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Die Erfindung betrifft eine Positionsanzeigeeinrichtung.
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Digitalisierende Tischgeräte sind zum Gewinnen
zweidimensionaler Koordinateninformationen für Computer bekannt. In
den letzten 20 Jahren sind viele solcher
Positionsanzeigeeinrichtungen entwickelt worden. Bei Benutzung bewegt der
Bedienende mit der Hand einen Zeiger über die ebene
Oberfläche zweier orthogonaler Reihen länglicher Abtastspulen.
Eine elektromagnetische Kopplung zwischen jeder Reihe und
einer Spule des beweglichen Zeigers wird dann dazu benutzt,
die genaue Lage des Zeigers festzustellen. Beispiele
solcher Positionsanzeigegeräte finden sich in GB-A-1 536 123
und US-A-4,419,672.
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Der handgeführte Zeiger kann verschiedene Formen aufweisen,
und ist gewöhnlich entweder eine wie ein Schreibstift
gehaltene Spitze oder ein flacher, auf der Oberfläche
gehaltener Cursor. Letztere variieren der Größe und Form nach,
haben jedoch typischerweise ein Gehäuse, das zwischen dem
Daumen und Mittelfinger erfaßt wird, sowie einen oder
mehrere Bedienknöpfe, die mit dem Zeigefinger betätigt werden,
und ein Fadenkreuz auf einem Glasfenster, um die genaue
visuelle Positionierung des Zeigers zu erleichtern. Eine
solche Anordnung ist in EP-A-176 842 und in US-A-4,707,572
erläutert.
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Das digitalisierende Gerät wird für gewöhnlich in
Verbindung mit einem Computer-Bildschirm verwendet, um den
Austausch zwischen einem menschlichen Operator und einem
Computersystem zu ermöglichen. Die Anweisungen vom Operator an
den Computer bestehen typischerweise aus Folgen von
Koordinatenpaaren
und Schaltknopfkodierungen. In diesem
Zusammenhang muß jede Koordinate vom Steuerprogramm im Computer
entweder als Position einer XY-Koordinate oder als ein
Befehl von einem Menue dekodiert werden, das in einer
bekannten Position auf der digitalisierenden Oberfläche
angeordnet ist. In alternativer Weise kann die Bewegung des
Zeigers mit der Hand einen kontinuierlichen Koordinatenstrom
erzeugen, um die Bewegung eines graphischen Cursors auf dem
Bildschirm zu steuern. Dies kann man zum Identifizieren von
Anzeigekoordinaten nutzen oder zum Auswählen graphischer
Objekte oder Befehle aus einem graphischen Menue. Ein
derartiges visuelles Schnittstellenverfahren ist in US-A-
4,692,858 erläutert.
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Bekannte handgeführte Zeigereinrichtungen leiden an
mehreren Problemen, so daß sie schwierig zu gebrauchen sind.
Zunächst berücksichtigen sie nicht die naturgegebene
Asymmetrie der menschlichen Hand und passen daher schlecht zu
linkshändigen oder rechtshändigen Menschen. Zweitens
ermöglichen sie keine physikalischen Abstützung für die Hand und
führen daher bei längerem Gebrauch zur Ermüdung. Drittens
passen sie nicht zu verschiedenen Handgrößen, nämlich von
der kleinsten weiblichen Hand bis zur größten Männerhand
und zwingen deshalb den Operator zur unnatürlichen
Handstellungen beim Anfassen.
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Erfindungsgemäß ist eine manuelle
Positionsanzeige-Vorrichtung vorgesehen mit einem von Hand über eine Oberfläche
bewegbaren Gehäuseteil und mit einem an dem Gehäuseteil
beweglich angebrachten Unterteil, das ein Fadenkreuz und
zugehörige Signalerzeugungs- oder Bestimmungsmittel zum
Erzeugen bzw. Erfassen eines Signals aufweist, die bei
Gebrauch mit einer der Oberfläche zugeordneten Einrichtung
zur Positionsbestimmung zusammenwirkt, wodurch die
relativen Positionen des Fadenkreuzes und des Gehäuseteils durch
gegenseitiges Bewegen des Unterteils und des Gehäuseteils
ausgewählt werden, gekennzeichnet durch Rastmittel zum
Verrasten des Unterteils gegenüber dem Gehäuseteil in
mehreren unterschiedlichen Positionen.
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Mit dieser neuartigen Anordnung kann im Gegensatz zu
Einrichtungen, bei denen das Fadenkreuz in einer festen Lage
gegenüber dem Gehäuse der Einrichtung angeordnet ist, das
Fadenkreuz relativ zum Gehäuseteil bewegt werden. Dies
steigert beträchtlich die Flexibilität der Einrichtung bei
verschiedenen Aufgaben und macht es möglich, daß die
Einrichtung für rechts- und linkshändige Personen angepaßt
werden kann.
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Vorzugsweise ist das Unterteil an dem Gehäuseteil
angelenkt, so daß es in einer seitlichen Ebene parallel zu der
vom Gehäuseteil überstrichenen Oberfläche hin und her
schwenkbar ist. Dies ist besonders vorteilhaft nicht nur
deshalb, weil damit die Einrichtung von rechts- und
linkshändigen Personen bedient werden kann, sondern auch
deshalb, weil die Einrichtung sehr leicht an unterschiedliche
Funktionen angepaßt werden kann. Beispielsweise kann das
Unterteil in eine Lage geschwenkt werden, wenn die
Einrichtung zum Auswählen einer Menuefunktion benutzt werden soll,
während sie in eine andere Lage geschwenkt werden kann,
wenn die Einrichtung zum Digitalisieren von Koordinaten der
ausgewählten Positionen benutzt werden soll.
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Typischerweise wird ein Winkel von 20º bis 30º Ausschlag
aus der Längsachse des Gehäuseteils für Zeigeraufgaben, wie
Auswahl von Menuebefehlen bevorzugt, während ein Winkel von
45º bis 60º für digitalisierende Aufgaben optimal ist.
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Andere Bewegungsformen, wie ein Gleiten des Unterteils oder
ein seitliches Schrägstellen des Gehäuseteils sind ferner
möglich.
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Die Rastmittel können aus einer mit einem Kerbensystem
zusammenwirkenden Kugel bestehen, die mit dem Gehäuseteil
verbunden ist, während das Kerbensystem an dem Unterteil
angeordnet ist. Andere Formen der Verrastung sind ebenfalls
möglich.
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In einer Ausführungsform ist das Gehäuseteil mit mindestens
einem Bedienknopf zum Betätigen eines Schalters der
Signalerzeugungs- oder Bestimmungsmittel versehen. Die Funktion
dieses und zusätzlicher Bedienknöpfe wird nachstehend im
einzelnen erläutert.
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In einer anderen Ausführungsform ist das Unterteil mit
mindestens einem Bedienknopf versehen.
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Bei bekannten Positionsanzeigeeinrichtungen ergab sich ein
weiteres Problem, daß die Bedienknöpfe bei manueller
Benutzung nicht bequem angeordnet sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine
manuelle Positionsanzeigeeinrichtung vorgesehen, bei das
Gehäuseteil eine Rückseite mit einer sanft gerundeten
Oberfläche aufweist, auf der die Handfläche des Operators bei
Gebrauch beruht, und bei der mehrere längliche Bedienknöpfe
auf dem Gehäuseteil zur Betätigung der Einrichtung
angeordnet sind, wobei die Bedienknöpfe von der Rückseite des
Gehäuseteils aus nach vorne zu angeordnet sind und so
angeordnet und geformt sind, daß sie jeweils unter
Bedienfingern der Hand liegen.
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Vorzugsweise sind die Knöpfe konisch verlaufend und
verbreitern sich zur Vorderseite der Anzeigeeinrichtung hin.
Vorzugsweise sind drei Bedienknöpfe vorgesehen, wobei der
mittlere Knopf über die benachbarten Knöpfe auf jeder Seite
hinaus nach vorne versetzt ist.
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Die Erfindung richtet sich ferner auf ein Anzeigesystem,
das eine manuelle Positionsanzeige-Einrichtung gemäß der
Erfindung und eine Positionsbestimmungs-Einrichtung
aufweist, mit der die Einrichtung verbunden ist und
zusammenwirkt, um die Position des Fadenkreuzes zu bestimmen und
mit einer mit den Einrichtungen verbundenen
Verarbeitungseinrichtung, in welche die bestimmte Position übertragen
wird.
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Ein typisches System, in das die Einrichtung eingebaut
werden kann, ist ein computerunterstütztes Designsystem oder
ein Seitenplanungssystem, beispielsweise unser Crosfield
"Studio"-System.
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Zwei Ausführungsbeispiele einer manuellen Positionsanzeige-
Einrichtung und eines Bildverarbeitungssystems unter
Verwendung einer solchen Einrichtung werden nun nachfolgend in
Bezug auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer
Anzeigeeinrichtung;
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Fig. 2 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte
Einrichtung;
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Fig. 3 eine Draufsicht auf die Einrichtung mit dem
Fadenkreuz in alternativer Lage;
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Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht des Unterteils für das
Fadenkreuz;
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Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Bildverarbeitungssystems
mit der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten
Einrichtung;
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Fig. 6 die Maßgrößen einer menschlichen Hand entsprechend
Tabelle 2;
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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer zweiten
Ausführungsform der Anzeigeeinrichtung;
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Fig. 8 einen Längsschnitt durch die Einrichtung der Fig.7;
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Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 in Fig. 8 und
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Fig.10A die Einrichtung der Fig. 7 in unterschiedlichen
bis 10C Gebrauchslagen.
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Die Positionanzeigeeinrichtung besteht aus einem Gehäuse 1
mit einem oberen Teil 2 aus Kunststoff und einem unteren
Basisteil 3 aus Kunststoff. Das obere Teil 2 ist so
geformt, daß es gut unter eine menschliche Hand paßt und
dabei die Handfläche auf dem höchsten Teil 2' des oberen
Teils 2 ruht. Eine Ausnehmung 5' in einem Unterteil 4 für
ein Fadenkreuz mit Plexiglasfenster ist an einem Vorsprung
5 des Unterteils 3 des Gehäuses 3 angelenkt, so daß es
seitlich um den Vorsprung 5 schwenkbar ist.
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Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß das Unterteil 4 eine
Rückseite 6 mit einer im allgemeinen C-förmigen Öffnung 7
aufweist, in der zwei Vorsprünge 8, 9 (Fig. 2) liegen, die an
der Basis 3 befestigt sind. Die radial innere Seite 7' der
Öffnung 7 ist mit mehreren, im wesentlichen gleich
beabstandeten Kerben 10 versehen. Eine Blattfeder 12 ist an den
Vorsprüngen 8, 9 befestigt und drückt eine Kugel 11 an die
Seite 7'.
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Ist das Unterteil 4 in Gehäuse 1 angeordnet (Fig. 1 und 2),
so wird die Kugel 11 radial nach innen in Eingriff mit den
Kerben 10 gedrückt, kann aber aus den Kerben austreten,
indem das Unterteil 4 um den Vorsprung 5 zum Schwenken um das
Gehäuse 1 gebracht wird. Auf diese Weise kann das Unterteil
4 aus der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Lage in viele
andere Lagen verbracht werden, beispielsweise jene, die in
Fig. 3 gezeigt ist.
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Das vorstehende Ende des Unterteils 4 trägt ein
konventionelles Fadenkreuz 13 mit einer Glasscheibe, auf deren
Unterseite rechtwinklige Fadenlinien 14,15 aufgetragen sind.
Um das Fadenkreuz ist eine elektrische Spule 16 (Fig. 3)
angeordnet, deren geometrischer Mittelpunkt mit dem
Schnittpunkt der Fadenlinien 14,15 zusammenfällt. Die Spule
16 wird über Drähte 35 an eine Positionssensorelektronik in
einer Steueranordnung angeschlossen.
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Eine Schaltergruppe 18 besteht aus drei Schaltern mit
jeweils federbelasteten Betätigungsgliedern 18' (von denen in
Fig. 1 zwei dargestellt sind), die jeweils von Druckknöpfen
21 bis 23 bedient werden. Jeder Knopf 21 bis 23 ist an je
einem länglichen Kunststoff-Bauteil befestigt (s. Bauteil
21a in Fig. 1), das bei 21b am oberen Teil 2 des Gehäuses
befestigt ist. Das Bauteil 21a ist bei 21c eingekerbt und
bildet ein Scharnier, um das der Knopf 21 in einer Öffnung
2" im oberen Teil 2 schwenkbar ist, wobei ein unterer Teil
21d des Knopfes das Betätigungsglied 18' erfaßt. Ein Ansatz
21e bildet einen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des
Knopfes 21. Ähnliche Elemente 21b bis 21e sind auch für die
anderen Schalter vorgesehen. Die Schaltergruppe 18 ist über
eine Kupplung 19 und eine Steueranordnung 33 an ein
entferntes Verarbeitungssystem 28 (Fig. 5) angeschlossen.
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Drei Glühlampen 100 bis 102 sind an der Basis 3 des
Gehäuses 1 (Fig. 1 und 2) befestigt. Das Licht fällt in die
Kante des Plexiglas-Unterteils 4, das als Lichtkanal dient, um
den Bereich unter dem Fadenkreuz 13 zu beleuchten.
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Die Anordnung der Knöpfe gegenüber dem Gehäuse der
Einrichtung erlaubt einen großen Bereich unterschiedlicher
Handgrößen und macht es ferner möglich, daß der Operator die
Knöpfe mit den Fingerballen und nicht mit den Fingerspitzen
betätigt. Es läßt sich so ein Ausmaß an Schnelligkeit und
Empfindlichkeit der Schalterbetätigung erzielen, das mit
dem beim Spielen eines Musikinstruments vergleichbar ist.
Die erhabene Handflächenstütze trägt die Hand in der
gleichen Weise wie der bogenförmige Verlauf eines Schuhs den
Fuß abstützt, so daß auch bei langer Bedienung die Ermüdung
verringert wird.
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Die wirkliche Länge und der Abstand der Knöpfe wird mit
Hilfe einer Analyse anthropometrischer Handabmessungen
bestimmt, wie sie in Tabelle 1 für die britische Bevölkerung
niedergelegt sind. Die beiden Extremwerte entsprechen 5%
der weiblichen Hand und 95% der männlichen Hand. Die Länge
der Knöpfe ist auf den Bereich der Fingerlängen abgestimmt.
Die Verbreiterung nach vorne zu und Verjüngung der Knöpfe
berücksichtigt den Bereich des Abstandes der Finger, wobei
die längeren Finger dicker und weiter beabstandet sind. Der
vordere Versatz des mittleren Knopfes entspricht dem stets
längeren Mittelfinger. Die Maßgrößen hier menschlichen Hand
entsprechend Tabelle sind in Fig. 4 erläutert.
TABELLE 1
Maßgrößen
Weiblich
Männlich
L1 Handbreite
L2 Handlänge
L3 Länge Handfläche
L4 Mittelfinger
L5 Zeigefinger
L6 Fingerabstand
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Tabelle 1 wurde aus "Ergonomics "von S. Pheasant BSI
Publication S. 7317:1987 entnommen.
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Fig. 5 zeigt ein Bildverarbeitungssystem, bei dem die
Einrichtung 1 auf einem digitalisierenden Tisch 24 angeordnet
ist. Der Tisch trägt zwei Reihen elektrischer Drähte, von
denen einige bei 25 dargestellt sind. Die Drahtreihen
bilden X und Y-Achsen und jeder Satz der Drähte wird an
jeweils einen Adressendecoder 26,27, angeschlossen. Die
Adressendecoder sind an eine Steueranordnung 33 mit einem
Mikroprozessor und mehreren Speichern angeschlossen. Die
Steueranordnung 33 steht mit einem Verarbeitungssystem 28
in Verbindung und sendet aufeinanderfolgende Datenpakete
jeweils mit X- und Y-Koordinaten und
Schaltknopfmarkierungen typischerweise über eine RS-232-Serienleitung. Eine
Anwender-Software in dem Verarbeitungssystem 28 dekodiert
diese Datenpakete, interpretiert sie entsprechend dem
Zusammenhang und steuert das Bild auf einem Bildmonitor 29.
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Ein festes Menue 30 aus Befehlen liegt auf dem Tisch 24.
Die Zeichnung zeigt ferner eine Seitenvorlage 31, die auf
dem Tisch 24 liegt.
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Bei Benutzung positioniert der Operator anfänglich das
Fadenkreuz 13 in einer bestimmten Lage, beispielsweise in der
in Fig. 3 dargestellten Position, in Bezug auf den oberen
Teil 2. Dann schiebt er die Einrichtung 1 über den Tisch 24
und führt mehrere Operationen aus. Beispielsweise sollen
dem Verarbeitungssystem 28 die Koordinaten der Ecken des
rechtwinkligen Umrisses der Seitenvorlage 31 mitgeteilt
werden. Dies wird ausgeführt, indem der Schnittpunkt 17 der
Fadenlinien im Fadenkreuz 13 nacheinander genau über jede
Ecke gelegt wird und dann der Bedienknopf 21 niedergedrückt
wird. Die Adressendecoder 26,27 können aus den Signalen,
die von der elektromagnetischen Ankopplung der
Sensorleiter 25 an den durch die Spule 16 fließenden gepulsten Strom
herrühren, bestimmen, welche Drähte dem Mittelpunkt des
Fadenkreuzes 17 am nächsten liegen, und diese Information
wird an die Steueranordnung 33 übertragen. Der
Mikrocomputer in der Steueranordnung 33 liefert dann jedes
XY-Koordinatenpaar zu dem Verarbeitungssystem 28 zum
Abspeichern. Eine zweite Operation besteht darin, daß der
Operator unterschiedliche Funktionen für den Betrieb des
Verarbeitungssystems aus dem Menue 30 anwählen kann, indem er
die Fadenlinien über den entsprechenden Befehl positioniert
und den Knopf 22 drückt. Auch in diesem Fall wird die
Position des Mittelpunktes 17 des Fadenkreuzes bestimmt und da
dies unter Benutzung des Bedienknopfes 22 durchgeführt
wird, wird eine unterschiedliche Bedienknopfmarkierung an
das Verarbeitungssystem 28 übertragen. Dies zeigt an, daß
jene Koordinaten an eine Speichertabelle im
Verarbeitungssystem 28 geführt werden sollen, welche die Adresse einem
Programmteils oder einer Subroutine enthalten, die für die
entsprechende Menuefunktion ausgeführt werden soll.
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In einer dritten Betriebsweise kann die Einrichtung 1 dazu
benutzt werden, um die Position eines graphischen Cursors
32 auf dem Monitorbildschirm zu steuern. In diesem Fall
kann der Operator den Bedienknopf 23 niederdrücken, so daß
das Verarbeitungssystem 28 den Cursor 32 interaktiv an
Standorte positioniert, die der Position des Fadenkreuz-
Schnittpunktes 17 auf dem Tisch 24 entsprechen.
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Es sollte verständlich sein, daß wie auch bei
konventionellen Einrichtungen viele andere Operationen möglich sind,
auch wenn nur drei besondere Operationen erläutert worden
sind.
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Die Fig. 7 bis 10 zeigen eine zweite Ausführungsform einer
Positionsanzeigeeinrichtung. Diese besteht aus einem
Gehäuse 40, das um ein Unterteil 41 schwenkbar ist, dessen
Vorderende mit einem Fadenkreuz 42 versehen ist. Das
hintere Ende des Unterteils 41 ist mit mehreren Bedienknöpfen
43 versehen. Diese Bedienknöpfe sind über Leitungen 19 an
eine Steueranordnung 33 wie in Fig. 5 angeschlossen.
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Wie Fig. 8 zeigt, hat das Unterteil 41 eine Basis 44, an
der die Bedienknöpfe 43 angebracht sind, und hat ein
ringförmiges Vorderteil 45, das das Fadenkreuz 42 umgibt. Das
Gehäuseteil 40 hat eine Basis 46 mit einem ringförmigen
Vorderteil 47, das um einen ringförmigen Flansch 48 am
vorderen Ende 45 des Unterteils schwenkbar angeordnet ist,
so daß das Gehäuseteil 40 und das Unterteil 41
gegeneinander
um eine Achse 49 schwenkbar ist, die mit dem
Mittelpunkt des Fadenkreuzes 42 zusammenfällt. Das Gehäuseteil 40
hat einen oberen Teil 50, der so geformt ist, daß er der
Handfläche einer menschlichen nachgebildet ist.
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Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt der in Fig. 8 dargestellten
Einrichtung.
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Die in den Fig. 7 bis 9 dargestellte Einrichtung kann in
unterschiedlicher Weise benutzt werden, abhängig vom
Winkelabstand zwischen dem Gehäuseteil 40 und dem Unterteil
41. Liegen gemäß den Fig. 10A, 10B beide Teile relativ eng
zusammen, dann kann die Einrichtung mit nur einer Hand
bedient werden, die sich über das Gehäuseteil 40 und das
Unterteil 41 erstreckt. Alternativ können das Gehäuseteil 40
und das Unterteil 41 auch getrennt angefaßt werden, wie
Fig. 10C zeigt.