DE68928544T2

DE68928544T2 - Optische Hinweisanordnung

Info

Publication number: DE68928544T2
Application number: DE68928544T
Authority: DE
Inventors: Per Krogh Hanson
Original assignee: Selectech Ltd
Current assignee: Selectech Ltd
Priority date: 1988-12-06
Filing date: 1989-05-05
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2009-05-06
Also published as: US5045843A; US5045843B1; DE68928544D1; ATE162320T1; EP0372674A3; EP0372674B1; EP0372674A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte optische Markierungseinrichtung. Der Anmelder wünscht es, sowohl das ältere US-Patent 4,576,481 als auch das vorausgehende US-Patent Nr. 4,823,170 durch Bezugnahme einzubeziehen.
Das US-Patent Nr. 4,576,481 offenbart ein System, welches die Position einer Rückstrahlungseinrichtung in den drei Dimensionen X, Y und Z messen kann, indem zumindest eine Rückstrahlungseinrichtung und mindestens zwei Positionsmeßdetektoren verwendet werden. Aus vielen Gründen weicht die vorliegende Erfindung von der technischen Lehre dieses Patentes ab. Ich werde eine Einrichtung beschreiben, die nur eine Kamera verwendet, wogegen das Patent nach dem Stand der Technik die Verwendung von mindestens zwei Positionsmeßdetektoren erfordert. Außerdem sieht die beschriebene Einrichtung eine Sursor-Steuerung vor, indem einfach eine Markierungsvorrichtung auf den Punkt auf einem Anzeigebildschirm gerichtet wird, wohin der Benutzer den Cursor zu bewegen wünscht. Im Patent ist eine derartige Cursorsteuerung nicht die technische Lehre. Darüber hinaus besteht die technische Lehre in der beschriebenen Anordnung in einer wechselseitigen Übertragung, die im Patent nirgendwo gelehrt oder vorgeschlagen wird.
Außerdem verwendet die beschriebene Einrichtung eine Kamera, die an einem sich bewegenden Objekt befestigt ist und keine Rückstrahlungseinrichtung verwendet, wogegen das Patent die Befestigung einer Rückstrahlungseinrichtung an einem sich bewegenden Objekt verwendet. Schließlich enthält die Einrichtung eine aktive dynamische Verstärkungssteuerung und einstellbare Drehwinkel, Merkmale, die nirgendwo im Patent gelehrt oder vorgeschlagen sind.
Das US-Patent Nr. 4,823,170 offenbart ein System, welches eine fokussierende Rückstrahlungseinrichtung verwendet, die benutzt wird, um einen Cursor auf einem Bildschirm zu bewegen, wobei die fokussierende Rückstrahlungseinrichtung an einem sich bewegenden Gehäuse befestigt ist. Die beschriebene Einrichtung unterscheidet sich in mehrfacher Hinsicht von der technischen Lehre, die in dieser Patentanmeldung offenbart ist. Die beschriebene Einrichtung verwendet keine fokussierende Rückstrahlungseinrichtung, ermöglicht die Verwendung eines großen Arbeitsbereiches, schließt das Konzept der wechselseitigen Übertragung ein, nutzt eine Kamera, die an einem sich bewegenden Objekt befestigt ist, und nutzt bei Betrieb ein direkt übertragenes Lichtsignal. Im Gegensatz zu diesen Aspekten verwendet die gleichzeitig anhängige Patentanmeldung eine fokussierende Rückstrahlungseinrichtung in einem begrenzten Arbeitsbereich, lehrt nicht oder schlägt nicht eine wechselseitige Übertragung vor, lehrt die Befestigung einer Rückstrahlungseinrichtung an einem sich bewegenden Objekt und die Reflexion eines Lichtstrahls weg von der fokussierenden Rückstrahlungseinrichtung zu einem Empfänger in der Nähe des Meßwertgebers. Darüber hinaus lehrt die beschriebene Einrichtung einstellbare Drehwinkel und eine aktive dynamische Verstärkungssteuerung, Merkmale, die nirgendwo in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung technische Lehre waren oder vorgeschlagen wurden.
Im Grunde genommen macht die neue Einrichtung eine Verbesserung gegenüber der technischen Lehre des vorausgehenden Patentes und der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung des Anmelders aus.
Dem Anmelder ist folgender Stand der Technik bekannt:
Das US-Patent Nr. 4,565,999 für King und andere offenbart ein cursor-steuersystem, das eine strahlungsquelle und einen dazugehörigen Strahlungssensor enthält, wobei entweder die Quelle oder der Sensor gegenüber einer Anzeige befestigt sind, während der andere bewegbar ist und am Kopf des Benutzers befestigt werden kann. Die Strahlungsquelle ist so offenbart, daß sie vier LEDs enthält, wobei jede von ihnen einen Winkel von 90 Grad überdeckt. Die beschriebene Einrichtung unterscheidet sich in vielfacher Hinsicht von der technischen Lehre von King und anderen.
Die vorliegende Einrichtung verwendet nur eine Lichtquelle, wogegen die Vorrichtung von King und anderen eine Vielzahl von Quellen benutzt, die aufeinanderfolgend angeregt werden. Die Quellen bei King und anderen überdecken teilweise überlappende Winkelsegmente. Da die vorliegende Einrichtung nur eine einzige Quelle benötigt, sind teilweise überlappende Winkelsegmente nicht erforderlich. Darüber hinaus lehrt das Patent von King und anderen die Forderung nach einer Amplitudenerfasssung, wogegen die vorliegende Einrichtung keine Messung der Amplitude des empfangenen Lichtes erfordert, um die Ziellinie zu bestimmen. Darüber hinaus verwenden King und andere keine Positionsmeßdetektoren, wogegen die vorliegende Einrichtung eine derartige Vorrichtung verwendet. Außerdem lehrt die vorliegende Einrichtung die Konzepte einer wechselseitigen Übertragung, einstellbarer Drehwinkel und einer aktiven dynamischen Verstärkungssteuerung, von denen keines durch King und andere gelehrt wird. Darüber hinaus ist die technische Lehre von King und anderen die Verwendung zweier Ausführungen, von denen die eine hauptsächlich eine Rotation und die andere hauptsächlich eine Translation mißt. Die beiden Systeme werden kombiniert&sub1; um ein System zu bilden, das gegenüber einer Rotation größtenteils empfindlich ist, wogegen die vorliegende Einrichtung nur eine Ausführung lehrt, die entweder gegenüber einer Rotation oder einer Translation empfindlich ist. Schließlich erfordert die vorliegende Einrichtung keine beliebigen vorbestimmten Kopfbewegungen der Bedienungsperson, wogegen King und andere die Notwendigkeit lehren, besondere Kopfbewegungen der Bedienperson zu unterdrükken. Aus diesen Gründen ist es an sich klar daß sich die vorliegende Einrichtung von der Lehre zum technischen Handeln von King und anderen patentierbar unterscheidet.
Das US-Patent Nr. 3,706,493 für Redmann offenbart das Konzept eines Entfernungsmeß- und Richtsystems zur Bestimmung der Position einer Quelle, die einen kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Strahl einer Strahlung emittiert. Das System erfordert zumindest zwei optische Systeme, deren Achsen durch eine bekannte Entfernung getrennt sind. Das ist anders gegenüber der technischen Lehre der vorliegenden Einrichtung, in der ein einziger Sensor erforderlich ist. Redmann stützt sich auf ein Triangulationsprinzip, welches in der vorliegenden Einrichtung nicht verwendet ist. Schließlich besteht die technische Lehre von Redmann in der Verwendung von Leuchtstoffbildleitröhren, die in der vorhandenen Einrichtung nicht erforderlich sind. Redmann unterläßt es, eine Cursor-Steuerung zu lehren, während dies das Wesentliche der vorliegenden Einrichtung ist.
Das US-Patent Nr. 3,907,434 für Coles offenbart ein binaurales Zielsystem, das konstruiert ist, um einen binauralen Schall zu erzeugen, welcher der Stelle eines sichtbaren Objektes gegenüber einem Zuhörer entspricht. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung auf, um erste und zweite zeitbezogene Signale mit einer hörbaren Frequenz zu erzeugen sowie eine Kopfgarnitur mit zwei unabhängig funktionierenden Ohrhörern, die mit der Signalerzeugungseinrichtung verbunden sind. Das ist unterschiedlich zur technischen Lehre der vorliegenden Einrichtung, da die vorliegende Einrichtung nur einen einzigen Sensor benötigt, wogegen Coles zwei Sensoren benötigt und das Triangulationsprinzip verwendet, welches in der vorliegenden Einrichtung nicht erforderlich ist. Darüber hinaus lehrt Coles sowohl die Verwendung einer Abtastschaltung als auch die Ausgabe von hörbaren Signalen, Konzepte, die in der vorliegenden Einrichtung nicht verwendet werden. Coles lehrt nicht oder schlägt nicht eine Steuerung auf einer Anzeige vor, wie das die vorliegende Einrichtung vorsieht.
Das US-Patent Nr. 4,123,165 für Brown lehrt eine Vorrichtung zur Fembestimmung der Stellung eines Fahrzeuges, die zwei separate Anordnungen von Corner-Cube-Rückstrahlungseinrichtungen verwendet. Wie oben angemerkt wurde, nutzt die vorliegende Einrichtung eine direkte Zielstrahlerfassung ohne Verwendung von Rückstrahlungseinrichtungen. Darüber hinaus machen Brown und andere die Verwendung von zwei Detektoren erforderlich, wogegen die vorliegende Einrichtung nur einen einzigen Positionsmeßdetektor benötigt. Brown und andere unterlassen es, die Steuerung eines Cursors auf einer Anzeige zu lehren, wie es in der technischen Lehre der vorliegenden Einrichtung enthalten ist.
Das US-Patent Nr. 4,209,255 für Heynau und andere offenbart ein Zielpunkt-Ortungssystem mit einer einzigen LED, die am Helm eines Piloten im Flugzeug angebracht ist, die verwendet werden kann, um einen Punkt auf einer Cockpit-Anzeige zu bestimmen, ohne diese zu berühren. Die Vorrichtung von Heynau und anderen verwendet vier separate Positionsmeßanordnungen, die um die Anzeige herum angebracht sind, um eine Positionserfassung zu erleichtern. Das ist anders gegenüber der technischen Lehre der vorliegenden Einrichtung, in der nur eine einzige Lichtquelle und ein einziger Positionsmeßdetektor erforderlich sind.
Das US-Patent Nr. 4,320,462 für Lund und andere offenbart eine Hochleistungs-Laserimpuls-Analysiervorrichtung mit Verwendung eines auf einer Detektoranordnung markierten Lasers, die ausgebildet ist, um die relative Position und Abweichung des Laserstrahls zu erfassen. Das ist anders gegenüber der technischen Lehre der vorliegenden Einrichtung, bei der Infrarctlicht in einem System verwendet wird, das ausgelegt ist, um die Winkelbeziehung zwischen einer sich bewegenden Kamera und einer unbeweglichen Lichtquelle zu bestimmen.
Das US-Patent Nr. 4,396,945 für Di Matteo und andere offenbart ein Verfahren zum Messen der Position und der Ausrichtung von Elementen im Raum, welches die Verwendung zweier Kameras einschließt, und in welchem das Triangulationsprinzip verwendet wird. Darüber hinaus benötigen Di Matteo und andere die Verwendung von Lichtstrahlen unterschiedlicher Farben. Die vorliegende Einrichtung unterscheidet sich von der technischen Lehre dieses Patentes, da nur ein einziger Positionsmeßdetektor verwendet wird und dadurch nicht die Anwendung des Triangulationsprinzips erforderlich macht. Darüber hinaus benötigt die vorliegende Einrichtung nur eine einzige Lichtquelle. Schließlich besteht die technische Lehre der vorliegenden Einrichtung darin, die Position eines Cursors zu steuern, was von Di Matteo und anderen nirgendwo gelehrt oder vorgeschlagen wird.
Das US-Patent Nr. 4,626,892 für Nortrup und andere offenbart ein Fernsehgerätsystem mit menüähnlicher Auswahl der Funktionssteuerung, wobei auf dem Bildschirm des Fernsehgerätes ein Menü angezeigt werden kann, und das Drücken verschiedener Knöpfe auf der Fernsteuerung das Durchlaufen des Menüs ergibt, um die Steuerung des Fernsehgerätes zu erleichtern. Bei Nortrup und anderen ist die Fernsteuerung immer auf die gleiche Stelle am Fernsehgerät gerichtet, wo Signale empfangen werden sollen. Das ist anders gegenüber der technischen Lehre der vorliegenden Einrichtung, in der die Winkelbeziehung zwischen einer von dem Benutzer getragenen Kamera und einer einzigen unbeweglichen Lichtquelle beim Bewegen eines Cursors auf einem Anzeigebildschirm verwendet wird.
Das US-Patent Nr. 4,660,981 für Stridsberg offenbart Verfahren und Vorrichtung zum Eichen eines Positioniersystems, das eine Steuereinrichtung zum Senden von Befehlssignalen an eine Positioniereinrichtung einschließt, wobei es beabsichtigt ist, während eines Arbeitszustandes ein Objekt relativ zu einem Funktionsbereich zu positionieren. Stridsberg verwendet Öffnungen in einer Detektorplatte mit zahlreichen unterhalb der Öffnungen angeordneten Detektoren, ebenso wie Motore und rotierende Stiegel. Darüber hinaus ist bei Stridsberg die Verwendung von bekannten Winkeln erforderlich, und er unterläßt es, irgendeine Struktur zum Steuern der Position eines Cursors zu lehren. Im Gegensatz dazu erfordert die vorliegende Einrichtung nur eine einzige Lichtquelle und einen einzigen Detektor ohne Verwendung von (1) Motoren und rotierenden Spiegeln oder (2) einer Detektorplatte mit Öffnungen sowie einer Vielzahl von damit verbundenen Detektoren.
Das US-Patent Nr. 4,641,205 für Beyers beschreibt ein in einem Fernsehgerät oder Video-Cassetten-Recorder enthaltenes System, das in Verbindung mit einem auf dem Bildschirm befindlichen Programmierschema verwendet wird. Das System von Beyers verwendet keine Markierungseinrichtung sondern eher Funktionsknöpfe auf einer üblichen Infrarot-Fernsteuerungseinrichtung. Während die vorliegende Einrichtung das Konzept einer Bildschirmvorprogrammierung aufweisen kann, würde sich der Sensor eher am Platz des Benutzers befinden, als es umgekehrt der Fall in der Vorrichtung von Beyer sein würde.
Das US-Patent Nr. 4,684,249 für Ellis offenbart das Konzept einer Winkelpositions-Meßvorrichtung, die drei lineare Lichtdetektoren-Anordnungen im Abstand umfaßt, die an einem Flugzeug befestigt sind, und eine einzige Lichtquelle, die am Helm des Benutzers angebracht ist. Das ist anders gegenüber der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung, wobei ein einziger Detektor am Kopf des Benutzers angebracht werden kann und angrenzend eine einzige Lichtquelle, zum Beispiel ein Anzeigebildschirm, angebracht ist. Darüber hinaus lehrt Ellis die Notwendigkeit sowohl für einen am Körper des Benutzers angebrachten Zeitbezugssensor als auch für eine Quelle, die eine zyklische Durchlaufbewegung aufweist, einschließlich der Verwendung eines Motors und rotierender Spiegel. Natürlich erfordert die vorliegende Einrichtung weder einen Zeitbezugssensor noch enthält sie irgendwelche sich bewegenden Teile.
Das US-Patent Nr. 4,701,047 für Eibert und andere offenbart eine Linienauswahl zur Vorbereitung von Entfernungsbildern, wobei das System ein Objekt auf zeilenweiser Basis abtastet, und anschließend Entfernungsbilder auf der Basis des Triangulationsprinzips berechnet werden. Eibert und andere messen ebenfalls Reflexionen und benötigen einen Decoder im Empfängerteil. Die vorliegende Einrichtung unterscheidet sich von der technischen Lehre von Eibert und anderen dadurch, daß die vorliegende Einrichtung keine Triangulation benötigt, keine Reflexion mißt, kein Abtastverfahren und keine Decoder verwendet. Darüber hinaus lehrt die vorliegende Einrichtung das Steuern der Position eines Cursors auf einer Anzeige, was von Eibert und anderen nicht gelehrt oder nicht vorgeschlagen wird.
Das US-Patent Nr. 4,745,402 für Auerbach beschreibt ein System, das dem Benutzer ermöglicht, einen Cursor auf einem Bildschirm durch die Bewegung einer Fernbedienungseinheit zu bewegen, wobei das System die empfangene Phase von übertragenen phasencodierten Signalen mißt. Auerbach verwendet sowohl eine Vielzahl von Quellen in einer speziellen winkeligen und physikalischen Anordnung als auch ein komplexes Phasenerfassungsschema. Die vorliegende Einrichtung unterscheidet sich von der technischen Lehre von Auerbach, da nur eine einzige Quelle verwendet wird, die einzige Quelle eher einfach pulsiert als phasencodierte Signale zu verwenden, da sie keine Phasenerfassung erfordert und sie einen einzigen Positionsmeßdetektor verwendet. Darüber hinaus lehrt die vorliegende Erfindung eine wechselseitige Übertragung, einstellbare Drehwinkel und eine aktive dynamische Verstärkungs steuerung, Konzepte, die von Auerbach nirgendwo gelehrt oder vorgeschlagen wurden.
Darüber hinaus offenbart Auerbach eine weitere Unterscheidung in Bezug auf King und andere zur technischen Lehre der vorliegenden Einrichtung. In Spalte 1, Zeile 51 bis Spalte 2, Zeile 7 wird das System von King und anderen erörtert. Bei dieser Erörterung wird folgendes erklärt:
"Somit stößt ein amplitudenmodulierte Signale verwendendes System auf die Schwierigkeit, die Amplituden-Proportionalität der Abtastungen durch Detektions-, Vorverstärkungs-, Abtast- und Speichervorgänge zu erhalten. Die Notwendigkeit, das System über die zuvor erwähnten Entfernungen zu betreiben, stellt strenge Linearitäts- und Stabilitätsbedingungen an die Schalttechnik des Empfängers. Jede Nichtlinearität bei höheren Signalamplituden (kurze Entfernungen) oder Instabilität bei niedrigeren Signalamplituden (lange Entfernung) werden die Fähigkeit des Systems verringern, die Markierungsinformation des Benutzers zu ihrer Bestimmung korrekt zu transportieren." Das unterscheidet außer dem die technische Lehre der vorliegenden Einrichtung zu King und anderen, wie es aus der nachstehend erläuterten ausführlichen Erörterung verständlich werden soll.
Die Druckschrift EP-A-0 209 411, die zur Abgrenzung von Anspruch 1 verwendet worden ist, offenbart eine optische Markierungseinrichtung zur Verwendung durch einen Piloten im Flugzeugcockpit, mit einem Anzeigebildschirm unmittelbar vor dem Piloten, einem Cursor, der auf dem Anzeigebildschirm bewegbar angezeigt wird und eine Cursor-Steuerschaltung, welche die Position des Cursors steuert. Die Vorrichtung umfaßt eine erste Einheit, die eine einzige Lichtquelle enthält, und eine zweite Einheit, die einen Lichtdetektor zum Erfassen von Licht aus dieser Lichtquelle enthält, die am Pilotenhelm befestigt angebracht werden kann, wobei die Anzeige teilweise durch das Zusammenwirken der beiden Einheiten gesteuert wird. Die zweite Einheit ist mit der ersten Einheit festverdrahtet verbunden, um dorthin Signale durchzulassen.
Die vorliegende Einrichtung erfüllt eine Notwendigkeit, die sich kürzlich für ein System entwickelt hat, das eine leichte Steuerung eines Cursors auf einem Bildschirm ermöglicht. Ein solches System kann eine wichtige und wirksame Verwendung bei der Steuerung eines Programmiermenüs auf einem Fernsehgerät finden. Es werden jetzt Fernsehgeräte und Video-Cassetten-Recorder mit einer Schalttechnik hergestellt, die es ermöglicht, ein Menü auf dem Fernsehbildschirm anzuzeigen, wobei das Menü durch Benutzung einer Infrarot-Fernsteuereinrichtung bedient wird, um zu ermöglichen, einen Video-Cassetten-Recorder oder ein Fernsehgerät vorzuprogrammieren.
Weil derartige Systeme zur Zeit bekannt sind, muß der Benutzer die Fernsteuereinrichtung handhaben, um das Menü hintereinander durch ihr Programm sequentiell zu ordnen, um die Funktion der Vorprogrammierung zu erleichtern. Damit hat sich die Notwendigkeit nach einer Vorprogrammiervorrichtung entwickelt, die in Verbindung mit einem Fernsehgerät oder einem Video-Cassetten Recorder verwendet werden kann, die es dem Benutzer ermöglicht es zu vermeiden, die Reihenfolge des Programms handhaben zu lassen, sondern es dem Benutzer eher ermöglicht, Funktionen zu überspringen, deren Bedienung während der Vorprogrammierfunktion nicht erwünscht ist.
Die vorliegende Einrichtung erlaubt es, daß eine solche Vordrogrammiervorrichtung möglich ist, da eine Anzeige programmiert werden kann, um eine Vielzahl von Menüfunktionen in unterschiedlichen Bereichen der Anzeige anzuzeigen und durch die technische Lehre der vorliegenden Einrichtung ein Cursor von Bereich zu Bereich in einer gewünschten Reihenfolge bewegt werden kann, um zu ermöglichen, daß eine Vorprogrammierung stattfindet.
Die vorliegende Erfindung stellt eine optische Markierungseinrichtung zur Verwendung innerhalb eines vorgeschriebenen Raumes bereit, die dazu ausgestaltet ist, mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelt zu sein, die einen Anzeigebildschirm, einen Cursor, der bewegbar auf dem Anzeigebildschirm angezeigt wird, und einen Cursor-Steuerschaltkreis hat, der die Position des Cursors auf dem Anzeigebildschirm steuert, wobei die optische Markierungseinrichtung aufweist:
eine erste Einheit mit einer einzigen Lichtquelle und einer Computereinrichtung, um die Funktion der Lichtquelle zu steuern, wobei die erste Einheit nahe der Anzeigevorrichtung ortsfest angeordnet ist und die Computereinrichtung mit dem Cursor-Steuerschaltkreis verbunden ist;
eine zweite Einheit die bewegbar innerhalb des Raumes voraesehen ist, wobei der Raum einen Bereich enthält, der durch eine im wesentlichen konische Form bestimmt ist, wobei sich der Bereich von dem Anzeigebildschirm über eine Entfernung entlang einer Achse erstreckt, die im wesentlichen senkrecht zum Anzeigebildschirm verläuft, wobei die zweite Einheit eine Lichtdetektoreinrichtung enthält, um von der Lichtquelle ausgestrahltes Licht zu erfassen, und um in Reaktion dazu Lichtdetektorausgangssignale zu erzeugen, die der Winkel-, Dreh- und/oder Translationsbeziehung zwischen der Lichtquelle und der Lichtdetektoreinrichtung entsprechen, wobei die Lichtdetektoreinrichtung eine lichtempfindliche Fläche und eine Ausrichtungsachse hat, die im wesentlichen senkrecht zu der lichtempfindlichen Fläche verläuft, wobei alle Winkel-, Dreh- und/oder Translationsbeziehungs-Messungen in Reaktion auf das Empfangen von Licht mittels der Lichtdetektoreinrichtung erfolgen;
Lichtübertragungseinrichtungen, um ausschließlich Lichtsignale, die den Lichtdetektorausgangssignalen entsprechen, zu der Computereinrichtung zu übertragen, wobei die Computereinrichtung Einrichtungen enthält, um Lichtsignale zu empfangen und um in Reaktion dazu den Cursor-Steuerschaltkreis zu aktivieren, um den Cursor entsprechend der Lichtsignale auf dem Anzeigebildschirm zu bewegen;
wobei die optische Markierungseinrichtung funktionsfähig ist, um den Cursor an im wesentlichen jede Stelle auf dem Anzeigebildschirm in Reaktion auf die Translationsbewegung und/oder die Rotationsbewegung der Lichtdetektoreinrichtung irgendwo innerhalb des Bereiches zu bewegen.
Vorzugsweise ist eine aktive dynamische Verstärkungssteuereinrichtung vorgesehen, die dazu ausgestaltet ist, um Signale zu empfangen, die eine relative Entfernung zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit angeben, und um in Reaktion dazu die Intensität des Lichts einzustellen, das von der Lichtquelle der ersten Einheit ausgestrahlt wird.
Vorzugsweise weist die zweite Einheit eine weitere Computereinrichtung auf;
ist eine Übertragungsvorrichtung in der zweiten Einheit vorgesehen, die eine weitere Lichtquelle umfaßt, die durch die weitere Computereinrichtung gesteuert wird, um Lichtsignale zu übertragen, die den Lichtdetektorausgangssignalen zur Computereinrichtung entsprechen;
die erste Einheit außerdem eine weitere Lichtdetektoreinrichtung umfaßt, die mit der Computereinrichtung verbunden ist, um die Lichtsignale von der weiteren Lichtquelle zu empfangen, diese Computereinrichtung der ersten Einheit diese Lichtsignale empfängt und in Reaktion dazu die Cursor-Steuerschaltung aktiviert, um den Cursor auf dem Anzeigebildschirm entsprechend der Lichtsignale zu bewegen.
Die vorliegende Einrichtung schließt die folgenden miteinander zusammenhängenden Aspekte und Merkmale ein:
a) In einem ersten Aspekt der vorliegenden Einrichtung kann die erfinderische Einrichtung aus einer Kamera mit einer Linse und einem Detektor bestehen, die am Kopf des Benutzers angebracht und mit dem Mikrocomputer durch eine Schnurverbindung gekoppelt ist. Der Mikrocomputer ist mit einem Treiber verbunden, der ausgelegt ist, um das Treiben einer LED mit dem Mikrocomduter zu steuern, der ebenfalls mit der Cursor-Steuerschaltung einer Anzeigevorrichtung verbunden ist, so daß die Bewegungen der Kamera in Bezug auf die unbewegliche LED zu elektrischen Signalen führen wird, die bezogen auf die Richtung, in die der Benutzer auf die Anzeige zeigt, erzeugt werden, um dadurch zu bewirken, daß der Cursor der Anzeige in eine entsprechende Position bewegt wird.
b) In einem weiteren Aspekt kann das oben im Absatz a) beschriebene Ausführungsbeispiel modifiziert werden, indem die Verbindung zwischen Kamera und Computer schnurlos gemacht wird. Das wird gewährleistet durch die Bereitstellung einer zweiten LED in der Nähe der Kamera, die mit einer Frequenz überträgt, die unterschiedlich ist zur Frequenz der Übertragung der ersten erwähnten LED, wobei ein Lichtdetektor dem Mikrocomputer benachbart angeordnet ist, um eine Datenverbindung zu erzeugen, die eine Verbindungsmöglichkeit von zu übertragenden und zu empfangenden Signalen zuläßt, die sich auf die Position der Kamera gegenüber der unbeweglichen LED beziehen, was zu Bewegungen des Cursors führt wie es oben beschrieben wurde.
c) In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Einrichtung kann das erfinderische System verwendet werden, um reine Rotationen zu messen. Zur weiteren Erläuterung wird eine solche Rotation dazu führen, wenn die Kamera zum Mittelpunkt des Anzeigebildschirmes ausgerichtet angeordnet ist und der Kopf des Benutzers um eine Achse gedreht wird, die senkrecht zu einer Linie liegt, die direkt zum Mittelpunkt des Bildschirmes verläuft, daß die Kamera auf einen unterschiedlichen Bereich des Anzeigebildschirmes zeigen wird. Solche Rotationen können leicht durch die technische Lehre der vorliegenden Einrichtung gemessen werden und werden zu Bewegungen des Cursors an eine passende Stelle führen, wo die Kamera auf den Anzeigebildschirm zeigt.
d) In einem weiteren Aspekt kann die vorliegende Einrichtung verwendet werden, um lediglich die linearen Translationsbewegungen der Kamera zu messen, wenn diese zum Beispiel am Kopf des Benutzers angebracht ist. In dieser Hinsicht können derartige Translationsbewegungen, falls die Kamera dem Mittelpunkt des Anzeigebildschirmes zugewandt ist und mit einer gedachten Linie fluchtet, die sich von der Kamera direkt zum Mittelpunkt des Anzeigebildschirmes erstreckt, wenn die Kamera anschließend linear nach oben, nach unten oder zu der einen oder der anderen Seite oder in jede andere Richtung linear bewegt wird, leicht gemessen werden durch eine Bewegung der Position des LED-Strahls auf den Positionsmeßdetektor der Kamera. Derartige Translationsbewegungen werden zu Bewegungen des Cursors auf dem Anzeigebildschirm führen.
e) Die Ausführung der vorliegenden Erfindung, in der nur ein einziger Positionsmeßdetektor und eine einzige Lichtquelle erforderlich sind, ermöglicht einen extrem breiten Arbeitsbereich. Wogegen typische, optisch zugrundegelegte Übertragungssysteme im Stand der Technik einen kleinen Arbeitsbereich von fast zwei oder drei Quadratmetern erfordern, kann die vorliegende Einrichtung innerhalb eines Arbeitsbereiches von bis zu zehn Metern Entfernung und 180 Grad Drehung verwendet werden. Darüber hinaus kann der Grad der Drehung der Kamera, der erforderlich ist, um Cursorbewegungen zu bewirken, nur durch Einstellung der Brennweite zwischen der Linse und dem Detektor eingestellt werden. Je länger die Brennweite ist, umso geringer sind die Grade der Drehung, die erforderlich sind, um Cursorbewegungen zu bewirken.
f) Wie im vorstehenden angemerkt wurde, besteht die eine Verwendung für die technische Lehre der vorliegenden Erfindung darin, eine Fernsehgerätanzeige mit einem Menü vorzusehen, das unterschiedliche Bereiche aufweist, auf die der Cursor durch Bewegungen einer am Kopf eines Benutzers befestigten Kamera gerichtet werden kann. Eine ähnliche Anwendung besteht darin, einen Computer mit einer Menüanzeige bereitzustellen, die unterschiedliche Bereiche aufweist, auf die ein Cursor durch Bewegungen der am Kopf des Benutzers befestigten Kamera gerichtet werden kann.
g) In einem weiteren Aspekt kann die erfinderische Einrichtung eine aktive dynamische Verstärkungssteuerung vorsehen. In dieser Hinsicht kann das System Einrichtungen zum Messen der Intensität des von der Datenübertragungs-LED am Lichtdetektor empfangenen Lichtes für den Fall enthalten, wenn eine drahtlose Verbindung zwischen der Kamera und dem Mikrocomputer verwendet wird. Die Intensität des empfangenen Lichtes ist proportional dem Abstand zwischen Fernsteuereinheit und feststehender Einheit, und diese Proportionalität kann zur Steuerung der Intensität des von der Positions-LED übertragenen Lichtes verwendet werden, um genaue Übertragungen zwischen der Positions-LED und der Kamera sowie dem Positionsmeßdetektor zu gewährleisten.
h) In einem weiteren Aspekt kann in den Ausführungsbeispielen, in denen eine drahtlose Übertragungsverbindung genutzt wird, die Positions-LED verwendet werden, um Daten zum Kamerateil der Einrichtung zu übertragen. In dieser Hinsicht können Datenübertragungsimpulse gesendet werden durch einfache Handhabung der Software des Mikrocomputers, wobei die Impulse als Impulse am Positionsmeßdetektor im Kamerateil empfangen werden können. Eine wechselseitige Übertragungsverbindung erhöht die Genauigkeit des Systems der vorliegenden Einrichtung.
i) Falls es erwünscht ist, können optische Filter vor dem Kamerateil der Erfindung verwendet werden, um unerwünschtes Licht auszufiltern. Darüber hinaus kann eine Treibersoftware zum Steuern des Cursors vorgesehen werden, die das Positionieren des Cursors in einer speziellen Position auf dem Bildschirm für eine vorbestimmte Zeitdauer ermöglicht, was in gewisser Hinsicht eher zu einer Bedienung der Anzeigevorrichtung führt, als zu einer Forderung zum Drücken eines Knopfes, wenn sich der Cursor an der gewünschten Position befindet.
Im Grunde genommen ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte optische Markierungseinrichtung bereitzustellen.
Wir werden eine optische Markierungseinrichtung entweder mit einer Schnurverbindung zwischen Detektor und Computer oder einer schnurlosen Verbindung dazwischen beschreiben.
Wir werden eine verbesserte optische Markierungseinrichtung, in der nur eine einzige Lichtquelle und ein einziger Detektor erforderlich sind, beschreiben.
Wir werden eine Vorrichtung, die nicht nur Rotationsbewegungen sondern auch Translationsbewegungen der Kamera erfassen kann, beschreiben.
Wie werden eine Vorrichtung, die in einem weit größeren Raum verwendet werden kann als es mit Vorrichtungen im Stand der Technik möglich ist, beschreiben.
Wir werden eine Vorrichtung, die sowohl eine aktive dynamische Verstärkungssteuerung, eine wechselseitige Übertragungsverbindung als auch eine Treibersoftware zur Steuerung des Cursors aufweist, beschreiben.
Diese und andere Aufgaben, die Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele besser verständlich, wenn sie in Verbindung mit den angefügten Zeichnungsfiguren gelesen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines veranschaulichenden Beispiels;
Fig. 2 die schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3, 4 und 5 schematische Darstellungen, die die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung zeigen, Rotationsbewegungen der Kamera zu erfassen;
Fig. 6, 7 und 8 schematische Darstellungen, die die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung zeigen, Translationsbewegungen der Kamera zu erfassen;
Fig. 9 die Fähigkeit der Erfindung, in einem großen Raum zu funktionieren;
Fig. 10, 11 und 12 schematische Darstellungen, die die Wirkung zeigen, welche die Einstellungen der Brennweite des Detektors auf die Größe der Rotation des Detektors haben, die zum Messen durch das System notwendig ist;
Fig. 13 und 14, die schematische Darstellungen veranschaulichen, welche die Fähigkeit des Systems zeigen, sowohl Rotationsbewegungen als auch Translationsbewegungen des Detektors zu messen;
Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Anwendung eines Beispiels, das der schematischen Darstellung der Fig. 1 entspricht;
Fig. 16 eine schematische Darstellung einer Anwendung der vorliegenden Erfindung, die der schematischen Darstellung von Fig. 2 entspricht;
Fig. 17 eine schematische Darstellung der in Fig. 2 und 16 gezeigten Erfindung, die das Konzept einer aktiven dynamischen Verstärkungssteuerung enthält;
Fig. 18 eine schematische Darstellung eines Software-Menüs, das verwendet werden kann, um den Cursor in den verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu steuern;
Fig. 19, 20 und 21, Figuren, die jeweils den Fig. 4, 5 und 6 des US-Patentes Nr. 4,576,481 entsprechen.
Fig. 22 und 23, Figuren, die jeweils den Fig. 17 und 18 der Druckschrift US-A-4, 823,170 entsprechen.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein erstes Beispiel einer verbesserten optischen Markierungsvorrichtung im allgemeinen durch das Bezugszeichen 1 angegeben, und es ist ersichtlich, daß sie eine feststehende Einheit mit einem Mikrocomputer 5 enthält, der einen Treiber 7 zum Aufleuchten einer lichtemittierenden Diode 9 steuert. Eine Stromversorgung 11 versorgt den Mikrocomputer mit Strom, der ebenfalls mit dem Cursor-Steuerschaltkreis 13 einer dazugehörigen, allgemein beim Bezugszeichen 15 angegebenen Anzeigevorrichtung, beispielsweise eines Fernsehgerätes oder der Kathodenstrahlröhre eines Computers, gekoppelt ist.
Die Vorrichtung 1 enthält außerdem eine, im allgemeinen beim Bezugszeichen 17 angegebene bewegbare Einheit, die eine Kamera 19 mit einer Linse 21, eine längliche Röhre 23 und einen Detektor 25 umfaßt, der sich an einem Ende der Röhre 23 gegenüber dem Ende befindet, an welchem die Linse 21 angeordnet ist. Wie im folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann der Detektor 25 falls gewünscht, vom Typ sein, der in den Fig. 4, 5 und 6 des US-Patentes Nr. 4,76,81 veranschaulicht ist. Der Detektor 25 weist Ausgänge auf, die im allgemeinen durch das Bezugszeichen 27 in Fig. 1 dargestellt sind, die den Detektor 25 mit den Operationsverstärkern 29 verbinden, welche die Signale verstärken, sie in proportionale Spannungen umwandeln und dann zum Mikrocomputer 5 in der feststehenden Einheit 3 über eine Schnur 31 und einen Analog/Digital-Wandler 16 transportieren. Ein Wahldruckschalter 33 kann in der bewegbaren Einheit 17 vorgesehen werden, um deren Aktivierung und Deaktivierung zu steuern.
Fig. 15 zeigt das Beispiel einer Anwendung des Beispiels von Fig. 1. Bedeutend ist die Stelle der LED 9 und des Treibers 7 in einem einzigen Gehäuse 8, das auf der Oberseite der Anzeigevorrichtung 15 angeordnet ist. Die bewegbare Einheit 17 kann auf einem bewegbaren Objekt angebracht sein, wie zum Beipsiel der Hand des Benutzers mit einer Linse 21 der Kamera 19, die der allgemeinen Richtung der LED 9 zugewandt ist.
Bei der aktivierten Einrichtung steuert der Mikrocomputer 5 den Treiber 7, um zu bewirken&sub1; daß die LED 9 in einem vorbestimmten Muster Impulse aussendet. In Abhängigkeit von der speziellen Orientierung der bewegbaren Einheit 17 gegenüber der lichtemittierenden Diode 9 wird durch die Linse 21 ein Lichtstrahl auf den Positionsmeßdetektor 25 auf einer besonderen Stelle fokussiert, wobei diese besondere Stelle bewirkt, daß Ströme an dem Positionsmeßdetektor 25 entwickelt werden, die in entsprechende Spannungen umgewandelt und durch die Operationsverstärker 29 über die Schnurverbindung 31 und den Analog/Digital-Wandler 16 zum Mikrocomputer 5 übertragen werden. Auf der Grundlage dieser gemessenen und umgewandelten Signale bewirkt der Mikrocomputer 5 eine Aktivierung des Cursor-Steuerschaltkreises 13 der Vorrichtung 15, um zu bewirken, daß sich der Cursor 14 in eine Position in Ausrichtung mit der Orientierungsrichtung der Röhre 23 bewegt.
Um die Funktion des Positionsmeßdetektors 25 und aller anderen in dieser Patentanmeldung offenbarten Positionsmeßdetektoren besser zu verstehen, wird Bezug auf die Fig. 19, 20 und 21 genommen, die den Fig. 4, 5 und 6 im US-Patent Nr. 4,576,481 entsprechen. Die Erläuterung der Funktion des hier offenbarten Positionsmeßdetektors (PSD) 20 wird hiermit wie folgt wiedergegeben:
Der PSD 20 nutzt eine hochempfindliche ebene PIN-Fotodiode aus Silizium mit gleichförmigen Schichten, die an deren Oberseite und Unterseite ausgebildet sind. Wenn ein Lichtpunkt auf dem aktiven Bereich des PSD fokussiert wird, werden am fokussierten Lichtpunkt in dessen Verarmungszone Elektronenlochpaare erzeugt. Dadurch werden in beiden Widerstandsschichten 190, 192 an jeder der vier Elektroden, den X-Achsen-Elektroden 201, 202 sowie den Y-Achsen-Elektroden 211, 212, Ausgangsströme erzeugt. Die zu den Elektroden 201, 202 fließenden Ströme werden durch die obere Widerstandsschicht 190 zusammengeführt, wogegen die Ströme zu den Elektroden 211, 212 durch die Widerstandsschicht 192 zusammengeführt werden. Diese Ströme werden im Verhältnis zu dem Widerstand zwischen dem fokussierten Lichtpunkt und der speziellen Elektrode geteilt, wobei ein solcher Widerstand proportional ist zum Abstand von der Elektrode zum Lichtpunkt. Die Summe der Ströme von den X-Achsen-Elektroden 201, 202 ist proportional der Intensität des Lichtpunktes, der die Summe der Ströme von den Y- Achsen-Elektroden 211, 212 ist.
Die Differenz zwischen den Strömen von den zwei X-Achsen-Elektroden I 202 bis I 201 ist proportional der Intensität des Lichtpunktes ebenso wie die Entfernung des Lichtpuktes zur Null- Linie 221 (Fig. 20), die sich in der Mitte zwischen den X-Achsen-Elektroden 201, 202 befindet. Wenn sich der Lichtpunkt direkt in der Mitte auf der Linie 221 befände, würden die beiden Ströme I 202 und I 201 gleich sein. I 202 ist größer als I 201, wenn sich der Lichtpunkt näher an der Elektrode 202 befindet; und I 201 ist größer als I 202, wenn sich der Lichtpunkt näher an der Elektrode 201 befindet. Ähnlich ist die Differenz zwischen den Strömen von den beiden Y-Achsen-Elektroden 211, 212 proportional der Intensität des Lichtpunktes und der Entfernung des Lichtpunktes zur Null-Linie 222 (Fig. 21)
Der Ausgangsstrom von jeder der Elektroden wird zu einem entsprechenden Übertragungsimpedanz-Vorverstärker 201', 202', 211', 212' geführt, der eine verstärkung erzeugt und den Strom in eine proportionale Spannung umwandelt:
V 201' entsprechend X-Elektrode 201;
V 202' entsprechend X-Elektrode 202;
V 211' entsprechend Y-Elektrode 211;
V 212' entsprechend Y-Elektrode 212.
Das Teilen der Differenzen zwischen den Spannungen durch die Summe der Spannungen für die X-Elektrode und Y-Elektrode wird eine Zahl ergeben, die nur zur Entfernung des Lichtpunktes von der entsprechenden Null-Linie 221 oder 222 proportional ist. Somit ist: proportional
In jeder Gleichung wird das Ergebnis abhängig davon, auf welcher Seite der Null-Linien 221, 222 der Lichtpunkt angeordnet ist, positiv oder negativ sein. Während die Stelle der Null-Linien elektronisch eingestellt werden kann, sind in den bevorzugten Ausführungsbeispielen solche Einstellungen nicht vorgenommen.
Von den Vorverstärkern 201', 202', 211', 212' werden Vorspannungen verwendet, aber nur zum Eichen des Nullpunktes 222, um sich genau in der Mitte der Fotodiode zu befinden.
Die Intensität des Lichtpunktes ist proportional der Entfernung zwischen dem jeweiligen PSD und der jeweiligen Rückstrahlungseinrichtung, wobei jedoch Ungenauigkeiten von Natur anhaften, wenn eine solche Intensität durch Summierung der Spannungen des Vorverstärkers gemessen wird. An sich wird in den bevorzugten Ausführungsbeispielen das Summationsverfahren nicht verwendet.
-Im Grunde genommen soll die Funktion sowohl des in den Fig. 1 und 15 dargestellten Positionsmeßdetektors 25 als auch aller anderen in dieser Patentanmeldung offenbarten Positionsmeßdetektoren verständlich werden.
Es wird jetzt Bezug auf Fig. 2 genommen, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Markierungseinrichtung dargestellt ist. Da die Fig. 2 verschiedene Ausführungsformen in Übereinstimung mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 enthält, wird auf gleiche Elemente durch gleiche, mit Strich versehene, Bezugszeichen verwiesen.
Die in Fig. 2 ersichtliche Einrichtung 40 enthält eine feststehende Einheit 41 und eine bewegbare Einheit 48. Die feststehende Einheit 41 ist ausgelegt, um an einer Anzeigevorrichtung 15' wie beispielsweise einem Fernsehgerät oder einer Kathodenstrahlröhre einer Computereinrichtung angebracht zu werden.
Die feststehende Einheit 41 enthält ein Gehäuse, in welchem ein Treiber 7' und eine erste LED 9' enthalten sind. Ein Mikrocomputer 5' steuert sowohl die Funktion des Treibers 7' als auch die Funktion des Cursor-Steuerschaltkreises 13' der Anzeigevorrichtung 15'. Eine Stromversorgung 11' stellt für den Mikrocomputer 5' Strom bereit. Die feststehende Einheit 41 enthält außerdem einen mit dem Mikrocomputer 5' durch einen Analog/Digital-Wandler 16' und einen Puffer 45 verbundenen Lichtdetektor 43.
Mit weiterem Bezug auf Fig. 2 ist ersichtlich, daß die bewegbare Einheit 48 eine Kamera 19' mit einer Linse 21', eine längliche Röhre 23' und einen Positionsmeßdetektor 25' enthält, die durch eine Schnurverbindung 27' mit den Operationsverstärkern 29' verbunden ist. Die Operationsverstärker 29' verstärken die über die Schnurverbindung 27' aufgenommenen Ströme und wandeln sie in proportionale Spannungen um, wie es aus der obigen Erörterung der Fig. 19, 20 und 21 verständlich sein sollte, wobei die Operationsverstärker diese verstärkten Signale über einen Analog/- Digital-Wandler 49 dem Mikrocomputer 51 zuführen. Der Mikrocomputer 51 wird durch eine Batterie 53 mit Strom versorgt, um es der Einheit 48 zu ermöglichen, in Wirklichkeit tragbar zu sein. Der Mikrocomputer 51 steuert die Funktion des Treibers 55, um eine zweite lichtemittierende Diode 57 regelbar zu steuern.
Ein Beispiel einer Anwendung des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 ist in Fig. 16 veranschaulicht, in welchem das die LED 9' und den Treiber 7' enthaltende Gehäuse 47 auf der Oberseite der Anzeigevorrichtung 15' befestigt ist, wobei der Lichtdetektor 43 im Abstand davon angebracht ist. Bei Betrieb der Vorrichtung 40 steuert der Mikrocomputer 5, den Treiber 7', um zu bewirken, daß die erste LED 9' in vorbestimmter Weise aufleuchtet. Bewegungen der bewegbaren Einheit 48 bewirken, daß der Lichtstrahl von der ersten LED 9' auf die Oberfläche des Positionsmeßdetektors 25' in einer Weise fokussiert wird, die der Beziehung zwischen der Ausrichtung der Röhre (23) und der feststehenden Position der ersten LED 9' entspricht.
Die Signale vom Positionsmeßdetektor 25' werden über die Verbindung 27', die Operationsverstärker 29' und den Analog/Digital- Wandler 49 zum Mikrocomputer 51 transportiert, der den Treiber 55 steuert, um zu bewirken, daß die zweite LED 57 Impulse in vorbestimmter Weise abgibt, um Signale zu transportieren, die die proportionalen Spannungen angeben, die durch den Positionsmeßdetektor 25' zum Lichtdetektor 43 in der feststehenden Einheit 41 ausgegeben wurden. Diese Signale werden über den Puffer 45 und den Analog/Digital-Wandler 16' zum Mikrocomputer 5'transportiert, der diese Signale empfängt, und in Reaktion dazu eine geeignete Funktion des Cursor-Steuerschaltkreises 13' bewirkt, um den Cursor 14' in eine mit der Position der Röhre 23' fluchtende Position zu bewegen.
Zur weiteren Erläuterung des in den Fig. 2 und 16 veranschaulichten Ausführungsbeispiels sollte verständlich werden, daß zwischen der feststehenden Einheit 41 und der bewegbaren Einheit 48 eine wechselseitige Übertragung besteht. Insbesondere steuert der Mikrocomputer 51 in der bewegbaren Einheit 48 eine erste Übertragungsverbindung, nämlich von der bewegbaren Einheit 48 zur feststehenden Einheit 41. Das Software-Programm im Mikrocomputer 51 steuert die Übertragung von impulsförmigem Infrarotlicht aus der zweiten LED 57. Diese Infrarotlicht-Impulse werden auf dem Lichtdetektor 43 in der feststehenden Einheit empfangen und in elektrische Impulse umgewandelt, die dann über einen Puffer 45 in einen digitalen Eingangsanschluß im Mikrocomputer 5' geführt werden.
Das Computerprogramm des Mikrocomputers 5' wird die empfangenen Impulse gemäß Digitalisierung einlesen und geeignete Funktionen in Reaktion dazu benutzen, die die Funktion des Treibers 7' und die Übertragung von Signalen zum Cursor-Steuerschaltkreis 13' betreffen. Der Mikrocomputer 5' steuert, was als eine zweite Übertragungsverbindung bezeichnet werden könnte, nämlich von der feststehenden Einheit 41 zur bewegbaren Einheit 48. Das Software-Programm des Mikrocomputers 5' steuert die Übertragung der Information als impulsförmiges Infrarotlicht, das aus der ersten LED 9' ausgestrahlt wird. Diese Infrarotlicht-Impulse werden am Positionsmeßdetektor 25' in der bewegbaren Einheit 48 empfangen, und die sich ergebenden, mit Bezug auf die Fig. 19, 20 und 21 im vorstehenden, beschriebenen Ströme von den vier Anschlußstücken im Positionsmeßdetektor 25' werden in den Operationsverstärkern 29' in Spannungen umgewandelt. Eine dieser Spannungen wird in den digitalen Eingangsanschluß des Mikrocomputers 51 geführt, und das Programm des Mikrocomputers 51 wird die ankommenden Daten verarbeiten, davon Informationen ableiten und passende Funktionen benutzen.
Zur weiteren Erörterung des in Fig. 2 und 16 veranschaulichten Ausführungsbeispiels wird jetzt die Art und Weise der Programmierung des Systems 40 beschrieben. Insbesondere wenn der Auswahldruckschalter 33' nach unten festgehalten wird, bewirkt das Software-Programm in der bewegbaren Einheit 48, daß die vom Positionsmeßdetektor 25' infolge des Umgebungslichts empfangenen Ströme in den Operationsverstärkern 29' in Spannungen umgewandelt werden und anschließend als Digitalzahlen über den Analog/ Digital-Wandler 49 in den Mikrocomputer eingelesen werden. Diese Zahlen werden dann von der zweiten LED 57 als Infrarotlicht-Impulse gesendet, die im Lichtdetektor 43 empfangen werden und danach in elektrische Signale umgewandelt und über einen digitalen Eingangsanschluß in den Mikrocomputer 5' eingegeben werden. Diese Signale werden im Mikrocomputer 5' gespeichert, so daß sie später verwendet werden können, um in späteren Berechnungen das Umgebungslicht zu kompensieren.
Danach bewirkt das Software-Programm im Mikrocomputer 5', daß der Treiber 7' die erste LED 9' steuert, um einen kurzen Infrarotlicht-Impuls zu übertragen, der am Positionsmeßdetektor 25' empfangen wird. Die sich ergebenden vier Ströme von den vier elektrischen Anschlußstücken am Positionsmeßdetektor 25' (Fig. 19 bis 21) werden dann in Spannungen umgewandelt und über den Analog/Digital-Wandler 49 als Digitalzahlen in den Mikrocomputer 51 eingelesen. Das Software-Programm in der bewegbaren Einheit 48 wird dann die Digitalzahlen als Infrarotlicht-Impulse von der zweiten LED 57 zum Lichtdetektor 43 übertragen, worauf sie in den Mikrocomputer 5' eingegeben werden. Der Mikrocomputer 5' subtrahiert von jeder Digitalzahl eine der Kompensation für Umgebungslicht entsprechende Zahl, die den zuvor durchgeführten Messungen des Umgebungslichtes zugrundegelegt ist.
Anschließend wird eine der Position des über die Linse 21' auf die aktive Oberfläche des Positionsmeßdetektors 25' fokussierten Lichtes zugrundegelegte Zielachsenbestimmung vorgenommen, und der Mikrocomputer 5' wird zum Regeln des Cursor-Steuerschaltkreises 13' aktiviert, um zu bewirken, daß der Cursor 14' in eine zu der Orientierungsrichtung der länglichen Röhre 23' ausgerichtete Position bewegt wird.
Wenn der Wahlschalter 33' freigegeben ist, unterbricht das System den Betrieb. Darüber hinaus sind die Software-Programme maschinenlesbar gesteuert, und es sollte verständlich sein, daß das System mit dem als Leitcomputer dienenden Mikrocomputer 5' und mit dem als Nebencomputer dienenden Mikrocomputer in der bewegbaren Einheit 48 arbeitet.
Mit Bezug zurück auf die Fig. 1 und 15, ist das darauf bezogene, beschriebene System 1 in einer Weise programmiert, die dem Programmieren des in den Fig. 2 und 16 veranschaulichten Systems 40 ähnlich ist. In dieser Hinsicht wird beim Herunterdrücken des Wahlschalters 33 das Software-Programm im Mikrocomputer 5 das Umgebungslicht in der gleichen Art und Weise kompensieren, wie es mit der Vorrichtung 40 der Fall ist, indem die vier von dem Positionsmeßdetektor 25 empfangenen Ströme gemessen werden, die sich auf die Intensität des Umgebungslichts beziehen, die Signale in Digitalsignale umgewandelt werden und diese in den Speicher des Mikrocomputers 5 zur st.teren Verwendung eingegeben werden, um sie von Messungen zu subtrahieren, die empfangen werden, wenn die LED 9 in Betrieb ist. Es wird eine Zielachsenp bestimmung in der Art und Weise vorgenommen, wie es mit Bezug auf die Vorrichtung 40 erfolgt ist.
In jeder der Vorrichtungen 1 und 40 weist der Mikrocomputer in der feststehenden Einheit 5 oder 5' je nachdem ein Software- Programm auf, das die Funktion des Cursor-Steuerschaltkreises 13, 13' jeweils steuert. Dieses Software-Programm hält jederzeit die Spur der Position des Cursors 14, 14' auf der Anzeige der Vorrichtung 15, 15' und vergleicht die Position des auf den aktiven Bereich des Positionsmeßdetektors 25, 25' ankommenden Lichtpunktes, und bewegt den Cursor 14, 14' in Reaktion auf die Differenzen zwischen diesen jeweiligen Bedingungen in die gleiche Position auf dem Monitor.
Wenn der Lichtpunkt im aktiven Bereich des Positionsmeßdetektors 25, 25' zentral darauf angeordnet ist, dann wird der Cursor in der Mitte des Anzeigebildschirmes angeordnet. Folglich wird die Software, wenn sich der Lichtpunkt in dem aktiven Bereich des Positionsmeßdetektors 25, 25' auf der linken Seite davon befindet, die Cursor-Steuerung 13, 13' regeln, um den Cursor 14, 14' auf die linke Seite des Monitorbildschirmes zu bewegen. Somit wird ein Eins-zu-Eins-Verhältnis zwischen der Position des auf den aktiven Bereich des Positionsmeßdetektors 25, 25' einfallenden Lichtpunktes und der Position des Cursors 14, 14' auf dem Anzeigebildschirm beibehalten. Selbst wenn die Anordnung des aktiven Bereiches des Positionsmeßdetektors 25, 25' zur spezifischen Form des Anzeigebildschirmes etwas unterschiedlich ist, werden diese Differenzen in die Software einprogrammiert, so daß die Proportionalität aufrechterhalten wird. Das Software-Programmm kennt die bestehende Position des Cursors 14, 14' auf dem Anzeigebildschirm und ist in der Lage, die neue Position des Cursors darauf zu berechnen und dem Cursor-Steuerschaltkreis die passenden Signale bereitzustellen, um eine Bewegung des Cursors 14, 14' in eine neue Position, die der Position des Lichtpunktes auf dem aktiven Bereich des Positionsmeßdetektors 25, 25' entspricht, zu erleichtern.
Im Beispiel von Fig. 1 und im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 kann die Intensität des Lichtpunktes im aktiven Bereich des Positionsmeßdetektors, wie im vorstehenden mit Bezug auf die Fig. 19 bis 21 erläutert, gemessen werden. Diese Intensitätsmessung kann bei Gebrauch benutzt werden, um den Cursor 14, 14' an einer speziellen Stelle des Anzeigebildschirms, zum Beispiel in dessen oberer, links befindlichen Ecke anzuordnen, falls die Intensität des einfallenden Lichtpunktes geringer ist als eine vorbestimmte Höhe. Dies kann in das System einbezogen werden, um den Aspekt einer Rückkopplung für den Benutzer des Systems bereitzustellen, um ihn wissen zu lassen, wann die bewegbare Einheit 17, 48 von der entsprechenden feststehenden Einheit 3, 41 zu weit weg ist, um es den entsprechenden Vorrichtungen zu ermöglichen, wirksam zu arbeiten. Wenn die Messung der Intensität einen Ablesewert ergibt, der höher ist als die vorbestimmte Höhe, wird eine Bestimmung der Normalposition und eine Cursorbewegung nur stattfinden, um entweder durch die Bewegung des Wahlschalters 33, 33' in die Aus-Position oder eine Bewegung der bewegbaren Einheit 17 oder 48 in eine von der entsprechenden feststehenden Einheit 3, 41 zu weit entfernte Position unterbrochen zu werden, um eine möglichst genaue Messung wiederzugeben.
Mit Bezug jetzt auf Fig. 3, 4 und 5 wird die Art und Weise der Funktion der erfinderischen Vorrichtungen zum Messen reiner Rotationsbewegungen erläutert.
Jede der Figuren stellt eine Kamera 19 dar, die eine längliche Röhre 23 mit der an ihrem einen Ende befindlichen Linse 21 und dem an ihrem anderen Ende befindlichen Positionsmeßdetektor 25 aufweist. Natürlich ist die Kamera 19' im Aufbau identisch mit der Kamera 19, und an sich ist die Analyse der Fig. 3, 4 und 5 ebenso wie die der Fig. 6 bis 14 für jede Kamera die gleiche.
Fig. 3 zeigt die Kamera 19, die zur Mitte des Anzeigebildschirmes (nicht dargestellt) in einem Winkel e ausgerichtet ist, der gleich 0 ist mit Bezug auf eine Linie senkrecht zum Anzeigebildschirm. Mit der in dieser Position dargestellten LED wird sich der Cursor 14 im Mittelpunkt des Bildschirmes befinden.
Fig. 4 zeigt die Kamera 19, die gegenüber ihrer in Fig. 3 dargestellten Position auf einen Winkel Θ relativ zu der oben beschriebenen Achse gedreht ist. Bei einer solchen Ausrichtung der Kamera 19 wird der Cursor an der Unterseite des Anzeigebildschirmes angeordnet sein.
Fig. 5 zeigt die Kamera 19, die in entgegengesetzter Richtung auf einen Winkel Θ relativ zu der oben beschriebenen Achse gedreht ist. In dieser Position wird der Cursor an der Oberseite des Anzeigebildschirmes angeordnet sein. Auf ähnliche Art und Weise werden Rotationsbewegungen auf der linken und rechten Seite in die Zeichnungsebene hinein und aus ihr heraus hinsichtlich der Fig. ähnliche entsprechende Translationsbewegungen des Cursors auf dem Anzeigebildschirm ergeben. Somit ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung dem Benutzer ermöglicht, den Kopf in Drehbewegungen ohne Translationsbewegungen zu bewegen, um zu bewirken, daß sich der Cursor auf dem Anzeigebildschirm bewegt.
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen, wie die erfinderischen Einrichtungen eine reine Translationsbewegung ohne Rotation messen kann. Somit entspricht die Fig. 6 der Fig. 3 dadurch, daß die Kamera zu der Achse ausgerichtet ist, die sich senkrecht von der Oberfläche des Anzeigebildschirms erstreckt. In einer solchen Position wird sich der Cursor im Mittelpunkt des Bildschirmes befinden.
Fig. 7 stellt die in eine Position -X gegenüber der zuvor erwähnten Achse umgesetzte Kamera dar, wobei deren Achse parallel dazu verläuft. In dieser gemäß der Fig. veranschaulichten Position bewirkt die Linie a wie sie direkt von der LED zum Positionsmeßdetektor der Kamera durch die Linse 21 fokussiert wird, daß der Strahl auf den aktiven Bereich des Positionsmeßdetektors 25 auf einem tieferliegenden Teil davon fokussiert wird, womit bewirkt wird, daß sich der Cursor in einer tieferliegenden Position auf dem Anzeigebildschirm bewegt.
Fig. 8 zeigt die nach oben, eine Entfernung +X von der zuvor erwähnten Achse umgesetzte Kamera, während die Längsachse der Kamera parallel dazu verläuft. In dieser Position wird der Strahl von der LED, der durch den Bezugsbuchstaben b in Fig. 8 bezeichnet ist, durch die Linse 21 aui einen oberen Bereich der aktiven Fläche des Positionsmeßdetektors 25 fokussiert, womit bewirkt wird, daß der Cursor in einen oberen Bereich des Anzeigebildschirms bewegt wird. Natürlich würden die gleichen Ergebnisse durch Translationsbewegungen der Kamera in Y-Richtung in die Zeichnungsebene hinein und aus dieser heraus hinsichtlich der Fig. 6 bis 8 ohne Rotationen entstehen. Diese Bewegungen würden Bewegungen des Cursors links und rechts auf dem Anzeigebildschirm ergeben.
Es soll aus der Erörterung der Fig. 3 bis 8 verständlich sein, daß Kombinationen von Rotations- und Translationsbewegungen zu entsprechenden vorhersagbaren Bewegungen des Cursors auf dem Anzeigebildschirm mit dem Ergebnis führen, daß der Cursor in die Position bewegt wird, wo die Kamera markiert, ohne Rücksicht darauf, ob Translations- oder Rotationsbewegungen oder beides stattgefunden haben.
Experimente haben gezeigt, daß infolge der Fähigkeit des Systems, Translations-, Rotationsbewegungen und Kombinationen davon zu messen, ein äußerst breiter Arbeitsbereich genutzt werden kann. Fig. 9 zeigt einen Arbeitsbereich mit einem Radius von zehn Metern und einem Winkel von 50 Grad um alle Seiten der oben erwähnten Achse senkrecht zur Oberfläche der Anzeige. Damit ist die in Fig. 9 veranschaulichte Arbeitsfläche etwas konisch, aber mit einer teilweise kugelförmigen Basis, die in Fig. 9 durch den Bezugsbuchstaben c bezeichnet ist.
Mit weiterem Bezug auf Fig. 9 sind die Vorzeichen plus und minus fünf Grad neben jeder gezeigten Kameraposition dargestellt. Dies soll bedeuten, daß Rotations- oder Translationsbewegungen einer Kamera von mehr als fünf Grad bewirken werden daß sich der Cursor auf Basis der Brennweite der Kamera gemäß Fig. 9 bewegt.
Mit weiterem Bezug auf die Fig. 10, 11 und 12 ist ersichtlich, daß man durch Änderung der Brennweite einer Kamera durch das Variieren der Länge ihrer Röhre 23, den Betrag der Winkelbewegung der Kamera verändern kann, was erforderlich ist, um eine Bewegung des Cursors zu bewirken. Somit ist im Vergleich der Fig. 11, 12 und 13 ersichtlich, daß, je länger die Brennweite ist, desto geringer der Winkel wird, der notwendig ist, um eine Bewegung des Cursors zu bewirken. Damit hat die lange Brennweite der Kamera in Fig. 10 zu der Forderung geführt, daß Winkelbewegungen von mehr als fünf Grad notwendig sind, um eine Bewegung des Cursors zu bewirken. Die kürzere Brennweite der Röhre 23 in Fig. 11 wird als mittlere Brennweite bezeichnet und führt zur Notwendigkeit einer Winkelbewegung von plus und minus 15 Grad, um eine Bewegung des Cursors zu bewirken. Schließlich ergibt die kürzeste Brennweite der in Fig. 12 dargestellten Röhre 23 den größten Betrag einer Winkelbewegung der Kamera, die erforderlich ist, um eine Bewegung des Cursors zu bewirken, nämlich plus und minus 30 Grad. Somit kann durch eine Einstellung der Brennweite der Röhre 23 der Kamera 19, der Grad, bis zu dem die Kamera gedreht oder translatorisch bewegt werden muß, um eine Bewegung des Cursors zu bewirken, eingestellt werden, um die Einrichtung in Abhängigkeit von der Größe des Raumes, der ausgenutzt werden soll, zu optimieren.
Wie im vorstehenden mit Bezug auf die Fig. 3 bis 8 beschrieben, sind die erfinderischen Systeme empfindlich sowohl gegenüber Rotationsbewegungen als auch Translationsbewegungen der Kamera oder deren Kombinationen. Das wird weiter betont mit Bezug auf die Fig. 13 und 14. Wie in Fig. 13 dargestellt, ist jedes System einer translatorischen Bewegung gegenüber empfindlicher, wenn sich die bewegbare Einheit näher an der feststehenden Einheit befindet, als wenn sie mehr voneinander getrennt sind. Wie im vorstehenden bezüglich der Fig. 10, 11 und 12 erläutert, je kürzer die Brennweite ist, (desto größer sind Rotationswinkel und/oder Translationsentfernungen), desto geringer ist der Einfluß der Translation; und das System wird mehr eine rotationsempfindliche Vorrichtung. Das ist ebenfalls in der Fig. 14 veranschaulicht.
Mit Bezug auf Fig. 18 kann ein Tastaturmenü auf dem Bildschirm 60 vorgesehen sein, um das Auswählen verschiedener Betriebsmöglichkeiten zuzulassen, die dann durch die Einstellung der vorprogrammierten Software angenommen werden können. Damit kann eine solche Tastatur benutzt werden, um den notwendigen Drehwinkel und/oder Transiationsentfernung in Richtung nach links und rechts wie auch nach oben und unten oder Kombinationen davon einzustellen. Es ist durch eine Einrichtung wie etwa das Tastaturmenü 60 ebenfalls möglich, die Größe der Zeit einzustellen, in welcher der Cursor in einer vorbestimmten Position eine vorbestimmte Zeit beibehalten werden muß, um Computerfunktionen zu bewirken, die zum Beispiel etwa das Einschalten von Modi ergeben, die der Beibehaltung des Cursors über einen Modus-Änderungsbereich der Anzeige zugrundegelegt sind.
Ein derartiges charakteristisches Merkmal ermöglicht die Anwendung des Zeit/Position-Schaltens von ausgewählten Einzelheiten anstelle der Forderung nach einem tatsächlichen Drücken eines Wahlschalters während sich der Cursor an einer gewünschten Stelle befindet. In einem solchen Fall würde der Benutzer nur den ausgewählten Block oder Bereich auf dem Anzeigebildschirm in der vorgewählten Zeit markieren müssen, anstelle eines in der Software zu simulierenden Tastenklicks. Natürlich könnte auch ein Entscheidungsschalter vorgesehen werden.
Wie im vorstehenden kurz erörtert, kann die vorliegende Erfindung mit einer dynamischen Verstärkungssteuerung versehen sein, die der im US-Patent Nr. 4,823,170 offenbarten fast ähnlich ist. In dieser Hinsicht entsprechen die Fig. 22 und 23 hier jeweils den Fig. 17 und 18 der oben erwähnten, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Die Beschreibung der Funktion aus der gleichzeitig anhängigen Anmeldung wird nachstehend nochmals wiedergegeben, wobei die Nummern der Abbildungen zu ihren Identifizierungsnummern umgeordnet sind, wie es hier wie folgt erläutert wird:
Das in Fig. 22 dargestellte Ablaufdiagramm zeigt die Art und Weise, wie die Verstärkung der vorliegenden Erfindung erhöht oder verringert ist als Reaktion auf das Messen der Stelle des Cursors an einer äußersten Kante des Bildschirmes. Wenn zum Beispiel XS größer als XMAX ist, dann wird die Verstärkung verringert, falls die Verstärkung verringert ist, bis sie GMinimum erreicht hat, dann ist zu viel empfangenes Licht vorhanden, und dies zeigt an, daß mit dem System etwas nicht in Ordnung ist. Vielleicht spielt jemand mit der Linse, legt etwas zu nahe an die Linse, oder vielleicht fällt extremes Sonnenlicht oder künstliches Licht direkt in die Linse. Bei jedem dieser Umstände wird ein Fehler-Flag aktiviert, und der Cursor kann sich kreisförmig in der Mitte des Bildschirmes bewegen, bis das Problem korrigiert ist. Ein ähnliches Ergebnis wird erzielt, wenn YS größer wird als YMAX. Weiterhin wird ein ähnliches Ergebnis erzielt, wenn YMin kleiner als Y0 und XMin kleiner als X0 wird.
Die im Plan der Verstärkungsrückkopplung verwendete spezifische Schaltung ist in Fig. 23 ersichtlich. Der gesamte Schaltkreis ist im allgemeinen durch das Bezugszeichen 110 bezeichnet, und es wird weiterer Bezug auf Fig. 2 der gleichzeitig anhängigen Anmeldung genommen, welche die Art und Weise der Verbindung des Schaltkreises 110 in dessen Mikroprozessor in analoger Weise zur Art der Kopplung hier darstellt. Ein Vergleich der Fig. 2 der gleichzeitig anhängigen Anmeldung und der Fig. 23 hier, soll klarmachen, daß die Art und Weise der Verbindung des Schaltkreises 110 mit dem Mikroprozessor 53 der gleichzeitig anhängigen Anmeldung über die Anschlüsse PC0, PC1 und PC2 des Mikroprozessors 53 und die entsprechenden elektrischen Drähte 52, 54 und 55 besteht. Die Verstärkungs-Rückkopplungsschaltung 110 gemäß Fig. 23 ist ausgelegt, um den Lichtausgang der in Fig. 23 als lichtemittierende Dioden dargestellten Lichtquellen 15 zu steuern. Eine solche Steuerung wird durch eine Regelung des durch die Lichtquellen 15 hindurchfließenden Stroms gewährleistet.
Gemäß Fig. 23 enthält der Schaltkreis 110 drei Unterschaltkreise, die miteinander parallel geschaltet sind und in Fig. 23 jeweils mit den Bezugszeichen A, B und C bezeichnet sind. Jeder dieser Unterschaltkreise enthält entsprechende Widerstände 113, 115, 117, 119 und 121. Jeder der Unterschaltkreise enthält außerdem Transistoren 123 und 125. In einem Beispiel eines Schaltkreises, der entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, kann jeder der Widerstände 113 einen Wert von 4,7 kΩ, jeder der Widerstände 115 einen Widerstand von 10 kΩ, jeder der Widerstände 117 einen Widerstand von 470 Ω und jeder der Widerstände 119 einen Widerstand von 100 Ω aufweisen. Im gleichen Beispiel kann der Widerstand 121 des Unterschaltkreises A einen Widerstand von 10 Ω, der Widerstand 121 des Unterschaltkreises B einen Widerstand von 5 Ω und der Widerstand 121 des Unterschaltkreises C einen Widerstand von 1 Ω aufweisen. Dem Fachmann sollte klar werden, daß es mit zumindest einem der Unterschaltkreise A, B oder C, die jeweils durch die Steueranschlüsse PC0, PC1 oder PC2 aktiviert werden, sieben mögliche Kombinationen von Stromniveaus gibt, die durch den Schaltkreis 110 hindurchfließen können, um dadurch sieben mögliche Niveaus von Lichtquellen 15 bereitzustellen. Tabelle 1 stellt den Widerstand des Schaltkreises dar, der dem Schaltkreisstrom umgekehrt proportional ist für Aktivierungen der verschiedenen Kombinationen der Anschlüsse PC0, PC1 und PC2, wobei 0 einen ausgeschalteten Zustand und 1 einen eingeschalteten Zustand anzeigt. Tabelle 1
Bei Betrieb der in Fig. 23 dargestellten Verstärkungs-Rückkopplungsschaltung aktiviert der Mikroprozessor 53 die Schaltkreise 110 und 111 aufeinanderfolgend, so daß das Licht emittiert wird und auf den horizontalen und vertikalen Lagen des Positionsmeßdetektors 13 auftrifft. Der Mikroprozessor empfängt vom Analog/ Digital-Wandler 49 die geeigneten Signale, und eines der Dinge, die der Mikroprozessor mißt, ist die Intensität des auf die Schichten 27 und 29 des Positionsmeßdetektors 13 auftreffenden Lichtes. Wie es durch das in Fig. 22 dargestellte Ablaufdiagramm erläutert wird, ist der in Fig. 23 dargestellte Schaltkreis brauchbar, um zu bestimmen, ob der Zielstrahl des Benutzers vom Anzeigebildschirm weg gerichtet ist oder ob es eine Fehlfunktion im System gibt.
Zur weiteren Erläuterung der Ausführungsform der aktiven dynamischen Verstärkungssteuerung mißt das System die Intensität des von der Datenübertragungs-LED der bewegbaren Einheit empfangenen Lichtes wie es durch den Lichtdetektor der feststehenden Einheit empfangen wird. Diese Lichtintensität ist proportional der Entfernung zwischen der feststehenden Einheit und der bewegbaren Einheit, und eine grobe Bereichsmessung, die infolgedessen genutzt werden kann, kann verwendet werden, um die Intensität des Lichtes zu steuern, das von der ersten LED übertragen wird, die in der ersten feststehenden Einheit angeordnet ist. Eine aktive dynamische Verstärkungssteuerung hat den Vorteil der wechselseitigen Übertragung, die dem in Fig. 2 und 16 veranschaulichten System innewohnt. Tatsächlich ist im System von Fig. 2 und 16 eine aktive dynamische Verstärkungssteuerung wirksamer als es in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung angesichts der hier offenbarten wechselseitigen Übertragung ist. Wie es dem Fachmann verständlich sein sollte, ergibt eine dynamische Verstärkungssteuerung einen besseren Störabstand und erzeugt dadurch eine bessere Auflösung und Genauigkeit. Durch die Verwendung einer dynamischen Verstärkungssteuerung kann die Intensität des empfangenen Lichtpunktes praktisch jederzeit konstant gehalten werden.
Mit dem oben umschriebenen Abschnitt aus der gleichzeitig annangigen Patentanmeldung, die erläutert worden ist, sollte verständlich werden, daß ungeachtet der Tatsache, daß die vorliegende Erfindung keine Rückstrahlungseinrichtung verwendet, die Verwendung einer dynamische Verstärkungssteuerung in der vorliegenden Erfindung gerade so möglich ist. Durch die Anwendung dieses Konzeptes einer dynamischen Verstärkungssteuerung gegenüber der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung, zum Beispiel im Ausführungsbeispiel von Fig. 1, kann der Mikrocomputer 5 mit der oben beschriebenen Technik der dynamischen Verstärkungssteuerung programmiert werden, so daß durch den Treiber 7 bewirkt werden kann, die LED 9 mit einem der sieben Pegel, die in der obigen Tabelle angezeigt sind, zum Leuchten zu bringen. Wenn die LED 9 derart aktiviert ist, wird durch die Linse 21 und die längliche Röhre 23 ein Lichtstrahl auf den aktiven Bereich des Detektors 25 fokussiert. Dann empfängt der Mikrocomputer 5 über die Verbindung 27, den Operationsverstärker 29, die Verbindung 31 und den Analog/ Digital-Wandler 16 Signale, die nicht nur die Position des Lichtstrahls auf dem aktiven Bereich des Positionsmeßdetektors 25 sondern auch die Intensität des Lichtes angeben, das auf die aktiven Bereiche des Positionsmeßdetektors 25 auftrifft. Auf diese Weise ist es durch den in Fig. 23 veranschaulichten Schaltkreis möglich, eine fast konstante Intensität des Lichtes am PSD und dadurch einen verbesserten Störabstand beizubehalten. Der Benutzer kann bestimmen, ob sein Zielstrahl vom Anzeigebildschirm 15 weg gerichtet ist oder ob es eine Fehlfunktion im System gibt.
Die technische Lehre der vorliegenden Erfindung kann in vielen verschiedenen Bereichen der Technik angewandt werden. Zum Beispiel könnte die technische Lehre der vorliegenden Erfindung in einem Flugsimulator verwendet werden, wobei die Richtung, in die ein Pilot schaut, verwendet werden kann, um verschiedene, sich ergebende Veränderungen in der simulierten Landschaft, einen Alarmzustand oder andere Aspekte zu bewirken. Darüber hinaus kann im Fall des in Fig. 2 und 16 veranschaulichten Ausführungsbeispiels insbesondere die bewegbare Einheit mit einer Batterie versehen werden, die entweder wiederaufladbar ist oder eine Solarzellenfläche enthält.
Ein wichtiges Umfeld der in Erwägung gezogenen Verwendung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liegt auf dem Gebiet von Fernsehgeräten und Video-Cassetten-Recordern. In dieser Hinsicht ist bekannt, daß solche Einrichtungen Menü-Betriebsarten enthalten, die auf dem Anzeigebildschirm des Fernsehgerätes angezeigt und durch eine Fernsteuerungseinrichtung, die eine Infrarot-Verbindung verwendet, gehandhabt werden können, um das Vorprogrammieren einer Aufzeichnung auf dem Band eines Video-Cassetten-Recorders, eine Programmüberwachung und dergleichen zu bewirken. Die vorliegende Erfindung ist ideal in einem derartigen Umfeld der Verwendung, da entweder durch das Schalten über eine vorbestimmte Zeitdauer oder durch Verwendung eines Druckknopfes Zugang zu unterschiedlichen Betriebsarten erreicht werden kann, nachdem der Cursor auf dem Anzeigebildschirm in den gewünschten Bereich oder Stelle bewegt wird, indem der Kopf oder ein anderer Körperteil des Benutzers, an dem die Kameraeinheit befestigt ist, bewegt wird.
Weiterhin kann in dieser Hinsicht das in Fig. 2 und 16 veranschaulichte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, nämlich die drahtlose Einheit, in ein normales Infrarot-Steuerungssystem einbezogen werden. Das wird es ermöglichen, bestimmte Elemente gemeinsam zu benutzen und wird deshalb zu einer Kostenreduzierung führen. In der erfindungsgemäßen Fernsteuerungseinheit von Fig. 2 und 16 bestehen die folgenden Einzelheiten bereits in einer normalen Infrarot-Steuereinrichtung:
Mikroprozessor, Treiber, zweite LED und Batterie. Viele Druckknöpfe gibt es in den gewöhnlichen Infrarot-Fernsteuerungseinrichtungen, die durch einen Schaltmechanismus verwendet werden können, um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu aktivieren.
Darüber hinaus bestehen in Fernsehgeräten, die eine Infrarot- Steuereinrichtung nutzen, die folgenden Einzelheiten bereits im Gehäuse dieses Fernsehgerätes:
Lichtdetektor, Puffer, Mikrocomputer, Stromversorgung und der Cursor-Steuerschaltkreis. Daraus sollte verständlich werden, daß die vorliegende Erfindung leicht anpaßbar ist auf bestehende Fernsehgeräte durch geringe Modifizierungen daran entsprechend der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung.
Im Grunde genommen ist eine Erfindung in den Begriffen ihres bevorzugten Ausführungsbeispiels offenbart worden, das jede und jede einzelne der Aufgaben der Erfindung erfüllt, wie sie im vorstehenden erläutert wurden, und eine neue und verbesserte optische Markierungseinrichtung mit großer Nützlichkeit bereitstellt.
Natürlich können verschiedene Veränderungen, Modifizierungen und Abänderungen in der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung durch den Fachmann innerhalb des Umfanges der vorliegenden Patentansprüche in Erwägung gezogen werden. An sich ist es beabsichtigt, daß der vorliegenden Erfindung nur durch die Begriffe der angefügten Patentansprüche Grenzen gesetzt sind.

Claims

1. Optische Markierungseinrichtung, die zur Verwendung innerhalb eines vorgeschriebenen Raumes bestimmt und dazu ausgestaltet ist, mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelt zu sein, die einen Anzeigebildschirm (15'), einen Cursor (14'), der bewegbar auf dem Anzeigebildschirm angezeigt wird, und einen Cursor-Steuerschaltkreis hat, der die Position des Cursors auf dem Anzeigebildschirm steuert, wobei die optische Markierungs einrichtung aufweist:

eine erste Einheit (5', 9') mit einer einzigen Lichtquelle (9'), wobei die erste Einheit nahe der Anzeigevorrichtung ortsfest angeordnet ist;

eine Computereinrichtung (5'), die mit dem Cursor- Steuerschaltkreis verbunden ist;

eine zweite Einheit (48), die bewegbar innerhalb des Raumes vorgesehen ist, wobei der Raum einen Bereich enthält, der durch eine im wesentlichen konische Form bestimmt ist, wobei sich der Bereich von dem Anzeigebildschirm über eine begrenzte Entfernung entlang einer Achse erstreckt, die im wesentlichen senkrecht zu dem Anzeigebildschirm verläuft, wobei die zweite Einheit eine Lichtdetektoreinrichtung (21', 23', 25') enthält, um von der Lichtquelle ausgestrahltes Licht zu erfassen und um in Reaktion dazu Lichtdetektorausgangssignale zu erzeugen, die der Winkel-, Dreh- und/oder Translationsbeziehung zwischen der Lichtquelle und der Lichtdetektoreinrichtung entsprechen, wobei die Lichtdetektoreinrichtung eine lichtempfindliche Fläche und eine Ausrichtungsachse hat, die im wesentlichen senkrecht zu der lichtempfindlichen Fläche verläuft, wobei alle Winkel-, Dreh- und/oder Translationsbeziehungs-Messungen in Reaktion auf das Empfangen von Licht mittels der Lichtdetektoreinrichtung erfolgen;

wobei die Vorrichtung betrieben werden kann, um den Cursor in Reaktion auf die Transiations- und/oder Drehbewegungen der Lichtdetektoreinrichtung irgendwo innerhalb dieses Bereiches im wesentlichen an jede Stelle auf dem Anzeigebildschirm zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die computereinrichtung (5') dazu ausgestaltet ist, den Betrieb der Lichtquelle zu steuern, und in der ersten Einheit enthalten ist; und das Lichtübertragungseinrichtungen (51, 53, 55, 57) ausschließlich dazu vorgesehen sind, um Lichtsignale, die den Lichtdetektorausgangssignalen entsprechen, zu der Computereinrichtung zu übertragen, wobei die Computereinrichtung Einrichtungen (43) enthält, um Lichtsignale zu empfangen und um in Reaktion dazu den Cursor- Steuerschaltkreis zu aktivieren, um den Cursor entsprechend der Lichtsignale auf dem Anzeigebildschirm zu bewegen.

2. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei eine aktive dynamische Verstärkungssteuerungseinrichtung (110) vorgesehen ist, die dazu ausgestaltet ist, um Signale zu empfangen, die eine relative Entfernung zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit angeben, und um in Reaktion dazu die Intensität des Lichts einzustellen, das von der Lichtquelle der ersten Einheit ausgestrahlt wird.

3. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, die außerdem einen Operationsverstärker (29') aufweist, der zwischen der Lichtdetektoreinrichtung und der Cornputereinrichtung vorgesehen ist, um die Lichtdetektorausgangssignale zu verstärken und um sie in proportionale Spannungen umzuwandeln.

4. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle über der Anzeige und die Computereinrichtung an einer separaten Stelle benachbart zu der Anzeigevorrichtung angeordnet sind.

5. Optischer Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die optische Markierungseinrichtung zu ihrer Aktivierung und Deaktivierung einen Betätigungsschalter (33') hat.

6. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 51 bei der der Betätigungsschalter an der zweiten Einheit vorgesehen ist.

7. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle eine lichtemittierende Diode (9') und einen damit verbundenen Treiber enthält, der durch die Computereinrichtung gesteuert wird.

8. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, die außerdem einen Analog/Digital-Wandler (16) enthält, der zwischen der Lichtdetektoreinrichtung und der Computereinrichtung vorgesehen ist, um der Computereinrichtung digitale Signale zu liefern, die den Signalen entsprechen.

9. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtdetektoreinrichtung eine längliche, die Ausrichtungsachse umgebende Röhre (23'), eine Linse (21') an einem vorderen Ende der Röhre und eine lichtempfindliche Fläche (25') an einem hinteren Ende der Röhre aufweist.

10. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die zweite Einheit mit der Hand eines Benutzers der Vorrichtung gehalten werden kann.

11. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der sich der Bereich van der Lichtquelle mit einem Divergenzwinkel von zumindest 180º und über eine Entfernung von 10 m konisch nach außen erstreckt.

12. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtdetektoreinrichtung der zweiten Einheit in Reaktion auf die Intensität des von der Lichtdetektoreinrichtung der zweiten Einheit empfangenen Lichtes die Signale erzeugt, die der relativen Entfernung zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit entsprechen.

13. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Einheit außerdem eine weitere Lichtdetektoreinrichtung (43) und die Übertragungseinrichtung eine Lichtquelle (57) hat, um Lichtsignale zu der Lichtdetektoreinrichtung der ersten Einheit zu übertragen, wobei die Lichtdetektoreinrichtung der ersten Einheit in Reaktion auf die Intensität des von der Lichtdetektoreinrichtung der ersten Einheit empfangenen Lichtes die Signale erzeugt, die der relativen Entfernung zwischen der ersten Einheit und der zweiten Einheit entsprechen.

14. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der

die zweite Einheit eine weitere Computereinrichtung (51) enthält;

in der zweiten Einheit eine Übertragungseinrichtung vorgesehen ist, die eine weitere Lichtquelle (57) hat, die mittels der weiteren Computereinrichtung gesteuert wird, um Lichtsignale, die den Lichtdetektorausgangssignalen entsprechen, zu der Computereinrichtung zu übertragen;

die erste Einheit außerdem eine weitere Lichtdetektoreinrichtung (43) aufweist, die mit der Computereinrichtung verbunden ist, um Lichtsignale von der weiteren Lichtquelle zu empfangen, wobei die Computereinrichtung der ersten Einheit diese Lichtsignale empfängt und in Reaktion dazu den Cursor-Steuerschaltkreis aktiviert, um den Cursor entsprechend der Lichtsignale auf dem Anzeigebildschirm zu bewegen.

15. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 14, bei der die Übertragungseinrichtung außerdem einen Puffer (45) und einen Analog/Digital-Wandler (16) enthält, der zwischen der weiteren Lichtdetektoreinrichtung und der Computereinrichtung angeordnet ist.

16. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 14, bei der die zweite Einheit in einer Fernsteuerungs-Einheit der Anzeigevorrichtung enthalten ist, wobei die weitere Lichtquelle und die weitere Lichtdetektoreinrichtung zusammenwirken, um eine Infrarotlicht-Datenverbindung zu bilden.

17. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 16, bei der die Anzeigevorrichtung ein Fernsehgerät umfaßt.

18. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 14, bei der die aktive dynamische Verstärkungssteuerungseinrichtung vorgesehen ist, um die Intensität des Lichtes zu messen, das von der weiteren Lichtdetektoreinrichtung empfangen wird, und um in Reaktion dazu die Intensität des Lichtes einzustellen, das von der erstgenannten Lichtquelle ausgestrahlt wird.

19. Optische Markierungseinrichtung nach Anspruch 14, bei der die Computereinrichtung und die weitere Computereinrichtung über die Lichtquelle und die Lichtdetektoreinrichtung einerseits und über die weitere Lichtquelle und die weitere Lichtdetektoreinrichtung andererseits miteinander in Verbindung stehen.

20. Optische Narkierungseinrichtung nach Anspruch 17, bei der ein Video-Cassetten-Recorder mit dem Fernsehgerät verbunden ist.