weitgehend proportional zur Bewegungsrichtung und dem Drehwinkel der handbedienten Rollkugel werden. Eine erfindungsgemäße technische Lösung für die Geber und Empfänger nach Anspruch 2 stellen zwei in der Rollkugel untergebrachte Stabmagneten und außerhalb derselben angeordenete 3 Hallgeneratoren dar. Die bei der Umwandlung der magnetischen Feldstärkewerte in den Hallgeneratoren entstehenden elektrischen Spannungen werden rechentechnisch in Werte für die räumlichen Drehwinkei u.a. weiterverarbeitet.According to the invention this is achieved in that a stationary track ball made of glass, plastic and / or metal and non-contact transmitter and receiver, the number of the latter must be at least 3, are used. By means of downstream amplifiers, analogue digital converters and a preferably associated microprocessor or other computer, the measured values of the receivers are compared with already stored calibration data and, using interpolation methods, spatial control variables for a computer generating the image are generated, so that the direction of movement or movement is determined the angle of rotation of the displayed object on the screen becomes largely proportional to the direction of movement and the angle of rotation of the hand-operated trackball. A technical solution according to the invention for the encoders and receivers according to claim 2 represent two bar magnets accommodated in the trackball and 3 Hall generators arranged outside the same. The electrical voltages arising in the conversion of the magnetic field strength values in the Hall generators are computationally converted into values for the spatial rotation angle u.a. further processed.

In einer weiteren technischen Lösung nach dem magnetischen Prinzip ist gemäß Anspruch 3 vorgesehen, im RollkugelgehäuseIn a further technical solution according to the magnetic principle is provided according to claim 3, in the rolling ball housing

oder mehr Elektromagnete mit je einem Polpaar nahe der Rollkugel anzuordnen, die mit Gleichstrom oder zeitlich versetztenor to arrange more electromagnets, each with a pair of poles near the trackball, with DC or staggered

Impulsen oder mit Wechselspannung unterschiedlicher Frequenz oder Phase gespeist werden und in den MagnetkreisenPulses or are fed with alternating voltage of different frequency or phase and in the magnetic circuits

gleichfalls Magnetfeldmeßeinrichtungen unterzubringen, wobei die Rollkugel zu einem Teil aus magnetisch leitendem Materialbesteht. Dadurch wird erreicht, daß sich für jeden Raumwinkel der Rollkugel unterschiedliche Amplituden an denalso magnetic field measuring devices to accommodate, wherein the trackball is a part of magnetically conductive material. This ensures that for each solid angle of the trackball different amplitudes to the

Meßeinrichtungen ergeben, die rechentechnisch weiterverarbeitet werden können.Resulting measuring devices that can be further processed by computer. Weiterhin wird erfindungsgemäß ein für die Rollkugel neuartiges Meßverfahren unter Benutzung eines Ultraschallgebers undFurthermore, according to the invention a novel for the trackball measuring method using an ultrasonic generator and

mindestens dreier Ultraschallempfänger außerhalb und eines oder mehrerer Reflektoren im Innern der Rollkugel angegeben,wobei die Weiterverarbeitung der Meßwerte analog zum erstgenannten Verfahren erfolgt.at least three ultrasound receivers outside and one or more reflectors inside the trackball indicated, wherein the further processing of the measured values is carried out analogously to the first-mentioned method.

Weitere erfindungsgemäße Anordnungen sind unter Ausnutzung optischer Effekte möglich. Gemäß Anspruch 4 wird eineFurther arrangements according to the invention are possible by utilizing optical effects. According to claim 4 is a Rollkugel-Steuereinrichtung geschützt, bei der die Rollkugel aus einem glasklaren Material besteht und im Innern diffusTrackball control device protected in which the trackball is made of a crystal-clear material and diffused inside

reflektierende Flächen enthält. Es sind mehrere Lichtgeber- und -empfängerpaare im Gehäuse außerhalb der Rollkugelangeordnet, die auf unterschiedlichen Wellenlängen oder bei impulsförmigem Betrieb und einer Wellenlänge zeitlich versetztarbeiten. Die Meßwerte an den Lichtempfängern sind von der Winkelstellung der Rollkugel abhängig und können in der incontains reflective surfaces. There are several Lichtgeber- and -empfängerpaare in the housing outside of the trackball, which operate at different wavelengths or in pulse mode operation and a wavelength staggered in time. The measured values at the light receivers are dependent on the angular position of the trackball and can be found in the

Anspruch 1 beschriebenen Weise weiterverarbeitet werden.Claim 1 described further processed. Schließlich wird erfindungsgemäß eine lichtdurchlässige Rollkugel mit einem optischen Reflektor geschützt, bei der einFinally, according to the invention, a translucent trackball is protected by an optical reflector in which a

außerhalb der Kugel angebrachter Geber polarisiertes Licht aussendet und mindestens 3 Lichtempfänger benötigt werden.Outside the sphere mounted transmitter emits polarized light and at least 3 light receivers are needed.

Auch hier erfolgt die Weiterverarbeitung der Meßdaten in analoger Weise wie in den vorhergehenden Verfahren.Again, the further processing of the measured data is carried out in an analogous manner as in the previous method. Es ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, durch mit dem Rechner verbundene Umschalteinrichtungen einen Übergang aufIt is further provided according to the invention, by switching connected to the computer switching to a transition

die Steuerung mit 1 oder 2 aus 3 Freiheitsgraden zu ermöglichen.to allow control with 1 or 2 of 3 degrees of freedom.

Damit wird die Ansteuerung eines Punktes in der x-y-Ebene oder in Z-Richtung mittels Rollkugel erreicht.Thus, the control of a point in the x-y plane or in the Z direction is achieved by means of trackball. Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisch Rollkugel-Steuereinrichtungen, und zwarThe invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments. The accompanying drawings show schematically rolling ball control devices, namely

Fig. 1: in der Gesamtanordnung mit Mikroprozessor, Bildschirmrechner und Bildschirm, wobei als MeßwertempfängerFig. 1: in the overall arrangement with microprocessor, screen computer and screen, where as Meßwertempfänger Hallsonden und als Geber Dauermagneten in der Rollkugel dienen,Hall probes and serve as donors permanent magnets in the trackball,

Fig. 2: mit elektromagnetischen Gebern und Meßwertempfängern im Gehäuse der Rollkugel, Fig. 3: mit Ultraschallgeber, -reflektor und -empfängern, Fig.4: mit optischen Gebern, Reflektor und Empfängern.Fig. 2: with electromagnetic encoders and measured value receivers in the housing of the trackball, Fig. 3: with ultrasonic transducer, reflector and receivers, Figure 4: with optical encoders, reflector and receivers.

Eine Rollkugel-Steuereinrichtung für die räumliche Bilddarstellung gemäß Anspruch 1 und 2 weist eine Rollkugel 1 auf, die in einem Gehäuse 2 auf Kugeln oder Druckluft reibungsarm gelagert ist. Als Geber befinden sich im Innern der Rollkugel gemäß Anspruch 2 zwei Stabmagnete, deren Kraftlinien die berührungsfreien Meßwertempfänger 3,4 und 5 vom Typ Hallsonde durchsetzen und an ihnen Spannungen entstehen lassen, die proportional der magnetischen Induktion B und dem durch die Hallsonden geschickten Strömen I sind. Über die nachfolgenden Verstärker 6,7,8 und Analog-Digitalwandler 9,10,11 werden die Meßwerte vorzugsweise auf einen separaten Mikroprozessor 12 gegeben, der dieselben mit den in einem extra ROM-Speicher 13 in Tabellenform niedergelegten Eichdaten unter Ausnutzung von Interation vergleicht und die Raumwinkel errechnet, die an den Bildschirmrechner 14 weitergeleitet werdenund eine Manipulation, z. B. Drehung des dargestellten Objektes auf dem Bildschirm 15 um die 3 Achsen proportional zur Drehung der Rollkugel, hervorruft. Eine Rollkugel-Steuereinrichtung gemäß Anspruch 3 (Fig. 2) ist gekennzeichnet durch einen im Innern der Rollkugel 1 untergebrachten ferromagnetischen Körper bestimmter geometrischer Form 16, der beim Verdrehen der Kugel in den magnetischen Stromkreisen 17,18,19 und den darin enthaltenen magnetiscchen Flußsonden (Förstersonde, Hallsonde) 20, 21,22 zu unterschiedlichen Magnetflüssen und damit Spannungen führt, woraus mittels der angeschlossenen Schaltkreise gemäß Fig. 1 die Raumwinkel gewonnen werden können.A trackball control device for the spatial image representation according to claim 1 and 2 comprises a trackball 1, which is mounted in a housing 2 on balls or compressed air friction. As donors are located inside the trackball according to claim 2, two bar magnets whose lines of force pass through the non-contact transducers 3,4 and 5 type Hall probe and voltages arise there, which are proportional to the magnetic induction B and sent through the Hall probes currents I. , The subsequent amplifiers 6, 7, 8 and analogue-to-digital converters 9, 10, 11 are used to transmit the measured values preferably to a separate microprocessor 12, which compares them with the calibration data stored in an extra ROM 13 in tabular form, taking advantage of the interaction calculates the solid angles, which are forwarded to the screen computer 14 and a manipulation, for. B. Rotation of the displayed object on the screen 15 about the 3 axes proportional to the rotation of the trackball, causes. A trackball control device according to claim 3 (FIG. 2) is characterized by a ferromagnetic body of a certain geometrical shape 16 housed inside the trackball 1, which rotates when the ball is rotated in the magnetic circuits 17,18,19 and the magnetic flux probes (see FIG. Förster probe, Hall probe) 20, 21,22 leads to different magnetic flux and thus voltages, from which by means of the connected circuits of FIG. 1, the solid angle can be obtained.

Eine Rollkugelsteuereinrichtung gemäß Anspruch 4 unter Verwendung eines Ultraschallgebers 23 in Fig.3 besitzt einen Ultraschallreflektor 24 im Innern der Rollkugel 1, der den Schall in unterschiedlicher Stärke und Phasenlage auf die Ultraschallempfänger 25,26,27 reflektiert. Aus diesen Meßwerten kann wiederum auf die räumlichen Größen geschlossen werden unter Benutzung einer ähnlichen Schaltkreisanordnung wie in Fig. 1.A roller ball control device according to claim 4 using an ultrasonic generator 23 in Figure 3 has an ultrasonic reflector 24 in the interior of the trackball 1, which reflects the sound in different strength and phase position on the ultrasonic receiver 25,26,27. From these measurements, it is again possible to deduce the spatial values using a similar circuit arrangement as in FIG. 1.

Eine Rollkugel-Steuereinrichtung gemäß Anspruch 5 besteht nach Rg. 4 aus einer Rollkugel 1 aus glasklarem Material, in derem Innern diffus streuende Rächen z.B. in Form eines Hexaeders 28 angeordnet sind. Räumlich verteilt sind 3 Lichtgeber-Lichtempfängerpaare 29-30,31-32,33-34, die vorteilhafterweise zeitlich versetzt getaktet oder mit verschiedenen Wellenlängen betrieben werden, um die Auswertung der Amplitudenwerte in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Rollkugel zu vereinfachen. Eine Rollkugel-Steuereinrichtung ebenfalls auf optischem Prinzip gemäß Anspruch 6 weist wie in Fig. 4 eine Rollkugel 1 aus glasklarem Material auf, bei der aber anstelle des diffus streuenden Hexaeders 28 eine reflektierende Anordnung aus Tripelspiegel eingesetzt wird. Vor die Lichtgeber 29,31,33 sind Polarisationsfilter mit solcher Ausrichtung eingefügt, daß sich ebenfalls eine Amplitudenänderung des Lichts in Abhängigkeit vom Raumwinkel der Rollkugel ergibt. Gemäß Anspruch 7 wird die vorzugsweise für die räumliche Manipulation, insbesondere Drehung, geeignete Rollkugel-Steuereinrichtung durch zusätzliche Ausrüstung oder Benutzung von Tastenschaltern umgeschaltet auf einen oder 2 von 3 Freiheitsgraden, wie er bei der Positionierung eines Punktes (Cursor) im Raum, z. B. auf einen charakteristischen Punkt des dargestellten Objektes, und bei anderen Manipulationen erforderlich sein kann. Die Tastenschalter sind elektrisch mit dem Rechner verbunden.A trackball control device according to claim 5 consists according to Rg. 4 of a trackball 1 made of crystal clear material, in the interior of diffuse scattering apexes, for. are arranged in the form of a hexahedron 28. Spatially distributed are 3 Lichtgeber-Lichtempfängerpaare 29-30,31-32,33-34, which are advantageously clocked staggered or operated at different wavelengths in order to simplify the evaluation of the amplitude values as a function of the rotation angle of the trackball. A trackball control device also on optical principle according to claim 6, as in Fig. 4 on a trackball 1 made of crystal clear material, but instead of the diffusely scattering hexahedron 28, a reflective arrangement of triple mirror is used. Before the light emitters 29,31,33 polarizing filters are inserted with such orientation that also results in a change in amplitude of the light as a function of the solid angle of the trackball. According to claim 7, preferably for spatial manipulation, in particular rotation, suitable trackball control device is switched by additional equipment or use of key switches to one or 2 of 3 degrees of freedom, as in the positioning of a point (cursor) in space, z. B. on a characteristic point of the illustrated object, and may be required in other manipulations. The key switches are electrically connected to the computer.

Claims (7)

1. Rollkugel-Steuervorrichtung für die Manipulation räumlicher Bilddarstellungen, insbesondere deren Drehung auf rechnergesteuerten Bildschirmgeräten, wobei Richtung und Drehwinkel der handbedienten Rollkugel proportional zu Richtung und Drehwinkel des dargestellten Objektes auf einem Bildschirm sind, gekennzeichnet durch die Verwendung einer an sich bekannten Rollkugel aus Glas, Plaste und/oder Metall sowie berührungslosen Gebern und Empfängern, wobei die Anzahl letzterer mindestens auf 3 zu erhöhen ist, und nachgeschalteten Verstärkern, Analogdigitalwandlern und einem vorzugsweise separaten Mikroprozessor oder anderweitigen Rechner zur Umrechnung der Meßwerte in die räumlichen Steuergrößen für den das Bild generierenden Rechner unter Benutzung bereits abgespeicherter Eichdaten und Interpolationsverfahren.1. trackball control device for the manipulation of spatial image representations, in particular their rotation on computer-controlled screen devices, the direction and rotation angle of the hand-operated trackball are proportional to the direction and angle of rotation of the object shown on a screen, characterized by the use of a known per se ball of glass, Plastic and / or metal and non-contact encoders and receivers, the number of latter is to be increased to at least 3, and downstream amplifiers, analog-digital converters and a preferably separate microprocessor or other computer for converting the measured values into the spatial control variables for the image-generating computer below Use of already stored calibration data and interpolation method. 2. Rollkugel-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Geber in der Rollkugel 2 Stabmagnete und als Empfänger außerhalb der Rollkugel mindestens 3 Hallgeneratoren angeordnet sind, die eine Umwandlung der magnetischen Feldstärkewerte in elektrische Spannungen bewirken, wobei rechentechnisch aus den Spannungswerten und den Spannungsverhältnissen der einzelnen Hallgeneratoren auf die Drehrichtung und die Änderung des Drehwinkels geschlossen werden kann.2. Trackball control device according to claim 1, characterized in that arranged as a transmitter in the trackball 2 bar magnets and as a receiver outside the trackball at least 3 Hall generators, which cause a conversion of the magnetic field strength values into electrical voltages, wherein computationally from the voltage values and the Voltage ratios of the individual Hall generators on the direction of rotation and the change in the angle of rotation can be concluded. 3. Rollkugel-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,3. Trackball control device according to claim 1, characterized in that — daß als Geber im Rollkugelgehäuse mindestens drei Elektromagnete mit je einem Polpaar nahe der Rollkugel räumlich verteilt angeordnet sind, die mit Gleichstrom oder zeitlich versetzten Impulsen oder mit unterschiedlichen Frequenzen oder Phasen erregt werden,- That are arranged as donors in the trackball housing at least three electromagnets, each with a pair of poles distributed spatially near the trackball, which are energized with DC or time-shifted pulses or with different frequencies or phases, — daß sich im magnetischen Kreis der Elektromagneten Magnetfeldmeßeinrichtungen befinden und- That are in the magnetic circuit of the electromagnet magnetic field and — daß die Rollkugel teilweise aus einem magnetisch leitendem Material bestimmter geometrischer Form besteht, so daß sich für jeden Raumwinkel der Rollkugel andere Werte des Magnetflusses in den 3 Magnetkreisen einstellen, wobei rechentechnisch aus den Spannungen an den Empfängern der Raumwinkel ermittelt wird.- That the trackball is partially made of a magnetically conductive material of certain geometric shape, so that set for each solid angle of the trackball other values of the magnetic flux in the three magnetic circuits, which is computationally determined from the voltages at the receivers of the solid angle. 4. Rollkugel-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Geber außerhalb der Rollkugel Ultraschallsender und als Empfänger Ultraschallempfänger angeordnet sind und in der Rollkugel sich Ultraschallreflektoren befinden, wobei rechentechnisch aus den Amplituden oder Phasen und deren Verhältnissen zueinander auf die Drehrichtung und aus den Änderungen auf die Drehwinkel geschlossen werden kann.4. trackball control device according to claim 1, characterized in that are arranged as donors outside the trackball ultrasonic transmitter and receiver as ultrasonic receiver and in the trackball ultrasonic reflectors are, computationally from the amplitudes or phases and their relationships to each other in the direction of rotation and from the Changes to the rotation angle can be concluded. 5. Rollkugel-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollkugel aus einem glasklaren Material besteht und im Innern diffus reflektierende Flächen enthält,5. Trackball control device according to claim 1, characterized in that the trackball is made of a crystal clear material and contains inside diffuse reflective surfaces, — daß mehrere üchtgeber und Uchtempfängerpaare räumlich verteilt in dem Rollkugelgehäuse untergebracht sind, wobei je nach Winkelstellung der Kugel unterschiedliche und weiterverarbeitbare Helligkeitswerte an den Lichtempfängern auftreten und- That several üchtgeber and Uchtempfängerpaare are spatially distributed in the Rollkugelgehäuse, wherein depending on the angular position of the ball different and weiterverarbeitbare brightness values at the light receivers occur and — daß die Lichtgeber- und -empfängerpaare auf unterschiedliche Wellenlängen oder Zeitpunkte von Lichtimpulsen abgestimmt sind, wobei rechentechnisch aus den Spannungen an den Empfängern der Raumwinkel ermittelt wird.- That the Lichtgeber- and receiver pairs are tuned to different wavelengths or times of light pulses, which is computationally determined from the voltages at the receivers of the solid angle. 6. Rollkugel-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,6. Trackball control device according to claim 1, characterized in that — daß die Rollkugel aus glasklarem Material besteht und im Innern mit einem optischen Reflektor versehen ist und- That the trackball is made of crystal clear material and is provided in the interior with an optical reflector and — daß mindestens 3 Paar Lichtgeber und Lichtempfänger außerhalb der Rollkugel angeordnet und die Lichtgeber mit Polarisationsfiltern ausgestattet sind, wobei rechentechnisch aus den Spannungen an den Empfängern der Raumwinkel ermittelt wird.- That at least 3 pairs of light emitters and light receivers are arranged outside the trackball and the light emitters are equipped with polarizing filters, which is computationally determined from the voltages at the receivers of the solid angle. 7. Rollkugel-Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Umschalteinrichtungen, die mit dem Rechner verbunden sind, ein Übergang auf die Steuerung mit einem oder zwei von drei Freiheitsgraden ermöglicht wird.7. trackball control device according to claim 1 to 6, characterized in that by means of switching means, which are connected to the computer, a transition to the controller with one or two of three degrees of freedom is made possible. Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings
DD31396088A 1988-03-24 1988-03-24 ROLLBALL CONTROL DEVICE FOR MANIPULATING SPATIAL IMAGE DISPLAYS, ESPECIALLY THEIR ROTATION, ON COMPUTER-CONTROLLED SCREEN DEVICES DD270395A1 (en)

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DD31396088A DD270395A1 (en) 1988-03-24 1988-03-24 ROLLBALL CONTROL DEVICE FOR MANIPULATING SPATIAL IMAGE DISPLAYS, ESPECIALLY THEIR ROTATION, ON COMPUTER-CONTROLLED SCREEN DEVICES

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DD (1) DD270395A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0392651A1 (en) * 1989-04-06 1990-10-17 Tektronix Inc. Trackball mechanism
DE19805994A1 (en) * 1998-02-15 1999-08-19 Ferger Three dimensional tracker ball for computer image object manipulation

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