DE3931931A1 - Koordinatenvektorverfahren fuer optische eingabe und optische eingabevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenvektorverfahren für eine optische Eingabevorrichtung und insbesondere lichtempfindliche Einheiten, die in Matrixform angeordnet sind und Bildände­ rungen empfangen können, die durch eine Lichtquelle erzeugt werden, die sich auf einer Koordinatenebene bewegt. Das dadurch erzeugte elektronische Signal wird in einen Prozessor eingegeben und dort verarbeitet und steuert die Bewegung eines Computercursors (Lichtpunkt auf dem Bildschirm) oder Ähn­ liches. Außerdem ist eine Funktionstaste vorgesehen, um den besonderen Wert des übertragenen Signals zu steuern.

Konventionelle optische Eingabeeinrichtungen (die sogenannte "Maus") haben hauptsächlich mechanische Antriebseinrichtungen. Dieser mechanische Antrieb weist im allgemeinen eine Rolle am Boden des Gehäuses auf. Wenn die Maus auf einer Ebene ver­ schoben wird, so bewegt sich die Rolle oder eine Kugel ent­ sprechend. Mit Hilfe anderer mechanischer Getrieberollen oder Räder wird der Bewegungsbereich in ein elektronisches Signal umgewandelt, das in einen Rechner eingegeben wird, um die Bewegung des Cursors zu steuern. Da die mechanische Konstruk­ tion einen großen Fehler ergeben kann und da nach langer Benutzung die Rolle abnutzen kann, so daß sich der Fehler erhöht, oder da der mechanische Antrieb beim Betrieb versagen kann, ist es schwierig, die Stellung des Cursors genau zu steuern.

Außerdem arbeitet die Signalübertragung von der Maus bei konventionellen Einrichtungen mit festen Werten. Ist z. B. ein spezieller Wert von 200 DPI (DOT per Inch, d.h., ca. 0,12 mm pro DOT oder Punkt), so wird ein DOT-Signal (Punktsignal) dem Hauptprozessor des Rechners jedesmal mitgeteilt, wenn die Maus ungefähr 0,12 mm bewegt wird. Wird die Maus 12 mm weit bewegt, so wird ein Signal von 100 DOT (entsprechend 100 Bildpunkten) übertragen. Nimmt man an, daß das Signal von 100 DOT den Cursor so antreibt, daß er sich 5 mm auf dem Bildschirm bewegt, so muß die Maus über eine Entfernung von 480 mm bewegt werden, wenn der Cursor über eine Entfernung von 200 mm bewegt werden soll. Die Maus so weit zu bewegen ist aber schwierig und unbequem.

Für eine optische Maus muß die Signalübertragung mit Hilfe von Änderungen der optischen Signale erfolgen, die von der Bewe­ gung der Maus auf dem Reflektor herrühren. Daher sollte der Reflektor eine Minimalgröße von 480 × 480 mm für diesen Betrieb haben. Dies führt zu hohen Kosten und zu Unbequem­ lichkeiten bei der Aufbewahrung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen und ein Koordinatenvektorverfahren für eine op­ tische Eingabeeinrichtung zu schaffen, das leistungsfähiger und zweckmäßiger ist.

Durch die Erfindung wird ein Koordinatenvektorverfahren und eine Vorrichtung für optische Eingabe geschaffen, das bzw. die die Schwarz-Weiß-Änderung verwendet, die durch Reflektion des Lichtes erzeugt wird, das von einer auf der Koordinatenebene bewegten Lichtquelle herrührt. Durch lichtempfindliche Ein­ heiten werden dann entsprechende elektronische Signale erzeugt. Die so erhaltenen elektronischen Signale werden zur zentralen Prozessoreinheit geleitet, um die Bewegung des Cursors zu steuern. Außerdem ist ein Auswahlschalter vorgese­ hen, um einen bevorzugten besonderen Wert des Signals für die Übertragung auszuwählen, so daß der ursprüngliche besondere Wert der Signalübertragung vervielfacht wird.

Bei der Erfindung wird eine Präzisionsübertragung von op­ tischen Signalen verwendet, um die Bewegung des Cursors mit Hilfe von entsprechenden elektronischen Signalen präzise zu steuern, die durch lichtempfindliche Einheiten erzeugt werden, die in Matrixform angeordnet sind, so daß der Fehler, der bei konventionellen mechanischen Antriebskonstruktionen auftritt, verringert oder vermieden wird.

Durch die Erfindung wird weiter ein Schalter für die Auswahl eines besonderen Wertes der Signalübertragung geschaffen, so daß der ursprüngliche besondere Wert der Signalübertragung vervielfacht wird. Wird z. B. der besondere Wert um einen Faktor 6 vergrößert, so wird die obenerwähnte Entfernung von 480 mm, über die die Maus bewegt werden müßte, auf 80 mm verkürzt. Der Reflektor wird auf 1/36 seiner ursprünglichen Größe verkleinert, so daß der Materialverbrauch verringert wird und der Betrieb erleichtert wird.

Weitere wesentliche Gesichtspunkte der Erfindung sowie bei­ spielsweise Ausführungsformen werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den generellen Aufbau einer Vorrichtung der Erfin­ dung;

Fig. 2 eine Anordnung der lichtempfindlichen Einheit;

Fig. 3 eine andere Anordnung der lichtempfindlichen Ein­ heit;

Fig. 4-1 bis 4-4 Einzelheiten zur Erläuterung der Erfindung;

Fig. 5 ein Blockschaltschema das bei der Erfindung Ver­ wendung findet;

Fig. 6 die prinzipielle Anordnung wesentlicher Teile der Vorrichtung in perspektivischer Ansicht;

Fig. 7 in einem Fließschema den Ablauf des Verfahrens der Erfindung;

Fig. 8 eine Außenansicht der Vorrichtung der Erfindung;

Fig. 9 ein Blockschaltschema einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform; und

Fig. 10 ein Assembler-Programm, das für die Erfindung verwendet werden kann.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Auf der Koordina­ tenebene 1 sind Koordinatenzellen in derselben Größe mit Teilungslinien in derselben Breite abgebildet. Die Lichtquelle 2 kann entweder sichtbares oder unsichtbares Licht abgeben und ist im Inneren eines Gehäuses 3 angeordnet. Dem Gehäuse 3 folgend kann die Lichtquelle in der Koordinatenebene 1 in jeder Richtung und über jede Entfernung bewegt werden. Der durch die Lichtquelle erzeugte Lichtstrahl wird auf die Koordinatenebene gerichtet, um eine gitterförmige Reflektion derselben Größe und Form wie die Koordinatenzellen zu erhal­ ten. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Tei­ lungslinien der Koordinatenzelle lichtabsorbierend und die reflektierte Projektion dieses Teils ist dunkel, während die Zellen in der Mitte eine hell reflektierende Projektion ergeben. Diese gitterförmigen reflektierten Lichtstrahlen werden durch optische Vergrößerungseinrichtungen wie eine Vergrößerungslinse 4, einen Reflektor 5 usw. vergrößert und schließlich in die lichtempfindlichen Einheiten 6 projiziert. Die lichtempfindlichen Einheiten können lichtempfindliche Elemente wie z. B. eine lichtemittierende Diode, Photozellen, Cadmiumsulfid-Elemente aufweisen, die in Form einer Matrix angeordnet sind. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die neun lichtempfindlichen Einheiten in einer 3×3-Matrix angeordnet. Falls notwendig kann selbstverständlich auch eine 4 × 4-Matrix oder eine andere Kombination verwendet werden. Es gibt zwei Arten der Anordnung der lichtempfindlichen Ein­ heiten.

In Fig. 2 ist die Anordnung der lichtempfindlichen Einheiten der Erfindung dargestellt, in der jeder schwarze Block 61 eine lichtempfindliche Einheit aufweist, wobei die schräge Zelle (d.h. die refklektierende Projektion 62), die teilweise weggeschnitten ist, die gitterförmige reflektierende Projek­ tion nach Vergrößerung ist. In dieser Art der Anordnung ist die Länge jeder Seite der lichtempfindlichen Einheit gleich der Einheitsteilung P, so daß die Fläche der lichtempfind­ lichen Einheiten verkleinert werden, wobei es sogar möglich ist, die gesamten lichtempfindlichen Einheiten in einem Chip anzuordnen, wobei jede lichtempfindliche Einheit durch eine Lichtsperre aufgeteilt ist.

Fig. 3 zeigt die divergierende Anordnung von lichtempfind­ lichen Einheiten der Erfindung. Da die Größe und das Verhält­ nis der gitterförmigen Reflektionsprojektion bestimmt sind, kann dieselbe Wirkung erreicht werden, wenn die lichtempfind­ liche Einheit an der geeigneten Stelle in geeigneter Weise angeordnet ist.

In Fig. 4-1 bis 4-4 ist die Bewegung mit ihrer Wirkung darge­ stellt, wenn sich die Lichtquelle 2 auf der Koordinatenebene nach links um ein Koordinatenquadrat bewegt. Fig. 4-1 zeigt die relative Stellung der gitterförmigen Reflektionsprojektion 62 und die lichtempfindlichen Einheiten vor Bewegung der Lichtquelle. Um die Beschreibung zu erleichtern sind die entsprechenden vertikalen und schrägen Projektionen durch die Codes von A, B, C in der Figur unter jeder entsprechenden Zeichnung bezeichnet. Dabei sollte bemerkt werden, daß das elektronische Signal, das durch jede lichtempfindliche Einheit erzeugt wird, den Wert "0" annimmt, wenn niedriger Pegel vorliegt, und den Wert "1" annimmt, wenn hoher Pegel vorliegt. In Fig. 4-2 beginnt die gitterförmige reflektierende Projek­ tion 62 sich nach links zu bewegen, und die lichtempfindlichen Einheiten, die beim oberen Teil des zentralen Teils und in der Mitte sind, werden durch das Dunkelbild von "B" abgeschirmt. Als Ergebnis hiervon werden ihre elektronischen Signale von "0" in "1" geändert.

In Fig. 4-4 bewegt sich die gitterförmige Projektion weiter nach links, und nur die lichtempfindlichen Einheiten beim mittigen oberen Teil und in der Mitte empfangen die Projektion vom hellen Teil mit elektronischem Signal "0". Die elektro­ nischen Signale, die durch die anderen lichtempfindlichen Einheiten erzeugt werden, haben alle den Wert "1".

Die so variierenden elektronischen Signale "0" und "1", die nach Verschiebung durch die entsprechenden lichtempfindlichen Einheiten erzeugt werden, werden über die in Fig. 5 gezeigte Verstärkungsschaltung 7 in den Prozessor 8 eingegeben, um dort mit den Signalen vor Verschiebung verglichen zu werden, um Richtung und Entfernung der Verschiebung zu bestimmen oder um einen Vergleich mit der Tabelle durchzuführen, die in der zentralen Prozessoreinheit (CPU) vorhanden ist, um die Größe der Verschiebung zu berechnen. Die verschiedenen Vektoren und die Größe der Verschiebung wird über eine serielle Kommunika­ tionsschnittstelle (RS 232-C) oder andere Schnittstellen in den Rechner eingegeben, um den Verschiebungswert zu erhalten und um den Cursor zu bewegen. Nimmt man an, daß die gitter­ förmige Projektion N-mal vergrößert worden ist und der Zwi­ schenraum der lichtempfindlichen Einheit S ist, dann wird die kleinste detektierte Verschiebung P/N-S=P/NS sein, wobei (P/N) die Einheitsteilung der Koordinatenebene ist.

In Fig. 6 ist der perspektivische Aufbau der wesentlichen Teile gezeigt.

Um die Konstruktion und Wirkungsweise zum Ändern eines be­ stimmten Wertes der Signalübertragung besser zu verstehen, wird nun eine bevorzugte Ausführungsform näher erläutert. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird ein Intel-8084- Prozessor verwendet. Für die Anwendung der Erfindung sind ähnliche Prozessoren von anderen Herstellern auch zu verwen­ den.

Fig. 7 zeigt in einem Fließdiagramm die Wirkungsweise der Erfindung. Beim Einschalten wird normale Übertragungsge­ schwindigkeit (der besondere Wert der Signalübertragung) eingeschaltet, und das Programm beginnt, um den gegenwärtigen Eingabezustand zu bestimmen und um die Richtung und Entfernung der Bewegung der Maus einzulesen. Dieser Teil ist derselbe wie bei konventionellen Verfahren und nicht Gegenstand der Erfin­ dung.

Fig. 8 stellt das äußere Erscheinungsbild einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung dar. Das Gehäuse 3 weist zwei Geschwindigkeitsauswahlschalter 200 zum Wechseln des besonderen Wertes der Signalübertragung und drei normale Funktionstasten 300 auf. Fig. 9 zeigt das Blockdiagramm einer Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird ein Intel-8084-Prozessor verwendet, und es sind zwei Geschwindigkeitsauswahlselektoren 200 für alter­ native Auswahl dreier unterschiedlicher besonderer Werte zur Beschleunigung der Übertragung vorgesehen. X- und Y-Signale, die sich aus der Bewegung der Maus ergeben, werden durch den Eingangs/Ausgangsanschluß #1 (Port #1) eingegeben. Punktsignale, die zum Prozessor des Computers geleitet werden, werden durch P27 des Eingangs/Ausgangsanschlusses #2 (Port #2) ausgegeben. Die erwähnten Geschwindigkeitsauswahlschalter sind mit P13 bzw. P14 des Eingangs/Ausgangsanschlusses #1 (Port #1) verbunden. Wenn die beiden Geschwindigkeitsauswahlschalter 200 nicht betätigt sind, so werden P13 und P14 hohes Potential empfangen (logisches Signal "0").

Es soll nun das Programm in Assembler-Sprache der bevorzugten Ausführungsform der Fig. 10 beschrieben werden, und zwar unter Bezugnahme auf das Fließschema von Fig. 7. Das Signal prüft zunächst, ob ein Zustand vorliegt, in dem der besondere Wert der Signalübertragung geändert wird:

MOV A′R4
Übertrage die zu übertragenen Daten vom Register R4 zum Speicher A.
JZ READTURBO	Wenn sich Speicher A im Zustand 0 befindet, so bedeutet dies, daß sich das System nicht im Zustand beschleunigter Übertragung befindet. Lies den Zustand des Beschleunigungsschalters direkt.
DEC R4	Wenn sich Speicher A nicht im Zustand 0 befindet, so zeigt dies an, daß sich das System im Zustand beschleunigter Übertragung befindet, und das Programm wird die Daten im Register R4 um 1 verringern.
JMP DO OUT	Führe das Programm aus, um das Signal zu übertragen.

Die Prozedur, um den Beschleunigungsschalter zu lesen, ist die folgende:

In A,P1
Lese 8 Bits-Signal von Eingangs/Ausgangsanschluß #1 zur Zeit und gebe Speicher A ein.
ANL A,#00011000B	Gibt der Beschleunigungsschalter Signale ab, so wird eine Verbindung zu den vierten und fünften Bits der acht Bits am Eingangs/Ausgangsanschluß #1 hergestellt (die acht Bits sind die Stifte P10-P17, die in Fig. 3 gezeigt sind). Bringe daher die vierten und fünften Bits in Zustand "1" und die restlichen sechs Bits in Zustand "0", um so (AND)-Betrieb des Speichers A zu beginnen, um die restlichen nicht notwendigen Bits zu löschen und um den Wert der fünften und sechsten Bits unverändert zu lassen.
XRL A,#00011000B	Bringe wieder die vierten und fünften Bits in Zustand "1" und die restlichen Bits in Zustand "0" um XOR-Betrieb mit Speicher A zu starten. Ist der Beschleunigungsschalter betätigt, so sind die Daten in den vierten und fünften Bits im Zustand "0" beim ursprünglichen Lesen (siehe Fig. 9), und sie nehmen den Wert "1" nach XOR-Betrieb an, während die restlichen Bits absolut auf dem Wert "0" bleiben.
JZ TURBOEXIT	Wenn alle Bits nach XOR-Betrieb den Wert "0" haben, so zeigt dies an, daß der Beschleunigungsschalter noch nicht betätigt worden ist. Führe das Programm aus, um beschleunigte Übertragung direkt zu beenden.
RL A	Bewege die Daten des Akkumulators nach links um einen Bit, d. h. Beschleunigungsschaltersignale werden von den ursprünglichen vierten und fünften Bits zu den fünften und sechsten Bits übertragen.
SWAP A	Übertrage die Schaltersignale von den fünften und sechsten Bits zu den ersten und zweiten Bits.
ORL A,#INDEX	Berechne die ADDRESS (Adresse) der Tabelle gemäß dem Zustand des Schaltersignals (welcher der beiden hat den Zustand "1" oder haben beide den Zustand "1"?).
MOVE A,CA	Speichere im Speicher A die Daten, die von der ADDRESS erhalten sind (der Wert ist "1", wenn zwei Schalter betätigt sind, und in ADDRESS wird ein Datenwert "6" gespeichert. Wenn der Datenwert "6" im Speicher gespeichert ist, so wird die ursprüngliche 1-Punkt-Übertragung auf 6-Punkt-Übertragung geändert. Daher wird der besondere Wert sechsfach erhöht).
MOVE R4,A	Speichere die Daten des Speichers im Register R4.

Das Programm zum Beenden beschleunigter Übertragung läuft wie folgt ab:

JMP MAIN LOOP

Kehre zum Hauptprogramm zurück.

Beim vorliegenden Beispiel sind die Daten in ADDRESS der damit zusammenhängenden Tabelle wie folgt:

BYTE 2
erster Schalter ist betätigt;
BYTE 4	zweiter Schalter ist betätigt;
BYTE 6	beide Schalter sind betätigt.

Es wird nun wieder auf Fig. 8 Bezug genommen. Das Gehäuse 3 weist einen schwalbenschwanzförmigen Schlitz 11 für eine graphische Zeigerplatte 12 auf, die in denselben eingeführt werden kann. Die graphische Zeigerplatte 12 weist eine Vielzahl vorstehender Zeiger 121 in unterschiedlicher Form für verschiedene Auswahl auf, damit so eine Anpassung mit der Maus für besondere graphische Ausgangssignale erreicht werden kann. Irgendeiner der Zeiger 121 der graphischen Zeigerplatte 12 kann in den schwalbenschwanzförmigen Schlitz 11 eingesetzt werden, so daß die graphische Zeigerplatte 12 mit dem Gehäuse der Maus kombiniert werden kann, um besonderen Erfordernissen Rechnung zu tragen.

Claims (4)

1. Optische Eingabeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf dem Koordinatenvektorverfahren basiert und in der Hauptsache aus einer Lichtquelle (2), einer Koordinaten­ ebene (1) und lichtempfindlichen Einheiten (6) besteht, wobei die Beleuchtung der Lichtquelle (2) auf die Koordi­ natenebene (1) so erfolgt, daß eine gitterförmige Projek­ tion derselben wie die Quadrate, die auf der Koordinaten­ ebene (1) angeordnet sind, erzeugt wird, daß eine optische Vergrößerungseinrichtung (4) vorgesehen ist, daß die gitterförmige Projektion auf lichtempfindliche Einheiten (6) projiziert wird, die Helligkeit oder Dunkelheit der gitterförmigen Projektionen entspricht, um elektronische Signale von hohem Pegel oder niedrigem Pegel an den Zentralprozessor (CPU) nach Vergrößerung zur Bestimmung und Berechnung der Verschiebungsrichtung und des Ver­ schiebungsbetrages weiterzuleiten, den die Lichtquelle auf der Koordinatenebene erfahren hat, und um die Signale weiter in einen Rechner zur Steuerung der Verschiebung des Rechnercursors oder ähnlicher Einrichtungen einzugeben.
2. 2. Optische Eingabeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Einheit (6) aus mehreren lichtempfindlichen Einheiten in einer 3×3-Matrix oder anderen Kombinationen angeordnet ist, um den Zentralprozessor zur Bestimmung der Verschiebungs­ richtung und Verschiebungsentfernung mit Signalen zu versorgen, und zwar aufgrund der Veränderung der Hellig­ keit oder Dunkelheit in den gitterförmigen Projektionen, die von den lichtempfindlichen Einheiten (6) an entsprechenden Stellungen empfangen worden sind.
3. 3. Optische Eingabeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Schaltung und des Anwendungsrechnerprogramms im Zentralprozessor der besondere Wert zwischen der Entfernung, um die die Maus verschoben ist, und den übertragenen Daten zum Rechner geändert und ausgewählt wird, wenn besondere Schalter betätigt sind, die in beliebiger Anzahl vorgesehen sind.
4. 4. Optische Eingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine entfernbare graphische Zeigerplatte (12) mit einer Vielzahl von Zeigern (121) aufweist, die in verschiedener Form ausge­ bildet sind, und jeweils ein Zeiger (121) der graphischen Zeigerplatte (12) in einen schwalbenschwanzförmigen Schlitz (11) des Gehäuses (3) einsetzbar ist, so daß die graphische Zeigerplatte (12) mit dem Gehäuse (3) verbunden ist.