DE4326371A1

DE4326371A1 - Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem für Computer

Info

Publication number: DE4326371A1
Application number: DE4326371A
Authority: DE
Inventors: Hajime Suzuki; Tetsuji Aoyagi
Original assignee: Data Stream Corp
Current assignee: Data Stream Corp
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1995-04-20
Also published as: GB9315548D0; FR2708761A1; GB2280504A; FR2708761B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mehrdi mensionales Positionsdateneingabesystem für Computer. Insbe sondere bezieht es sich auf eine schnurlose Art eines drei dimensionalen Positionsdateneingabesystems. Da die Erfindung vorzugsweise auf eine schnurlose Art eines dreidimensionalen Positionsdateneingabesystems angewendet wird, ist die nach folgende Beschreibung auf ein solches System gerichtet. Je doch ist die Erfindung nicht auf die schnurlose Art oder die drei Dimensionen beschränkt und umfaßt auch eine Art mit Schnur oder mit anderen Dimensionen.

Herkömmlicherweise verwendeten Benutzer zur Eingabe des Umrisses oder der Position eines Gegenstandes in einen Com puter eine teuere Vorrichtung, die Laserlicht oder eine Ka mera verwendet. Jedoch war es mit einer solchen Vorrichtung schwierig, eine dreidimensionale Positionsabszisse einer be liebigen Raumposition festzustellen. Es gab mit anderen Wor ten keine Vorrichtungen, die die Benutzer einfach und prak tisch handhaben konnten.

In den letzten Jahren wird die Erzeugung eines dreidi mensionalen Bildes eines Gegenstandes oder einer räumlichen Figur oft unter Verwendung von Computergraphik, von CAD, CAM oder dergleichen durchgeführt. Jedoch wird die Dateneingabe durch eine unabhängige Eingabe der x-y-Ebenenabszisse und der z-Achsenabszisse durchgeführt. Um den Umriß eines tatsächlichen Gegenstandes einzugeben, ist es notwendig, die Größe in den drei Richtungen der x-, y- und z-Achsen zu mes sen. In einem solchen Fall wäre es wünschenswert, die räum liche Information durch Nachfahren des Gegenstandsumrisses mit einem Stift einzugeben.

Weiterhin gibt es im Zusammenhang mit der virtuellen Re alität kein praktisches Verfahren, mit dem der Benutzer räumliche Informationen eingeben kann. Insbesondere ist im Falle der Handhabung räumlicher Informationen ein schnurlo ser Typ eines kompakten Systems wünschenswert.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem zur Ein gabe von mehrdimensionalen Positionsdaten in einen Computer zur Verfügung zu stellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen relativ einfachen Aufbau eines schnurlosen Typs eines dreidimensionalen Positionsdateneingabesystems zur Eingabe von dreidimensionalen Positionsdaten in einen Computer zur Verfügung zu stellen.

Diese und weitere Aufgaben werden durch die in den bei gefügten Patentansprüchen definierte Vorrichtung gelöst.

Insbesondere wird zum Lösen dieser Aufgaben ein mehrdi mensionales Dateneingabesystem für einen Computer zur Verfü gung gestellt, welches umfaßt: eine Positionsdatensendevor richtung, welches wenigstens eine Lichtquelle besitzt, die in der Lage ist, einen Lichtimpuls zu emittieren, und eine Positionsdatenempfangsvorrichtung mit wenigstens zwei Licht empfangselementen zum Feststellen von von der Lichtquelle einfallendem Licht und mit einem Berechnungsbereich zum Be rechnen der dreidimensionalen Position von wenigstens einem Teil der Positionsdatenempfangsvorrichtung im Raum aus der Menge des von den Lichtempfangselementen festgestellten Lichtes.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Gesamt aufbau eines drahtlosen Typs eines dreidimensionalen Positi onseingabesystems für einen Computer zeigt.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Posi tionsdatenempfangsvorrichtung zeigt, die in einem drahtlosen Typ eines dreidimensionalen Positionseingabesystems verwen det wird.

Fig. 3 ist eine Draufsicht, die eine Positionsdatenemp fangsvorrichtung zeigt.

Fig. 4 ist eine Draufsicht, die eine Positionsdatensen devorrichtung zeigt.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die den Gesamt aufbau eines schnurlosen Typs eines dreidimensionalen Posi tionseingabesystems für einen Computer entsprechend der vor liegenden Erfindung für den speziellen Fall eines Laptopcom puters zeigt.

Fig. 6 ist ein Schaltkreisblockdiagramm einer Positions datensendevorrichtung.

Fig. 7 ist ein Schaltkreisblockdiagramm einer Positions datenempfangsvorrichtung.

Fig. 8 ist eine Vorderansicht, die vierfach unterteilte PIN-Photodioden zeigt, die in einer Positionsdatenempfangs vorrichtung angeordnet sind.

Fig. 9 ist eine Wellenform eines Lichtimpulse bei ver schiedenen Zuständen von Klickschaltern in einer Positions datenempfangsvorrichtung.

Fig. 10 ist eine diagrammatische Ansicht zum Erklären der Berechnung einer dreidimensionalen Position bei einer schnurlosen Art eines dreidimensionalen Positionseingabesy stems für einen Computer.

Fig. 11 ist eine diagrammatische Ansicht zum Erklären der Berechnung einer dreidimensionalen Position bei einer schnurlosen Art eines dreidimensionalen Positionseingabesy stems für einen Computer.

Fig. 12 ist ein Graph zum Bestimmen eines Parameters, der zur Berechnung der dreidimensionalen Position verwendet wird.

Fig. 13 ist ein Graph zum Bestimmen eines Parameters, der zur Berechnung der dreidimensionalen Position verwendet wird.

Fig. 14 ist ein Graph zum Bestimmen eines Parameters, der zur Berechnung der dreidimensionalen Position verwendet wird.

In den Fig. 1-5 ist ein schnurloser Typ eines dreidi mensionalen Positionsdateneingabesystems für ein Computer gezeigt, der vorhandene Computer ohne irgendeine Veränderung verwendet. In Fig. 1 umfaßt ein schnurloser Typ eines drei dimensionalen Positionsdateneingabesystems für einen Compu ter eine dreidimensionale Positionsdatenempfangsvorrichtung 4, die hiernach als Positionsdatenempfangsvorrichtung be zeichnet wird, und eine dreidimensionale Positionsdatensen devorrichtung 5, die hiernach als Positionsdatensendevor richtung 5 bezeichnet wird. Die Positionsdatenempfangsvor richtung 4 ist über ein Schnittstellenkabel mit einem Per sonalcomputer 1 verbunden, der seinerseits mit einer Katho denstrahlröhre (CRT) 2 und einer Tastatur 3 verbunden ist. Die Positionsdatensendevorrichtung 5 ist geeignet, im Lade teil 39 der Positionsdatenempfangsvorrichtung 4 montiert zu werden, wenn sie nicht im Gebrauch ist, und wird aus dem La deteil 39 herausgezogen, wenn sie im Gebrauch ist. Vorzugs weise ist die Positionsdatensendevorrichtung 5 von der Form eines Stiftes, wie in den Fig. 1, 4 und 5 gezeigt, was für die Handhabung durch den Benutzer praktisch ist. Die Po sitionsdatensendevorrichtung 5 ist geeignet, zwei oder einen Positionsdatensatz an die Positionsdatenempfangsvorrichtung 4 zu senden, der zwei oder eine Position angibt, an der sich zwei oder ein Teil des Körpers der Positionsdatensendevor richtung 5 im Raum befindet.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die Positi onsdatenempfangsvorrichtung 4 in einem Laptopcomputer umfaßt ist. In diesem Fall sind ihr optischer und elektrischer Auf bau derselbe wie bei der in Fig. 1 gezeigten, und daher wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, besitzt die Positi onsdatenempfangsvorrichtung ein kastenförmiges Gehäuse, das sich gegenüberliegende, vordere Oberflächenbereiche besitzt, die sich schräg nach außen erstrecken. Jeder der sich gegen überliegenden Bereiche ist mit einer Öffnung versehen. Lichtempfangselemente 20 und 21 sind in dem Gehäuse angeord net, um Licht von der Positionsdatensendevorrichtung 5 durch die Öffnungen zu empfangen.

Das Lichtempfangselement 20 umfaßt eine Linse 20a zum Fokussieren des Lichtes von der Positionsdatensendevorrich tung 5 und einen Licht-elektrischen Positionsdetektionswand ler 20b wie etwa eine vierfach unterteilte PIN-Photodiode, die in der Brennpunktposition zum Detektieren des Lichtbil des und zum Umwandeln der Lichtmenge in ein elektrisches Si gnal angeordnet ist. Ähnlich umfaßt das Lichtempfangselement 21 eine Linse 21a zum Fokussieren des Lichtes von der Posi tionsdatensendevorrichtung 5 und einen Licht-elektrischen Positionsdetektionswandler 21b wie etwa eine vierfach unter teilte PIN-Photodiode, die in der Brennpunktposition zum De tektieren des Lichtbildes und zum Umwandeln der Lichtmenge in ein elektrisches Signal angeordnet ist. Diese Lichtemp fangselemente 20 und 21 sind so angeordnet, daß sie einen Winkel α zueinander bilden. Folglich wird die dreidimensio nale Position der Positionsdatensendevorrichtung 5 aus einem Abstand zwischen den Lichtempfangselementen 20 und 21, dem Winkel α und den elektrischen Ausgängen der vierfach unter teilten PIN-Photodioden 20b und 21b, die hiernach im Detail beschrieben werden, berechnet.

Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt die Positionsdatensende vorrichtung 5 Licht-emittierende Elemente oder Elektrizität- Licht-Wandler 10a und 10b, wie etwa LEDs, an ihren gegen überliegenden Enden, einen Mausschalter 11 und Klickschalter 12 und 13 an ihrer Vorderseite, und einen Führungsstab 37 und einen elektrischen Ladeanschluß 38 an ihrer Rückseite.

Die Licht-emittierenden Elemente 10a und 10b wandeln dreidimensionale Positionsdaten, Rotationsinformation und Klickinformation entsprechend den Anweisungen von einen Steuerungsschaltkreis, der später beschrieben wird, in Licht um. Wenn zum Beispiel der Mausschalter 11 vom Daumen des Be nutzers niedergedrückt ist, senden sie Licht in der Form von Impulsen einschließlich der Positionsinformation, die inner halb des Körpers 5a der Vorrichtung erzeugt wird. Außerdem ist, da das in der Positionsdatenempfangsvorrichtung 4 ange ordnete Lichtempfangselement 4 üblicherweise auf sichtbares Licht empfindlich ist, das Lichtempfangselement mit einem Filter, nicht gezeigt, das nur Licht einer bestimmten Wel lenlänge, üblicherweise infrarotes Licht, versehen. Wenn der Mausschalter niedergedrückt ist, wird die Positionsdatensen devorrichtung aktiv, und die innerhalb des Vorrichtungskör pers erzeugten Positionsimpulse werden gesendet. Wenn die Klickschalter 12 und 13 von dem Zeigefinger des Benutzers niedergedrückt werden, werden diese Schalter als Aus-Schal ter und als An-Schalter betätigt. Weiterhin werden diese Schalter nur dann aktiv, wenn die Positionsdatensendevor richtung von dem Mausschalter 11 angeschaltet worden ist. Weiterhin sind die beiden Klickschalter nicht notwendiger weise vorzusehen, und nur der An-Schalter wird verwendet, und der Ausschalter 13 kann weggelassen werden.

Die Licht-emittierenden Elemente 10a und 10b werden mit einem Identifikationskode einschließlich der Klickinforma tion moduliert und emittieren abwechselnd Licht. Hieraus kann festgestellt werden, welches Licht-emittierende Element Licht emittiert und ob Klickschalter niedergedrückt sind.

Der Führungsstab 37 dient als Führung, wenn die Positi onsdatensendevorrichtung 5 in den Ladeteil 39 der Positions datenempfangsvorrichtung 4 eingeführt wird, indem der Vor richtungskörper 5a entlang von nicht gezeigten Führungsver tiefungen, die innerhalb des Ladeteils 39 vorgesehen sind, geführt wird. Folglich werden die Ladeanschlüsse 38 der Po sitionsdatensendevorrichtung 5 in einer den nicht gezeigten Ladeanschlüssen der Positionsdatenempfangsvorrichtung 4 an geordnet. Weiterhin besitzt die Positionsdatensendevorrich tung 5 weitere funktionelle Elemente, die im Detail unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben werden.

Eine Erklärung des Schaltkreisaufbaus des schnurlosen Typs des mehrdimensionalen Positionsdateneingabesystems mit den Positionsdatensende- und empfangsvorrichtungen wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 gegeben.

Zunächst wird in Fig. 6 ein Schaltkreisblockdiagramm der Positionsdatensendevorrichtung 5 gezeigt. Die Licht-emittie renden Elemente 10a und 10b sind, wie oben erwähnt, Elektri zitäts-Licht-Wandler und emittieren Licht in der Form von Impulsen, um zu entscheiden, ob die Klickschalter an- oder ausgeschaltet sind.

Ein Impulsgenerator 15 erzeugt einen Positionsimpuls entsprechend dem Zustand des Mausschalters 11 und der Klick schalter 12 und 13 unter der Steuerung eines Steuerungs schaltkreises 18. Der Mausschalter 11 dient dazu, zwischen einem Betriebszustand und einem Nicht-Betriebszustand der Positionssendevorrichtung 4 hin- und herzuschalten, und die Klickschalter 12 und 13 erzeugen ein An-Schaltesignal und ein Aus-Schaltesignal, aus denen die Anschalteimpulse und Ausschalteimpulse erzeugt werden. Der Steuerungsschaltkreis steuert den Gesamtbetrieb der Positionsdatensendevorrich tung. Weiterhin wird eine Spannungsquelle 19 über die Lade anschlüsse 38 geladen.

In Fig. 7 ist ein Schaltkreisblockdiagramm der Positi onsdatenempfangsvorrichtung 4 gezeigt. Die Lichtempfangsele mente 20 und 21 empfangen Licht von der Positionsdatensende vorrichtung 5, die oben beschrieben wurde. Die beiden Licht empfangselemente 20 und 21 sind mit einem Detektions- und Berechnungsschaltkreis 8 verbunden, der Differenzverstärker 23, 24 und 26, einen Klickimpulsdetektionsschaltkreis 25, einen Lichtquellen-Feststellschaltkreis 27 und einen Positi onsberechnungsschaltkreis 22 umfaßt. Jeder der Differenzver stärker 23, 24 und 26 gibt die Differenz zwischen den elek trischen Größen, die den Lichtmengen entsprechen, die von den vierfach unterteilten PIN-Photodioden 20 und 21 empfan gen werden, und die Summe dieser aus, wie später im Detail beschrieben wird. Der Lichtquellenfeststellschaltkreis 27 stellt mit dem Identifikationscode fest, welches der Licht emittierenden Elemente 10a oder 10b gerade emittiert. Der Klickimpulsdetektorschaltkreis 25 stellt fest, ob das aus dem empfangenen Licht erhaltene elektrische Signal Klickim pulse enthält oder nicht. Er stellt also den An- oder Auszu stand der Klickschalter fest. Die Detektion der Klickim pulse kann durchgeführt werden, indem die Ausgänge der Lichtempfangselemente beurteilt werden, da das eingehende Licht entsprechend dem An- oder Auszustand der Klickschalter in unterschiedlicher Weise moduliert ist. Der Positionsbe rechnungsschaltkreis 22 berechnet die Position der Positi onsdatensendevorrichtung aus den Lichtmengen und aus anderen Größen. Der Steuerungsschaltkreis 28 steuert den Gesamtbe trieb der Positionsdatenempfangsvorrichtung. Der Steuerungs schaltkreis 28 dient als digitaler Ein/Ausgabeschaltkreis, der den Wert der von dem Positionsberechnungsschaltkreis 22 berechneten Position, die Position der Positionsdatensende vorrichtung und die von dem Klickimpulsdetektionsschaltkreis 25 erhaltene Klickimpulsinformation liest. Weiterhin wird er als herkömmliche zweidimensionale Maus verwendet, wenn er mit einem herkömmlichen Mausanschluß verbunden ist.

Weiterhin ist eine Steckverbindung 36 vorgesehen, um den Positionsimpuls und den Mausklickimpuls, die von einem PC- Schnittstellenschaltkreis 33 erzeugt werden, über das Maus kabel 6 zu einem Personalcomputer 1 (siehe Fig. 1) zu über tragen und um elektrische Spannung der Positionsdatenemp fangsvorrichtung 5 zuzuführen. Eine Spannungsversorgung 34 versorgt den Steuerungsschaltkreis 28 und weitere Funktions elemente mit Spannung. Weiterhin ist eine Ladevorrichtung 35 mit dem oben erwähnten Ladebereich 39 verbunden, um die Po sitionsdatenempfangsvorrichtung 5 mit elektrischer Spannung zu versorgen.

Die Detektion einer Position wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 14 erklärt. Fig. 10 zeigt verschie dene Parameter, die mit einem optischen System verbunden sind, das zum Berechnen der dreidimensionalen Position der Positionsdatensendevorrichtung eingerichtet ist:

(1) Linse: Durchmesser, Krümmungsradius, Brechungsindex und Dicke der Linse.
(2) Abstand zwischen den Lichtempfangselementen: 1 (Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Linse und dem Lichtempfangsele ment), da dieser Abstand sich auf einen Durchmesser des Lichtpunktes und ein Verhältnis (R) der Differenz und der Summe der Lichtmengen bezieht, wie später beschrieben wird, sollte ein geeigneter Wert ausgewählt werden.
(3) Abstand zwischen den Linsen: 2A, und
(4) Neigungswinkel jeder Linse: R.

Fig. 11 zeigt ein optisches System zum Berechnen der Po sition der Lichtquelle a. Die folgenden Gleichungen werden von diesen Abszissen abgeleitet:

z = tan (R + α)X - tan (R + α)A (1)

z = tan (R + β)X - tan (R + β)A (2)

wobei R der Winkel zwischen der optischen Achse der Linse und der X-Achse, α der Winkel zwischen der Geraden BD und der optischen Achse der Linse und β der Winkel zwischen der Geraden CD und der optischen Achse der Linse ist, wenn sich das Licht an der Position D befindet.

Der Schnittpunkt (x0, y0, z0) wird aus den Gleichungen (1) und (2) abgeleitet und wie folgt dargestellt:

x0 = A[tan(R + α)-tan(R + β)]/[tan(R + α)+tan(R + β)] (3)

z0 = -2A[tan(R + α)·tan(R + β)]/[tan(R + α)+tan(R + β)] (4)

y0 = [x0² + z0²]^1/2·tan Φ

wobei Φ der Winkel zwischen den Geraden AF und AD ist.

Weiterhin findet man unter der Annahme, daß der Abstand z konstant ist, wenn die vier Ausgänge für die Lichtmengen von einer vierfach unterteilten PIN-Photodiode mit P, Q, R und S bezeichnet werden, aus der Berechnung, daß eine di rekte Proportionalitätsbeziehung zwischen dem Verhältnis der Differenz [(P+R)-(Q+S)] zur Summe [(P+R)+(Q+S)] und dem Ab stand in der X-Achsenrichtung und auf ähnliche Weise eine direkte Proportionalitätsbeziehung zwischen dem Verhältnis der Differenz [(P+Q)-(R+S)] zur Summe [(P+Q)+(R+S)] und dem Abstand in der X-Achsenrichtung existiert. Die Rechenergeb nisse sind in den Fig. 12 bis 14 gezeigt. Die Fig. 12 und 14 zeigen jede Beziehung zwischen dem Verhältnis [(P+R)- (Q+S)]/[(P+R)+(Q+S)] und jedem Abstand in X-Achsenrichtung. Weiterhin findet man aus diesen Figuren, daß das Produkt der Steigung des Graphen K und der Position von z eine Konstante (c) mit einem im wesentlichen konstanten Wert ist.

Aus dem Graph folgt, daß R = K x z, K x (Position von z) = c. Daher x/(Position von z) = tan α = R/c. Auf diese Weise kann der Wert von α aus den Ausgängen einer der vierfach un terteilen PIN-Photodioden erhalten werden. Auf ähnliche Weise können tan β und tan R erhalten werden. Insbesondere wird unter der Annahme, daß die Ausgänge der Bereiche (50, 51, 52 und 53) und (60, 61, 62 und 63) der beiden vierfach unterteilten PIN-Photodioden 20 und 21 (P, R, Q und S) und (P′, R′, Q′ und S′) sind, tan α = 1/c·[(P′+R′)- (Q′+S′)]/[P′+R′+Q′+S′], tan β = 1/c·[(P+R)-(Q+S)]/[P+R+Q+S], und tan R = 1/c·[(P+Q+P′+R′)- (R+S+R′+S′)]/[(P+R+P′+R′)+(Q+S+Q′+S′)].

Im vorstehenden wird der Schnittpunkt (x0, y0, z0) aus der Gleichung tan(R + α) = (tan R + tan α)/(1 - tan R tan α) und der Konstanten R hergeleitet.

Eine Erklärung der Verfahren der Positionsberechnung wird nun gegeben. Zunächst wird in der Vorbereitungsstufe jeder Parameter eingestellt, und die Steigung K der Geraden R-x des Graphen (siehe zum Beispiel die Fig. 12 bis 14), das Produkt von c und tan R werden zuvor erhalten.

Aus den Lichtmengen P, Q, R, S und P′, Q′, R′, S′, die von den vierfach unterteilten PIN-Photodioden erhalten wer den, geben der Differenzverstärker 23 die Summe [(P+R)+(Q+S)] und die Differenz [(P+R)-(Q+S)], der Diffe renzverstärker 26 die Summe [(P′+R′)+(Q′+S′)] und die Diffe renz [(P′+R′)-(Q′+S′)], und der Differenzverstärker 24 die Summe [(P+R+P′+R′)+(Q+S+Q′+S′)] und die Differenz [(P+Q+P′+R′)-(R+S+R′+S′)] aus.

Jedes Verhältnis wird hinsichtlich jedes Lichtempfangs elements durch den Positionsberechnungsschaltkreis 22 be rechnet, und unter Verwendung der zuvor erhaltenen Werte c und tan R wird der Schnittpunkt (x0, y0, z0) berechnet. Die Berechnungen werden im Hinblick auf die beiden Lichtemp fangselemente 10a und 10b durchgeführt, und somit ist die Position und Anordnung der Positionsdatensendevorrichtung durch Erhalt zweier Punkte der Licht-emittierenden Elemente bekannt. Natürlich kann bei Verwendung von nur einem Licht emittierenden Element eine dreidimensionale Position eines Punktes im Raum erhalten werden. Weiterhin kann der Licht quellenfeststellungsschaltkreis 27 jede Lichtquelle durch die Summenausgänge feststellen.

Es folgt eine Erklärung des Betriebs eines schnurlosen Typs eines mehrdimensionalen Dateneingabesystems. Wenn der Mausschalter 11 der Positionsdatensendevorrichtung 5 nieder gedrückt ist, erkennt der Steuerungsschaltkreis 18 das Nie derdrücken des Mausschalters 11, um eine Aktivierung der Po sitionsdatensendevorrichtung 5 und zur gleichen Zeit eine Erzeugen von gepulsten Lichtsignalen, wie in Fig. 8 gezeigt, durch den Impulsgenerator 15 zu bewirken, so daß die Licht emittierenden Elemente 10a und 10b abwechselnd das Licht emittieren. Zu diesem Zeitpunkt überprüft der Steuerungs schaltkreis 18 die Zustände der Klickschalter 12 und 13, um den Impulsgenerator 15 aufzufordern, Klickimpulse entspre chend den Zuständen und Positionsimpulse für die Licht-emit tierenden Elemente zu erzeugen. Die Licht-emittierenden Ele mente 10a und 10b emittieren die Positionsimpulse ein schließlich der Information der Klickschalter und der Licht quellen, wie in Fig. 9 gezeigt.

Die Lichtempfangselemente 20 und 21 empfangen diese Lichtimpulse, diese Lichtimpulse gehen über die Differenz verstärker 23 und 26 in den Klickimpulsdetektionsschaltkreis 25. Der Klickimpulsdetektionsschaltkreis 25 stellt fest, ob zu diesem Zeitpunkt Klickimpulse vorhanden sind, und die Lichtquellen werden von dem Lichtquellenfeststellungsschalt kreis unterschieden. Der Positionsberechnungsschaltkreis 22 berechnet die Position der Positionsdatensendevorrichtung oder die Positionen der Lichtquellen der Positionsdatensen devorrichtung auf der Basis der Ausgänge der Differenzver stärker 23, 24 und 26. Dann wird der Positionsimpuls in eine rechtwinklige Abszisse umgewandelt, und die Klickimpulse werden in Mausklickdaten umgewandelt, und diese Daten werden über die Steckverbindung 36 zum Personalcomputer übertragen.

Auf diese Weise wird die Position und die Anordnung der Positionsdatensendevorrichtung 5 im Raum erhalten, während die Richtung der Bewegung und der Bewegungsabstand des Cur sors auf der Anzeige der CRT 2 zum Beispiel durch den An-Zu stand des Klickschalters 12 bestimmt wird.

Wie oben erwähnt, kann entsprechend der vorliegenden Er findung, wenn die Positionsdatensendevorrichtung eines schnurlosen Typs im Raum bewegt wird, ihre Position und/oder ihre Anordnung im Raum in den Computer eingegeben werden.

In den letzten Jahren wird die Erzeugung eines dreidi mensionalen Bildes eines Gegenstandes oder einer räumlichen Figur oft durch Verwendung von Computergraphik, von CAD, CAM oder dergleichen erzeugt. Die vorliegende Erfindung stellt eine Eingabevorrichtung zur Eingabe solcher Daten in den Computer zur Verfügung, die praktisch in der Handhabung und niedrig in den Kosten ist. Hinsichtlich der Eingabe der Größe des Gegenstandes kann die Größe der drei Richtungen x, y und z durch Abgreifen des Umrisses des Gegenstandes mit der Positionsdatensendevorrichtung nach der vorliegenden Er findung eingegeben werden.

Weiterhin kann bei einer virtuellen Realität der Benut zer leicht Daten durch Verwendung der Positionsdatensende vorrichtung eingeben. Insbesondere wenn räumliche Vorgänge durchgeführt werden, ist es vorzuziehen, daß ein schnurloser Typ einer kompakten Vorrichtung als Eingabevorrichtung ver wendet wird. Die vorliegende Erfindung kann ein solches Be dürfnis befriedigen.

Claims

1. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem für einen Computer (1), dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:
eine Positionsdatensendevorrichtung (5), welche wenig stens eine Lichtquelle (10a, 10b) besitzt, die in der Lage ist, einen Lichtimpuls zu emittieren, und eine Positionsda tenempfangsvorrichtung (4) mit wenigstens zwei Lichtemp fangselementen (20, 21) zum Feststellen von von der Licht quelle einfallendem Licht und mit einem Berechnungsbereich zum Berechnen der dreidimensionalen Position von wenigstens einem Teil der Positionsdatenempfangsvorrichtung im Raum aus der Menge des von den Lichtempfangselementen festgestellten Lichtes.

2. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Lichtquellen in der Positionsdatensendevorrichtung vorgesehen sind und der Berechnungsbereich dreidimensionale Positionen von zwei Be reichen der Positionsdatenempfangsvorrichtung berechnet.

3. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangs elemente vierfach unterteilte PIN-Photodioden sind, die zu einander unter einem Winkel angeordnet sind, und daß eine dreidimensionale Position von wenigstens einem Bereich der Positionsdatensendevorrichtung auf der Basis der Differenz zwischen den Lichtmengen, der Summe der Lichtmengen, dem Ab stand zwischen den Lichtempfangselementen und dem Winkel zwischen den Lichtempfangselementen bestimmt wird.

4. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsdaten sendevorrichtung als eine Einheit aufgebaut ist, und daß die Lichtempfangselemente zum Empfangen des Lichtimpulses ein schließlich eines Positionsimpulses und eines Klickimpulses, die von der Positionsdatensendevorrichtung gesendet werden, in der Positionsdatenempfangsvorrichtung angeordnet sind.

5. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtimpuls einen Richtungsimpuls umfaßt.

6. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsdaten empfangsvorrichtung als eine Einheit an einer Tastatur (3) oder an einem Kathodenstrahlröhrengehäuse (2) des Computers angebracht ist.

7. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsdaten empfangsvorrichtung einen Ladebereich (3) zum Aufnehmen der Positionsdatensendevorrichtung darin und zum Aufladen der selben umfaßt.

8. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsdaten empfangsvorrichtung an der Seite einer Anzeige eines Laptop computers angeordnet ist.

9. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsdaten sendevorrichtung außerdem einen Mausschalter (11) und wenig stens einen Klickschalter (12, 13) aufweist.

10. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem ein schließlich einer Positionsdatensendevorrichtung (4) und ei ner Positionsdatenempfangsvorrichtung (5), dadurch gekenn zeichnet daß:

(a) die Positionsdatensendevorrichtung umfaßt:
(i) einen Schalter (11), um die Positionsdatensendevorrich tung in einen Betriebszustand zu bringen,
(ii) wenigstens einen Klickschalter (12, 13) zum Erzeugen eines Klickimpulses,
(iii) wenigstens ein Licht-emittierendes Element (10a, 10b) zum Emittieren eines Lichtimpulses einschließlich eines Po sitionsimpulses und eines Klickimpulses, und
(iv) eine Spannungsversorgung (38) zum Zuführen von elektri scher Spannung zu den Licht-emittierenden Elementen, und daß
(b) die Positionsdatenempfangsvorrichtung umfaßt:
(i) zwei Lichtempfangselemente (20, 21), die in Positionen zum Empfangen der Lichtimpulse einschließlich des Positions impulses und des Klickimpulses, die von der Positionsdaten sendevorrichtung emittiert werden, angeordnet sind,
(ii) einen Klickimpulsdetektorschaltkreis (25) zum Erkennen des Klickimpulses,
(iii) einen Lichtquellenfeststellungsschaltkreis (27) zum Feststellen der Lichtquellen,
(iv) einen Positionsberechnungsschaltkreis (22) zum Berech nen der räumlichen Position der Positionsdatensendevorrich tung aus dem Positionsimpuls,
(v) einen Umwandlungsschaltkreis zum Umwandeln der räumli chen Position der Positionsdatensendevorrichtung, die von dem Positionsberechnungsschaltkreis erhalten wird, in einen Mausimpuls,
(vi) einen Umwandlungsschaltkreis zum Umwandeln der räumli chen Position der Positionsdatensendevorrichtung, die von dem Positionsberechnungsschaltkreis erhalten wird, in eine dreidimensionale Positionsabszisse, und
(vii) einen Klickimpulsumwandlungsschaltkreis zum Umwandeln des von dem Klickimpulsdetektionsschaltkreis erhaltenen Klickimpulses in einen Mausklickimpuls.

11. Mehrdimensionales Positionsdateneingabesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Positi onsdatensendevorrichtung emittierte Lichtimpuls einen Rich tungsimpuls umfaßt und daß der Positionsberechnungsbereich der Positionsdatenempfangsvorrichtung die Richtung berech net.