DE3407131A1 - Freihaendig zu fuehrendes positionsdateneingabegeraet fuer elektronische datenverarbeitungsanlagen (fachbezeichnung: computermaus) mit mechanisch-optischer oder mechanisch-magnetischer erfassung des bewegungsvektors - Google Patents

Description

• Freihändig zu führendes Positionsdateneingabegerät für elektro-
• nische Datenverarbeitungsanlagen ( Fachbezeichnung: Computermaus ) mit mechanisch-optischer oder mechanisch-magnetischer Erfassung des 9ewegungsvektors des Bewegungsvektors Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Eingabe von Positionsdaten in einen Computer, welches freihändig geführt wird und bei dem die Positionen, in die das Gerät geführt wird, durch optische oder magnetische Erfassung eines mechanischen Bewegung erkannt werden.
• Zur Befehlseingabe in elektronische Datenverarbeitungsanlagen ( Computer ) finden in neuerer Zeit neben Tastaturen und bildschirm-interaktiven optischen Sensoren ( Lichtgriffeln ) sogenannte Computermäuse Verwendung. Es handelt sich dabei um kleine Geräte, die von Hand auf einer Unterlage bewegt werden, wobei diese Bewegung nach Betrag und Richtung durch geeignete Sensoren erfaßt und an den Computer übermittelt wird, welcher üblicherweise die so erhaltenen Daten durch die entsprechende Bewegung einer Bildschirmmarkierung ( Cursor ) quittiert und auf diese Weise Befehle entgegennehmen kann.
• Bei den derzeit gebräuchlichen Computermäusen wird die Bewegung durch mechanische Abtastung einer auf der Unterlage rollenden Kugel erfaßt oder durch optische Abtastung eines speziell hierfür auf der Unterlage angebrachten Musters ( Zeitschrift: "Computer persönlich" , Heft 5, 22.Februar 1984, S. 130 - 132 ).
• Die mechanischs Abtastung einer rollenden Kugel ( durch Übertragung der Bewegung auf Potentiometer ) hat den Vorteil, daß jede ebene Unterlage - z.B. Schreibtischfläche - zur Bewegung der Maus geeignet ist; dem steht der Nachteil eines hohen feinmechanischen Aufwandes gegenüber, der stör- und verschleißanfällig ist.
• Die optische Abtastung eines Musters auf der Unterlage hat den Vorteil, daß mechanisch bewegte Teile fehlen, jedoch besteht der Nachteil in der Abhängigkeit von einer platzraubenden und den Bewegungsspielraum einschränkenden speziell gemusterten Unterlage.
• Dar Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile beider Systeme unter weitgehender Ausschaltung ihrer Nachteile zu vereinigen.
• Die Aufgabe wird erfindeungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erfassung der Bewegung zwar eine auf der Unterlage rollende Kugel verwendet wird, deren Bewegung nun aber nicht mechanisch abgetastet wird, sondern optisch bzw. magnetisch ( induktiv ).
• Hierzu ist auf der Kugel selbst - statt auf der Unterlage -ein geeignetes Muster angebracht, welches durch Sensoren (optiscne Sensoren, etwa bestehend aus Leuchtdiode und Phototransistor, also Reflexlichtschranken; oder magnetische Sensoren, etwa Induktionsspulen) abgetastet wird, die im Gehäuse der Comoutermaus fest installiert sind.
• Eine Bewegung der Maus auf einer beliebigen Ebenen Unterlage führt zu einer entsprechenden Bewegung der Kugel, so daß sich also das auf der Kugel befindliche Muster an den Sensoren vorbeibewegt und diese die Bewegung erfassen können. Die von den Sensoren aufgenommenen Bewegungsdaten können dann vom Computer selbst oder von einer zwischengeschalteten Hilfsschaltung ausgewertet und in Betrag und Richtung der Bewegung umgerechnet werden.
• Entsprechend den zwei Hauptbewegungsrichtungen auf einer Ebene werden mindestens zwei derartige optische oder magnetische Sensoren in einem Winkel zueinander ( vorzugsweise 900 ) um die Rollkugel herum angeordnet sein müssen, wobei bei Bewegung in einer der Hauptrichtungen ( normalerweise waagerecht oder senkrecht ) nur einer der Sensoren eine Bewegung des Musters wahrnimmt, während sich ja der andere in der Linie der Drehachse befindet; bei Bewegung in einer Zwischenrichtung nehmen beide Sensoren eine Musterbewegung wahr, wobei aus dem Vergleich der von den Sensoren erfaßten Bewegungsgeschwindigkeit sowohl auf die Bewegungsrichtung als auch auf den Betrag zurückgeschlossen werden kann, Da die Rollkugel bei ihrer Bewegung früher oder später in jede denkbare Lage kommen kann, darf die Bewegungserfassung nicht von einer bestimmten Orientierung der Kugel bzw. des Musters auf ihr abhängen. Es wird daher nicht möglich sein, bei geradlinigem Bewegen der Computermaus aus dem an den Sonsoren vorbeiziehenden Muster zwischen "vorwärts" und "rückwärts" zu unterscheiden, In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind daher für jede der beiden Hauptrichtungen zwei benachbarte Sensoren vorgesehen, wobei durch Vergleich der von ihnen gelieferten Daten festzustellen ist, welchen Sensor ein bestimmtes Musterdetail ( im einfachsten Fall also ein hell/dunkel- bzw.
• dunkel/hell-Übergang oder ein Nord/Süd- bzw. Süd/Nord-Polwechsel ) zuerst passiert hat, woraus sich dann sofort auf die Orientierung der Bewegung ( vor oder zurück ) schließen läßt.
• Die Unabhängigkeit von der momentanen Lage und Orientierung der Rollkugel wird am besten rgewährleistet, wenn das Muster auf der Kugel völlig gleichmäßig verteilt ist. Die speziellen Eigenschaften der Geometrie einer Kugeloberfläche machen dies jedoch unmöglich. Eine nahezu gleichmäßige Musterverteilung ist jedoch durch die Unterteilung der Kugeloberfläche in Dreiecke zu erreichen, wobei das Dreiecksnetz entsteht, indem man jede Halbkugel in 4 kongruente Kugeldreieke unterteilt und diese Dreiecke dann wiederholt in vier flächengleiche Kugeldreiecke unterteilt.
• Durch fortgesetzte Teilung entstehen so immer mehr immer kleinere Kugeldreiecke in einer Anordnung, die sicherstellt, daß je zwei benachbarte Drucke entgegengesetzt (schwarz bzw. weiß) gefärbt bzw. magnetisiert (nord bzw. süd) werden können. Aufbauend auf derartigen Dreiecksnetzen können auch andere Muster, z.B. Kombi- nationen aus Sechsecken, Vierecken und Dreiecken, hergestellt werden. Dabei ist es gleichgültig durch wie viele Viertelungsprozesse das ursprüngliche Achtelkugelmuster unterteilt wird; je feiner das endgültige Dreiecks,netz ist, desto besser wird die Bewegungsauflösung der Computermaus, die Grenze ist durch das Auflösungsvermögen der benachbarten Sensoren gegeben. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung basiert daher das Rollkugelmuster auf einem Dreiecksnetz, das ausgehend von einer Halbkugel durch Fortgesetztes Vierteln entsteht, wobei benachbarte Flächenelemente jeweils entgegengestzt magnetisiert oder unterschiedlich gefärbt ( vorzugsweise schwarz-weiß ) sind.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig.1 Computermaus, komplettes Gerät, die dem Betrachter zugewandte Seitenwand ist abgeschnitten; Fig.2 Rollkugelkäfig mit Rollkugel und optischen Sensoren; Fig.3 desgleichen, jedoch Kugelkäfig aufgeschnitten; Fig.4 Rollkugelkäfig mit Rollkugel, von oben gesenen, Die Rollkugel (1) mit einem schwarz-weißen Draiecksnetzmuster ist im Kugelkäfig (2) mit Hilfe von vier Lager kugeln (6) drehbar angeordnet, wobei die Lagerkugeln gleichzeitig einen konstanten Abstand von der Käfigwand gewährleisten. In Höhe des t'Äquatorr" des Rollkugelkäfigs sind zweimal zwei optische Sensoren (3) eingelassen, jeder als Reflexlichtschranke aus Leuchtdiode und Phototransistor ausgebildet, Elektrische Anschlußkibel (5) verbinden die Sensoren mit eie r Auswerteelektronik (8) und diese weiter mit dem Computer. Im Gerätegehäuse sind noch drei Gleitkugeln (4) zur reibungsarmen Bewegung auf der Unterlage sowie zusätzliche Befehletasten (7) eingelassen, die aber für die eigentliche Rollkugelfunktion ohne Bedeutung sind.

Claims (4)

1. Patentansprüche : Freihändig zu führendes Positionsdateneingebegerät für elektronische Datenverarbeitungsanlagen ( Fachbezeichnung: Computermaus ) mit mechanisch-optischer oder mechanischmagnetischer Erfassung des Bewegungsvektors, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bewegung des Cerätes auf einer Unterlage eine Rollkugel auf dieser Unterlage abrollt, die mit einem Muster versehen ist, welches sich bei jeder Bewegungsrichtung des Gerätss in charakteristischer Weise an geeigneten Sensoren vorbeibewegt, welche diese Bewegung erfassen und an eine Auswerteschaltung weiterleiten.
2. 2. Computermaus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster aus einer optisch unterschiedlichen Gestaltung einzelner Teile der Oberfläche besteht ( unterschiedliche Farbe oder unterschiedliches Reflexionsvermögen ) und die Sensoren lichtempfindliche Bauelemente enthalten ( etwa Phototransistoren ).
3. 3. Computermaus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster aus einer unterschiedlichen Magnetisierung einzelner Teile der Oberfläche besteht und die Sensoren magnetfeldempfindliche Bauelemente enthalten ( etwa Induktionsspulen oder Hallsonden ).
4. 4. Computermaus nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Oberflächenmuster der Rollkugel die Gebiete mit in sich gleicher und zum Nachbargebiet unterschiedlicher Eigenschaft ein Dreiecksnetz oder ein Netz geometrischer Figuren bilden, das in ein Dreiecksnetz zerlegbar ist.