DE3543783A1 - Anordnung zur steuerung eines cursors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung eines Cursors mit einem Betätigungsorgan, das durch Betäti­ gung seines frei zugänglichen Griffendes in einer Ebene in alle Richtungen um einen Lagerpunkt schwenkbar ist und an seinem vom Griffende abgewandten Steuerende ein Lichtleit­ element trägt, um das herum um jeweils 90° gegeneinander versetzt in jeweils demselben Abstand von dem Lichtleit­ element optoelektronische Elemente angeordnet sind, und mit einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Gewinnung zweier Spannungen einwirkt, mit denen der Cursor in eine der jeweiligen Lage des Griffendes entsprechende Postition auf einem Sichtschirm steuerbar ist.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art "IBM Technical Disclosure Bulletin", Vol. 27, No. 8, Januar 1985, Seiten 4732 und 4733) ist das Lichtleitelement von einer licht­ durchlässigen Halbkugel einer die Lagerstelle für das Be­ tätigungsorgan bildenden Kugel gebildet; die andere Kugel­ hälfte besteht aus lichtundurchlässigem Material und ist auf ihrer Innenseite mit einem reflektierenden Belag ver­ sehen. Die Kugel wird von einer Lichtquelle über eine Linse bestrahlt und lenkt in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Betätigungsorganes das Licht auf von Foto­ widerständen gebildete optoelektronische Elemente, die mit einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Cursor-Steuerung verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit optischen Mitteln zur Steuerung eines Cursors anzugeben, die verhältnismäßig einfach aufbaubar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Lichtelement ein Fluores­ zenzlichtleiter, der mit seinem einen Ende mit einem Foto­ detektor verbunden ist; der Fotodetektor ist an dem Eingang einer Auswerteschaltung der elektronischen Schaltungsanord­ nung angeschlossen und die optoelektronischen Elemente sind Lichtquellen.

Unter einem Fluoreszenzlichtleiter wird dabei ein flexibler Lichtleiter verstanden, wie er beispielsweise in der Zeit­ schrift "Applied Physics", Februar 1981, Vol. 20, No. 4, Seiten 701 bis 706 beschrieben ist. Auf einen solchen Fluoreszenzlichtleiter seitlich auftreffendes Licht regt die fluoreszierenden Moleküle zur Fluoreszenz an. Das so gebildete Fluoreszenzlicht wird in dem Fluoreszenzlicht­ leiter zu den Endflächen hin durch Totalreflexion über­ tragen und kann dort abgenommen werden.

Die Verwendung eines Fluoreszenzlichtleiters als Licht­ leitelement in der erfindungsgemäßen Anordnung bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, daß das Lichtleitelement aus einem Abschnitt eines handelsüblichen Fluoreszenzlichtleiters gebildet ist, so daß ein speziell gefertigtes Lichtleit­ element nicht erforderlich ist. Auch eine Linse ist nicht notwendig. Dadurch wird insgesamt die Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung verhältnismäßig einfach.

Die Anbringung des Fluoreszenzlichtleiters in der erfindungs­ gemäßen Anordnung kann in unterschiedlicher Weise erfolgen, weil es im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung lediglich darauf ankommt, durch eine Änderung der Lage des Fluoreszenz­ lichtleiters zu den Lichtquellen Spannungen zu gewinnen, die für die jeweilige Lage des Griffendes des Betätigungsorgans kennzeichnend sind. So wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Fluoreszenzlichtleiter einerseits am Steuerende des Betäti­ gungsorgans und andererseits am räumlich fest angeordneten Fotodetektor befestigt ist. Diese Anbringung des Fluores­ zenzlichtleiters hat den Vorteil, daß die Lichterfassung von Erschütterungen weitgehend unempfindlich ist.

Wird ein mechanisch relativ starrer Fluoreszenzlichtleiter verwendet, dann ist es vorteilhaft, wenn der Fotodetektor an seiner einen Seite mit dem Steuerende des Betätigungs­ organs und an seiner anderen Seite mit dem Fluoreszenz­ lichtleiter verbunden ist. Die Festlegung des Fluoreszenz­ lichtleiters ist in diesem Falle verhältnismäßig einfach, weil er nur einseitig gehalten ist.

Die Auswertung des im Fluoreszenzlichtleiter erzeugten Lichtes und der von dem Fotodetektor abgegebenen elek­ trischen Meßgröße können bei der erfindungsgemäßen Anordnung in unterschiedlicher Weise erfolgen; entsprechend unter­ schiedlich ist dann die elektronische Schaltungsanordnung auszubilden.

Um diesbezüglich den Aufwand für die elektronische Schaltungsan­ ordnung gering zu halten, enthält die elektronische Schaltungs­ anordnung vorteilhafter Weise einen Multiplexer, der eine An­ steuerung der Lichtquellen im Multiplexbetrieb und eine ent­ sprechende Ansteuerung der Auswerteschaltung derart bewirkt, daß das durch jeweils eine angesteuerte Lichtquelle verur­ sachte Ausgangssignal des Fotodetektors einem der jeweils an­ gesteuerten Lichtquelle zugeordneten Auswerteteil der Aus­ werteschaltung zugeführt ist. Zu jeweils einem Zeitpunkt wird daher bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen An­ ordnung nur von jeweils einer Lichtquelle ein Lichtimpuls ausgesandt, der dann vom Fluoreszenzlichtleiter erfaßt und als Ausgangssignal des Fotodetektors an die Auswerte­ schaltung abgegeben wird.

Ist jeder Auswerteteil der Auswerteschaltung als Abtast- Halte-Schaltung ausgeführt, dann läßt sich in schaltungs­ technisch einfacher Weise dafür sorgen, daß jeweils einander gegenüberliegende Lichtquellen hinsichtlich der von dem Fluoreszenzlichtleiter jeweils erfaßten optischen Signale einer Differenzbildung zugeführt werden können, die als Ergebnis zu Spannungen führt, die zur Cursor-Steuerung dienen.

Es ist demzufolge vorteilhaft, daß an jeweils einander gegenüberliegenden Lichtquellen zugeordneten Auswerteteilen mit seinem Eingang ein Differenzverstärker angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht nur zur Steuerung eines Cursors auf einem Lichtschirm geeignet, sondern läßt sich in vorteilhafter Weise auch zur Positionssteuerung von Robotern und anderen Fertigungsautomaten verwenden.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in

Fig. 1 in schematischer Darstellung in einer Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel der wesentlichen Teile des mechanischen Aufbaus der erfindungsgemäßen Anordnung, in

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des mechanischen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung und in

Fig. 3 der schaltungstechnische Aufbau der erfindungs­ gemäßen Anordnung dargestellt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein mechanisches Betätigungsorgan 1 einer Anordnung zur Steuerung eines Cursors in einem Deckel 2 eines im übrigen nicht weiter dargestellen Gehäuses angeordnet, in dem auch die elektrischen Bauelemente der Schaltungsanordnung zur Steuerung des Cursors untergebracht sind. Dabei ist das Betätigungsorgan 1 in einem Kugelgelenk 3 gelagert, so daß das Betätigungs­ organ 1 mit seinem Griffende 4 in einer Ebene quer zur Zei­ chenebene in allen Richtungen verstellbar ist. Das Betäti­ gungsorgan 1 weist an seinem von dem Griffende 4 abgewandten Steuerende 5 einen Fluoreszenzlichtleiter 6 auf; die Ver­ bindung zwischen dem Fluorezenzlichtleiter 6 und dem Steuer­ ende 5 ist mechanisch fest. An seinem anderen Ende 7 ist der Fluoreszenzlichtleiter 6 fest mit einem Fotodetektor 8 der­ art verbunden, daß von dem Fotodetektor das Fluoreszenzlicht des Fluoreszenzlichtleiters 6 aufgenommen werden kann. Der Fotodetektor 8 ist räumlich fest angeordnet, so daß bei einer Betätigung am Griffende 4 mit einer Auslenkung in die strichlierte Lage der Fluoreszenzlichtleiter 6 nach außen in einer Form gebogen wird, wie dies ebenfalls strichliert in der Fig. 1 wiedergegeben ist.

Um den Fluoreszenzlichtleiter 6 herum in jeweils demselben Abstand sind Lichtquellen 9 a und 9 b einander gegenüberliegend angeordnet. Von einem weiteren Paar von Lichtquellen ist in der Fig. 1 nur die eine Lichtquelle 10 b erkennbar. Die Licht­ quellen sind so um den Fluoreszenzlichtleiter herum angeord­ net, daß sie in einer Ebene senkrecht zum Fluoreszenzlicht­ leiter 6 jeweils um 90° gegeneinander versetzt liegen.

Von dem Fotodetektor 8 wird an seinen Ausgängen 12 und 13 eine Ausgangsgröße abgegeben, die in später noch zu beschreibender Weise ausgewertet wird.

Der mechanische Aufbau des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 der erfindungsgemäßen Anordnung enthält wiederum ein Betäti­ gungsorgan 1, das in der im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 1 dargelegten Weise in einem Deckel 2 drehbar ge­ lagert ist. Am Steuerende 5 des Betätigungsorgans 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel fest der Fotodetektor 8 mit seiner einen Seite 15 angebracht. An der anderen Seite 16 des Fotodetektors 8 ist der Fluoreszenzlichtleiter 6 befestigt. Der Fluoreszenzlichtleiter 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit einem freien Ende 17 versehen. Lichtquellen 9 a bis 10 b sind in derselben Weise angeordnet wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Wird bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung das Griffende 4 in die strichlierte Lage gebracht, dann wird auch der Fluoreszenzlichtleiter 6 entsprechend geschwenkt und nimmt eine strichliert gezeichnete Lage ein. Entsprechend unterschiedlich stark wird der Fluoreszenzlicht­ leiter 6 von den Lichtquellen 9 a bis 10 b bestrahlt, so daß an dem Fotodetektor 8 an seinen Ausgängen 12 und 13 ein ent­ sprechendes elektrisches Ausgangssignal auftritt.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sind die Lichtquel­ len 9 a und 9 b bzw. 10 a und 10 b in der räumlichen Anordnung gezeigt, wie sie sich bei einer Aufsicht auf den mechanischen Aufbau nach den Fig. 1 und 2 ergibt. Der Fotodetektor 8 ist entsprechend im Zentrum der Anordnung der Lichtquellen 9 a bis 10 b eingezeichnet. Die Lichtquellen 9 a bis 10 b sind vorzugs­ weise von Licht emittierenden Dioden gebildet. Wie Fig. 3 ferner erkennen läßt, ist jede der Licht emittierenden Dioden 9 a bis 10 b über jeweils einen Vorwiderstand 20, 21 sowie 22, 23 an eine Hilfsspannung U _h anschließbar, wobei die Verbindung mit der Hilfsspannung U _h über vorzugsweise als elektronische Schalter ausgebildete Schalter 24, 25 bzw. 26, 27 erfolgt.

Die elektronischen Schalter 24 bis 27 werden mittels eines Multiplexers 28 derart gesteuert, daß jeweils die paarweise einander gegenüberliegenden Licht emittierenden Dioden 9 a, 9 b bzw. 10 a und 10 b nacheinander zur Lichtaussendung veranlaßt werden. Demzufolge ist ein Ausgang 29 des Multiplexers 28 mit dem Steuereingang des Schalter 26 und ein weiterer Aus­ gang 30 des Multiplexers 28 mit dem Steuereingang des Schal­ ters 27 verbunden. Weitere Ausgänge 31 und 32 des Multi­ plexers 28 dienen zur Ansteuerung der Schalter 25 und 24 und damit zur Erregung der Lichtquellen 9 a bis 10 b Dem Multiplexer 28 ist ein Taktgenerator 33 vorgeordnet.

Durch diese Ansteuerung der Lichtquellen 9 a bis 10 b ist dafür gesorgt, daß von den Licht emittierenden Dioden 10 a, 10 b, 9 b und 9 a in der aufgeführten Reihenfolge Lichtblitze auf den Fluoreszenzlichtleiter 6 gesendet werden, worauf­ hin der Fotodetektor 8 entsprechend beaufschlagt wird. Dieser Fotodetektor 8 liegt schaltungstechnisch gesehen an einer Betriebsspannungsquelle U _b über einen Vorwider­ stand 34. Dem Fotodetektor 8 ist ein Strom-Spannungs-Um­ setzer 35 nachgeordnet, an dessen Ausgang 36 demzufolge Spannungen mit einer Höhe anstehen, die der Intensität des jeweils von dem Fotodetektor 8 empfangenen Fluores­ zenzlichtimpulses entspricht.

An dem Ausgang 36 des Strom-Spannung-Umsetzers 35 sind Abtast-Halte-Schaltungen 37, 38, 39 und 40 angeschlossen. Die Steuereingänge dieser Abtast-Halte-Schaltungen 37 bis 40 sind mit dem Multiplexer 28 verbunden, wobei die Ver­ bindung so vorgenommen ist, daß mit dem Ausgang 29 des Multiplexers 28 die Abtast-Halte-Schaltung 37 und mit dem Ausgang 30 des Multiplexers 28 die Abtast-Halte- Schaltung 38 verbunden ist. Dies bringt es mit sich, daß mittels der Abtast-Halte-Schaltung 37 eine Spannung er­ faßt wird, die ein Maß für die Intensität des Lichtblitzes ist, der von dem Fotodetektor 8 über den Fluoreszenzlicht­ leiter 6 erfaßt wird, wenn die Licht emittierende Diode 10 a zur Lichtanregung veranlaßt worden ist. Die Intensität des erfaßten Lichtimpulses ist ein Maß für den Abstand des Fluoreszenzlichtleiters 6 von der Licht emittierenden Diode 10 a. Entsprechendes gilt hinsichtlich der Abtast-Halte- Schaltung 38, die aufgrund der Ansteuerung durch den Multi­ plexer 28 eine Spannung erfaßt, die der Intensität eines Lichtimpulses proportional ist, der vom Fotodetektor 8 bei Erregung der Lichtquelle 10 b hervorgerufen ist. Die so mittels der Abtast-Halte-Schaltungen 37 und 38 erfaßten Spannungen werden einem nachgeordneten Differenzverstärker 41 zugeführt, der demzufolge an seinem Ausgang 42 eine Spannung abgibt, die der Differenz seiner beiden Eingangs­ spannungen entspricht, die wiederum ein Maß für die je­ weilige Auslenkung des Fluoreszenzlichtleiters 6 und damit für die Lage des Griffendes 4 in einer Richtung wiedergibt, in der die beiden Lichtquellen 10 a und 10 b liegen.

In entsprechender Weise werden infolge Ansteuerung der Abtast-Halte-Schaltungen 39 und 40 durch den Multiplexer 28 Spannungen erfaßt, die ein Maß für die Intensität der Lichtimpulse sind, die dem Fotodetektor 8 bei nacheinander erfolgender Erregung der Lichtquellen 9 a und 9 b zugehen. Da den Abtast-Halte-Schaltungen 39 und 40 ein weiterer Differenzverstärker 43 zugeordnet ist, ergibt sich an dessen Ausgang 44 eine weitere Spannung, die Maß für die Auslenkung des Fluoreszenzlichtleiters 6 im Bereich zwischen den beiden Lichtquellen 9 a und 9 b darstellt.

Mit den an den Ausgängen 42 und 44 der beiden Differenz­ verstärker 41 und 43 gewonnenen Spannungen läßt sich dann in bekannter Weise der Cursor auf einem Sichtschirm in eine Position steuern, die der Lage des Griffendes 4 des Betätigungsorganes 1 entspricht.

Claims (6)

1. Anordnung zur Steuerung eines Cursors mit einem Betätigungsorgan, das durch Betätigung seines frei zu­ gänglichen Griffendes in einer Ebene in alle Richtungen um einen Lagepunkt schwenkbar ist und an seinem vom Griffende abgewandten Steuerende ein Lichtleitelement trägt, um das herum um jeweils 90° gegeneinander versetzt in jeweils demselben Abstand von dem Lichtleitelement optoelektronische Elemente angeordnet sind, und mit einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Gewinnung zweier Spannungen, mit denen der Cursor in eine der jeweiligen Lage des Griffendes entsprechende Position auf einem Sichtschirm steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleitelement ein Fluoreszenzlichtleiter (6) ist, der mit seinem einen Ende mit einem Fotodetektor (8) verbunden ist, daß der Fotodetektor (8) an dem Eingang einer Auswerteschaltung der elektronischen Schaltungsanordnung angeschlossen ist und daß die optoelektronischen Elemente Lichtquellen (9 a, 9 b, 10 a, 10 b) sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluoreszenzlicht­ leiter (6) einerseits am Steuerende (4) des Betätigungs­ organs (1) und andererseits am räumlich fest angeordneten Fotodetektor (8) befestigt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotodetektor (8) an seiner einen Seite (15) mit dem Steuerende (5) des Betätigungsorgans (1) und an seiner anderen Seite (16) mit dem Fluoreszenzlichtleiter (6) verbunden ist.

4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltungsanordnung einen Multiplexer (28) enthält, der eine Ansteuerung der Lichtquellen (9 a, 9 b, 10 a, 10 b) im Multiplexbetrieb und eine entsprechende Ansteuerung der Auswerteschaltung derart bewirkt, daß das durch jeweils eine angesteuerte Lichtquelle (z.B. 9 a) verursachte Ausgangs­ signal des Fotodetektors (8) einem der jeweils angesteuerten Lichtquelle (z.B. 9 a) zugeordneten Auswerteteil (40) der Aus­ werteschaltung zugeführt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Auswerteteil (37, 38, 39, 40) aus einer Abtast-Halte-Schaltung besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an jeweils einander gegenüberliegenden Lichtquellen (z.B. 10 a, 10 b) zugeordneten Auswerteteilen (z.B. 37, 38) mit seinem Eingang ein Differenzverstärker (z.B. 41) angeschlossen ist.