DE4203591A1

DE4203591A1 - Drahtlose eingabeeinrichtung fuer computer

Info

Publication number: DE4203591A1
Application number: DE4203591A
Authority: DE
Inventors: Toru Suzuki; Tetsuji Aoyagi
Original assignee: Digital Stream Corp
Current assignee: Digital Stream Corp
Priority date: 1992-02-06
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1993-08-12
Also published as: GB2264016B; US5227622A; FR2687233B1; CA2060564C; GB2264016A; CA2060564A1; GB9202319D0; FR2687233A1

Description

Die Erfindung betrifft eine drahtlose Eingabeeinrichtung für Computer.

Die Anmeldung bezieht sich auf die japanische Patentanmeldung Nr. 3 37 309/1989, die am 26. Dezember 1989 durch den gleichen Anmelder eingereicht wurde. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von dem was in der o.g. Anmeldung offenbart wurde, indem die Position eines griffelähnlichen Eingabegerätes durch Erfassen von Lichtpulsen dieses Gerätes bestimmt wird. Die übrigen Konstruktionsmerkmale sind im wesentlichen bei beiden Erfindungen dieselben. Deshalb wird hier auf die oben zitierte Entgegenhaltung als Referenz verwiesen.

Konventionelle Eingabegeräte für Computer, mit deren Hilfe beispielsweise Icons angeklickt oder ein Cursor auf einem Sichtgerät von einer graphischen Software bewegt wird, sind eine Maus, ein Joy-Stick, ein Lichtgriffel oder ähnliche. Allerdings sind diese Geräte mechanisch über elektrische Kabel an den Computern angeschlossen.

Seit die Produktion von tragbaren Computern verstärkt zugenommen hat, gibt es einen erhöhten Bedarf für Eingabegeräte, die an jedem Einsatzplatz verwendet werden können. Betrachtet man zum Beispiel die allgemein verwendete Maus, so erfordert diese ebene Untergrundbedingungen, d. h. der Untergrund ist glatt und die in der Maus enthaltene Kugel soll nicht auf der Oberfläche rutschen. Verwendet ein Benutzer einen Lap-Top Computer auf seinem Schoß, kann er eine Maus nicht verwenden. Außer der aufgrund der Verbindungskabel beim Tragen des Computers auftretenden Unbequemlichkeit, haben die bekannten Eingabegeräte die Nachteile, daß deren Bedienung durch Hindernisse auf dem Tisch beeinträchtigt wird oder der Draht irgendetwas umwickelt, da der Draht sich zusammen mit der Maus bewegt. Die übrigen Eingabegeräte wie die Joy-Sticks weisen die gleichen Nachteile wie oben erwähnt auf, da diese Eingabegeräte mechanisch über elektrische Kabel mit dem Computer verbunden sind.

Außerdem wird eine Zeichenerkennung verwendet, in der auf einer Schreibtafel geschriebene Zeichen erkannt und einem Computer eingegeben werden. Diese Zeichenerkennung kann anstelle einer Tastatur zur Eingabe von Informationen an den Computer verwendet werden. Allerdings ist auch in diesem Fall, wenn die Eingabe an den Computer über ein Kabel erfolgt, mit den o.g. Nachteilen zu rechnen.

Zusammenfassend ergibt sich, daß die bekannten Eingabegeräte, wie sie von einer Maus repräsentiert werden, in ihrer Verwendung stark eingeschränkt sind und daß diese den Nachteil aufweisen, daß die Eingabe ohne Berührung der Tastatur erfolgt. Aufgrund der Kabelverbindung mit dem Computer weisen die Eingabegeräte den Nachteil auf, daß deren Bedienung mit Störungen verbunden ist und das Kabel bei Bewegung der Maus an Gegenstände stößt oder sich um diese wickelt. Die gleichen Nachteile treten auf, wenn die Eingabe durch eine Zeichenerkennung ohne Verwendung einer Tastatur erfolgt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein drahtloses Eingabegerät für einen Computer bereitzustellen, bei dem die genannten Nachteile aufgrund der Verwendung eines Kabels und aufgrund der eingeschränkten Bedienungsverhältnisse nicht mehr vorhanden sind und welches an jedem Einsatzort verwendet werden kann.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein drahtloses Eingabegerät für einen Computer bereitzustellen, daß die o.g. Nachteile auch in dem Fall überwindet, wenn ein Zeichenerkennungssystem verwendet wird.

Zur Lösung der Aufgabe weist die drahtlose Eingabevorrichtung für einen Computer ein griffelähnliches Eingabegerät auf, welches eine Lichtquelle zum Aussenden von Lichtimpulsen umfaßt, ein Eingabevorrichtungsgehäuse mit zwei Winkeldetektionsbauteilen, von denen jedes ein Lichtempfangselement aufweist, das in die Richtung eines Einfallswinkels des einfallenden Lichts ausrichtbar ist, wenn das von der Lichtquelle einfallende Licht erfaßt wird, und ein Berechnungsbauteil zur Berechnung der Position des griffelähnlichen Eingabegeräts aufgrund der zwei durch die beiden Winkeldetektionsbauteile erfaßten Einfallswinkel.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele davon werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren weiter erläutert und beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der die drahtlose Eingabeeinrichtung eine griffelähnliche Einheit und ein Eingabevorrichtungsgehäuse in einem Personalcomputer verwendet werden,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der die drahtlose Eingabeeinrichtung in einem Personalcomputer verwendet wird, der eine kombinierte Zeichenerkennungseinrichtung aufweist,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines griffelähnlichen Eingabegeräts,

Fig. 4 verschiedene Wellenformen von Lichtimpulsmustern, die von dem griffelähnlichen Eingabegerät ausgegeben werden,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Konstruktion mit zwei Einfallswinkeldetektionseinheiten,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Einfallswinkeldetektionseinheit,

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Dreheinrichtung einer Einfallswinkeldetektionseinheit,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Drehpositionerfassungseinrichtung der Einfallswinkeldetektionseinheit,

Fig. 9A und 9B eine schematische Draufsicht zur Erläuterung der Betriebsweise einer Einfallswinkeldetektionseinheit,

Fig. 10 eine Ansicht zur Erläuterung der Berechnung der Position des griffelähnlichen Eingabegeräts, und

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Konstruktion, wie sie in dem Eingabevorrichtungsgehäuse enthalten ist.

In den Fig. 1 und 2 sind drahtlose Eingabeeinrichtungen für Computer dargestellt, die die Konfiguration von konventionellen Computern ohne Modifikationen verwenden können. In Fig. 1 ist ein Gehäuse 4 einer drahtlosen Eingabeeinheit, im folgenden als Eingabeeinheitsgehäuse bezeichnet, dargestellt. Das Gehäuse ist auf einer entsprechenden Auflage wie einem Tisch aufgestellt und mit einem Personalcomputer 1 verbunden, der wiederum mit einem Sichtgerät (Kathodenstrahlröhre) 2 und einer Tastatur 3 verbunden ist. Ein griffelähnliches Gerät 5, im folgenden als Eingabeeinheit bezeichnet, ist optisch mit dem Eingabeeinheitsgehäuse 4 assoziiert. Die Konstruktion der Eingabeeinheit und des Eingabeeinheitsgehäuses wird im folgenden beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung bei der ein Personalcomputer 1 an Stelle einer Tastatur ein integriertes Zeichenerkennungssystem enthält. Dieses wird zusammen mit dem Eingabeeinheitsgehäuse 4 verwendet. In diesem Fall ist das Eingabeeinheitsgehäuse 4 getrennt vom Personalcomputer 1 ausgebildet und an der Position der Tastatur angeordnet. Das Eingabeeinheitsgehäuse 4 kann auch im Personalcomputer integriert sein. Gemäß Fig. 2 wird eine Tastatur nicht mehr verwendet.

In Fig. 3 ist eine Eingabeeinheit 5 dargestellt. In dieser ist eine nicht dargestellte Batterie angeordnet. Wie in der o.a. Patentanmeldung beschrieben, weist die Eingabeeinheit 5 einen Aufladeanschluß und einen Führungsbügel auf, die in Fig. 3 nicht dargestellt sind. Die Eingabeeinheit 5 weist benachbart zu einem Ende eine lichtemittierende Diode (LED) 11 auf. Zwei Knackschalter 12 und 13 sind in ihrem mittleren Abschnitt und ein Griffelendschalter 14 an ihrem Ende angeordnet. Die LED 11 strahlt kontinuierlich Licht aus. Elektrische Impulse werden in einem in der Eingabeeinheit 5 enthaltenen Schaltkreis erzeugt und in verschiedene Lichtimpulsmuster nach Fig. 4 entsprechend verschiedener Moden umgewandelt. Beispielsweise im normalen Modus sind alle Knackschalter und der Griffelendschalter ausgeschaltet. In dem Knackschaltereinschaltmodus sind die Knackschalter 12 und 13 eingeschaltet. In dem Griffelendschaltereinschaltmodus ist der Griffelendschalter eingeschaltet.

In Fig. 4 sind verschiedene Lichtimpulsmuster dargestellt, bei denen die Lichtimpulse im Normalmodus, im Einschaltmodus des Griffelendschalters 11, im Einschaltmodus des Knackschalters 12 und im Einschaltmodus des Knackschalters 13 ausgesendet wird. Der Griffelendschalter 11 wird zur Unterscheidung zwischen einer Signaleingabezeit und einer Zeit ohne Signaleingabe verwendet. Die zwei Knackschalter werden zur Eingabe von Signalen zur Auswahl, zur Annullierung o. ä., wie bei der bekannten Maus, verwendet. Weiterhin kann jeder der Knackschalter auch zur Unterscheidung zwischen der Signaleingabezeit und der Zeit, in der keine Signale eingegeben werden verwendet werden, wobei in diesem Fall der Griffelendschalter 11 wegfallen kann.

In den Fig. 5 bis 8 sind zwei Einfallswinkeldetektionsbauteile 22 dargestellt, die in dem Gehäuse 20 des Eingabeeinrichtungsgehäuses 4 angeordnet sind, siehe Fig. 5. Da die Einfallswinkeldetektionsbauteile 22 symmetrisch zueinander aufgebaut sind, wird im folgenden nur eins ausführlich erläutert.

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, weist das Einfallswinkeldetektionsbauteil 22 einen im wesentlichen zylindrischen Rahmen 23 auf. Dieser weist an seiner Unterseite eine Welle 21 auf, die zur Drehung des Rahmens 23 gelagert ist. Eine Linse 24 ist in einer Seitenwand des Rahmens 23 angeordnet und ein Zweiabschnittsphotodetektor (Lichtempfangsbauteil) 25 ist auf der der Linse 24 gegenüberliegenden Wand befestigt. Eine Linearmotorspule 26 ist auf der Rückseite der Wand des Rahmens angeordnet. Diese ist um ein Joch 27, siehe Fig. 7, gewickelt, welches im Gehäuse 20 fixiert ist. Ein Magnet 28 ist mit dem Joch 27 verbunden. Durch die Linearmotorspule 26, das Joch 27 und den Magneten 28 wird ein Linearmotor gebildet. Dieser wird zur Drehung des Rahmens 23 verwendet, bis die Differenz des durch den Zweiabschnittsphotodetektor 25 empfangenen Lichts null wird.

Gemäß Fig. 8 ist eine lichtemittierende Diode 29 auf der Unterseite des Rahmens 23 befestigt. Ein Lichtempfangselement wie ein CCD-Reihensensor 30 (CCD = charge coupled device) ist an dem Gehäuse 20 an einer Stelle befestigt, an der die lichtemittierende Diode 29 dem CCD-Reihensensor während der Drehung des Rahmens 23 gegenüberliegt.

In den Fig. 9A und 9B wird die Betriebsweise der Einfallswinkeldetektionsbauteile 22 zur Erfassung der Einfallswinkel erläutert. Gemäß Fig. 9A ergibt sich ein Unterschied zwischen den durch den Zweiabschnittsphotodetektor 25 empfangenen Lichtmenge. Das von der lichtemittierenden Diode 14 der griffelähnlichen Eingabeeinheit 5 ausgesandte Licht trifft auf den Zweiabschnittsphotodetektor 25 durch die Linse 24 des Einfallswinkeldetektionsbauteils 22 auf. Die Differenz zwischen den beiden Lichtmengen wird erfaßt und ein Strom so gesteuert, daß der Rahmen 23 sich dreht, bis die Differenz zwischen den Lichtmengen verschwindet. In Fig. 9B ist der Zustand dargestellt, in dem die an dem Rahmen angeordnete Linse 24 und der Zweiabschnittsphotodetektor 25 mit der lichtemittierenden Diode 14 ausgerichtet sind.

Als Ergebnis wird die Rotationsposition des Rahmens bestimmt und der Einfallswinkel aufgrund dieser Position erfaßt.

In Fig. 10 ist eine Zeichnung zur Erläuterung der Berechnung dargestellt, mit deren Hilfe die Position des griffelähnlichen Eingabegeräts aufgrund der zwei erfaßten Einfallswinkel bestimmbar ist.

Unter der Annahme, daß die durch die Einfallswinkelerfassungsbauteile erfaßten Winkel α und β sind und der Abstand zwischen zwei beliebigen Fixpunkten der Einfallswinkeldetektionsbauteile 1 ist, erhält man die Position der lichtemittierenden Diode 14 des griffelähnlichen Eingabegeräts als Schnittpunkt (X₀, Y₀) 11 der beiden Gleichungen (1) und (2). Eine Gleichung (1) beschreibt die Gerade durch die lichtemittierende Diode und einen der Fixpunkte und die andere Gleichung (2) beschreibt die durch die lichtemittierende Diode und den anderen der Fixpunkte bestimmte Gerade.

(1) y = tanα· x (2) y = tanβ· (x-1).

Aus diesen Gleichungen ergibt sich der Schnittpunkt (X₀, Y₀) folgendermaßen:

X₀ = tanβ·1/(tanβ-tanα) Y₀ = tanα·tanβ·1/(tanβ-tanα).

In Fig. 11 ist ein Blockschaltbild für das Eingabeeinrichtungsgehäuse dargestellt. Das auf einen Zweiabschnittsphotodetektor eines Einfallswinkeldetektionsbauteils von dem griffelähnlichen Gerät 4 auftreffende Licht wird einem Differenzverstärker 51 zur Verstärkung der durch den Zweiabschnittsphotodetektor empfangenen Lichtmenge eingegeben. Darauf wird das verstärkte Signal an einen Vergleicher 42 weitergegeben. Dieser führt der Linearmotorspule einen Strom entsprechend zum Unterschied der Lichtmengen durch einen Stromsteuerschaltkreis 43 zu. Auf diese Weise wird der Rahmen 23 mit Hilfe des Linearmotors so bewegt, daß er auf das griffelähnliche Eingabegerät 4 ausgerichtet ist.

Der Komperator 42 führt seine Ausgabe einem Impulsmusterdecoder 44 zu, um zu unterscheiden, ob die Ausgabe einer Normaloperation, einem Knackschalter oder dem Griffelendschalter entspricht. Das auf diese Weise unterschiedene Impulsmuster wird durch ein Kabel dem Personalcomputer zugeführt.

Ein Winkelpositionssignal wird durch einen Winkelsensor oder den CCD-Reihensensor 30 erfaßt und einem Winkelerfassungsschaltkreis 45 zugeführt. Den Schnittpunkt oder die Position des griffelähnlichen Eingabegeräts erhält man durch den Schnittpunktberechnungsschaltkreis 46. Der berechnete Punkt wird durch das Kabel an den Personalcomputer weitergegeben.

Claims

1. Eine drahtlose Eingabeeinrichtung für einen Computer, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinrichtung ein griffelähnliches Eingabegerät (5) mit einer zum Übertragen von Impulsen ausgebildeten Lichtquelle (11), mit einem Eingabevorrichtungsgehäuse (4), in dem zwei Winkeldetektionsbauteile (22) angeordnet sind, von denen jede ein Lichtempfangselement (25) aufweist, das in die Richtung eines Einfallswinkels eines einfallenden Lichts ausrichtbar ist, wenn das einfallende Licht von der Lichtquelle (11) erfaßt ist, und mit einem Berechnungsbauteil (45, 46) zur Berechnung der Position des griffelähnlichen Eingabegeräts aufgrund der zwei durch die beiden Winkelerfassungsbauteile erfaßten Einfallswinkel.

2. Die drahtlose Eingabeeinrichtung für Computer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnungsbauteil (45, 46) die Position des griffelähnlichen Eingabegeräts (5) aufgrund der zwei durch die beiden Einfallswinkelerfassungsbauelemente erfaßten Einfallswinkel und aufgrund des Abstandes zwischen zwei Fixpunkten der beiden Einfallswinkelerfassungsbauteile berechnet.

3. Die drahtlose Eingabeeinrichtung für Computer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfallswinkeldetektionsbauteile einen im wesentlichen zylindrischen und drehbar gelagerten Rahmen (23), eine zur Fokusierung des einfallenden Lichts von dem griffelähnlichen Eingabegerät (5) am Rahmen angeordnete Linse (24), einen gegenüberliegend zu der Linse (24) zur Erfassung des durch diese fokusierten Lichts angeordneten Zweiabschnittsphotodetektor (25), eine Drehvorrichtung (26, 27, 28) zur Drehung des Rahmens, um Unterschiede in den Lichtmengen aufgrund der durch den Zweiabschnittsphotodetektor (25) erfaßten Lichtmengen aufzuheben, und eine Positionserfassungseinrichtung (29, 30) zur Erfassung der Drehung des Rahmens aufweist.

4. Die drahtlose Eingabeeinrichtung für Computer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung (26, 27, 28) einen Linearmotor umfaßt, der eine an dem Rahmen (23) angeordnete Spule (26), ein am Gehäuse des Einfallswinkeldetektionsbauteils angeordnetes Joch (27) und einen mit dem Joch verbundenen Magneten (28) umfaßt.

5. Die drahtlose Eingabeeinrichtung für Computer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehungspositionserfassungseinrichtung (29, 30) eine am Rahmen (23) angeordnete LED (29) und einen am Gehäuse (20) des Einfallswinkeldetektionsbauteils angeordneten CCD-Reihensensor (30) umfaßt.

6. Die drahtlose Eingabeeinrichtung für Computer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabeeinrichtungsgehäuse (4) ein separates Bauteil ist, das mit einem Computer (1) verbunden ist.

7. Die drahtlose Eingabeeinrichtung für Computer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabeeinrichtungsgehäuse (4) im Computer (1) integriert ist.

8. Die drahtlose Eingabeeinrichtung für Computer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das griffelähnliche Eingabegerät (5) wenigstens einen Knackschalter (12, 13) aufweist.

9. Die drahtlose Eingabeeinrichtung für Computer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das griffelähnliche Eingabegerät (5) einen Griffelendschalter (14) aufweist.

10. Eine drahtlose Eingabeeinrichtung für Computer, gekennzeichnet durch ein griffelähnliches Eingabegerät (5) und ein Eingabeeinrichtungsgehäuse (4), wobei:
a) das griffelähnliche Eingabegerät (5) aufweist (i) eine lichtemittierende Diode (11) zur Erzeugung von Lichtimpulsen, und (ii) wenigstens einen Schalter (12, 13, 14) zur Steuerung der Lichtimpulse zur Erzeugung eines Lichtimpulsmusters, und
b) das Eingabeeinrichtungsgehäuse (4) aufweist: (i) zwei Erfassungseinrichtungen (22) zum Empfang der von dem griffelähnlichen Eingabegerät (5) ausgegebenen Lichtimpulse, um die Einfallswinkel der Lichtimpulse zu bestimmen, (ii) ein Berechnungsbauteil (14) zur Berechnung der Position des griffelähnlichen Eingabegeräts (5) aufgrund der zwei durch die Erfassungseinrichtung (22) bestimmten Einfallswinkel, und (iii) eine Einrichtung zur Umwandlung des Lichtimpulsmusters in ein elektrisches Impulsmuster.