DE4211189A1 - 3D-Computermaus - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Eingabegerät, mit dem
dreidimensionale Koordinaten und Bewegungen in Computer
eingegeben werden können, um sowohl Translatations- als
auch Drehbewegungen eines auf einem Bildschirm
dargestellten Objektes oder Cursors zu steuern und zu
positionieren, wobei das Gerät aus einer X-Y-Maus mit
einer gegenüber der Unterseite des Gerätegehäuses
vorstehenden Kugel besteht, die rotierbar gelagert ist
und durch Bewegungen auf einer ebenen Auflagefläche
Richtungssteuerungen in der X- und Y-Achse ermöglicht.
Geräte zur Steuerung der Bewegung in Richtung der
X-Achse und der Y-Achse mit einer gegenüber der
Unterseite des Eingabegerätes vorstehenden Kugel sind
beispielsweise aus der DE-OS-36 03 526, der
DE-OS 34 25 932, der DE-OS 34 07 131, der
DE-OS 37 05 492 sowie der DE-OS 41 07 085 bekannt.
Es gehört ferner ein Gerät zur Eingabe von
dreidimensionalen Koordinaten und Bewegungen in
Computer zum Stand der Technik, das im Äußeren einer
Maus ähnelt, aber im Gegensatz dazu nicht nur in der
Ebene bewegt sondern auch hochgehoben und im Raum
bewegt werden kann. Dabei werden absolute
Raumkoordinaten zum Hauptrechner übertragen. Die
Raumkoordinatenbestimmung erfolgt bei diesem aus der
DE-OS 38 38 605 bekannten Gerät dadurch, daß ein
Ultraschallmeßsystem die Abstände des Eingabegerätes zu
mindestens drei festen Bezugspunkten bestimmt und
daraus die Raumkoordinaten berechnet werden. Aus der
DE-OS 39 21 300 ist es bekannt, ein zweidimensionales
Eingabesteuergerät zum Drehen eines in
dreidimensionaler Darstellung auf einem
computergesteuerten Video-Displaysystem angezeigten
Objektes zu verwenden. Dabei ist ein für den Benutzer
sichtbarer Referenzkreis vorgesehen und es wird ein dem
zweidimensionalen Eingabesteuergerät zugeordneter
Zeiger relativ zum Referenzkreis in einem
Steuerbewegungsmodus bewegt. Die Bewegung des Zeigers
bewirkt innerhalb des Referenzkreises eine Drehung des
angezeigten Objekts um beliebige Achsen im
dreidimensionalen Raum, während eine Bewegung des
Zeigers auf dem oder außerhalb des Referenzkreises eine
Drehung um eine Raumachse erzeugt, die auf den
Betrachter gerichtet ist.
Die Steuerung eines Cursors in der X-, Y- und Z-Achse
ist aus der EP-04 03 782 bekannt. Dabei ist eine
übliche X-Y-Maus mit einer Rollkugel vorgesehen, die
zusätzlich mit einer Einrichtung, z. B. einem mit einem
Finger betätigbaren Schalter versehen ist, über den die
Steuerung eines Cursors in der Z-Achse möglich ist. Der
Schalter kann ein auf Druck ansprechender Knopf sein,
der auf der Oberfläche der Maus angebracht ist oder er
kann in einer von der Oberfläche der Maus ausgehenden
Bohrung liegen und auf ein mehr oder weniger starkes
Eindringen eines Fingers in die Bohrung ansprechen.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht
darin, ein Eingabegerät zu schaffen, mit dem
dreidimensionale Koordinaten und Bewegungen in Computer
eingegeben werden können, um ein auf einem Bildschirm
dargestelltes Objekt oder einen Cursor in seiner
allgemeinen Bewegung zu positionieren und zu steuern,
wobei die allgemeine Bewegung sowohl
Translationsbewegungen in Richtung der
Translationsachsen (X, Y, Z) als auch
Rotationsbewegungen um wenigstens eine dieser Achsen
umfassen soll. Es ist ein weiteres Ziel der
vorliegenden Erfindung, ein Eingabegerät auf der
Grundlage einer X-Y-Maus, mit dem die vorstehend
erwähnten Bewegungen eines Objektes oder Cursors
darstellbar sind, so auszubilden, daß alle Funktionen
durchführbar sind, ohne daß es erforderlich ist, die
Maus von der Unterlage abzuheben oder andere derartige
Manipulationen durchzuführen.
Die Erfindung geht von einem Gerät der eingangs
beschriebenen Art aus und weist die folgenden Merkmale
auf:
- a) Der vorzugsweise rechteckige Boden des kastenförmigen Gehäuses des Eingabegerätes ist im Bereich einer, vorzugsweise der vorderen Schmalkante mit einem oder mehreren Gleitstücken sowie im Bereich der gegenüber dem Boden vorstehenden Rollkugel mit Gleitstücken versehen, die gegenüber dem Boden nach unten vorstehen und auf der das Gerät in der Ausgangsstellung zur Darstellung von Bewegungen eines auf einem Bildschirm dargestellten Objektes oder Cursors in Richtung der X- und Y-Achse auf einer Unterlage gleitet.
- b) Im Bereich der gegenüberliegenden vorderen Kante sind ein oder mehrere Gleitstücke vorgesehen, die gegenüber dem Boden um ein geringeres Maß vorstehen als die übrigen Gleitstücke, so daß sie in der Ausgangsstellung die Unterlage nicht berühren.
- c) Die Gleitstücke verlaufen quer zur Längsachse des Gehäuses.
- d) In die hinteren Gleitstücke sind Schalter integriert, die, wenn das Gerät um die mittleren Gleitstücke nach hinten gekippt ist, eine Schaltung aktivieren, mit der Bewegungen in Richtung der Z-Achse darstellbar sind.
- e) Im oberen Gehäuseteil ist eine zweite Rollkugel drehbar gelagert, die gegenüber der Oberseite des Gerätes vorsteht und mit der Rotationsbewegungen eines auf einem Bildschirm dargestellten Objektes oder Cursors um die U- oder die V-Achse darstellbar sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeipiel der
Erfindung dargestellt, es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht,
Fig. 2 eine Draufsicht der 3D-Computermaus,
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die
untere Gehäusehälfte,
Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie A-D der
Fig. 3,
Fig. 5 eine schematische Darstellung, die das
Funktionsprinzip der Lagerung und
opto-elektrischen Sensorregistrierung der
Kugel für die Bewegung um die U- und V-Achse
veranschaulicht,
Fig. 6 einen Teilschnitt im Bereich der Scheibe, die
die Drehbewegung um die W-Achse steuert,
Fig. 7 einen Teilschnitt der Betätigungseinrichtung
für die Rückführung der auf Fig. 6
dargestellten Scheibe in die Nullposition,
Fig. 8 eine Teilansicht der auf Fig. 7 dargestellten
Einrichtung von unten,
Fig. 9 eine schematische Darstellung, die das
Funktionsprinzip der Rückführung der Kugel zur
Steuerung der Drehbewegungen um die U-Achse
und die V-Achse in die Nullposition darstellt,
Fig. 10 die Darstellung eines dreidimensionalen
cartesischen Koordinatensystems, sowie die
Darstellung der Steuerbarkeit eines Objektes
in diesem System,
Fig. 11 eine schematische Darstellung der manuellen
Betätigung der translatorischen
Z-Achsensteuerung und
Fig. 12 ein Blockschaltbild der 3D-Maus.
Die in Fig. 1 dargestellte 3D-Computermaus (10) besteht
aus einem Gehäuse mit einer oberen Gehäusehälfte (3)
und einer unteren Gehäusehälfte (2). Wenn die Maus (10)
auf einer Unterlage (1) in eine gewünschte Richtung
bewegt wird, führt die gegenüber der Unterseite des
Gehäuses vorstehende Kugel (6) aufgrund der
Reibungskraft, die durch ihr Eigengewicht erzeugt wird,
eine Rollbewegung aus. Gleichzeitig liegt die
3D-Computermaus mit Gleitstücken (7 und 8) auf der
Unterlage (1) auf. Die Rotationsbewegung der Kugel (6)
wird über zwei orthogonal zueinander angeordnete,
beipielsweise elektro-optische Bewegungssensoren
registriert, wobei je ein Sensor einer Richtungsachse
zugeordnet ist. Auf diese Weise wird die Rollbewegung
der Kugel (6) zu einer Steuerung in einer Ebene XY
benutzt, die durch zwei Richtungsachsen X und Y
definiert ist. Die Bewegungssensoren erzeugen Signale,
die als Steuersignale mittels einer elektronischen
Schaltung über das Leitungskabel (11) zu einem nicht
dargestellten Computer übertragen werden, der auf ein
auf einem Bildschirm angezeigtes Objekt in einer
definierten XY-Ebene anspricht. In die untere
Gehäusehälfte (2) ist ein weiteres Gleitstück (9)
integriert, das flacher ist als die Gleitstücke (7 und
8), so daß es beim Verschieben der Computermaus (10) in
der Ausgangsstellung die Unterlage nicht berührt, wobei
als Ausgangsstellung die in den Fig. 1 und 11 gezeigte
Stellung a verstanden werden soll, bei der die
Computermaus auf vorderen Gleitstücken (8) und den
mittleren Gleitstücken (7), die im Bereich der Kugel
(6) angeordnet sind gleitet, während das am hinteren,
in Fig. 1 und 11 linken Ende der Maus liegende
Gleitstück (9) im Abstand von der Unterlage (1)
angeordnet ist und diese nicht berührt. Wenn die
Computermaus (10) um die Gleitstücke (7) nach hinten
gekippt wird, setzt das Gleitstück (9) auf der
Unterlage auf. In dieser, in Fig. 11 (Stellung b)
dargestellten Lage kann die Maus, während sie auf den
Gleitstücken (7 und 9) gleitet, auf der Unterlage (1)
bewegt werden, wobei die Kugel (6) den Kontakt zur
Unterlage behält und ihre Rollbewegung über die
Bewegungssensoren registriert wird. Durch Aufsetzen des
Gleitstückes (9) auf die Unterlage (1) werden die in
den Fig. 3, 4 und 11 dargestellten Druckschalter (16a
und 16b) betätigt, wodurch mittels einer nicht
dargestellten elektronischen Schaltung eine Umschaltung
der durch die Bewegungssensoren der Kugel (6) erzeugten
Signale auf die Steuerung in Richtung einer Z-Achse
bewirkt wird, die orthogonal zur Ebene XY steht. Durch
die über das Leitungskabel (11) übertragbaren
Bewegungssignale zu einem nicht dargestellten Computer
wird ein auf einem Bildschirm angezeigtes Objekt in
Richtung der Z-Achse steuerbar.
Das Gehäuse enthält ferner eine zweite Rollkugel (5),
die gegenüber der oberen Gehäusehälfte (3) nach außen
vorsteht. Die Kugel ist in der unteren Gehäusehälfte
(2), wie sich aus Fig. 4 ergibt, rotierbar gelagert, so
daß sie von einem Benutzer von außen in allen
Richtungen gedreht werden kann. Die Rollkugel (5)
kontaktiert durch ihr Eigengewicht zwei in einem
Gehäuse (21) gelagerte Abtriebswellen (23 und 25) und
eine in dem Gehäuse (21) gelagerte Stützwelle (26), so
daß sie, wie sich aus den Fig. 3 und 4 ergibt, an drei
Punkten gehalten ist. Die Abtriebswellen (23 und 25)
sind mit Rotationsdetektoreinrichtungen gekoppelt;
aufgrund der Reibungskraft, die durch das Eigengewicht
der Rollkugel (5) erzeugt wird, werden rotierende
Bewegungen der Kugel (5) durch die
Rotationsdetektoreinrichtungen registriert, wobei je
eine Abtriebswelle für eine Drehbewegungsregistrierung
einer definierten Richtungsachse vorgesehen ist. Die
orthogonal zueinander angeordneten Abtriebswellen (23
und 25) registrieren demzufolge Drehbewegungen der
Rollkugel (5) um eine definierte U-Achse sowie um eine
orthogonal zur U-Achse stehende V-Achse. Als
Rotationsdetektoreinrichtungen können beispielsweise
elektro-optische Bewegungssensoren benutzt werden, die
weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert
werden.
Wie sich ferner aus den Fig. 1, 2 und 4 ergibt, enthält
die 3D-Computermaus ein Scheibenelement (4), das
konzentrisch um die Rollkugel (5) angeordnet und in der
oberen Gehäusehälfte (3) drehbar gelagert ist. Auch das
Scheibenelement (4) ragt über die Oberfläche der oberen
Gehäusehälfte (3) hinaus. Die Fig. 4 und 6 zeigen, daß
das Scheibenelement (4) durch eine ringförmige Nut
(42), die in der oberen Gehäusehälfte (3) angebracht
ist und eine ringförmige Halterung (41) gehalten und
geführt wird. Mit (43) sind nietenähnliche Elemente
bezeichnet, mit der die Halterung (41) an der
Gehäusehälfte (3) befestigt ist. Die Scheibe (4)
enthält eine konzentrisch angeordnete
Reflexionscodierscheibe (44), die in einer Ausnehmung
der unteren Fläche der Scheibe (4) angebracht ist. Die
Reflexionscodierscheibe (44) dient als
Strahlumlenkvorrichtung einer
Reflexionsstrahlschranke, deren Fotoelemente (14a und
14b) (Fig. 3) so angeordnet sind, daß ein von der
Reflexionscodierscheibe reflektierter Lichtstrahl die
Fotoelemente (14a und 14b) beaufschlagt. Eine
Drehbewegung des Scheibenelementes (4) wird somit durch
die Codierscheibe (44) und die Fotoelemente (14a und
14b) mittels einer Reflexionsstrahlschranke
registriert. Die Registrierung der Drehwinkelausschläge
des Scheibenelementes (4) wird zur Steuerung von
Drehbewegungen um eine definierte W-Achse benutzt.
Durch eine nicht dargestellte elektronische Schaltung
werden somit die über die Reflexionsstrahlschranke
erzeugten Signale über das Leitungskabel (11) auf einen
nicht dargestellten Computer übertragen, so daß die
Rotationsbewegungen eines auf einem Bildschirm
dargestellten Objekts um die definierte W-Achse durch
Verdrehen des Scheibenelementes (4) gesteuert werden
können.
Die in Fig. 2 dargestellte Draufsicht zeigt, daß die
obere Gehäusehälfte (3) außer der Kugel (5) und dem
Scheibenelement (4) Druckschalter (12a, 12b und 12c)
enthält, die den in Fig. 3 dargestellten
Schaltelementen (15a, 15b und 15c) zugeordnet sind.
Diese werden als Menüwahlschalter zur Selektion von
Menüprogrammfunktionen gemäß ausgeführter Muster von
Computermäusen benutzt. Die Schaltelemente (15a, 15b
und 15c) sind auf einer Grundplatte (13) am vorderen
Ende des Gehäuses angeordnet, während die
Schaltelemente (16a und 16b), die in das Gleitstück (9)
integriert sind, am gegenüberliegenden Ende sitzen. Die
Antriebswellen (19 und 20), sowie die Stützwelle (24),
durch die die Kugel (6), wie Fig. 3 zeigt, an drei
Punkten gehalten wird, sind in einem Gehäuse (17)
gelagert, das ebenfalls auf der Grundplatte befestigt
ist. Auch das Gehäuse (21), in dem die Abtriebswellen
(23 und 25), sowie die Stützwelle (26) gelagert sind,
die die Rollkugel (5) an drei Punkten halten, ist auf
der Grundplatte (13) angebracht.
Das Funktionsprinzip der Lagerung der opto-elektrischen
Sensorregistrierung der Kugelbewegung ist in Fig. 5 in
vergrößerter Darstellung veranschaulicht. Die Kugel (5)
liegt durch ihr Eigengewicht an drei Punkten auf und
zwar an den Wellenverdickungen (34 und 37) sowie der
Wellenverdickung (31) der Stützwelle. Die Abtriebswelle
(23) ist an den Punkten (32 und 33) z. B. durch
Rollenlager im Gehäuse (21) drehbar gelagert. An der
Frontseite der Abtriebswelle (23) ist eine
Codierscheibe (38) befestigt, deren Winkelverdrehungen
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über
elektro-optischen Sensorteile (27a, 27b und 28a, 28b)
registriert werden. Die zweite Antriebswelle (25) ist
so angeordnet, daß sich die Achsen der Wellen (23 und
25) orthogonal schneiden. Die Abtriebswelle (25) ist an
den Punkten (35 und 36) in gleicher Weise wie es im
Zusammenhang mit der Abtriebswelle (23) beschrieben
wurde, gelagert. An der Frontseite befindet sich die
Codierscheibe (39), deren Winkelverdrehungen über
elektro-optische Sensorteile (29a, 29b und 30a, 30b)
registriert werden.
Zur Rückführung des Scheibenelementes (4) sieht das
Ausführungsbeispiel die auf den Fig. 7 und 8
dargestellte Anordnung vor, bei der an dem in das
Innere des Gerätes hineinragenden Kranz (55) eine
kreisförmige Aussparung (56) derart ausgefräßt ist, daß
mittig ein Stift (38) gebildet wird. An dem Boden der
unteren Gehäusehälfte (2) ist ein durch Rippen gegen
Knicken gesicherter Stift (49) befestigt, der gegenüber
dem Kranz (55) radial so angeordnet ist, daß die
Verlängerungen der Längsachsen der Stifte (38 und 49)
bei einer definierten Stellung des Scheibenelementes
(4) zusammenfallen. In dieser Nullposition des
Scheibenelementes (4) kann ein Ring (47), der auf das
obere Ende des Stiftes (49) aufgesetzt und am oberen
Gerätegehäuse (3) befestigt ist, axial von der in
Fig. 7 dargestellten, mit b bezeichneten Position in
eine Position a verschoben werden, in der der Ring (47)
auf den Stift (38) aufgeschoben ist. Der Stift (49) und
der Stift (38) haben praktisch den gleichen
Durchmesser, wobei sich als zweckmäßig erwiesen hat,
den Stift (38) am Ende konisch zu erweitern, so daß
beim Verschieben des Ringes von der Position b in die
Position a eine Reibungskraft überwunden werden muß,
die unbeabsichtigte Verschiebungen des Ringes (47) in
die Position b bei Erschütterungen des Gerätes zu
verhindern.
Der Ring (47) ist mit einem Federelement (48) versehen,
das am oberen Gerätegehäuse (3) befestigt ist. Wenn der
auf dem Stift (38) sitzende Ring (47) zusammen mit dem
Scheibenelement (4) bewegt wird, zieht die Feder den
Ring und damit die Scheibe wieder in die Nullstellung
zurück, in der die beiden Stifte (38 und 49) zueinander
ausgerichtet sind. Die axiale Verschiebung des Ringes
(47) von der Position a in die Position b und umgekehrt
wird mittels eines Stiftes durchgeführt, der durch eine
Bohrung (45) des Scheibenelementes bzw. eine Bohrung
(46) des Gehäusebodens eingeführt wird, so daß er auf
die Oberseite bzw. die Unterseite des Ringes (47)
auftrifft und den Ring entsprechend verschiebt. Um ein
Überdehnen der Feder (47) zu verhindern besteht die
Möglichkeit, an der Halterung (41) an bestimmten
Stellen nockenartige Erhöhungen anzubringen, gegen die
der Ring (47) anschlägt.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei
der anstelle der Kugel (5) eine mit (50) bezeichnete
Kugel benutzt wird, die manuell austauschbar ist. Die
Kugel (50) ist mit einer stabartigen Verlängerung (54)
versehen, die gleichzeitig zur besseren Führung dient
und in Verlängerung der Schwerpunktshochachse liegt. In
der gleichen Achsrichtung ist in der unteren Hälfte der
Kugel (50) ein Stabmagnet (51) angeordnet, der in
Wechselwirkung zu einem zweiten Magneten (53) steht,
der im Inneren des Gehäuses in Verlängerung der
Schwerpunktshochachse der Kugel (50) angebracht ist.
Das Volumen der unteren Halbkugel (52) ist mit einem
Material mit höherer Dichte, z. B. Blei ausgegossen.
Ersetzt man die Kugel (5) (Fig. 4) durch die Kugel
(50), so wirken nach deren Auslenkungen einerseits
mechanische Rückstellkräfte, infolge der asymmetrischen
Anordnung des schwereren Materials und zum anderen
magnetische Rückstellkräfte durch die Anziehungskraft
der Magneten (51 und 53). Wird die Kugel (50) nach
einer Auslenkung losgelassen, so wird sie selbsttätig
in eine sogenannte Nullposition zurückgeführt. Die
Magnetkraft unterdrückt ferner ein Nachschwingen des
Kugelkörpers (50). Die Größe der Auslenkung der Kugel
(50) ist durch einen Anschlag der stabartigen
Verlängerung (54) an das obere Gerätegehäuse (3)
begrenzt.
Die allgemeine Bewegung eines Objektes in einem
dreidimensionalen Raum gliedert sich in drei
Freiheitsgrade der Translation und drei Freiheitsgrade
der Rotation. Um die Objektbewegung in diesem Raum
verifizierbar zu machen müssen die Raumachsen durch ein
geeignetes Koordinatensystem dargestellt werden.
Fig. 10 zeigt das zur Raumdefinition zugrunde gelegte
Koordinatensystem mit den Achsenbezeichnungen X, Y
und Z. Es ist ein räumliches cartesisches
Koordinatensystem, wobei die Drehung der positiven
X-Achse nach der positiven Y-Achse unter gleichzeitiger
Verschiebung in positiver Z-Richtung eine
Rechtsschraubung darstellt. Die X-Achse ist nach rechts
positiv orientiert; die Z-Achse ist nach oben positiv
orientiert. Die positive Richtung der Y-Achse weist "in
den Bildschirm hinein", so daß auf dem Bildschirm eines
Computers ein fiktiver Raum dargestellt wird. Die drei
Achsen haben einen gemeinsamen Ursprung, der den
Nullpunkt des Koordinatensystems darstellt.
Anhand dieses Koordinatensystems lassen sich
translatorische Bewegungen eines auf einem Bildschirm
dargestellten Objektes durch die Koordinatenangaben der
jeweiligen Achsen bzw. deren Änderungen verifizieren.
Die 3D-Computermaus stellt die Möglichkeit bereit,
durch manuell zu betätigende Bedienungselemente die
Bewegung eines angezeigten Objektes in bezug auf die
Richtungen der einzelnen Achsen getrennt zu steuern.
Die Objektbewegung in Richtung der X-Achse und in
Richtung der Y-Achse wird hierbei analog der Bedienung
einer konventionellen Computermaus in der oben
beschriebenen Weise durch Verschieben der Maus auf
einer ebenen Unterlage gesteuert.
Die Steuerung der Objektbewegung in Richtung der
Z-Achse ist durch eine elektronische Umschaltung der
Bewegungsregistrierung der Rollkugel (6) realisiert.
Hierzu sind an der Unterseite des Gerätes die Schalter
(16a und 16b) angebracht, die durch Kippen der
3D-Computermaus aktiviert werden, wie es anhand der
Fig. 11 und 12 erläutert wurde.
In einem cartesischen Koordinatensystem sind Linien,
längs denen sich nur eine Koordinate ändert, Geraden,
die parallel in einer Koordinatenachse verlaufen. Somit
lassen sich zu einem auf einem Bildschirm dargestellten
Objekt Körperachsen definieren, die achsenparallel zum
Koordinatensystem der Translationsbewegung sind. Der
Ursprung dieser Körperachsen kann z. B. im Mittelpunkt
des angezeigten Objektes gewählt werden. Die Steuerung
der rotatorischen Bewegung bezieht sich auf diese
Körperachsen U, V und W.
Die 3D-Computermaus stellt somit, zusätzlich zur
Steuerung der Translationsbewegung, die Möglichkeit
bereit, die Rotationsbewegung um die Körperachsen U, V
und W entkoppelt voneinander zu steuern. Somit läßt
sich mit der Erfindung ein Bildschirmobjekt in
insgesamt sechs Freiheitsgraden manipulieren, wie es in
Fig. 10 unten schematisch dargestellt ist.
Zur Steuerung der Drehbewegung um die U-Achse und um
die V-Achse besitzt die 3D-Computermaus eine über die
Oberseite des Gerätegehäuses hinausragende Kugel (5),
die rotierbar gelagert ist und durch ihr Eigengewicht
den Kontakt zu zwei Sensorelementen, die der Steuerung
der U-Achse bzw. V-Achse zugeordnet sind, herstellt.
Wird die Kugel (5) manuell verdreht, so werden die über
die Sensoren registrierten elektronischen Signale zur
Steuerung der Rotationsbewegungen eines
Bildschirmobjektes um die U-Achse und die V-Achse
verwertet.
Zur Steuerung der Drehbewegung um die W-Achse wird ein
im Gerätegehäuse drehbar gelagertes Scheibenelement (4)
benutzt. Wird das Scheibenelement manuell verdreht so
werden die über z. B. elektro-optische Sensoren
registrierten Signale zur Steuerung der
Rotationsbewegung eines Bildschirmobjektes um die
W-Achse verwertet.
In Fig. 12 ist auf einem Blockschaltbild der Signalfluß
und die Signalverarbeitung der mittels der
Bewegungssensoren der Bedienungselemente erzeugten
elektrischen Impulse dargestellt, wobei die
Signalflußrichtung von links nach rechts aufgezeigt
ist.
Die Steuerung der X-Achse und der Y-Achse wird über die
Bewegungsregistrierung der Rollkugel (6) verwirklicht.
Die Steuerung der Objektbewegung in Richtung der
Z-Achse ist durch die Umschaltung der
Bewegungsregistrierung der Rollkugel (6) mittels an der
Unterseite des Gerätegehäuses angebrachter Schalter
(16a, 16b) realisiert. Die Druckschalter (16a und 16b)
bilden eine logische ODER-Schaltung, wobei im
Ruhezustand die Y-Achsenrichtung geschaltet ist; im
aktiven Zustand ist der Druckschalter (16a oder 16b)
oder der Schalter (16a) gleichzeitig mit dem Schalter
(16b) geschaltet, so daß die Z-Achsensteuerung vom
Y-Sensor der Rollkugel übernommen wird.
Die Rotationsbewegung um die U-Achse und die V-Achse
wird über die Bewegungsregistrierung der Rollkugel (5)
gesteuert. Für die Steuerung der Rotationsbewegung um
die W-Achse ist das Scheibenelement (4) zu benutzen.
Durch die Bewegungsregistrierung der zu betätigenden
Bedienungselemente werden elektrische Impulse erzeugt.
Die erzeugten elektrischen Impulse werden zu einem
Mikrocomputer übertragen, um mittels einer nicht
dargestellten elektronischen Schaltung Steuersignale
über eine serielle Schnittstelle (z. B. RS 232) zu
einem Personal-Computer zu übertragen, der ein auf
einem Bildschirm angezeigtes Objekt anspricht.
Die Signalverarbeitung des Mikrocomputers und die
Signalübertragung zum Personal-Computer erfolgen mit
zum Stand der Technik gehörenden Mitteln.
Claims (6)
1. Eingabegerät, mit dem dreidimensionale Koordinaten
und Bewegungen in Computer eingegeben werden können, um
sowohl Translatations- als auch Drehbewegungen eines
auf einem Bildschirm dargestellten Objektes oder
Cursors zu steuern und zu positionieren, wobei das
Gerät aus einer X-Y-Maus mit einer gegenüber der
Unterseite des Gerätegehäuses vorstehenden Kugel
besteht, die rotierbar gelagert ist und durch
Bewegungen auf einer ebenen Auflagefläche
Richtungssteuerungen in der X- und Y-Achse ermöglicht,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- a) Der vorzugsweise rechteckige Boden des kastenförmigen Gehäuses (2, 3) des Eingabegerätes (10) ist im Bereich einer, vorzugsweise der vorderen Schmalkante mit einem oder mehreren Gleitstücken (8) sowie im Bereich der gegenüber dem Boden vorstehenden Rollkugel (6) mit Gleitstücken (7) versehen, die gegenüber dem Boden nach unten vorstehen und auf der das Gerät in der Ausgangsstellung zur Darstellung von Bewegungen eines auf einem Bildschirm dargestellten Objektes oder Cursors in Richtung der X- und Y-Achse auf einer Unterlage (1) gleitet.
- b) Im Bereich der gegenüberliegenden vorderen Kante sind ein oder mehrere Gleitstücke (9) vorgesehen, die gegenüber dem Boden um ein geringeres Maß vorstehen als die übrigen Gleitstücke (7, 8), so daß sie in der Ausgangsstellung die Unterlage (1) nicht berühren.
- c) Die Gleitstücke (7, 8, 9) verlaufen quer zur Längsachse des Gehäuses.
- d) In die hinteren Gleitstücke (9) sind Schalter (16a, 16b) integriert, die, wenn das Gerät um die mittleren Gleitstücke (7) nach hinten gekippt ist, eine Schaltung aktivieren, mit der Bewegungen in Richtung der Z-Achse darstellbar sind.
- e) Im oberen Gehäuseteil (3) ist eine zweite Rollkugel (5) drehbar gelagert, die gegenüber der Oberseite des Gerätes vorsteht und mit der Rotationsbewegungen eines auf einem Bildschirm dargestellten Objektes oder Cursors um die U- oder die V-Achse darstellbar sind.
2. Eingabegerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die rotierende Kugel (5, 50) aus
nicht homogenem Material besteht, wobei die untere
Hälfte (52) der Kugel aus einem Material, z. B. Blei
besteht, das eine höhere Dichte hat, als das Material
aus dem die obere Kugelhälfte besteht.
3. Eingabegerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kugel (5, 50) mit einer
stabartigen Verlängerung (54) versehen ist, die sich in
Richtung der Hochachse erstreckt.
4. Eingabegerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß in die untere Kugelhälfte (52) der
Kugel (5, 50) ein sich in Richtung der Hochachse
erstreckende Magnet (51) integriert ist, und daß
unterhalb des Magneten (51) im inneren des Gehäuses ein
weiterer Magnet (53) angeordnet ist, dessen Polarität
der des Magneten (51) entgegengerichtet ist.
5. Eingabegerät nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch um
die rotierbare Kugel (5), die gegenüber der Oberseite
des Gehäuses vorsteht, ein ebenfalls über die Oberseite
hinausragendes drehbar gelagertes Scheibenelement (4)
angeordnet ist, das zur Darstellung von
Rotationsbewegungen um die W-Achse dient und ebenso wie
die Kugel (5) von der Oberseite des Gehäuses her
betätigbar ist.
6. Eingabegerät nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß an dem Scheibenelement (4) ein am
Gehäuseoberteil (3) befestigtes Federelement (48)
angebracht ist, das beim Verdrehen des
Scheibenelementes eine Rückstellkraft ausübt und das
Scheibenelement in die Ausgangsstellung zurückholt.
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---|---|
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0662669A2 (de) * | 1994-01-06 | 1995-07-12 | Microsoft Corporation | 3-D-Cursor-Positionssteuerungsvorrichtung |
US6097371A (en) * | 1996-01-02 | 2000-08-01 | Microsoft Corporation | System and method of adjusting display characteristics of a displayable data file using an ergonomic computer input device |
GB2351817A (en) * | 1999-06-26 | 2001-01-10 | Touch Controls Ltd | A pointing device for controlling a computer application |
WO2001055828A2 (en) * | 2000-01-27 | 2001-08-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Mouse |
DE19912420C2 (de) * | 1998-07-03 | 2003-04-17 | Primax Electronics Ltd | Computer-Joystick |
US6940488B1 (en) | 1994-01-06 | 2005-09-06 | Microsoft Corporation | System and method of adjusting display characteristics of a displayable data file using an ergonomic computer input device |
US7322011B2 (en) | 1994-01-06 | 2008-01-22 | Microsoft Corporation | System and method of adjusting display characteristics of a displayable data file using an ergonomic computer input device |
US7398089B2 (en) | 2003-11-12 | 2008-07-08 | Research In Motion Ltd | Data-capable network prioritization with reduced delays in data service |
DE102007001352A1 (de) | 2007-01-09 | 2008-07-10 | Peer Georgi | Eingabemittel |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE8704883U1 (de) * | 1987-04-02 | 1987-06-04 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De | |
EP0296837A2 (de) * | 1987-06-22 | 1988-12-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Eingabegerät mit mehreren Funktionen |
DE3603526C2 (de) * | 1985-02-06 | 1988-12-29 | Alps Electric Co., Ltd., Tokio/Tokyo, Jp | |
US4961138A (en) * | 1987-05-01 | 1990-10-02 | General Datacomm, Inc. | System and apparatus for providing three dimensions of input into a host processor |
GB2234576A (en) * | 1989-07-28 | 1991-02-06 | Philips Electronic Associated | User input device e.g. for a 3-D image display system |
FR2658931A1 (fr) * | 1990-02-23 | 1991-08-30 | Leroy Bertrand | Appareil de saisie de donnees a trois ou quatre degres de liberte, au moins, illimites en amplitude. |
-
1992
- 1992-04-03 DE DE19924211189 patent/DE4211189C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3603526C2 (de) * | 1985-02-06 | 1988-12-29 | Alps Electric Co., Ltd., Tokio/Tokyo, Jp | |
DE8704883U1 (de) * | 1987-04-02 | 1987-06-04 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen, De | |
US4961138A (en) * | 1987-05-01 | 1990-10-02 | General Datacomm, Inc. | System and apparatus for providing three dimensions of input into a host processor |
EP0296837A2 (de) * | 1987-06-22 | 1988-12-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Eingabegerät mit mehreren Funktionen |
GB2234576A (en) * | 1989-07-28 | 1991-02-06 | Philips Electronic Associated | User input device e.g. for a 3-D image display system |
FR2658931A1 (fr) * | 1990-02-23 | 1991-08-30 | Leroy Bertrand | Appareil de saisie de donnees a trois ou quatre degres de liberte, au moins, illimites en amplitude. |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
63-228320 A. P-816,Jan. 24,1989,Vol.13,No. 30 * |
Patents Abstracts of Japan: 63-106825 A. P-761,Sept.22,1988,Vol.12,No.354 * |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6940488B1 (en) | 1994-01-06 | 2005-09-06 | Microsoft Corporation | System and method of adjusting display characteristics of a displayable data file using an ergonomic computer input device |
US5473344A (en) * | 1994-01-06 | 1995-12-05 | Microsoft Corporation | 3-D cursor positioning device |
EP0662669A3 (de) * | 1994-01-06 | 1996-01-24 | Microsoft Corp | 3-D-Cursor-Positionssteuerungsvorrichtung. |
US5963197A (en) * | 1994-01-06 | 1999-10-05 | Microsoft Corporation | 3-D cursor positioning device |
EP0662669A2 (de) * | 1994-01-06 | 1995-07-12 | Microsoft Corporation | 3-D-Cursor-Positionssteuerungsvorrichtung |
US7322011B2 (en) | 1994-01-06 | 2008-01-22 | Microsoft Corporation | System and method of adjusting display characteristics of a displayable data file using an ergonomic computer input device |
US6097371A (en) * | 1996-01-02 | 2000-08-01 | Microsoft Corporation | System and method of adjusting display characteristics of a displayable data file using an ergonomic computer input device |
US6281881B1 (en) | 1996-01-02 | 2001-08-28 | Microsoft Corporation | System and method of adjusting display characteristics of a displayable data file using an ergonomic computer input device |
DE19912420C2 (de) * | 1998-07-03 | 2003-04-17 | Primax Electronics Ltd | Computer-Joystick |
GB2351817A (en) * | 1999-06-26 | 2001-01-10 | Touch Controls Ltd | A pointing device for controlling a computer application |
WO2001055828A3 (en) * | 2000-01-27 | 2002-03-14 | Koninkl Philips Electronics Nv | Mouse |
US6559832B2 (en) | 2000-01-27 | 2003-05-06 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Mouse |
WO2001055828A2 (en) * | 2000-01-27 | 2001-08-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Mouse |
US7398089B2 (en) | 2003-11-12 | 2008-07-08 | Research In Motion Ltd | Data-capable network prioritization with reduced delays in data service |
USRE43523E1 (en) | 2003-11-12 | 2012-07-17 | Research In Motion Limited | Data-capable network prioritization with reduced delays in data service |
DE102007001352A1 (de) | 2007-01-09 | 2008-07-10 | Peer Georgi | Eingabemittel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4211189C2 (de) | 2001-07-19 |
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D2 | Grant after examination | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |