DE29724829U1 - Data input device for menu=controlled computer - uses graphics tablet with meander tracks and mouse with sensor to compute speed and direction of mouse movement - Google Patents

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Abstract

The device graphics tablet has two sets of three offset conducting tracks to which a 3-phase alternating electrical field is applied at frequencies between 20 and 60 kHz such that the phase in adjacent tracks differs by 120 degrees. The mouse has a pick-up coil, which detects the signals from the two sets of tracks. The tablet contains electronics to compare the phase of the coil signals with that of the a.c. field and generates a signal which is directly dependent on the mouse position and conforms to standard protocol for mouse interfaces.

Description

Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung für ein menügeführtes Rechnersystem, bestehend aus einem Tableau und einer auf dessen Oberfläche bewegbaren und mit einem Rechner verbindbaren Maus, in der ihre von ihrem Bediener ausgeführten Bewegungen auf der Oberfläche des Tableaus in ein elektrisches und von dem Rechner verarbeitbares Signal in Form eines Standardprotokolls für Mausschnittstellen transformierbar sind.The invention relates to an input device for a menu-driven computer system, consisting of a tableau and a movable on its surface and a mouse that can be connected to a computer, in its by its operator executed Movements on the surface of the panel into an electrical one that can be processed by the computer Signal can be transformed in the form of a standard protocol for mouse interfaces are.

Derartige Eingabevorrichtungen sind allgemein bekannt, weit verbreitet und werden landläufig insgesamt als „Computer-Maus" oder kurz nur als „Maus" bezeichnet. Bei derartigen bekannten Mäusen befindet sich auf ihrer Unterseite eine gummierte Kugel, die bei einer Bewegung der Maus über das Tableau infolge eines Reibschlusses zwischen der Kugel und dem Tableau rotatorische Bewegungen mit derselben Weglänge ausführt. Aufgabe der Kugel ist es, die mechanischen Bewegungen der Maus zu erfassen und in ein zu den Bewegungen proportionales Signal umzuformen. Die Kugelbewegungen werden im Inneren der Maus auf zwei Wellen übertragen, mit deren Hilfe die Bewegungen optoelektronisch erfasst und dann in einer standardisierten Signalform an den Rechner weitergeleitet werden.Such input devices are Commonly known, widespread and commonly become common referred to as a "computer mouse" or just "mouse" for short. at such known mice there is a rubberized ball on its underside, which at a movement of the mouse over the tableau due to a frictional connection between the ball and the Panel performs rotary movements with the same path length. task the ball is to capture the mechanical movements of the mouse and convert it into a signal proportional to the movements. The Ball movements are transmitted to two waves inside the mouse, with the help of which the movements are recorded optoelectronically and then forwarded to the computer in a standardized signal form become.

Als nachteilig tritt jedoch bei diesen bekannten Eingabevorrichtungen in Erscheinung, dass deren mechanische Elemente insbesondere bei häufiger Benutzung oder widrigen Umgebungsbedingungen verschmutzen und/oder verschleißen. Besonders störungsanfällig ist dabei die auf der Unterseite der Maus befindliche Kugel. Wird die Maus zum Beispiel in einer durch Schmutz oder Staub belasteten Umgebung eingesetzt, so lagern sich auf der Kugel sehr schnell Schmutz- oder Staubpartikel ab. Hierdurch wird die mechanische Übertragung der Kugelbewegung an die Optoelektronik gestört. Infolgedessen beginnt der Mauszeiger auf dem Bildschirm zu springen, wodurch die Zuverlässigkeit der Bedienung der Eingabevorrichtung erheblich gestört wird. Meist ist eine umständliche und diffizile Reinigung der Maus unvermeidlich. Bei einem Einsatz der Maus in einer stark verschmutzten Umgebung wäre eine solche Reinigung in sehr kurzen Zeitabständen immer wieder erforderlich, weshalb sich die bekannten Eingabevorrichtungen für eine industrielle Verwendung unter widrigen Umweltbedingungen kaum eignen und sich bisher nicht durchsetzen konnten. Vielmehr ist der Einsatz der bekannten Mäuse als Eingabegeräte für menügeführte Anlagensteuerungen ausschließlich auf staubfreie und trockene Räume beschränkt.However, this occurs as a disadvantage known input devices in appearance that their mechanical Elements especially with frequent Use or adverse environmental conditions and / or wear out. Is particularly prone to failure the ball on the underside of the mouse. Will the Mouse, for example, in an environment contaminated with dirt or dust used, dirt or dirt accumulate very quickly on the ball Dust particles. This is the mechanical transmission the ball movement to the optoelectronics disrupted. As a result, the Mouse pointer to jump on the screen, increasing reliability the operation of the input device is significantly disturbed. Usually is a cumbersome and difficult mouse cleaning inevitable. When using Such a cleaning would be in the mouse in a heavily polluted environment very short intervals required again and again, which is why the known input devices for one hardly suitable for industrial use under adverse environmental conditions and have so far not been able to assert themselves. Rather is the stake of the well-known mice as input devices for menu-guided system controls exclusively on dust-free and dry rooms limited.

Des weiteren zählen auch unter der Bezeichnung „Industrie-Maus" geführte Eingabesysteme zum Stand der Technik, die in ihrer Funktionsweise mit der eines sogenannten Joy-Sticks identisch sind. Die Ausführung dieser Joy-Sticks wurde lediglich den Anforderungen an raue Industrie-Umweltbedingungen angepasst. Wie jedoch in vielfachen Tests nachgewiesen wurde, fällt die Positionierung des Mauszeigers mit Hilfe eines Joy-Sticks dem durchschnittlichen Bediener in der Regel sehr schwer. Um eine Bewegung des Mauszeigers zu erzielen, muss der Steuerknüppel des Joy-Sticks ausgelenkt werden. Diese Auslenkung muss so lange beibehalten werden, wie der Mauszeiger bewegt werden soll. Um die Zeigerbewegung zu stoppen, muss der Steuerknüppel wieder in seine Ursprungsposition zurückgebracht werden. Geschieht dies zu spät, etwa weil die Reaktionszeit zu groß ist, schießt der Mauszeiger über das gewünschte Ziel hinaus, so dass eine Korrektur der Mausposition durch ein Rückwärtsfahren erforderlich ist. Bei kleinen Zielflächen muss dieser Korrekturvorgang unter Umständen mehrfach wiederholt werden, bis das Ziel letztlich getroffen wird. Das Prinzip des Joy-Sticks ist somit für eine anwenderfreundliche Eingabe nicht geeignet, da bei ihm die Bewegung des Mauszeigers kein Abbild der Handbewegung darstellt, sondern mit Hilfe der Handbewegung ein geschwindigkeitsproportionaler Steuerbefehl gegeben wird.In addition, input systems also operate under the name "industrial mouse" State of the art in its operation with that of a so-called Joy sticks are identical. The execution of these joy sticks was only the requirements for harsh industrial environmental conditions customized. However, as has been proven in multiple tests, the Position the mouse pointer with the help of a joy stick the average Operator usually very difficult. To move the mouse pointer to achieve, the joystick of the joy stick can be deflected. This deflection has to take so long retained as the mouse pointer is to be moved. About the pointer movement to stop, the joystick must be returned to its original position. happens this too late for example, because the response time is too long, the mouse pointer shoots over it desired Aim beyond, so correcting the mouse position by reversing is required is. With small target areas this correction process may have to be repeated several times, until the goal is finally hit. The principle of the joy stick is therefore for a user-friendly entry is not suitable, because the movement of the mouse pointer is not an image of the hand movement, but a control command proportional to the speed with the hand movement is given.

Ferner sind auch Eingabevorrichtungen mit einem induktiven Wegerfassungssystem bekannt. Bei diesen Eingabevorrichtungen, die bisher ausschließlich im Bereich der Planung und Konstruktion (CAD/CAM-Anwendungen) eingesetzt werden, befindet sich vor dem eigentlichen Mausgehäuse eine Spule, mit der ganz gezielt bestimmte Stellen auf einem Tableau angefahren werden müssen. Wenn diese Stellen angefahren sind, kann durch Drücken einer Maustaste eine ganz bestimmte Aktion ausgelöst werden. Oftmals hat dabei das Mausgehäuse die Form eines Zeichenstiftes, in dessen Spitze eine Spule eingebaut ist. Auch diese bekannten Eingabevorrichtungen können die Anforderungen der Umsetzung der Handbewegung in ein wegstreckenproportionales Signal nur mit erheblichem technischen Aufwand erfüllen.Furthermore, there are also input devices known with an inductive position detection system. With these input devices, the so far exclusively used in the area of planning and construction (CAD / CAM applications) there is a coil in front of the actual mouse housing, with the specifically targeted locations on a panel Need to become. When these locations have been reached, pressing a Mouse button to trigger a very specific action. Often has the mouse case the shape of a drawing pen with a coil built into the tip is. These known input devices can also meet the requirements of Conversion of the hand movement into a signal proportional to the distance fulfill only with considerable technical effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingabevorrichtung für ein menügeführtes Rechnersystem zu schaffen, die sich auch für den industriellen Einsatz in einer stark verschmutzten Umgebung eignet und die die Transformation einer Handbewegung des Bedieners in ein wegproportionales Signal erlaubt.The invention has for its object a Input device for a menu-driven computer system to create who is also for industrial use in a heavily polluted environment suitable and the transformation of a hand movement of the operator allowed in a path proportional signal.

Ausgehend von einer Eingabevorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dassStarting from an input device of According to the invention, the task described in the introduction is thereby solved, that

  • a) das Tableau mit zwei Gruppen N und M von n bzw. m parallel zur Oberfläche des Tableaus angeordneten Leiterbahnen versehen ist, wobei n und m jeweils für eine natürliche Zahl ≥ 2 steht,a) the tableau with two groups N and M of n or m parallel to the surface of the panel arranged conductor tracks is provided, wherein n and m each for a natural Number ≥ 2 stands,
  • b) die Leiterbahnen jeweils derselben Gruppen jeweils im wesentlichen parallel verschoben zueinander angeordnet sind,b) the conductor tracks of the same groups in each case essentially are arranged parallel to each other,
  • c) die Leiterbahnen der einen Gruppe N im wesentlichen senkrecht zu den Leiterbahnen der anderen Gruppe M angeordnet sind,c) the conductor tracks of a group N essentially perpendicular are arranged to the conductor tracks of the other group M,
  • d) jede der n-Leiterbahnen der Gruppe N mit einem Wechselstrom einer konstanten Frequenz fN versorgbar ist, der in bezug auf die jeweils benachbarten Leiterbahnen der Gruppe N um einen Betrag von 360°/n phasenverschoben ist und jede der m-Leiterbahnen der Gruppe M mit einem Wechselstrom einer konstanten Frequenz fM versorgbar ist, der in bezug auf die jeweils benachbarten Leiterbahnen der Gruppe M um einen Betrag von 360°/m phasenverschoben ist, wodurch in dem Tableau jeweils ein n-phasiges und m-phasiges elektrisches Wanderfeld mit den Frequenzen fN und fM erzeugbar ist, wobei die Frequenzen fN und fM gleich sein können:d) each of the n conductor tracks of group N can be supplied with an alternating current of a constant frequency f N which is phase-shifted by an amount of 360 ° / n with respect to the respectively adjacent conductor tracks of group N and each of the m conductor tracks of the group M can be supplied with an alternating current of a constant frequency f M, which is phase-shifted by an amount of 360 ° / m with respect to the respectively adjacent conductor tracks of the group M, as a result of which an n-phase and m-phase electrical traveling field are present in the panel the frequencies f N and f M can be generated, where the frequencies f N and f M can be the same:
  • e) in der Maus eine Empfängerspule mit Signalverstärker und Filter angeordnet ist,e) a receiver coil in the mouse with signal amplifier and filter is arranged,
  • f) sich im Tableau eine Auswerteelektronik befindet, die das empfangene Signal von der Maus in zwei Teilsignale aufteilt, wobei das erste Teilsignal durch Induktion des von den Leiterbahnen der Gruppe N erfolgten Wanderfeldes und das zweite Teilsignal durch Induktion des von den Leiterbahnen der Gruppe M erzeugten Wanderfeldes entsteht undf) there is evaluation electronics in the panel, which received signal from the mouse divided into two partial signals, where the first partial signal by induction of the conductor tracks of the group N traveling field and the second partial signal by induction of the hiking field created by the group M conductor tracks and
  • g) durch jeweils einen Phasenvergleich zwischen dem Teilsignal und dem zugeordneten Wanderfeld ein zur Position der Maus auf dem Tableau proportionales Signal in Form eines Standardprotokolls für Mausschnittstellen erzeugbar ist.g) by a phase comparison between the partial signal and the assigned hiking field proportional to the position of the mouse on the panel Signal can be generated in the form of a standard protocol for mouse interfaces is.

Die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung basiert somit auf einem Mausprinzip, bei dem das Tableau als Sender fungiert und die Maus als Empfänger arbeitet. In dem Tableau wird mittels der Leiterbahnen in zwei im wesentlichen senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen jeweils ein elektrisches Wanderfeld erzeugt. Diese Wanderfelder weisen jeweils konstante Frequenzen fN und fM auf. Das in der Empfängerspule induzierte Signal entsteht durch Überlagerung der beiden im Tableau erzeugten Wanderfelder im Zeitmultiplexverfahren. Dieses Signal wird in je ein Teilsignal für die beiden Richtungen aufgeteilt. Die Phasenlage der jeweiligen Teilsignale, d.h. die Phasenverschiebung in bezug auf das zugeordnete Wanderfeld hängt direkt von der Position der Maus auf dem Tableau ab. Es ist somit ein proportionaler Zusammenhang zwischen der Position der Maus und der Phasenlage des jeweiligen Teilsignals vorhanden, der zur Erzeugung eines wegproportionalen Signals in Form eines Standardprotokolls für Mausschnittstellen geeignet ist.The input device according to the invention is thus based on a mouse principle, in which the panel acts as a transmitter and the mouse works as a receiver. An electrical traveling field is generated in each case in the tableau by means of the conductor tracks in two essentially perpendicular directions. These traveling fields each have constant frequencies f N and f M. The signal induced in the receiver coil is created by superimposing the two traveling fields generated in the tableau in time-division multiplexing. This signal is divided into a partial signal for each of the two directions. The phase position of the respective partial signals, ie the phase shift in relation to the assigned traveling field, depends directly on the position of the mouse on the panel. There is therefore a proportional relationship between the position of the mouse and the phase position of the respective partial signal, which is suitable for generating a path-proportional signal in the form of a standard protocol for mouse interfaces.

Die erfindungsgemäße Eingabevorrichtung erlaubt dabei eine sehr hohe Auflösung für eine exakte Wegerfassung der Maus. So lassen sich Mausbewegungen auf dem Tableau im Bereich von 0,1 mm erfassen.The input device according to the invention allows a very high resolution for one exact tracking of the mouse. So you can move your mouse the tableau in the range of 0.1 mm.

Durch die Technik der Phasendifferenzerfassung ist es möglich, das Erregerfeld mit einer vergleichsweise niedrigen Frequenz zu betreiben. Daher ist die abgestrahlte Leistung des Erregerfeldes wesentlich geringer als die des ebenfalls auf dem System der induktiven Erfassung arbeitenden Grafikeingabe-Tableaus.Through the technique of phase difference detection Is it possible, the excitation field with a comparatively low frequency operate. The radiated power of the excitation field is therefore essential less than that also on the inductive detection system working graphic input panels.

Aufgrund des induktiven Wegerfassungssystems eignet sich die Eingabevorrichtung gemäß der Erfindung hervorragend für einen Einsatz in industrieller Umgebung. Die erfindungsgemäße induktive Maus lässt sich in einfacher Weise beständig gegen Wasser, Öl, Staub und Lösungsmittel ausbilden und ist zudem sehr einfach in ihrer Bedienung. Die Störungsanfälligkeit ist daher besonders gering, so daß mit der induktiven Maus auch ein Eingabegerät für menügeführte Rechnersysteme in stark schmutz- und feuchtigkeitsbelasteter Industrieumgebung zur Verfügung steht.Due to the inductive position detection system the input device according to the invention is extremely suitable for one Use in an industrial environment. The inductive mouse according to the invention let yourself stable in a simple way against water, oil, Dust and solvents train and is also very easy to use. The susceptibility to failure is therefore particularly low, so that with the inductive mouse too an input device for menu-driven computer systems in an industrial environment heavily contaminated with dirt and moisture to disposal stands.

Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung wird vorgeschlagen, dass die Leiterbahnen mäanderförmig und jeweils versetzt zueinander verlaufen.According to an embodiment of the input device according to the invention It is proposed that the conductor tracks be meandering and offset from one another run.

Hierdurch lässt sich die nutzbare Größe des Tableaus leicht erhöhen, ohne dass die Anzahl n oder m der Leiterbahnen pro Gruppe erhöht werden müsste. Bei feststehendem n und m lässt sich die zur Verfügung stehende Tableaugröße ohne Änderung des Verschaltungsprinzips und auch ohne zusätzliche Elektronik sehr leicht variieren.This allows the usable size of the panel slightly increase without increasing the number n or m of conductor tracks per group would. With fixed n and m leaves the available standing panel size without change of the wiring principle and also very easily without additional electronics vary.

Des weiteren ist vorgesehen, das von der Empfängerspule empfangene Signal einem Verstärker und einem Filter zuzuführen, wodurch die Sicherheit des Auswertevorgangs erhöht werden kann.It is also provided that from the receiver coil received signal an amplifier and feed a filter whereby the security of the evaluation process can be increased.

Die Erfindung weiter ausgestaltend wird vorgeschlagen, dass zur Erzeugung der Wanderfelder und zur Auswertung der Signale der Empfängerspule jeweils Microcontroller vorgesehen sind.Further developing the invention it is proposed that for the production of the hiking fields and for Evaluation of the signals of the receiver coil in each case Microcontrollers are provided.

Falls der Verfahrweg der Maus in die beiden senkrecht zueinanderstehenden Richtungen in der Tableauebene von diesem Microcontroller im Zeitmultiplexverfahren erfasst wird, ergibt sich ein zuverlässiger und einfacher Aufbau der jeweiligen Schaltungen.If the path of the mouse in the two directions perpendicular to each other in the tableau plane is recorded by this microcontroller in time-division multiplexing, results in a more reliable and simple construction of the respective circuits.

Wenn zur Signalauswertung HC-MOS IC's vorgesehen sind, wird eine sehr geringe Stromaufnahme erreicht, die kleiner als 10 mA bei +/- 5 VDC Spannung ist. Hierdurch kann die Anforderung einer sehr geringen Stromaufnahme erfüllt werden, wie sie aufgrund der zur Zeit üblichen PC-Mausschnittstellen notwendig ist.If HC-MOS for signal evaluation IC's provided are very low power consumption is achieved, the smaller than 10 mA at +/- 5 VDC voltage. This allows the requirement a very low power consumption, as they are due the usual at the moment PC mouse interfaces is necessary.

Ferner wird vorgeschlagen, daß die Auswertung der Signale der Empfängerspule abschaltbar ist, wenn die gemessene Feldstärke der Wanderfelder in der Empfängerspule einen wählbaren Grenzwert unterschreitet.It is also proposed that the evaluation the signals of the receiver coil can be switched off if the measured field strength of the traveling fields in the receiver coil a selectable one Falls below the limit.

Die Amplitude des von der Empfängerspule empfangenen Signals ist abhängig von der Höhe der Maus über dem Tableau, da die Feldstärke der Wanderfelder mit zunehmender Entfernung von dem Tableau abnimmt. Durch ein Anheben der Maus vom Tableau kann somit die Positionserfassung der Maus abgeschaltet und durch ein Absenken erneut eingeschaltet werden. Dies ermöglicht ein „Scrollen" wie bei den bekannten mechanischen Mäusen, wodurch sich ein hoher Bedienungskomfort ergibt.The amplitude of the signal received by the receiver coil depends on the height of the mouse above the tableau, since the field strength of the traveling fields decreases with increasing distance from the tableau. By lifting the mouse from the panel, the position detection of the mouse can be switched off and switched on again by lowering. This enables a "scrolling" like in the known mechanical mice, which results in a high level of user comfort.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, zur Überwachung der Amplitude des Signals der Empfängerspule einen Fensterdiskriminator vorzusehen.It is particularly advantageous for surveillance the amplitude of the signal of the receiver coil a window discriminator provided.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Wanderfelder Frequenzen fN und fM im Bereich von 5 kHz bis 60 kHz aufweisen.Another embodiment of the invention is that the traveling fields have frequencies f N and f M in the range from 5 kHz to 60 kHz.

Da das Erregerfeld mit einer derartig niedrigen Frequenz betrieben werden kann, ist die abgestrahlte Leistung wesentlich geringer als bei den auf dem Markt befindlichen elektrischen Grafikeingabe-Tableaus. Aufgrund der sich bei der erfindungsgemäßen induktiven Maus ergebenden geringen Feldstärken des elektromagnetischen Feldes lassen sich die Anforderungen der einschlägigen Gesetze für die elektromagnetische Verträglichkeit einhalten sowie eine Löschung von Disketten in der Nähe des Erregerfeldes ausschließen.Since the field of excitation with such a can be operated at low frequency is the radiated power much lower than the electrical ones on the market Graphics input panel. Because of the inductive Mouse resulting in low field strengths of the electromagnetic field can meet the requirements of relevant Laws for electromagnetic compatibility comply with as well as a deletion of floppy disks nearby exclude the field of excitation.

Sofern die Maus und das Tableau in Kunststoff eingegossen sind, sind sie damit von der Umwelt isoliert, so daß sich die Anforderungen der Norm IP 65 erfüllen lassen. Die zum Eingießen verwendeten Kunststoffe sind dabei elektrisch nicht leitend.If the mouse and the tableau in Plastic, they are insulated from the environment, so that have the requirements of the IP 65 standard met. The ones used for pouring Plastics are not electrically conductive.

Ein weiterer Beitrag zur Verringerung der Stromaufnahme der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung lässt sich dadurch leisten, dass das Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit des Wanderfeldes in dem Tableau zwischen 1 : 100 und 1 : 10000 beträgt. Somit wird eine Kompatibilität der induktiven Maus gemäß der Erfindung mit den gängigen PC-Schnittstellen erzielt.Another contribution to the reduction the current consumption of the input device according to the invention can be by making that relationship from on time to off time of the hiking field in the panel is between 1: 100 and 1: 10000. Thus, compatibility of the inductive Mouse according to the invention with the usual PC interfaces achieved.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Eingabevorrichtung besteht darin, dass die Anzahl n der Leiterbahnen der Gruppe N und die Anzahl m der Leiterbahnen der Gruppe M jeweils 3 beträgt.A particularly advantageous development of Input device is that the number n of conductor tracks of group N and the number m of conductor tracks of group M each 3 is.

Diese Anzahl stellt einen optimalen Kompromiss zwischen dem erforderlichen Bauaufwand und der sicheren Detektierung der Phasenverschiebung zwischen dem Wanderfeld und dem in der Empfängerspule induzierten Signal dar.This number represents an optimal one Compromise between the required construction work and the safe one Detection of the phase shift between the traveling field and that in the receiver coil induced signal.

Es ist des weiteren als besonders günstig anzusehen, wenn zur Erzeugung des Wanderfeldes ein rückgekoppeltes Schieberegister mit drei Flip-Flop's vorgesehen ist, wobei jedes Flip-Flop ein um zwei Takte eines Taktgenerators verschobenes Signal mit einer Frequenz erzeugt, die einem Sechstel der Taktfrequenz entspricht.It is also special Cheap to see if a feedback is used to generate the hiking field Shift register with three flip-flops is provided, each flip-flop a signal shifted by two clocks of a clock generator with one Frequency generated that corresponds to a sixth of the clock frequency.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, dass die Empfängerspule eine Topfspule ist.Finally, it is suggested that the receiver coil is a pot coil.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels einer Eingabevorrichtung, von der einzelne Baugruppen in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt:The invention is described below of an embodiment an input device, of which individual assemblies in the drawing are shown in more detail explained. It shows:

1 3 mäanderförmig verlegte Leiterbahnen einer gemeinsamen Gruppe 1 3 meandering tracks of a common group

2 eine Schaltung zur Generierung von drei phasenverschobenen Wechselströmen zur Generierung des Wanderfeldes in den Leiterbahnen einer Gruppe sowie die sich ergebenden Verläufe der Phasensignale in Abhängigkeit von dem zugrundeliegenden Taktsignal und 2 a circuit for generating three phase-shifted alternating currents for generating the traveling field in the conductor tracks of a group and the resultant courses of the phase signals depending on the underlying clock signal and

3 eine Schaltung zur Speicherung einer digitalen Maßzahl für die Phasendifferenz zweier Signale. 3 a circuit for storing a digital number for the phase difference of two signals.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf von drei jeweils mäanderförmig verlegten und versetzt zueinander angeordneten Leiterbahnen 1, 2, 3 der Gruppe N. Diese Gruppe N befindet sich auf der Oberseite einer Platine, wobei die Überschneidungen der Leiterbahnen 1, 2, 3 mittels Durchkontaktierungen realisiert werden, um eine elektrische Verbindung zwischen verschiedenen Leiterbahnen 1, 2 und 3 zu verhindern. 1 shows a schematic representation of the course of three conductor tracks each laid in a meandering manner and offset from one another 1 . 2 . 3 of group N. This group N is located on the top of a circuit board, with the overlaps of the conductor tracks 1 . 2 . 3 by means of plated-through holes to make an electrical connection between different conductor tracks 1 . 2 and 3 to prevent.

Auf der Unterseite der Platine befindet sich ebenfalls eine – in 1 jedoch nicht sichtbare – Gruppe M von drei mäanderförmig versetzt zueinander angeordneten Leiterbahnen, die in bezug auf die drei Leiterbahnen 1, 2, 3 der Oberseite der Platine um 90° versetzt sind. Mit Hilfe der drei Leiterbahnen 1, 2, 3 wird eine 3-phasiges elektrisches Wanderfeld erzeugt, das senkrecht zu dem durch die auf der Unterseite angeordneten drei Leiterbahnen erzeugte elektrische Wanderfeld ausgerichtet ist. Das durch die drei Leiterbahnen 1, 2, 3 erzeugt Wanderfeld besitzt die Frequenz fN und das durch die Leiterbahnen auf der Unterseite der Platine erzeugte Wanderfeld besitzt die Frequenz fM .There is also an - in on the underside of the board 1 but not visible - group M of three meandering staggered interconnects, which are in relation to the three interconnects 1 . 2 . 3 the top of the board are offset by 90 °. With the help of the three conductor tracks 1 . 2 . 3 a 3-phase electric traveling field is generated, which is aligned perpendicular to the electric traveling field generated by the three conductor tracks arranged on the underside. That through the three conductor tracks 1 . 2 . 3 generated traveling field has the frequency f N and the traveling field generated by the conductor tracks on the underside of the circuit board has the frequency f M.

Die Platine mit den Leiterbahnen auf der Ober- und Unterseite ist in einen elektrisch nicht leitenden Kunststoff eingegossen, so dass sich eine glatte, kratz- und stoßunempfindliche Oberfläche ergibt und die Leiterbahnen von außen nicht erkennbar sind. Auf der Oberseite eines derartig gebildeten Tableaus lässt sich eine mit einer Topfspule versehene Maus bewegen.The circuit board with the conductor tracks on the top and bottom is in an electrically non-conductive Poured plastic so that it is smooth, scratch and shock resistant surface results and the conductor tracks are not recognizable from the outside. On the top of a tableau formed in this way can move a mouse with a pot coil.

2 zeigt im oberen Bereich die zur Erzeugung eines 3-phasigen elektrischen Wanderfeldes mittels der Leiterbahnen 1, 2, 3 gemäß 1 verwendete Schaltung. Bei dieser Schaltung handelt es sich um ein rückgekoppeltes Schieberegister, bei dem jeder Zustand invertiert weitergegeben wird. Jedes der drei Flip-Flop's FF1, FF2, FF3 erzeugt dabei ein um zwei Takte verschobenes Phasensignal mit einer Frequenz, das einem Sechstel der Taktfrequenz entspricht. Mit Hilfe eines AND-Gatters 4 sowie eines NOR-Gatters 5 wird stets ein gültiger Startzustand erzwungen. Somit kann es keinen Zustand geben, in dem die Schaltung blockiert ist. 2 shows in the upper area that for generating a 3-phase electric traveling field by means of the conductor tracks 1 . 2 . 3 according to 1 circuit used. This circuit is a feedback shift register, in which each state is passed on inverted. Each of the three flip-flops FF1, FF2, FF3 generates a phase signal shifted by two clocks with a frequency that corresponds to one sixth of the clock frequency. With the help of an AND gate 4 and a NOR gate 5 a valid start state is always enforced. Thus, there cannot be a state in which the circuit is blocked.

Das im unteren Bereich der 2 abgebildete Zustandsdiagramm zeigt in der oberen Zeile den Zeitverlauf des Taktsignals. In den drei darunter liegenden Zeilen sind die Verläufe der zur Einspeisung in die drei Leiterbahnen 1, 2, 3 vorgesehenen Phasensignale dargestellt. Die Verschiebung zweier in benachbarte Leiterbahnen einzuspeisender Phasensignale beträgt jeweils ein Drittel deren Periodendauer, d.h. der zweifachen Periodendauer des Taktsignals.That in the lower part of the 2 The state diagram shown shows the timing of the clock signal in the top line. In the three rows below are the curves for the feed into the three conductor tracks 1 . 2 . 3 provided phase signals shown. The shift of two phase signals to be fed into adjacent conductor tracks is in each case one third of their period duration, ie twice the period duration of the clock signal.

In Abhängigkeit von der jeweiligen Position der Maus auf dem Tableau, d.h. auch der in die Maus eingegossenen Topfspule, wird darin ein Signal induziert, dessen Phasenlage proportional mit dem Verschiebeweg der Maus variiert. Zur digitalen Erfassung der Phasendifferenz zwischen dem elektrischen Wanderfeld in dem Tableau und dem induzierten Signal in der Topfspule dient die in 3 gezeigte Schaltung.Depending on the position the mouse on the tableau, ie also the pot coil cast into the mouse, a signal is induced therein, the phase position of which varies proportionally with the displacement of the mouse. For digitally recording the phase difference between the traveling electric field in the tableau and the induced signal in the pot coil, the in 3 shown circuit.

Mit Hilfe dieser Schaltung wird eine digitale Maßzahl für die Phasendifferenz zweier Signale gespeichert. Nach dem Löschen eines Flip-Flop's FF4 und eines Zählers 6 durch ein synchrones Referenzsignal wird ein Tor zum Zählen eines höherfrequenten Taktsignals freigegeben. Je nach Phasenlage des Messsignals wird dieses Tor durch Setzen des Flip-Flop's FF4 wieder geschlossen. Die vom Zähler 6 gemessene Taktzahl ist dabei proportional zur Phasenlage des Messsignals, d.h. zur Position der Maus auf dem Tableau.With the help of this circuit a digital measure for the phase difference of two signals is stored. After deleting a flip-flop FF4 and a counter 6 A gate for counting a higher-frequency clock signal is released by a synchronous reference signal. Depending on the phase of the measurement signal, this gate is closed again by setting the FF4 flip-flop. The one from the counter 6 The measured number of cycles is proportional to the phase position of the measurement signal, ie to the position of the mouse on the panel.

Claims (13)

Eingabevorrichtung für ein menügeführtes Rechnersystem, bestehend aus einem Tableau und eine auf dessen Oberfläche bewegbaren und mit einem Rechner verbindbaren Maus, in der ihre von einem Bediener ausgeführten Bewegungen auf der Oberfläche des Tableaus in ein elektrisches und von dem Rechner verarbeitbares Signals in Form eines Standardprotokolls für Mausschnittstellen transformierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Tableau mit zwei Gruppen N und M von n bzw. m parallel zur Oberfläche des Tableaus angeordneten Leiterbahnen versehen ist, wobei n und m jeweils für eine natürliche Zahl ≥ 2 steht, b) die Leiterbahnen jeweils derselben Gruppen jeweils im wesentlichen parallel verschoben zueinander angeordnet sind, c) die Leiterbahnen der einen Gruppe N im wesentlichen senkrecht zu den Leiterbahnen der anderen Gruppe M angeordnet sind, d) jede der n-Leiterbahnen der Gruppe N mit einem Wechselstrom einer konstanten Frequenz fN versorgbar ist, der in bezug auf die jeweils benachbarten Leiterbahnen der Gruppe N um einen Betrag von 360°/n phasenverschoben ist und jede der m-Leiterbahnen der Gruppe M mit einem Wechselstrom einer konstanten Frequenz fM versorgbar ist, der in bezug auf die jeweils benachbarten Leiterbahnen der Gruppe M um einen Betrag von 360°/m phasenverschoben ist, wodurch in dem Tableau jeweils ein n-phasiges und m-phasiges elektrisches Wanderfeld mit den Frequenzen fN und fM erzeugbar ist, wobei die Frequenzen fN und fM gleich sein können, e) in der Maus eine Empfängerspule mit Signalverstärker und Filter angeordnet ist, f) sich im Tableau eine Auswerteelektronik befindet, die das in der Empfängerspule empfangene Signal von der Maus in zwei Teilsignale aufteilt, wobei das erste Teilsignal durch Induktion des von den Leiterbahnen der Gruppe N erfolgten Wanderfeldes und das zweite Teilsignal durch Induktion des von den Leiterbahnen der Gruppe M erzeugten Wanderfeldes entsteht und g) durch jeweils einen Phasenvergleich zwischen dem Teilsignal und dem zugeordneten Wanderfeld ein zur Position der Maus auf dem Tableau proportionales Signal in Form eines Standardprotokolls für Mausschnittstellen erzeugbar ist.Input device for a menu-driven computer system, consisting of a panel and a mouse that can be moved on its surface and connected to a computer, in which its movements performed by an operator on the surface of the panel are converted into an electrical signal that can be processed by the computer in the form of a standard protocol for Mouse interfaces are transformable, characterized in that a) the tableau is provided with two groups N and M of n and m, respectively, conductor tracks arranged parallel to the surface of the tableau, where n and m each stand for a natural number ≥ 2, b) the conductor tracks the same groups are arranged essentially parallel to each other, c) the conductor tracks of one group N are arranged substantially perpendicular to the conductor tracks of the other group M, d) each of the n conductor tracks of group N with an alternating current of a constant frequency f N that can be supplied with respect to the respective ils adjacent conductor tracks of group N is phase-shifted by an amount of 360 ° / n and each of the m-conductor tracks of group M can be supplied with an alternating current of a constant frequency f M, which is an amount in relation to the respectively adjacent conductor tracks of group M is out of phase by 360 ° / m, whereby an n-phase and m-phase electric traveling field with the frequencies f N and f M can be generated in the panel, wherein the frequencies f N and f M can be the same, e) in the Mouse, a receiver coil with signal amplifier and filter is arranged, f) in the panel there is an electronic evaluation unit that divides the signal received by the mouse into two receiver signals in the receiver coil, the first connector signal being induced by the traveling field of the group N and the second partial signal is generated by induction of the traveling field generated by the conductor tracks of group M and g) by a phase comparison between each A signal proportional to the position of the mouse on the panel can be generated in the form of a standard protocol for mouse interfaces for the partial signal and the assigned traveling field. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen mäanderförmig und jeweils versetzt zueinander verlaufen.Input device according to claim 1, characterized in that the conductor tracks are meandering and each offset. Eingabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Empfängerspule empfangene Signal einem Verstärker und einem Filter zuführbar ist.Input device according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the signal received by the receiver coil an amplifier and a filter can be fed is. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Wanderfelder und zur Auswertung der Signale der Empfängerspule jeweils Microcontroller vorgesehen sind.Input device according to one of claims 1 to 3, characterized in that to generate the hiking fields and Microcontrollers are provided for evaluating the signals of the receiver coil are. Eingabevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Signalauswertung HC-MOS IC's vorgesehen sind.Input device according to claim 4, characterized in that that HC-MOS IC's are provided for signal evaluation. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Signale der Empfängerspule abschaltbar ist, wenn die gemessene Feldstärke der Wanderfelder in der Empfängerspule einen wählbaren Grenzwert unterschreitet.Input device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the evaluation of the signals of the receiver coil can be switched off if the measured field strength of the traveling fields in the receiver coil a selectable limit below. Eingabevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Amplitude des Signals der Empfängerspule ein Fensterdiskriminator vorgesehen ist.Input device according to claim 6, characterized in that that for surveillance the amplitude of the signal of the receiver coil a window discriminator is provided. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanderfelder Frequenzen fN und fM im Bereich von 20 kHz bis 60 kHz aufweisen.Input device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the traveling fields have frequencies f N and f M in the range from 20 kHz to 60 kHz. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Maus und das Tableau in Kunststoff eingegossen oder überzogen sind.Input device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the mouse and the tableau in plastic poured or coated are. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit des Wanderfeldes in dem Tableau zwischen 1 : 100 und 1 : 10000 beträgt.Input device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the ratio of on time to Switch-off time of the hiking field in the panel between 1: 100 and 1: 10000. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der Leiterbahnen der Gruppe N und die Anzahl m der Leiterbahnen der Gruppe M jeweils drei beträgt.Input device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the number n of conductor tracks of the group N and the number m of the group M conductor tracks is three in each case. Eingabevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Wanderfeldes ein rückgekoppeltes Schieberegister mit drei Flip-Flop's vorgesehen ist, wobei jedes Flip-Flop ein um zwei Takte eines Taktgenerators verschobenes Signal mit einer Frequenz erzeugt, die einem Sechstel der Taktfrequenz entspricht.Input device according to claim 11, characterized in that to generate a moving field with a feedback shift register three flip-flops is provided, each flip-flop one by two clocks of a clock generator shifted signal generated at a frequency that is one sixth corresponds to the clock frequency. Eingabevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerspule eine Topfspule ist.Input device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the receiver coil is a pot coil.
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