DE2908590A1

DE2908590A1 - Eingabevorrichtung fuer eine rechnergesteuerte optische darstellungseinrichtung

Info

Publication number: DE2908590A1
Application number: DE19792908590
Authority: DE
Inventors: Ian Page
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1978-03-06
Filing date: 1979-03-05
Publication date: 1979-09-20
Also published as: NL7901778A; US4303914A; CA1128221A; JPS54151327A

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERUCH - 4 - D-8000 MÖNCHEN 22

Dipl.-fng. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr. re,, not. W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹⁾ *²⁹⁶⁶⁸⁴

Dipl.-!ng. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE 2 9 Ü 8 5 9

NATIOIAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION 66-74 Victoria Street
London SW 1 / England

Eingabevorrichtung für eine rechnergesteuerte optische Darstellungseinriohtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Eingabevorrichtung für eine optische Darstellungseinrichtung, insbesondere zur Schaffung einer interaktiven Eingabe für einen Rechner mit einer zugehörigen Darstellungseinrichtung zur Bezeichnung einer elementaren Fläche innerhalb der Darstellung.

Eine optische Darstellungseinrichtung bildet einen zweckmäßigen Monitor für die Bearbeitung und Auswahl von in einem Hechner gespeicherten Daten durch eine Bedienungsperson, die keine Kenntnis von der Programmierung des Rechners zu haben braucht. Zu einer bildmäßigen Darstellung können so Angaben hinzugefügt oder umgeordnet werden, und es ist möglich, aus einer dargestellten Liste vorhandener Rechnerfunktionen eine auszuwählen und zu betätigen. Alle diese Vorgänge erfordern die Kennzeichnung eines Flächenelements der Darstellung, gewöhnlich durch Bewegen eines "Läufers", der selbst dargestellt wird. Es gibt Rechnereingabeeinrichtungen zur Darstellung der Koordinaten des bezeichneten Elements in Form von Daten, die durch das analoge Positionieren eines in der Hand gehaltenen X-Y-Wandlers erzeugt werden, doch diese Vorrichtungen sind so kostspielig, daß ihre Anwendung auf Spezialgebiete beschränkt bleibt. Es besteht jedoch ein Bedarf nach einer Eingabevorrichtung zur

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lKteraktioa mit einer optischen Darstellung, die nicht die Berechnung von Koordinaten erforderlich macht und mit geringeren Kosten weite Verbreitung finden könnte.

Erfinctongsgemäß gehört zu einer Eingabevorrichtung zum Qebrauca ia Verbindung mit einer optischen Darstellungseinrichtung eine Fühleinrichtung zur handgesteuerten Bewegung über eine ebene Fläche, wobei diese Fühleinrichtung während dieser Bewegung in beiden lichtungen entlang einer ausgewählten Achse auf die Struktur der Fläche anspricht und eine Folge von richteiigsgleicheii elektrischen Impulsen erzeugt, deren Polarität die Bewegungsrichtung anzeigt..

Vorzugsweise ist die Fühlei»richtung so eingerichtet, daß sie enatelilagig auf eine solche Bewegung entlang einer zu der gewählten Achse senkrechten Achse anspricht und eine ähnliche Folge von Impulsen erzeugt.

Zu der ¥orrielitang kann eine Ausgabeeinrichtung gehören, zu der eine Sinrichtung zum Speichern eines aus den richtungsgleiefaea. Impulsen gewonnenen digitalen Wertes in bezug auf jede Achse gehört, der durch Bewegung in einer Richtung vergrößert «ad durch Bewegung in der entgegengesetzten Sichtung verkleinert wird.

Bei einer iateraktiven optischen Darstellungseinrichtung wird ©ime solche Eingabevorrichtung durch eine Bedienungsperson gesteuertj und es kann ein Rechner vorhanden sein, der <dea gespeicherten Wert und damit die Bewegungsrichtung der Fthleiitriclituag in Zeitabständen bestimmt und ein Element der Darstellung veranlaßt, sich in einer entsprechenden Richtmaß zn bewegen.

Zu der Fähleinrichtung können für jede Achse ein piezoelektrisaher Kristall und ein Fühlstift gehören, welch letzterer beim Gebrauch in Berührung mit der ebenen Fläche steht und

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so angeordnet ist, daß bei seiner Bewegung entlang der betreffenden Achse eine mechanische Spannung auf den Kristall in einer Richtung übertragen wird, die durch die Bewegungsrichtung des Stiftes bestimmt wird, so oft seine Bewegung durch Strukturmerkmale der Fläche behindert wird.

Der Stift kann innerhalb eines in der Hand zu haltenden Gehäuses federnd gelagert und so eingerichtet sein, daß während einer gleitenden Bewegung des Gehäuses über die ebene Fläche ein im wesentlichen konstanter Berührungsdruck und eine konstante Neigung zwischen dem Stift und der Fläche aufrechterhalten werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Teilschnitt einer Fühleinrichtung für eine Eingabevorrichtung nach der Erfindung; und

Fig. 2 eine interaktive, rechnergesteuerte optische Darstellungseinrichtung mit der Eingabevorrichtung nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 gehören zu der Fühleinrichtung 19 ein Gehäuse 12 sowie Fühlelemente 14 und 16. Das Gehäuse 12 hat zweckmäßig eine abgeflachte Kuppelform mit offener Unterseite, es besteht aus Metall oder einem Kunststoffmaterial und hat eine solche Form und Größe, daß es lose in der Hand gehalten und über die Fläche 18 geschoben werden kann. Bei den beiden Fühlelementen 14 und 16 handelt es sich um die üblichen Kristall-Tonabnehmer für das monophone oder stereophone Abspielen von Schallplatten, bei denen ein nicht gezeigter piezoelektrischer Kristall in einem Gehäuseteil 20 enthalten ist und ein Stift 22 oder 24 von einem Arm 26 getragen wird. Wie bei solchen Tonabnehmern üblich, ist die Anordnung so getroffen, daß durch eine seitliche Verschiebung des Stiftes eine mechanische Spannung auf die Flächen des Kristalls über-

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tragen wird, so daß.ein Potentialunterschied zwischen den Flächen erscheint." Der Potentialunterschied wird mit Hilfe entsprechender Verbindungen zu metallisierten Abschnitten der Kristallflächen gefühlt. Solche Verbindungen werden in der Anordnung 10 durch die Leitungen 28 zu dem Element 14 und die Leitungen 30 zu dem Element 16 gebildet. Vorzeichen und Groß© des yötentialunterschiedes sind abhängig von der Sichtung und Größe der Ablenkung des Fühlstifts. Bei der abgebildete» Anordnung erzeugt der Stift 22 des Elements 14 (das in der Stirnansicht gezeigt ist) nur dann ein Geräuschsignal j wenn er in einer zur Ebene des Papiers senkrechten Ebene abgelenkt wird. In der Ebene des Papiers dagegen ist die Lagerung des Stiftes in der Längsrichtung verhältnismäßig nachgiebig, so daß eine Ablenkung in dieser Richtung kein Signal erzeugt« Eine Ablenkung nach links oder rechts in der Papierebene erzeugt jedoch ein Potential» dessen Vorzeichen durch die Sichtung der Ablenkung bestimmt wird, und wenn der Stift momentan abgelenkt und dann freigegeben wirdj, wird ein gleichgerichteter Impuls erzeugt. Der Stift 24 des Elements 16 ist auf einer Achse gelagert _t die sich rechtwinklig ze derjenigen des Stiftes 22 erstreckt, und erzeugt daher einen Impuls, der einer Ablenkung und Freigabe vor oder hinter der Papierebene folgt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Reihe von Impulsen mit Hilfe der Fühleinrichtung 10 erzeugt werden kann, wenn ein Stift entlang einer vorbestimmten Achse in Berührung mit einer Fläche bewegt wird, von deren Strukturmerkmalen angenommen wird, daß sie den Stift in der erwähnten Weise abwechselnd ablenken und freigeben. Die für den Stift gewählte Achse ist natürlich diejenige, für die die Lagerung zur Erzeugung eines piezoelektrischen Ausgangssignals angeordnet ist. Beim Gebrauch werden daher die orthogonalen Achsen dadurch bestimmt, daß die Fühleranordnung 10 in die entsprechende Lage gebracht wird. Hinsichtlich der Auswirkung der Struktur lassen sich drei Möglichkeiten unter-

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scheiden. Ein Stift 22 oder 24 kann ohne Störung über eine glatte Fläche, z.B. eine Glasplatte,, geführt werden, so daß kein Signal erzeugt wird. Ein feines Gitter kann vorgesehen sein, um ein regelmäßiges impulsförmiges Signal zu erzeugen, wobei die Anzahl der Impulse genau der zurückgelegten Entfernung entspricht. Diese Anordnung läßt sich leicht für eine Achse vorsehen, eignet sich Jedoch nicht gut für zwei Achsen in einer einzigen Ebene. Bei der Anwendung der Erfindung zeigt es sich Jedoch, daß die Oberflächenstruktur nicht regelmäßig zu sein braucht und daß z.B. ein Blatt nicht satiniertes Papier oder Patronenpapier rauh genug ist, um die erforderliche Wirkung hervorzurufen. Die Anzahl der Impulse entspricht nicht der von dem Fühler zurückgelegten Entfernung, sondern das Vorzeichen Jedes Impulses gibt eindeutig die Bewegungsrichtung an, und nur diese Anzeige ist erforderlich. Andere geeignete Oberflächen lassen sich leicht durch Versuche mit der gewünschten Fühleinrichtung auswählen. Das Gehäuse 12 ist so bemessen, daß die Stifte 22 und 24 dann, wenn sie nicht mit der Fläche in Berührung stehen, etwas aus seinem unteren Ende herausragen· Beim Gebrauch reicht die Elastizität der Lagerung in senkrechter Richtung aus, um für einen gleichmäßigen Berührungsdruck der Stifte zu sorgen, wenn das Gehäuse leicht auf eine ebene Fläche gedrückt wird.

Anhand von Fig. 2 wird nun die Anwendung der Eingabevorrichtung in Verbindung mit einer optischen Darstellungseinrichtung beschrieben.

Eine optische Darstellungseinrichtung 40 wird durch einen Rechner 42 in Übereinstimmung mit durch Betätigen von Eingabeeinrichtungen, z.B. einer nicht gezeigten Tastatur, eingeschalteten Programmschritten gesteuert. Zur Betätigung eines Läufers in der Darstellung wird die anhand von Fig. 1 beschriebene Eingabevorrichtung 10 über eine rauhe Fläche bewegt, z.B. über einen Papierbogen 43,und die erzeugten

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Impulse werden verarbeitet, um den Rechner 42 anzuweisen, den Läufer analog nach rechts oder links, oben oder unten zu bewegen. Da eine Bedienungsperson die optische Darstellungseinrichtung ständig beobachten kann, wird die Eingabevorrichtung 10 entlang jeder Achse so weit wie notwendig bewegt, um die gewünschte Stellung des Läufers ohne Rücksicht auf Unregelmäßigkeiten des Verhältnisses zwischen der Bewegung der Vorrichtung 10 und des Läufers zu erhalten. Jede Stelle des Bewegungsfeldes kann natürlich direkt erreicht werden» Jedes der Elemente 14 und 16 spricht gleichzeitig auf die Bewegungskomponenten seiner jeweiligen Achse an, und es ist nicht notwendig, X- und Y-Bewegungen nacheinander durchzuführen· ■ ■

In Fig» 2 ist ia eiaeai schematischen Schaltbild-die Verarbeitung der !»!pulse la eisern einzigen Kanal für die Y-Achse dargestellt» Ein zweiter, ebensolcher Kanal (nicht gezeigt) würde für die X-Aels© gelten. Di©"Schaltungsteile der Vorrichtung 10 sind schematise!! in Form eines Kristalls 44 mit leitfähigea Fläclsen 46 und 48 -und eines Fühlstifts 50 für Ablenkungea in d©r Y-Achsen-Richtung angedeutet. Ein nicht abgeglichener Ättsgangsleitungsaitsehluß 52 der Fläche -48 ist gezeigt, wä&r©ad die Fläche 46 geerdet ist..Von-dem Anschluß 52 aus werden positive Impulse von einem Kanal 54 und negative impulse tojb einem Kanal 56 aufgenommen.

Die durch den Kristall 44 erzeugten Impulse sind meist unregelmäßig geformt, und der erste Anstieg wird durch Differenz! area des Signals in dem Kanal 54 durch eine Differenzierungsscbalttiag 58 und Addieren des Resultats' zu dem unverarbeiteten Signal in einem Summierungsverstärker 60 identifiziert» Bas Altsgangssignal des Verstärkers 60 ist das Eingangssignal einer Schmitt-Triggerschaltung 62, die einen geformten Impuls an einen Eingang 64 eines umsteuerbaren Zählers 66 jedesmal dann liefert, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert überschritten wird. Ein über den Eingang 64 zugeführ-

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tes Eingangssignal vergrößert den in dem Zähler 66 gespeicherten Wert und repräsentiert z.B. eine Aufwärtsbewegung des Stiftes 50. Negative Eingangsimpulse zu dem Kanal 56 werden durch einen Inverter 68 umgekehrt, doch im übrigen in ähnlicher Weise wie die positiven Impulse in dem Kanal 54 mittels einer Differenzierungsschaltung 70, eines Summierungsverstärkers 72 und einer Schmitt-Triggerschaltung 74 zur Eingabe an einen Eingang 76 des Zählers 66 verarbeitet. Das über den Eingang 76 zugeführte Signal verkleinert den in dem Zähler 66 gespeicherten Wert und repräsentiert daher eine Abwärtsbewegung des Stiftes 50. Der Zähler 66 hat zweckmäßig eine Kapazität von 8 Bit, doch werden wegen der Möglichkeit ausgelassener oder fehlerhaft ausgewerteter Impulse nur die höchstwertigen Bits berücksichtigt. Über einen Mikroprozessor 78 fragt der Rechner 42 den Zähler 66 in Zeitabständen in der Größenordnung von 10 Millisekunden ab. Die bei aufeinanderfolgenden Abfragungen festgestellten Werte werden verglichen, und wenn sich eine Abnahme ergibt, wird der Läufer der optischen Darstellungseinrichtung abwärts bewegt. Wird dagegen eine Vergrößerung des Wertes ermittelt, wird der Läufer nach oben bewegt oder aber bei einem unveränderten Wert an Ort und Stelle gehalten. An dem Gehäuse der Vorrichtung 10 sind zweckmäßig ein oder mehrere Druckknopfschalter (nicht gezeigt) zum Einschalten ausgewählter Rechnerfunktionen in bezug auf die Stellung des Läufers an bestimmten Punkten der Darstellung angebracht.

In einem typischen FaI¹ enthält eine Darstellungsrichtung eine Anordnung von 8Γ χ 24 Flächenelementen, von denen jedes gewünschte durch analoge Bewegung der Vorrichtung 10 schnell gekennzeichnet werden kann. Es sei darauf hingewiesen, daß nur die Bewegungsrichtung der Vorrichtung 10, nicht aber ihre absolute Lage von Bedeutung ist und daß daher die Bedienungsperson ohne weiteres die Vorrichtung 10 von dem Papier 43 abheben und an jeder beliebigen Stelle wieder aufsetzen kann, die es ermöglicht, die Bewegung in der gewünschten Richtung

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fortzusetzen. Aus dem gleichen Grund braucht die Kapazität des Zählers 66 nur groß genug zu sein, um die einen kleinen Bevegungsbereich repräsentierende Zählung aufzunehmen. Die Abfragung durch den Rechner 42 kann so eingerichtet werden, daß keine Unklarheit hinsichtlich der Richtung entsteht, vorausgesetzt daß der Zähler 66 in dem Intervall zwischen den Abfragungen nicht mehr als einmal überläuft.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei der Verarbeitung der von dem Ausgang 52 abgegebenen Impulse zur Gewinnung einer Differentialzählung die für die Kanäle 54 und 56 gezeigte und beschriebene Anordnung lediglich ein Beispiel darstellt und daß andere Schaltungen entwickelt werden können, die den gleichen Zweck erfüllen.

Der Gebrauch der zwischen einem Rechner und einer optischen Darstellung interaktiven Eingabevorrichtung ist der Einfachheit halber im Hinblick auf die Positionierung eines Läufers beschrieben worden. Es ist Jedoch klar, daß die Vorrichtung vielseitige Möglichkeiten zur direkten Beeinflussung von Teilen der Darstellung bietet.

Der Patentanwalt:

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Leerseife

Claims

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-BOCK) MÜNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr.rer.nat. W. KÖRBER ^ ⁽⁰⁸⁹⁾ * ^{29 66 84}

Dipl.-lng.J.SCHMIDT-EVERS ₅ ^ PATENTANWÄLTE

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JJATIOlAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION 66-74 Victoria Street
London SW 1 / England

ANSPRÜCHE

Eingabevorrichtung für eine. . durch einen Rechner

gestewerte optische Darstellungseinrichtung mit einer Fülleinrichtung zur handgesteuerten Bewegung über eine ebene Flachs, um ein für diese Bewegung repräsentatives Ausgangssignal zu erzeugen, dadurch ge kennzeich net, daß die Fähleinrichtung (10) während ihrer Bewegung in beiden Hiehtuagea entlang einer gewählten Achse auf die Oberflächenstruktur der Fläche (.18) anspricht, um eine Folge von gleichgerichteten elektrischen Impulsen zu erzeugen, deren Polarität die Bewegungsrichtung anzeigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Fülleinrichtung (10) unabhängig auf eine Bewegung entlang einer zu der ausgewählten Achse senkrechten Achse anspriciit, um eine ähnliche Folge von Impulsen zu erzeugen.
3, Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß eine Signalabgabeeinrichtung vorhanden ist, die auf solche Impulse anspricht und für jede Achse ein Signal erzeugt, aus dem der Bewegungszustand der Fühleinrichtung (10) erkennbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Signalabgabeeinrichtung Einrichtungen zum Speichern eines digitalen Wertes, zum Vergrößern des Wertes infolge einer Bewegung in einer Richtung und zum Verkleinern des Wertes infolge einer Bewegung in der entgegengesetzten Richtung gehören.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch;gekennzeichnet, daß zu der Fühleinrichtung (10) für jede i^egungsac&fce ein Stift (22, 24) gehört, der beim Gebrauep^kfc der ebenen Fläche in Berührung gehalten wird, sowie ein piezoelektrdscher Kristall (44), wobei der Stift so angeordnet ist, daß bei seiner Bewegung entlang der betreffenden Achse eine mechanische Spannung, die eine piezoelektrische Spannung über den Kristall induziert, aif den K^fiall ⁱⁿ einer Richtung übertragen wird, die durch die Richtung der Bewegung bestimmt wird, so oft die Bewegung durch: ein Merkmal der Oberflächenstruktur der Fläche
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, daduijäh;.gekennzeichnet, daß der Stift (22, 24) innerhalb eines Gehäuses (12) federnd gelagert ist, so daß während der Bewegung des Gehäuses in gleitender Berührung mit der ebenen Fläche ein im wesentlichen gleichbleibender Berührungsdruck und Neigungswinkel zwischen dem Stift und der Fläche aufrechterhalten wird.
7. Rechnergesteuerte Darstellungseinrichiüng mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnetMurch eine Rechnereingabeeinrichtung zum Bestimmen der Bewegungsrichtung der Fühleinrichtung sowie eine Rechnerausgabeeinrichtung zur Ablenkung eines Elements der Darstellung analog zu der Bewegung.

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8. Barstellungseinrichtung nach Anspruch 7 und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zu der Becfanereingabeeinrich- tung eine Einrichtung zum wiederholten Ablesen des digitalen Wertes sowie eine Einrichtung zum Vergleichen auf einanderfolgender Ablesungen zum Bestimmen der Bewegungsrichtung gehören.
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