DE4400986A1 - Fotoelektrische Koordinateneingabevorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine fotoelektrische Koor­ dinateneingabevorrichtung nach dem Oberbegriff des Haupt­ anspruchs. Die Vorrichtung verwendet fotoelektrische Transi­ storen in Form eines Einzelchips und empfängt Licht von einer in X-Richtung strahlenden Lichtquelle und einer in Y-Richtung strahlenden Lichtquelle durch Öffnungen eines Gitterrads auf der X-Achse und eines Gitterrads auf der Y-Achse und erzeugt dann entsprechende Spannungssignale zur Überwachung der Ver­ schiebung.

Eine aus offenkundiger Vorbenutzung bekannte Koordinatenein­ gabevorrichtung des Typs mit zwei Paaren von eingebauten fo­ toelektrischen Anordnungen umfaßt zwei Paare dieser fotoelek­ trischen Anordnungen, die jeweils auf der X- und Y-Achse an zwei gegenüberliegenden Seiten eines jeweiligen Gitterrades angebracht sind. Das Gitterrad weist gleichförmig beabstan­ dete Öffnungen und Abschirmwände gleicher Breite auf, die ab­ wechselnd entlang des Umfangs angeordnet sind. Zwei lichtaus­ sendende Dioden (LEDs) und zwei in jeweils einen Einzelchip eingebaute fotoelektrische Transistoren sind jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Gitterrads angeord­ net. Beim Drehen des Gitterrades erfolgt abwechselnd ein Durchlassen und ein Sperren des Lichts, so daß die jeweiligen fotoelektrischen Transistoren abwechselnde Signale erzeugen, die von der Zentralprozessoreinheit weiterverarbeitet und in zwei Pulssignale mit einer Phasendifferenz von 90° umgewan­ delt werden, um eine Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung zu identifizieren. Dieser bekannte Aufbau einer fotoelektrischen Koordinateneingabevorrichtung ist im Gebrauch nicht zufrie­ denstellend. Ein Nachteil sind die aufgrund des komplizierten Aufbaus hohen Herstellungskosten. Ein anderer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung liegt in der Phaseneinstellung. Da zwei LEDs und zwei fotoelektrische Transistoren für jedes Gitter­ rad verwendet werden, ist die Phaseneinstellung verhältnis­ mäßig kompliziert. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten fo­ toelektrischen Koordinateneingabevorrichtung ist die hohe Jitterfrequenz. Da die Öffnungen und Abschirmwände des Git­ terrads identisch sind, können die fotoelektrischen Transi­ storen von Störsignalen aus der Umgebung (Umgebungslicht oder eine instabile RS232-Spannung) gestört werden und Brummfre­ quenzen (Rippelwellen) und eine Reihe von Pulssignalen mit ungültiger Bandbreite erzeugen. Ein weiterer Nachteil der be­ kannten Vorrichtung ist der komplizierte Zusammenbau sowie das komplizierte Einstellverfahren, was einen hohen Ausschuß­ anteil ergibt.

Aus offenkundiger Vorbenutzung ist eine weitere fotoelektri­ sche Koordinateneingabevorrichtung bekannt, die zwei foto­ elektrische Anordnungen aufweist, die jeweils auf der X- und Y-Achse angeordnet sind. Jede fotoelektrische Anordnung weist zwei Empfängerchips auf, die Licht von einer Lichtquelle durch Öffnungen in dem entsprechenden Gitterrad empfangen. Die Öffnungen und Abschirmwände des Gitterrads sind iden­ tisch. Beim Drehen des Gitterrads werden zwei Pulssignale mit einer Phasendifferenz von 90° zur Überwachung der Bewegung erzeugt. Dieser Aufbau benötigt beim Zusammensetzen weniger Einzelteile und ist daher verhältnismäßig billig. Allerdings weist diese Vorrichtung gleichfalls die Nachteile der schwie­ rigen Phaseneinstellung und der hohen Jitterfrequenz auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die oben genann­ ten Nachteile nicht oder in geringerem Maße aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Un­ teransprüche angegeben.

Die erfindungsgemäße fotoelektrische Koordinateneingabevor­ richtung weist einen Trackball auf, ferner zwei im rechten Winkel zueinander angeordnete und jeweils von dem Trackball angetriebene Treibräder, und zwei jeweils in X- und Y-Rich­ tung angeordnete fotoelektrische Anordnungen, die von den Treibrädern gedreht werden. Jede fotoelektrische Anordnung weist ein Gitterrad auf, über dessen Umfang sich eine Reihe von Öffnungen mit eine Reihe von Abschirmwänden abwechseln, ferner eine an einer Seite des Gitterrads angeordnete Licht­ quelle und einen in einen Einzelchip eingebauten fotoelektri­ schen Transistor, der auf der gegenüberliegenden Seite des Gitterrads angeordnet ist und das von der Lichtquelle durch die Öffnungen durchtretende Licht empfängt, und so entspre­ chend dem Lichtdurchgang bzw. der Lichtsperrung High- und Low-Spannungssignale erzeugt, die von einer Zentralprozes­ soreinheit in entsprechende Pulssignale zur Steuerung der Be­ wegung eines Cursors auf einem Display oder Bildschirm umge­ wandelt werden.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die Öffnungen (oder die Abschirmwände) des Gitterrads gleiche Breiten auf, während die Abschirmwände (oder die Öff­ nungen) drei verschiedene proportionale Breiten aufweisen, die abwechselnd nacheinander angeordnet sind. Das Verhältnis dieser drei proportionalen Breiten beträgt vorzugsweise 1 : 2 : 3 oder 3 : 2 : 1.

Mit der vorliegenden Erfindung werden folgende Vorteile er­ zielt:

• 1. Die Vorrichtung ist kostengünstig herzustellen, da ledig­ lich eine LED und ein in einen Einzelchip eingebauter foto­ elektrischer Transistor verwendet werden, um die Vorwärts­ bzw. Rückwärtsbewegung jedes Gitterrads zu überwachen.
• 2. Das Phaseneinstellproblem wird vermieden, da die Positio­ nen der LED und des in einen Einzelchip eingebauten fotoelek­ trischen Transistors auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Gitterrads nicht sehr kritisch sind.
• 3. Das Jitterproblem wird vermieden, da die Öffnungen oder die Abschirmwände des Gitterrads verschiedene Breiten aufwei­ sen, so daß das Auftreten von Rippelwellen vermieden wird und die Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung schnell und genau iden­ tifiziert werden kann.
• 4. Die Ausschußrate bei der Produktion wird minimiert, da die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach und ohne Verwendung ir­ gendwelcher Präzisionseinstellinstrumente zusammengesetzt werden kann.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 2 Diagramme mit Ausgangspulssignalen des fotoelektri­ schen Transistors in einer Richtung;

Fig. 3 Diagramme mit Ausgangspulssignalen der fotoelektri­ schen Anordnung in einer umgekehrten Richtung;

Fig. 4 verschiedene Formen von Öffnungen, die abwechselnd auf dem Gitterrad zwischen Abschirmwänden gleicher Größe entlang des Umfangs eines Kreises angeordnet sind;

Fig. 5 verschiedene Formen von Abschirmwänden, die abwech­ selnd auf dem Gitterrad zwischen Öffnungen gleicher Größe entlang des Umfangs eines Kreises angeordnet sind.

Wie in den Fig. 1, 1A und 1B zu erkennen ist, treibt ein Trackball 1 zwei Treibräder 2 an, die wiederum zwei Gitterrä­ der 3 in X- und Y-Richtung bewegen. Jedes Gitterrad 3 weist eine Reihe von verhältnisgleichen Öffnungen 31 auf (in qua­ dratischer, rechteckiger, kreisförmiger, ovaler oder gezahn­ ter Gestalt), die in der Umfangsebene des Rades entlang eines Kreises angeordnet und mittels Abschirmwänden 32 voneinander getrennt sind, ferner ist eine LED 4 auf einer Seite des Git­ terrades und ein fotoelektrischer Transistor (fotoelektrische Anordnung) 5 auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehen. Der fotoelektrische Transistor 5 besteht aus einem Einzelchip zum Empfang von Licht. Beim Bewegen der Maus werden die Treibrä­ der 2 vom Trackball 1 gedreht und bewegen die Gitterräder 3 jeweils um die X- und Y-Achse. Die verhältnisgleichen Öffnun­ gen 31 und die Abschirmwände 32 können auf zwei verschiedene Weisen angeordnet sein. Zum einen können, wie in Fig. 1A ge­ zeigt, drei gleiche Öffnungen 31 von drei verschiedenen Ab­ schirmwänden 321, 322, 323 mit verschiedenen Größen getrennt sein. Zum anderen können, wie in Fig. 1B gezeigt, drei glei­ che Abschirmwände 32 von drei verschiedenen Öffnungen 311, 312, 313 mit verschiedenen Breiten getrennt sein. Entspre­ chend dem Lichtdurchlaß bzw. der Lichtsperrung erzeugt der fotoelektrische Transistor 5 eine Reihe von High- und Low-Si­ gnalen, wenn das Gitterrad 3 von dem entsprechenden Treibrad 2 gedreht wird. Die Signale dieses fotoelektrischen Transi­ stors 5 werden von der Mikroprozessoreinheit verarbeitet und in entsprechende Pulssignale verschiedener Bandbreite umge­ wandelt, um die Bewegung des Cursors auf dem Bildschirm zu steuern.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, wird beim Drehen des Gitter­ rads 3 nach rechts, wenn die Breite der Öffnungen 31 als Pro­ portionalreferenz dient, vom fotoelektrischen Transistor 5 eine Reihe von High/Low (1 und 0) Spannungssignalen erzeugt, wenn drei benachbarte Abschirmwände 321, 322, 323 nacheinan­ der das Licht der LED 4 verdecken, und die Vor­ wärts/Rückwärtsverschiebungen werden durch Verwendung der drei Zyklen P1, P2, P3 ausgedrückt (d. h. [1,1] → [2,1] → [3,1] → [1,1) → [2,1] → [3,1). . .). Die drei Zyklen P1, P2, P3 bilden jeweils durch Lichtdurchlaß bzw. Lichtabschirmung der Öffnungen 31 und der Abschirmwände 32 drei Gruppen von Bandbreiten (1,1), (2,1), (3,1). Jede Bandbreitengruppe kann als eine Einheit betrachtet werden.

Wie in Fig. 2A zu erkennen ist, gibt es beim Drehen des Gitterrads nach links drei Zyklen P1, P2, P3 (d. h. [1,1) → [3,1) → [2,1) → [1,1) → [2,1) → [1,1) → [3,1) → [2,1). . .). Vorwärts-, Rückwärts- und Seitwärtsverschiebungen werden daher schnell identifiziert.

Wie in den Fig. 3 und 3A zu erkennen ist, wird dann, wenn die Breite der Abschirmwände 32 als Proportionalreferenz dient, der vorgenannte Vorgang wiederholt und es werden die gleichen Effekte erzielt. Das Verfahren der Bildung von drei Zyklen mittels der proportionalen Breiten der Öffnungen 31 oder der Abschirmwände 32 bietet daher verschiedene Vorteile, die nachfolgend genannt sind.

• 1. Wenn die Öffnungen 31 (oder die Abschirmwände 32) eine festgelegte Größe aufweisen, weisen die Abschirmwände 32 (oder die Öffnungen 31) drei proportionale Breiten auf, um eine Rückkopplung zu erleichtern, daher kann die CPU-Abtast­ zählung die Zählwerte der Abschirmwände 321, 322, 323 inte­ gral einstellen, ohne eine Verzerrung hervorzurufen.
• 2. Wenn ein größerer Geschwindigkeitswechsel erforderlich ist, kann die Dichte der Öffnungen 31 und der Abschirmwände 32 in dem Gitterrad 3 erhöht werden, um die Verschiebung ge­ nauer zu zählen.

Fig. 4 zeigt verschiedene Formen der Öffnungen 31 in dem Git­ terrad 3, wenn die Abschirmwände 32 eine feste Größe aufwei­ sen und als Referenz dienen. Die Öffnungen 31 können eine runde Gestalt aufweisen (Fig. 4A), eine rechteckige Gestalt (Fig. 4B), ovale Gestalten (Fig. 4C), oder die Gestalt einer Reihe von Zähnen entlang der Umfangsgrenze des Gitterrads (Fig. 4D).

Fig. 5 zeigt verschiedene Formen von Abschirmwänden 32 in dem Gitterrad 3, wenn die Öffnungen 31 eine festgelegte Größe aufweisen und als Referenz dienen.

Claims (8)

1. Fotoelektrische Koordinateneingabevorrichtung mit ei­ nem Trackball (1), zwei in einem rechten Winkel zueinander angeordneten und jeweils von dem Trackball (1) angetriebe­ nen Treibrädern (2), und zwei in X- und Y-Richtung angeord­ neten fotoelektrischen Anordnungen (5), die jeweils von den Treibrädern (2) gedreht werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede fotoelektrische Anordnung Anord­ nung (5) ein Gitterrad (3) mit einer Reihe von entlang des­ sen Umfang angeordneten Öffnungen (31) und einer Reihe von zwischen diesen Öffnungen (31) angeordneten Abschirmwänden (32) aufweist, ferner eine auf einer Seite des Gitterrads (3) angeordnete Lichtquelle (4) und einen auf der gegen­ überliegenden Seite des Gitterrads (3) angeordneten, in einen Einzelchip eingebauten fotoelektrischen Transistor (5), der das von der Lichtquelle ausgesendete und durch die Öffnungen (31) hindurchtretende Licht empfängt, wobei mit­ tels des fotoelektrischen Transistors (5) entsprechend dem Lichtdurchtritt bzw. der Lichtsperrung High- und Low-Span­ nungssignale erzeugbar sind, die von einer Zentralprozes­ soreinheit in entsprechende Pulssignale umwandelbar sind und mittels denen die Bewegung eines Cursors auf einem Dis­ play oder Bildschirm steuerbar ist.

2. Fotoelektrische Koordinateneingabevorrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (31) eine jeweils gleiche Breite aufweisen und daß die Abschirmwände (32) drei zueinander proportionale Breiten aufweisen und in Umfangsrichtung abwechselnd nach­ einander angeordnet sind, wobei das Verhältnis der drei proportionalen Breiten vorzugsweise 1 : 2 : 3 oder 3 : 2 : 1 be­ trägt.

3. Fotoelektrische Koordinateneingabevorrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwände (32) jeweils gleiche Breiten aufweisen und daß die Öffnungen (31) drei zueinander proportionale Brei­ ten aufweisen, die abwechselnd nacheinander in Umfangsrich­ tung angeordnet sind.

4. Fotoelektrische Koordinateneingabevorrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (31) eine rechteckige Gestalt aufweisen.

5. Fotoelektrische Koordinateneingabevorrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (31) eine quadratische Gestalt aufweisen.

6. Fotoelektrische Koordinateneingabevorrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (31) eine runde Gestalt aufweisen.

7. Fotoelektrische Koordinateneingabevorrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (31) eine ovale Gestalt aufweisen.

8. Fotoelektrische Koordinateneingabevorrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (31) die Gestalt einer Reihe von Zähnen aufwei­ sen, die entlang dem Umfang des jeweiligen Gitterrads (3) angeordnet sind.