DE19835809A1 - Kombi-Maus - Google Patents

Abstract

Eine Kombi-Maus (1) zum Erfassen von Bewegung und zum Einlesen von Information umfaßt einen Bewegungsdetektor (2), der kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen seine jeweilige Position relativ zu einer Oberfläche (4) bei einer Bewegung erfaßt und in elektronische, eine Information über die Bewegung enthaltende Signale umwandelt, eine Rechnereinheit (16), die die elektronischen Signale des Bewegungsdetektors (2) in Positionsanzeigen in einem zwei- und/oder dreidimensionalen visuellen System, etwa in die Positionierung eines Cursors auf einem Bildschirm, umwandelt, und eine optische Einheit (3), die von einer mit visualisierbarer Information, etwa alphanumerischen Zeichen, Graphiken oder fotografischen Bildern, markierten Fläche reflektiertes Licht einer Strahlungsquelle (27) erfaßt und auf einen Bildsensor (22) abbildet, der das Licht in eine Abfolge elektronischer Signale umwandelt und zur elektronischen Weiterverarbeitung einer Signalverarbeitungseinheit (31) zuführt. Die vom Bewegungsdetektor (2) erzeugten Signale lassen sich zur Synchronisation der vom Bildsensor (3) ermittelten Bildinformation einsetzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kombi-Maus zum Erfassen von Bewe­ gung und zum Einlesen von visualisierbarer Information, wie alphanumerischer Zeichen, Grafiken und fotographischen Bil­ dern.

Aus der DE 196 24 767 A1 ist ein Lesegerät für die optische Erfassung und Speicherung von visuell markierten und proji­ zierten alphanumerischen Zeichen, Grafiken und fotografischen Bildern bekannt. Bei diesem Gerät wird das Licht einer Strah­ lungsquelle auf einen Ausschnitt einer mit alphanumerischen Zeichen markierten Fläche projiziert und das von der Fläche reflektierte Licht in einer optischen Einheit auf einen Bild­ sensor abgebildet, der das Licht in eine Abfolge von elektro­ nischen Signalen umwandelt. Zeitgleich mit der optischen In­ formation gewonnene Signale eines Bewegungsdetektors dienen als Synchronisationssignale mit dem Ziel, die Zeicheninforma­ tion eines frei wählbaren Teils der markierten Fläche in Form von Informationspaketen in einer die elektronische Weiterver­ arbeitung zugänglichen Weise abzuspeichern.

Die vom Bildsensor gewonnene Information ist dabei logisch fest mit denen des Bewegungsdetektors verknüpft. Es bei diesem vorbekannten Gerät somit nicht möglich, die von dem Bewegungs­ detektor gewonnenen Informationen unabhängig von denen des Bildsensors zu verwenden, und erstere etwa zur Cursorsteuerung in einen visuellen System einzusetzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Kombi-Maus zum Erfassen von Bewegung und zum Einlesen von Information zu schaffen, bei dem die Daten der Bewegungserfassung zur Posi­ tionsanzeige in einem visuellen System einsetzbar sind.

Gelöst ist diese Aufgabe mit einer Kombi-Maus zum Erfassen von Bewegung und zum Einlesen von Information mit einem Bewegungs­ detektor, der kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabstän­ den seine jeweilige Position relativ zu einer Oberfläche bei einer Bewegung erfaßt und in elektronische, eine Information über die Bewegung enthaltende Signale umwandelt, mit einer Rechnereinheit, die die elektronischen Signale des Bewegungs­ detetektors in Positionsanzeigen in einem zwei- und/oder drei­ dimensionalen visuellen System, etwa in die Positionierung ei­ nes Cursors auf einem Bildschirm, umwandelt, und mit einer op­ tischen Einheit, die von einer mit visualisierbarer Informati­ on, etwa alphanumerischen Zeichen, Graphiken oder fotografi­ schen Bildern, markierten Fläche reflektiertes Licht einer Strahlungsquelle erfaßt und auf einen Bildsensor abbildet, der das Licht in eine Abfolge elektronischer Signale umwandelt und zur elektronischen Weiterverarbeitung einer Signalverarbei­ tungseinheit zu führt.

Bei der Erfindung handelt es sich somit darum, die Information über die Bewegung des Bewegungsdetektors gegenüber einer Ober­ fläche bzw. der Bewegung der Oberfläche gegenüber dem Bewe­ gungsdetektor in einer Rechnereinheit derart umzuwandeln, daß sie zur Positionsanzeige in einem mit der Rechnereinheit da­ tenverbundenen visuellen System einsetzbar ist. Das visuelle System kann dabei eine zwei- oder dreidimensionale Positions­ anzeige erlauben. Unabhängig davon kann mit Hilfe der opti­ schen Einheit und des Bildsensors auf einer Fläche abgebildete visualisierbare Information, etwa alphanumerische Zeichen, Grafiken und/oder fotografische Bilder, erfaßt und an eine Si­ gnalverarbeitungseinheit zur elektronischen Weiterverarbeitung zugeführt werden. Insbesondere können die vom Bildsensor ge­ wonnenen Informationen in das mit der Rechnereinheit datenver­ bundenen visuellen System übertragen und dort bearbeitet wer­ den. Die von der optischen Einheit abzuscannende Fläche kann identisch mit oder verschieden von der vom Bewegungsdetektor zu erfassenden Oberfläche sein. Als Strahlungsquelle zur opti­ schen Erfassung kann eine in der optischen Einheit eingebaute Strahlungsquelle verwendet werden, oder es kann eine externe Strahlungsquelle oder gewöhnliches Tageslicht zum Einsatz kom­ men.

Zweckmäßigerweise ist der Bewegungsdetektor auch zur Erzeugung von Synchronisationssignalen zur Beschreibung einer Bewegung des Bewegungsdetektors gegenüber der markierten Fläche und so­ mit der Relativposition visualisierbarer Information auf der markierten Fläche einsetzbar. Hierzu steht der Bewegungsdetek­ tor mit der bildverarbeitenden Signalverarbeitungseinheit in Datenverbindung. Die Synchronisationssignale werden gleichzei­ tig oder zeitnah mit der Bilderfassung der optischen Einheit bei einer Bewegung relativ zu der markierten Fläche erzeugt und dienen dazu, die visualisierbare Information eines frei wählbaren Teiles der markierten Fläche unter Wahrung der Ort­ sinformation einer elektronischen Weiterverarbeitung zuzufüh­ ren. Hierzu wird beispielsweise eine Bildserie, bestehend aus sich teilweise überlappenden Bildern vorgebbarer Größe, zu­ nächst erfaßt und abgespeichert und dann unter Ermittlung und Unterdrückung der überlappenden Bildteile die erhaltene Bildin­ formation beispielsweise zur Weiterverarbeitung in einer Bild- oder Textverarbeitung zwischengespeichert. Dieser Vorgang wird als Bildassemblierung bezeichnet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Bewegungsdetek­ tor Mittel zum berührungsfreien Erfassen der Bewegung relativ zur Oberfläche auf. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil sich gezeigt hat, daß zur Bewegungsdetektion eingesetzte mechanische Teile, wie beispielsweise die von üblichen Compu­ termäusen her bekannten walzenförmigen Abtastelemente, bei längerer Benutzungsdauer verschmutzen, wodurch die Tauglich­ keit des Bewegungsdetektors erheblich gemindert wird. Gleich­ falls ist eine berührungsfreie Bewegungsdetektion vorteilhaft, wenn eine mechanische Abtastung wegen der Empfindlichkeit der abzutastenden Oberfläche oder einer stark reliefartig ausge­ bildeten Oberflächenstruktur nicht möglich ist. Geeignete Be­ wegungsdetektoren arbeiten je nach der Beschaffenheit der Oberfläche etwa mit Hilfe von Licht oder sonstiger elektroma­ gnetischer Strahlung, Schallwellen oder mittels elektrischer oder magnetischer Felder.

Ein besonders geeigneter Bewegungsdetektor weist eine Matrix aus in einer Fläche nebeneinander angeordneten optischen Er­ fassungsmitteln auf, mittels derer eine relativ zur Oberfläche erfolgte Bewegung in eine Abfolge elektronischer Signale um­ wandelbar ist. Die vom Detektor vollzogene Bewegung entlang der Oberfläche ist damit leicht aufgrund der zeitlichen Abfol­ ge der von den einzelnen optischen Erfassungsmitteln abgegebe­ nen elektronischen Signale nachvollziehbar. Als Matrix kommt dabei etwa eine Anordnung von Photodioden oder ausgewählten Pixeln eines CCD-Bildsensors.

In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung weist der Bewe­ gungsdetektor ein rotationssymmetrisch ausgebildetes und um mindestens eine Achse drehbar gelagertes Abtastelement auf. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Handhabbarkeit der erfindungsgemäßen Kombi-Maus.

Die Detektion der Bewegung relativ zur Oberfläche kann zweck­ mäßigerweise unter Zuhilfenahme des Halleffekts erfolgen. In­ soweit sieht eine abermalige wichtige Weiterbildung der Erfin­ dung vor, daß der Bewegungsdetektor ein Hallelement mit einem Abtastelement aufweist, wobei das Abtastelement von einem in­ homogenen Magnetfeld umgeben ist. Die Drehbewegung des Abta­ stelements verursacht eine periodische Veränderung der Hall­ spannung. Dieser Aufbau ermöglicht eine sehr genaue Bestimmung der Position des Lesegeräts auf der markierten Fläche.

Alternativ zur Detektion mittels des Halleffekts weist der Be­ wegungsdetektor einen optischen Detektor mit einem Abtastele­ ment auf, wobei die Oberfläche des Abtastelements derart op­ tisch inhomogen gestaltet ist, daß in Zusammenwirken mit dem optischen Detektor bei einer Drehung des Abtastelements elek­ trische Signale erzeugt werden, die der jeweiligen Drehbewe­ gung eindeutig zuzuordnen sind.

Eine besonders handliche und einfach zu bedienende Kombi-Maus ergibt sich, wenn die Rechnereinheit und/oder die Signalverar­ beitungseinheit in einer Geräteeinheit angeordnet sind, die zugleich den Bewegungsdetektor mit umfaßt.

In einer Weiterbildung ist die Geräteeinheit mit einer Einga­ beeinheit versehen, mittels der Steuerungssignale an die Rech­ nereinheit und/oder an die Signalverarbeitungseinheit übermit­ telbar sind.

Eine besonders einfache und rationelle Handhabung ergibt sich, wenn die Eingabeeinheit zur phonetischen Eingabe von Steue­ rungsbefehlen mit einem Mikrofon und einer an diesem ange­ schlossenen Umwandlungselektronik versehen ist, die das phone­ tische Signal vorgegebener Laute oder Worte in vorbestimmte Steuerungssignale übersetzt.

Als vorteilhafte Eingabeeinheit kommt eine Tastatur in Be­ tracht, mittels der auch die Eingabe weiterer Informationen oder von Verarbeitungsprogrammen ermöglicht wird. Die Tastatur kann dabei etwa in Form einer Anordnung von Hard- oder Soft­ keys ausgeführt sein.

Um den Datanaustausch mit einem externen Rechner zu ermögli­ chen, ist die Kombi-Maus nach Anspruch 12 mit einer - vorzugs­ weise seriellen - Schnittstelle versehen.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Geräteeinheit ein Display aufweist, auf dem von der optischen Einheit oder dem Bildsensor erfaßte, mittels der Eingabeein­ heit eingegebene oder mittels Datenferntragung von einem ex­ ternen Rechner übermittelte Daten zeitnah visuell darstellbar sind. Insbesondere kann über das Display eine online Überwa­ chung der gerade erfaßten Information erfolgen. Das Display wird zunächst genutzt, um den gewünschten Ausschnitt zu defi­ nieren und die Kombi-Maus relativ zur Erfassungsebene entspre­ chend zu positionieren. Anschließend kann auf dem Display ge­ treu dem aus der Textverarbeitung bekannten Grundsatz "what you get is what you see" die Erfassung der Information ver­ folgt werden.

Nach einer abermaligen Ausgestaltung weist die Geräteeinheit digitale Speicherelemente auf. Dadurch ist es möglich, einge­ lesene Texte oder komplexe bildliche Informationen abzuspei­ chern.

Die Ausstattung der erfindungsgemäßen Kombi-Maus mit einem Mi­ kroprozessor erweitert die Funktionsmöglichkeiten hin zu denen eines Computers und ermöglicht die komplexe Verarbeitung er­ faßter, eingegebener, errechneter und/oder übermittelter In­ formation. Die Kombi-Maus stellt in dieser Ausgestaltung einen transportablen Taschen-PC dar.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung umfaßt die Ge­ räteeinheit einen Distanzmesser, mittels dessen der Abstand der Geräteeinheit, bei einer vorgegebenen Position relativ zur markierten Fläche ermittelbar und in elektronische, als Infor­ mation über eine reale oder virtuelle Positionsangabe nutzbare Signale umwandelbar sind. Ein solcher Distanzmesser kann ei­ nerseits dazu eingesetzt werden, eine berührungsfreie Erfas­ sung von visualisierbarer Information selbst bei einer Varia­ tion des Abstandes zwischen der Geräteeinheit und der mit die­ ser Information versehenen Fläche zu ermöglichen. Andererseits ermöglicht die Erfassung des Abstandes als einer dritte Koor­ dinate auch eine dreidimensionale Positionsangabe in dem mit der Rechnereinheit verbundenen visuellen System.

Besonders zweckmäßig erweist sich der Einsatz der Erfindung als Computermaus oder als Trackball. Durch die zusätzliche Funktion der Erfassungsmöglichkeit visualisierbarer Informati­ on ist die Erfindung konventionellen Computermäusen oder Trackballs deutlich überlegen.

Anhand der Zeichnungen sollen nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansich­ ten zeigen:

Fig. 1 eine berührungsfrei arbeitende Kombi-Maus in ei­ nem Längsschnitt,

Fig. 2 eine mit einer Hallsonde als Berührungsdetektor versehene Kombi-Maus,

Fig. 3 den Bewegungsdetektor einer erfindungsgemäßen Kombi-Maus in einer Draufsicht,

Fig. 4a einen beabstandet von einer Fläche gehaltenen Distanzmesser,

Fig. 4b das Prinzip der Abstandsmessung bei einem Di­ stanzmesser einer erfindungsgemäßen Kombi-Maus und

Fig. 5 in einem Blockschaltbild die elektronischen Kom­ ponenten des Distanzmessers aus Fig. 4a.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Kombi-Maus 1 handelt es sich um ein berührungsfrei arbeitendes Gerät mit einem Bewegungsdetek­ tor 2 sowie mit einer Erfassungseinheit 3 zur Erfassung von auf einer Fläche 4 befindlicher visualisierbarer Information, etwa von alphanumerischen Zeichen, Grafiken, fotografischen Bildern, Reliefstrukturen oder sonstigen zwei- und/oder drei­ dimensionalen Repräsentationen.

Der Bewegungsdetektor 2 und die Erfassungseinheit 3 sind in einer kompakten Geräteeinheit 5 integriert, die zugleich, wie unten näher ausgeführt, Vorrichtungen zur Eingabe, Übertra­ gung, Verarbeitung und Visualisierung von Daten sowie eine in­ terne Stromversorgung umfaßt.

Der in Fig. 3 gezeigte berührungsfreie Bewegungsdetektor 2 weist - in einem Mikrochip 10 integriert - einen Halbleiter­ strahler 11 sowie insgesamt fünf Fotodioden 12, 12', 12'', 12''', 13 auf. Die Fotodioden 12, 12', 12'', 12''' dienen bei einer Bewegung des Detektors relativ zu einer zwei- oder dreidimensional ausgerichteten Oberfläche 4 der Erfassung von Bewegungskomponenten parallel zu einer Ebene, während die Fotodiode 13 die Messung des Vertikalabstandes des Bewegungs­ detektors von der Oberfläche 4 erlaubt.

Die Funktionsweise des berührungsfreien Bewegungsdetektors 2 läßt sich wie folgt beschreiben: Durch eine geeignete Ansteue­ rungselektronik wird der Halbleiterstrahler 11 betätigt, so­ bald die bestimmungsgemäße Bewegungsdetektion beginnt. Das durch die Linse 14 vom Halbleiterstrahler 11 in Richtung auf die Oberfläche 4 fokussierte Licht wird von dieser reflek­ tiert und von der Linse 14 auf den Mikrochip 10 abgebildet. Die Fotodioden 12, 12', 12'', 12''' und 14 erfassen zumindest teilweise das reflektierte Licht. Bei der Bewegung des Bewe­ gungsdetektors 2 parallel zu einer durch die Anordnung der Fo­ todioden 12, 12', 12'', 12''' bestimmten Ebene wird in dem aus den Fotodioden 12, 12', 12'', 12''' bestehenden Diodenarray ein Muster zeitlich aufeinanderfolgender Signale erzeugt, aus de­ nen mittels einer geeigneten Datenverarbeitung die Richtung und die Geschwindigkeit der zu dieser Ebene parallelen Bewe­ gungskomponenten der Bewegung des Detektors in eindeutiger Weise bestimmbar ist.

Die elektrischen Impulse der Fotodioden 12, 12', 12'', 12''' werden in einem A/D-Konverter 15 verstärkt und als digitales Signal einer Rechnereinheit 16 der weiteren elektronischen Verarbeitung zugeführt. Diese Signale sind insbesondere zur Positionsanzeige oder zur Cursorsteuerung in einem mit der Ge­ räteeineit 5 datenverbundenen - hier jedoch nicht gezeigten - visuellen System, etwa einem Computerbildschirm, einsetzbar.

Die Erfassungseinheit 3 umfaßt eine optische Einheit 21 sowie einen Bildsensor 22. Bei dem Bildsensor 22 handelt es sich vorzugsweise um einen CCD-Bildsensor hoher Auflösung von eini­ gen 10⁵-10⁶ Pixeln/cm² oder mehr. Die optische Einheit umfaßt eine an sich bekannte Optik, wie sie beispielsweise in der DE 196 25 767 A1 ausführlich beschrieben ist. Sie umfaßt im we­ sentlichen eine Lichtquelle, etwa eine Leuchtdiode 27, eine fokussierenden Linseneinheit 28 sowie eine einstellbare Schlitzblende 29.

Bei bestimmungsgemäßem Einsatz der Erfassungseinheit 3 wird das von der Leuchtdiode 27 emittierte Licht von der Linsenein­ heit 28 auf die mit visualisierbarer Information bestückte Fläche 4 fokussiert. Die Einstellbarkeit der Schlitzblende 29 ermöglicht dabei die Ausleuchtung eines mehr oder minder gro­ ßen Ausschnitts der Fläche 4. Das von der Fläche 4 reflektier­ te Licht wird ganz oder teilweise auf den Bildsensor 22 proji­ ziert, in welchem das Licht in bekannter Weise in eine Abfolge elektronischer Signale umgewandelt und zur Verstärkung einem A/D-Konverter 15 zugeführt wird.

Bei der Bewegung der Erfassungseinheit 3 relativ zur Fläche 4 ist die Ermittlung der Relativposition der Erfassungseinheit 3 erforderlich. Hierzu werden die verstärkten elektronischen Si­ gnale des Bewegungsdetektors 2 in einer Signalverarbeitungs­ einheit 31 in Synchronisationssignale umgewandelt. Diese Syn­ chronisationssignale, die die Information über die Bewegung des Bewegungsdetektors und somit der Geräteeinheit 5 enthal­ ten, werden zusammen mit den verstärkten Bildsignalen des Bildsensors 22 einer Signalaufbereitungseinheit 33 zugeführt und in digitale Informationspakete umgewandelt, die die volle Information über die Bildaufnahme und über die Bewegung ent­ halten. Die Informationspakete sind in einer Speichereinheit 34 abspeicherbar.

Die bestimmungsgemäße Verwendung einer mit einem berührungs­ freien Bewegungsdetektor 2 arbeitenden Kombi-Maus 1 schließt auch den Fall ein, daß der Abstand zwischen der Geräteeinheit 5 und der Oberfläche 4 variabel ist. Wie bereits erwähnt, weist der Bewegungsdetektor 2 hierzu Mittel zur Distanzerfas­ sung auf, deren Wirkungsweise anhand der Fig. 4a und b im folgenden beschrieben werden.

Vom Halbleiterstrahler 11 wird ein Lichtsignal 38, im Beispiel eine sinusförmig durchmodulierte Welle, in Richtung auf die Oberfläche 4 abgestrahlt. Das Lichtsignal 38 wird an der mar­ kierten Fläche reflektiert und gelangt auf die Fotodiode 13. Für die dabei zurückgelegte Wegstrecke, die größer als der doppelte Abstand 2L zwischen dem Bewegungsdetektor 2 und der Oberfläche 4 ist, benötigt das Licht die Laufzeit t. Die Be­ stimmung der Lichtlaufzeit t erfolgt aus einem Vergleich der Phase des Modulationssignals 39 mit der Phase des empfangenen Lichtsignals 38. In Fig. 4b sind die Amplituden der beiden Si­ gnale 38, 39 als Funktion der Zeit aufgetragen. Die Laufzeit­ differenz t₂ - t₁ = t zwischen Modulationssignal 39 und Licht­ signal 38 führt zu markanten Unterschieden der Amplituden der beiden Signale zu einem gegebenen Zeitpunkt t₁. Die beschriebe­ ne Methode ist nicht auf Licht im sichtbaren Frequenzbereich beschränkt. Als Lichtquellen sind daher auch Strahler einsetz­ bar, die im infraroten oder ultravioletten Frequenzbereich emittieren.

Die für die Distanzmessung eingesetzten elektronischen Kompo­ nenten sind in Fig. 5 gezeigt. Das abgestrahlte Licht des Halbleiterstrahlers 11 wird mit dem im Oszillator 41 generier­ ten und im Signalverstärker 42 verstärkten Sinuswellensignal moduliert. Die Fotodiode 13 empfängt das modulierte, an der Oberfläche 4 reflektierte Lichtsignal 38, wandelt es in ein moduliertes photovoltaisches Signal um und leitet es dem Ver­ stärker 43 zu. In einem Diskriminator 44 werden die Phasenla­ gen des generierten Sinuswellensignals 39 und des photovol­ taischen Signals 38 verglichen. Das Ausgangssignal des Diskri­ minators 44 verhält sich proportional zur Phasenverschiebung und ist ein Maß für die vom Licht innerhalb einer Zeit t = t₂ - t₁ mit der Geschwindigkeit c zurückgelegten Wegstrecke.

Das Diskriminatorsignal gelangt über des Signalverstärker 45 zur Rechnereinheit 16, in der es mit den entsprechenden Si­ gnalen der Fotodioden 12, 12', 12'', 12''' zu einem digitalen Informationspaket zusammengefaßt und gegebenenfalls in der Si­ gnalverarbeitungseinheit 31 dem Bildsignal des Bildsensors 22 zugeleitet wird.

Das Signal ist auch zur Steuerung von Sensormotoren 47, 48 einsetzbar, mittels der etwa die Brennweite der Linsenanord­ nung 28 oder der Linse 14 entsprechend dem ermittelten Abstand eingestellt werden können.

Alternativ zur beschriebenen Lichtlaufzeitmessung kann bei Einsatz eines Lasers anstelle der Leuchtdiode 14 und bei hin­ reichend glatten Oberflächen 4 der Abstand etwa mittels opti­ scher Triangulation bestimmt werden.

Die Ermittlung der Distanz L ermöglicht zum einen die Variati­ on des Abstandes L der Erfassungseinheit 3 zur markierten Flä­ che 4, zum zweiten stellt die Distanz L einen zusätzlichen Pa­ rameter dar, mittels dessen, in Verbindung mit den flächenhaf­ ten, aus den Signalen der Fotodioden 12, 12', 12'', 12''' gewonne­ nen Daten, eine dreidimensionale Positionsangabe in einem mit der Geräteeinheit in Datenverbindung stehenden visuellen Sy­ stem ermöglicht wird.

Die vom Bewegungsdetektor 2 bzw. der Erfassungseinheit 3 ge­ wonnenen Daten werden einer zentralen Steuerungselektronik 50 zugeleitet, die im Innern der Geräteeinheit auf einer Platine 51 angeordnet ist. Die zentrale Steuerungselektronik weist ei­ nen Mikroprozessor 54 sowie eine oder mehrere Speichereinhei­ ten 34, 55 auf. Die Speichereinheiten 34, 55 umfassen Arbeits- und/oder Festspeicherplätze.

Die zentrale Steuerungselektronik 50 steht mit weiteren Peri­ pherieeinheiten in Datenverbindung: Hierzu gehören eine Schnittstelle 57, eine Eingabeeinheit 58 und ein Display 59. Zur autonomen Stromversorgung der Geräteeinheit 5 dient eine Batterieeinheit mit - vorzugsweise wiederaufladbaren - Batte­ rien 60, 60'. In der zentralen Steuerungselektronik 50 können etwa Text-, Tabellen- oder Grafikprogramme unmittelbar ausge­ wertet werden. Die Programme sind, ebenso wie etwaige Refe­ renzinformationen, in der Speichereinheit 55 abrufbar abge­ legt. Auf einer zweiten Platine 61 sind entsprechende elektro­ nische Steuerungselemente für die Peripherieeinheiten angeord­ net.

Die Schnittstelle 57 dient zum elektronischen Datenaustausch mit externen Rechnern und ist vorzugsweise als serielle Schnittstelle ausgebildet, an der entsprechende Datenübertra­ gungsmittel fest, aber ablösbar verbunden werden können. Um die Verarbeitung auch größerer Datenmengen zu beschleunigen, ist die Schnittstelle 57 als Glasfaseranschluß konzipiert und geeignet, auch mit Netzwerken externer Rechner verbunden zu werden, und mit diesen in Datenaustausch treten zu können.

Des weiteren weist die Geräteeinheit 5 eine Sende- und Emp­ fangseinheit 63 auf, mittels der ein drahtloser Datenaustausch mit externen Systemen möglich ist.

Die Eingabeeinheit 58 dient insbesondere zur Eingabe zusätzli­ cher Information oder zur Eingabe von Steuerungsbefehlen an die zentrale Steuerungselektronik 50, um beispielsweise in der Speichereinheit 55 abgelegte Verarbeitungsprogramme aufzuru­ fen. Die Eingabeeinheit umfaßt dabei eine Tastatur und/oder eine sensorisch wirkende Eingabemöglichkeit.

Um die phonetische Eingabe von Steuerbefehlen und sonstiger Information zu ermöglichen, ist die Eingabeeinheit 58 mit ei­ nem Mikrofon 68 sowie einem Komparator 69 datenverbunden. Die aus Schallsignalen im Mikrofon 68 gewonnenen elektronischen Signal folgen werden dem Komparator 69 zugeleitet und dort mit vorbestimmten oder eingegebenen Signal folgen verglichen, die jeweils Codierungen für bestimmte Steuerungsbefehle und/oder sonstiger Information repräsentieren. Bei einer hinreichenden Übereinstimmung beider Signal folgen sendet der Komparator ein der Codierung entsprechendes Steuersignal an die Eingabeeinheit 58, von der aus dieses Signal an die zentrale Steuerungselek­ tronik 50 weitergegeben wird.

Das Display 59, das beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige umfassen kann, dient zur Visualisierung von Daten, etwa von Information, die mittels der Erfassungseinheit 3 und/oder des Bewegungsdetektors 2 erfaßt, von der Eingabeeinheit 58 einge­ geben oder durch Kommunikation mit externen Rechnern übermit­ telt wurde; ferner dient das Display 59 zur Statusanzeige und zur Anzeige etwaiger Fehlermeldungen. Insbesondere aber dient das Display zu einem "online-monitoring" bei der Erfassung. Der Benutzer erkennt dabei im Display jeweils den gerade er­ faßten Ausschnitt. Das Display dient somit einerseits der Po­ sitionierung der Kombi-Maus und andererseits der Kontrolle der Informationserfassung.

Im Unterschied zur Kombi-Maus 1 arbeitet der Bewegungsdetektor 75 der Kombi-Maus 1' in Fig. 2 nicht berührungsfrei, sondern erfaßt die Relativbewegung des Detektors über den direkten me­ chanischen Kontakt eines Abtastelements mit der Oberfläche 4.

In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform weist der Bewe­ gungsdetektor 75 als Abtastelement eine frei drehbar gelagerte Abtastkugel 76 auf, auf deren Oberfläche kleine Magnetplätt­ chen 77 gleichmäßig beabstandet voneinander angeordnet sind. Das von diesen Magnetplättchen ausgehende Magnetfeld ist von einem mit der Geräteeinheit 5' verbundenen und beabstandet von der Abtastkugel 76 angeordneten Hallelement 78 detektierbar, das mehrere Halldetektoren 79 aufweist. Die Bewegung der Ab­ tastkugel 76 gegenüber dem Hallelement 78 führt zu einer peri­ odischen Änderung des das Hallelement 78 durchsetzenden Ma­ gnetfelds, und damit zu einer periodischen Änderung der von den Halldetektoren 79 erzeugten Hallspannungen. Um die Bewe­ gung der Abtastkugel 76 in eindeutiger Weise in Hallspannungs­ signale umsetzen zu können, bedarf es dabei wenigstens zweier in unterschiedlichen Richtungen, vorzugsweise senkrecht zuein­ ander angeordneten Halldetektoren 79 im Hallelement 78.

Die vom Hallelement 87 ausgehenden elektronischen Signale wer­ den, in gleicher Weise wie die Signale des berührungsfreien Bewegungsdetektors 2 der Kombi-Maus 1, einem A/D-Konverter 15 zugeleitet und einer elektronischen Weiterverarbeitung zuge­ führt.

Alternativ zur Bewegungserfassung unter Zuhilfenahme des Hall­ effekts kann die Bewegungserfassung der Abtastkugel 76 auch optisch erfolgen. Hierzu ist die Oberfläche der Abtastkugel 76 mit einem Muster verschiedener Farbtöne versehen, etwa mit re­ gelmäßig angeordneten dunklen Punkte auf einer insgesamt hel­ leren Kugeloberfläche. Die Kugeloberfläche wird von einer oder mehreren Lichtquellen, etwa Leuchtdioden, angestrahlt. Die Detektion erfolgt bei dieser alternativen Ausführungsform mit­ tels eines optischen Matrixsensors, der das von der Kugel­ oberfläche reflektierte Licht der Lichtquellen erfaßt. Auf­ grund der Hell-Dunkel Abfolge der reflektierten Strahlung bei der Bewegung der Abtastkugel 76 kann so ein genaues Bewegungs­ bild der Abtastkugel 76 erstellt werden.

Die übrigen elektronischen Bausteine und Peripherieeinheiten der Kombi-Maus 1' unterscheiden sich nicht grundsätzlich von denen der Kombi-Maus 1.

Die von der Erfassungseinheit 3 abzuscannende Fläche 4 kann identisch mit oder verschieden von der vom Bewegungsdetektor 2, 70 zu erfassenden Oberfläche 4 sein. Letzteres ist insbeson­ dere etwa bei einer als Trackball eingesetzten Kombi-Maus der Fall, bei der die von einem berührenden Bewegungsdetektor 70 zu erfassende Oberfläche 4 einer Fingeroberfläche eines Be­ nutzers entspricht, und die von der Erfassungseinheit 3 zu lesende markierte Fläche auf einer hierzu abgewandten Seite der Geräteeinheit vorliegt.

Die Erfindung erweitert insbesondere die Einsatzmöglichkeiten bisheriger Computermäuse oder Trackballs erheblich und stellt zugleich eine leistungsstarke Einrichtung zum Einlesen visua­ lisierbarer Information von einer entsprechend markierten Flä­ che dar. Die erfindungsgemäße Kombi-Maus vereinigt in sich ein Gerät zur Cursor-Steuerung ebenso wie ein Gerät zur Erfassung und Zwischenspeicherung, insbesondere von Text und/oder Bil­ dinformation. Sie ist daher zusätzlich in der Lage eine der Hauptanwendungen eines Laptops, nämlich die Textverarbeitung mit zu erledigen und macht daher für eine Vielzahl von Nutzern die Anschaffung eines entsprechenden Gerätes überflüssig.

Claims (17)

1. Kombi-Maus zum Erfassen von Bewegung und zum Einlesen von Information,

• - mit einem Bewegungsdetektor (2, 75), der kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen seine jeweilige Position rela­ tiv zu einer Oberfläche (4) bei einer Bewegung erfaßt und in elektronische, eine Information über die Bewegung enthalten­ de Signale umwandelt,
• - mit einer Rechnereinheit (16), die die elektronischen Si­ gnale des Bewegungsdetetektors (2) in Positionsanzeigen in einem zwei- und/oder dreidimensionalen visuellen System, et­ wa in die Positionierung eines Cursors auf einem Bildschirm, umwandelt,
• - und mit einer optischen Einheit (3), die von einer mit vi­ sualisierbarer Information, etwa alphanumerischen Zeichen, Graphiken oder fotografischen Bildern, markierten Fläche re­ flektiertes Licht einer Strahlungsquelle (27) erfaßt und auf einen Bildsensor abbildet (22), der das Licht in eine Abfol­ ge elektronischer Signale umwandelt und zur elektronischen Weiterverarbeitung einer Signalverarbeitungseinheit (31) zu­ führt.

2. Kombi-Maus, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (31) aus den elektronischen Signalen des Bewegungsdetektors (2, 75) Synchronisationssigna­ le zur Beschreibung einer Relativposition von visualisierba­ rer Information auf der markierten Fläche erzeugt und die Si­ gnale des Bildsensors (3) mit Hilfe der Synchronisations­ signale in Informationspakete umwandelt und zu einem Bild as­ sembliert, die die visualisierbare Information eines frei wählbaren Teiles der markierten Fläche (4) enthalten.

3. Kombi-Maus Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (2) Mittel zum berührungsfreien Erfas­ sen der Bewegung relativ zur Oberfläche aufweist.

4. Kombi-Maus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (2) eine Matrix aus in einer Fläche ne­ beneinander angeordneten optischen Erfassungsmitteln, etwa eine Anordnung von Photodioden (12, 12', 12'', 12''') oder Pixel eines CCD-Bildsensors, aufweist, mittels derer eine relativ zur Oberfläche (4) erfolgte Bewegung in eine für die Bewegung charakteristische Abfolge elektronischer Signale umwandelbar ist.

5. Kombi-Maus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (75) ein rotationssymmetrisch aus­ gebildetes und um mindestens eine Achse drehbar gelagertes Abtastelement (76) aufweist.

6. Kombi-Maus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (75) ein Hallelement (78) mit einem Ab­ tastelement (76) aufweist, wobei das Abtastelement (76) von einem inhomogenen Magnetfeld derart umgeben ist, daß in Zu­ sammenwirken mit dem Hallelement (78) bei einer Drehung des Abtastelements (76) elektrische Signale erzeugt werden, die der jeweiligen Drehbewegung eindeutig zuzuordnen sind.

7. Kombi-Maus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (75) einen optischen Detektor mit einem Abtastelement (76) aufweist, wobei die Oberfläche des Abta­ stelements derart optisch inhomogen gestaltet ist, daß in Zu­ sammenwirken mit dem optischen Detektor bei einer Drehung des Abtastelements elektrische Signale erzeugt werden, die der jeweiligen Drehbewegung eindeutig zuzuordnen sind.

8. Kombi-Maus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (16) und/oder die Signalverarbeitungseinheit (31) in einer Geräteeinheit (5, 5') angeordnet sind, die zugleich den Bewegungsdetektor (2, 75) umfaßt.

9. Kombi-Maus nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräteeinheit (5, 5') eine Eingabeeinheit (58) umfaßt, mittels der Steuerungssignale an die Rechnereinheit (16) und/oder an die Signalverarbeitungseinheit (31) übermittelbar sind.

10. Kombi-Maus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinheit (58) zur phonetischen Eingabe von Steue­ rungsbefehlen mit einem Mikrofon (68) und einer an diesem an­ geschlossenen Konversionselektronik (69) versehen ist, die vorgegebene phonetische Signale in eingegebene oder vorbe­ stimmte Steuerungssignale übersetzt.

11. Kombi-Maus nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Eingabeeinheit (58) eine Tastatur umfaßt.

12. Kombi-Maus nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geräteeinheit (5, 5') zur Übermittlung elektronischer Daten an einen und/oder von einem externen Rechner mit einer - vorzugsweise seriellen - Schnittstelle (57) versehen ist.

13. Kombi-Maus nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geräteeinheit (5, 5') mit einem Display (59) versehen ist, auf dem erfaßte, eingegebene und/oder übermittelte Informationen visuell darstellbar sind, insbe­ sondere eine online-Überwachung der Erfassung gegeben ist.

14. Kombi-Maus nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geräteeinheit (5, 5') digitale Spei­ cherelemente (34, 55) zum Abspeichern erfaßter, eingegebener und/oder übermittelter Informationen umfaßt.

15. Kombi-Maus nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geräteeinheit (5, 5') mit einem Mikro­ prozessor (54) zur Verarbeitung erfaßter, eingegebener und/oder übermittelter Daten versehen ist.

16. Kombi-Maus nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geräteeinheit (5) einen Distanzmesser (2) umfaßt, mittels dessen der Abstand (L) der Geräteeinheit (5) bei einer vorgegebenen Position relativ zur Oberfläche (4) ermittelbar und in elektronische, als Information über eine reale oder virtuelle Positionsangabe einsetzbare Signale umwandelbar sind.

17. Kombi-Maus nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geräteeinheit (5, 5') als Computermaus oder als Trackball einsetzbar ist.