-
Druckmuster für einen einäugigen optischen Sensor
-
zur Erkennung von dessen Bewegungsrichtung über diesem Muster Druckmuster
für einen einäugigen optischen Sensor zur Erkennung von dessen Bewegungsrichtung
über diesem Muster, bei dem für jede der beiden senkrecht aufeinander stehenden
Hauptachsen X und Y ein von der anderen Hauptachse unterschiedlicher Strichcode
in sich wiederholenden zueinander abwechselnden Strichcodefeldern mit mindestens
einer jeweils zu ihrer Hauptachse senkrecht stehenden Strichcodezeile schachbrett-
bzw. parkettmusterartig angeordnet sind.
-
Zur direkten Steuerung des Cursors auf Computerbildschirmen werden
bei handelsüblichen Computersystemen mechanmsche oder elektrische Vorrichtungen
eingesetzt. Diese Vorrichtungen arbeiten entweder mechanisch mit einer Rollkugel
auf ihrer Unterseite, indem sie auf einer flachen Unterlage bewegt werden,oder elektrisch
mittels eines Stiftes bzw. Fadenkreuzes auf einem Digitalisier-Tableau bzw. direkt
auf dem Bildschirm. Allen diesen Steuervorrichtungen ist gemeinsam, daß sie sehr
aufwendig gebaut und deshalb recht teuer sind.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein geeignetes Druckmuster als Unterlage
zu erstellen, das es einem preiswerten System aus einem einäugigen optischen Sensor
mit etwa 0,2 mm Auflösung, z. B. mit einem Handelsüblichen Strichcode-Leser und
einer hier nicht näher beschriebenen elektronischen Auswerteschaltung ermöglicht,
auf dem Muster ortsunabhängig festzustellen, in welcher Richtung der optische Sensor
über dieses Muster bewegt wird. Außer den vier Hauptrichtungen sollen auch jede
Zwischenrichtung nach einigen Zentimetern nanueller, geradliniger, etwa gleichförmiger
Verschiebung in jedem Winkel festzustellen sein. Mit Hilfe der dabei erzeugten Impulse
soll über eine nachgeschaltete elektronische Auswerteschaltung der Cursor auf dem
Computerbildschirm entsprechend dem optischen Sensor bewegt werden können.
-
/in Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die dem kennzeichnenden
Teil des Anspruclies 1 aufgeführten Maßnahmen in vorteilhafter Weise gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind @@ den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Eine vorteilhafte Ausführung des Druckmusters ist in der Zeichnung
dargestellt, und wird in der Furilftionsweise im folgenden näher beschrieben.
-
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des Druckmusters im Maßstab
10:1 Figur 2 und 3 das zugehörige Software-Flußdiagramm.
-
Figur 1 zeigt eine schematische D2rstellu-ng des Druclmusters aus
schachbrett- bzw. parkettartig abwechselnd angeordneten Strichcodefelderu (1) und
(2) mit zwei unterschiedlichen, unsymmetrischen Strichcodes, deren
Linienrichtung
senkrecht sowohl zu ihrer jeweils zugeordneten Hauptachse X bzw. Y als auch damit
zueinander stehen, wobei die Linienrichtung eines Strichcodes immer die gleiche
über das gesamte Muster ist.
-
Dieses Muster vermeidet die von z. B. vollständig durch das Muster
führenden Stricheodelinien erzeugten Kreuzungspunkte, welche für eine einfache und
eindeutige Erkennung des jeweiligen Codes bei noch akzeptablem AuSlösungsvermögen
des optischen Systems1? optischer Sensor-Druckmuster" hinderlich sind.
-
Die einzelnen verschachtelt angeordneten Felder (1)(2) des Druckmusters
bestehen jeweils aus einer Dreiergruppe der gleichen Strichcodezeilen (3), deren
Linienlänge G,H der Projektion I,K der Feldbreite / des jeweils anderen Strichcodes
entspricht.
-
(4)(5) Vorteilhaft sind Strichstärken der Codelinien / mit 0,1 und
/(4)(5) 0,2 mm, die Abstände der einzelnen Linien mit 0,2 und 0,4 mm, der einzelnen
Strichcodezeilen (3) und -felder (1)(2) mit 0,8 mm zueinander und die Codes der
einzelnen Strichcodezeilen (3) zu jeweils Strichcodelinien gewählt, um mit der Auflösung
des optischen Sensors von 0,2 mm einerseits eine optimale Auflösung des Gesamtsystems
bzw. die vom optischen Sensor zurückzulegende Minimal-Wegstrecke möglichst kurz
zu erhalten und andererseits für die nachgeschaltete elektronische Auswerteschaltung
eine einfache Erkennung der Strichcodezeilen und Codes zu ermöglichen.
-
Da die Computerbildschirme in der Regel breiter als hoch ausgeführt
sind, ist für die Erkennung der senkrechten Richtung, nachstehend als Y-Achse benannt,
der Code mit den drei schmalen Strichcodelinien (4) gewählt gegenüber der waagerechten
Richtung, nachste end als X-Achse benannt, (4) mit dem Code aus zwei schmalen /
und einer breiten Strich-/(5) /(3) codelinie (5), wobei die Strichcodezeilen jeweils
senkrecht
zu der jeweiligen Hauptachse X bzw. Y angeordnet sind.
Die C,D Strichcodes sind mittels der Abstände / der Strichcodelinien (4)(5) (3)
in den einzelnen Strichcodezeilen / richtungsunsymmetrisch und für die jeweilige
Hauptachse immer gleichartig ausgeführt. So kann die nachgeschaltete elektronische
kuswerteschaltung anhand der aus der jeweiligen Strichcodezeile entstammenden Anzahl
und Art der Impulse die Hauptachsenzugehörigkeit und aus der Impulsfolge die Bewegungsrichtung
zur jeweiligen Hauptachse erkennen.
-
Der Winkel von schräg zu den Hauptachsen X und Y durchgeführten Bewegungen
des optischen Sensors wird von der nachgeschalteten elektronischen Auswerteschaltung
sowohl über den Vergleich der von den Strichcodelinienabständen C,D herrührenden
Impulsabstände als auch der Impulslänge der X-Komponente mit denen der Y-Komponente
erkannt, was für den Normalfall der Bewegungsrichtung eine Redundanz zur Erkennungssicherheit
ergibt. Zur weiteren Sicherheit kann noch die Anzahl der unmittelbar aufeinander
folgenden Stricheodezeilen des gleichen Codes der X- mit denen der Y-Eomponente
bzw. der Codefolge mit deren räumlicher Zuordnung verglichen werden. Die einzelnen
Strichcodefelder (1)(2) und Strichcodezeilen (3) des Druckmusters sind mit dem Abstand
von O,8 mm, also dem doppelten bzw. dem vierfachen des Codelinienabstanes, zeinander
angeordnet. So können durch die nachgeschaltete elektronische Auswerteschaltung
die von dem optischen Sensor seriell übermittelten Codes der beiden Komponenten
auf einfache Weise erkannt und miteinander verglichen werden. Aus gleichem Grund
ist der Abstand C,D der einzelnen Codelinien (4)(5) im Verhältnis von eins zu zwei
ausgeführt.
-
B Bedingt durch den relativ großen Abstand / der Strichcode-(3) (1)(2)
zeilen / und Strichcodefelder / des Druckmusters voneinander
ergeben
sich einige spezielle Betriebszustände des Systems "optischer Sensor-Druckmuster".
-
Würde die Abtastbewegung des optischen Sensors auf dem Druckmuster
exakt in der X- bzw. Y-Achsenrichtung ohne eine Bewegung in der anderen Achsenrichtung
geführt, also genau waagerecht oder senkrecht zwischen den einzelnen Strichcodefeldern
(1)(2) des Druckmusters, würden keine Impulse übertragen, womit auch keine definitive
Richtungserkennung möglich wäre. Da aber ein freies manuelles Führen des optischen
Sensors mit derartiger Exaktheit über mehrere Zentimeter zwischen den Strichcodefeldern
(1)(2) des Druckmusters unwahrscheinlich ist, dürfte der optische Sensor immer nach
kürzerer Wegstrecke über den Rand der der jeweiligen Hauptachse entsprechendeen
Strichcodezeilen (3) geführt werden.
-
Würde der optische Sensor exakt in der Richtung der I-oder der Y-Achse
quer über die einzelnen Strichaodefe-lder(1)(2) des Druckmusters geführt, so erhielte
die nachgeschaltete elektronische Auswerteschaltung neben dem eindeutigen Code für
die jeweilige Hauptachse entweder keinen weiteren Impuls, wegen des Freiraums zwischen
den einzelnen Strichcodelinien (4)(5) bzw. Strichcodezeilen (3) des Codes für die
andere Hauptachse, oder einen Impuls in der Länge der Strichcodezeile (3) des Codes
für diese Hauptachse. Da aber eine exakt durchgeführte, freie manuelle Führungsbewegung
des optischen Sensors unwahrscheinlich ist, werden die Strichcodelinien (4)(5) für
die letztere Bewegungsrichtung mehr oder weniger eingeschleift. Sowohl das Erst-
wie auch das Letztgenannte dient als Kriterium für die Erkennung der waagrechten
oder senkrechten Bewegungsrichtung.
-
Würde der optische Sensor exakt in Richtung der Diagonale der Strichcodefelder
(1)(2) eines Codes innerhalb des Eckabstands L der Strichcodefelder des anderen
Codes des Druckmuster also über Eck, geführt, so keime er wegen des Abstandes A
der
Strichcodefelder (1)(2) voneinander jeweils mit dem anderen
Strichcode nicht in Berührung. Es würde also nur ein Code übertragen werden, aber
. im Vergleich zur Impulsfolge ohne größere zeitliche Zwischenabstände. und einschleifende
Codelinien, wie etwa bei der Bewegung in der jeweiligen Hauptrichtung X oder Y.
Dies dient als Kriterium für diesen Winkel der Bewegungsrichtung. Andererseits ist
auch hier eine exakte geradlinige manuell durchgeführte Bewegung des optischen Sensors
über mehrere Zentimeter unwahrscheinlich,)so daß auch die Strichcodezeilen des anderen
Codes beruhrt werden, was wiederum eine Sicherheit durch Redundanz ergibt.
-
Die Ausführungsform dieses geschachtelten, parkettartigen Druckmusters
kann auch in Grenzen sowohl in der absoluten E,F als auch relativen Strichcodelinienbreite
/, der Abstände C,D /(4)(5) der Strichcodelinien voneinander und deren Anzahl je
Strichcodezeile (3) sowie deren Anzahl je Strichcodefeld (1)(2), die Größe der Strichcodefelder
und deren Abstand voneinander für ein bestimmtes Auflösungsvermögen des optischen
Sensors variiert sein, wobei als Grundbedingung zur Erkennung der jeweiligen Bewegungsrichtung
des optischen SenW sors die Unterschiedlichkeit und Unsymmetrie der beiden Codes
gewährleistet sein müssen. Die Hauptachsen X und Y des Druckmusters können auch
gegenüber der als waagrecht und senkrecht definierten Bewegungsrichtuntg z. 3. derjenigen
des Cursors, um einen Winkel X gekippt ausgeführt sein, was allerdings dann in der
nachgeschalteten elektronischen Auswerteschaltung berücksichtigt seirr muß.
-
Zur besseren Auflösung der Bewegung des optischen Sensors über des
Druckmuster werden die Fragmente der unvollstgndig erfaßten Codes, wie z. B. die
Breite E,F der einzelnen Strichcodelinien (4)(5) und deren Abstand C,D voneinander,
ebenfalls
zur Richtungsbestimmung herangezogen, wofür mindestens
jedoch zur Erkennung der Codeart zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Impulse des
unvollständig erfaßten Codes erforderlich sind. Anhand der Längen und das zeitlichen
Abstands der beiden Impulse im Vergleich zu deren Länge sind von der nachgeschalteten
elektronischen Auswerte schaltung die Art des Codes und die Richtung in Richtung
der jeweiligen Hauptachse X oder Y zu erkennen.
-
Letzteres ergibt wiederum eine weitere auswertbare Redundanz für die
Richtungserkennung. Der Bewegungswinkel des optischen Sensors wird von der nachgeschalteten
elektronischen Auswerteschaltung aus dem Verhältnis entweder des geringsten oder
des größeren Impulsabstands der beiden Codes errechnet, je nachdem was für ein Strichcodelinienabstand
C,D in dem jeweiligen Fragment erfaßt worden ist.
-
Isoliert stehende Einzelimpulse - ausgenommen die sehr langen von
den eingeschleiften Strichcodelinien herrührenden Impulsen - werden von der nachgeschalteten
elektronischen Auswerteschaltung nicht berücksichtigt.
-
Die Cursorgeschwindigkeit wird von der nachgeschalteten elektronischen
Auswerteschaltung aus den zeitlichen Abständen der Impulse abgeleitet.
-
Durch Verwendung eines optischen Sensors mit höherem Auflösungsvermögen
als der erwähnte optische Sensor, z. B.
-
zur Zeit handelsüblich mit einem Auflösungsvermögen bis zu 25 Mikrometern,
kann das Druckmuster im gleichen Verhältnis verfeinert werden, was eine im gleichen
Verhältnis erhöhte Auflösung der Sensorbewegung ermöglicht.
-
Bei erhöhtem Aufwand für die nachgeschaltete elektronische Auswerteschaltung
können für eine weitere Erhöhung des Auflösungsvermögens des Gesamtsystems sowohl
der Abstand A,B zwischen den Strichcodefeldern (1)(2) als auch zwischen (3) den
Strichcodezeilen / verringert werden.
-
Da der optische Sensor,eine Reflexionslichtschranke, dunkel anzeigt,
wenn er nicht auf eine reflektierende Unterlage aufgesetzt ist, ist es vorteilhaft,
den Hintergrund des Druckmusters für das Licht des, opXischen Sensors absorbierend
und die Strichcodelinien (4)(5) reflektierend auszubilden.
-
Damit wird erreicht, daß die nachgeschaltete elektronische Auswerteschaltung
erst bei Eingang eines durch eine Strichcodelinie hervorgerufenen Impulses anzusprechen
braucht.
-
Weil der optische Sensor in auf der Oberfläche des Druckmusters aufgesetztem
Zustand bewegt werden muß, ist es vorteilhaft, diese kratzfest auszubilden, damit
eine eindeutige Erfassung der Codes nicht durch Lichtstreuung und Verschmutzung
beeinträchtigt werden kann.