DE69318210T2

DE69318210T2 - Positionskodierersystem

Info

Publication number: DE69318210T2
Application number: DE69318210T
Authority: DE
Inventors: Michael D Derocher; Steven L Fogle; Timothy J Jondrow; Robert B E Puckette
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1993-03-11
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-03-12
Also published as: KR930020249A; KR100297069B1; US5428355A; EP0567215B1; EP0567215A1; CA2077851A1; KR100304086B1; JPH0612178A; DE69318210D1; TW298637B; KR930020254A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Positionscodierersystem gerichtet, das als Eingabegerrt für einen Computer verwendet wird.

HINTERGRUNDINFORMATIONEN

Computertastaturen sind oft mit anderen Typen von Eingabegeräten ausgestattet. Bestimmte dieser zusätzlichen Eingabegeräte, wie z. B. Trackballs oder Mäuse, umfassen Komponenten, die von dem Benutzer bewegt werden. Codierervorrichtungen erfassen eine Bewegung der bewegbaren Komponenten und liefern dem Computer digitale Informationen, die für eine Bewegung des Trackballs oder der Maus repräsentativ sind. Diese Informationen werden typischerweise von dem Computer zum Steuern der Bewegung eines Cursors oder Zeigers auf einem Computeranzeigebildschirm verwendet.
Eine Maus ist durch ein flexibles Kabel mit einem Computer verbunden. In der Maus befindet sich eine Kugel, die entlang einer Oberfläche neben dem Computer gerollt wird. Die Verwendung einer Maus mit einem tragbaren kompakten Computer vom "Notebook"-Typ ist nicht zweckmäßig, da die Maus als separate Komponente transportiert werden muß. Der Benutzer muß die Maus jedesmal anbringen, wenn der Computer verwendet wird, und derselbe muß dieselbe jedesmal abmachen, wenn die Benutzung beendet ist.
Bestimmte Eingabegeräte, wie z. B. Trackballs, können in tragbare Computer eingebaut werden. Eingebaute Geräte sind in der Nähe der Computertastatur befestigt, wobei die bewegbare Komponente bezüglich der oberen Oberfläche der Tastatur vorsteht. Derart an der Tastatur befestigte Geräte erfordern notwendigerweise einen Tastaturoberflächenplatz, wobei diese Anforderung üblicherweise im Gegensatz zu Entwurfszielen steht, die versuchen, die Tastaturgröße zu minimieren, um den Computer so kompakt als möglich herzustellen.
Unabhängig davon, ob eine herkömmliche Maus oder ein eingebautes Eingabegerät verwendet wird, ist es wünschenswert, den Leistungsverbrauch solcher Geräte zu minimieren, derart, daß die Lebensdauer einer Batterie eines tragbaren Computers maximiert werden kann.
Die US-A-5049863 offenbart einen Computer, der eine Tasteneingabeeinheit mit sowohl Cursortasten als auch einer Mausvorrichtung, eine Tastatur mit einem Halteabschnitt zum entfembaren Halten der Tasteneingabeeinheit und einen Verbinder aufweist, welcher die Tasteneingabeeinheit und die Tastatur auf elektrische Art und Weise miteinander verbindet, wenn die Tasteneingabeeinheit in dem Halteabschnitt der Tastatur gehalten wird. Der Computer umfaßt ferner eine Signalübertragungseinrichtung, die ein Signal von der Tasteneingabeeinheit zu der Tastatur überträgt, wenn die Tasteneingabeeinheit von dem Halteabschnitt der Tastatur entfernt wird. Die Signalübertragungseinrichtung besteht aus einem lichtemittierenden Abschnitt und einem lichtempfangenden Abschnitt. Der lichtemittierende Abschnitt ist für die Tasteneingabeeinheit vorgesehen und wandelt ein Signal, das von der Tasteneingabeeinheit eingegeben worden ist, in ein optisches Signal um, und emittiert dieses optische Signal. Der lichtempfangende Abschnitt ist für die Tastatur vorgesehen, und derselbe empfängt das optische Signal, das von dem lichtemittierenden Abschnitt emittiert worden ist, und wandelt das optische Signal in ein elektrisches Signal um. Durch den lichtemittierenden Abschnitt und den lichtempfangenden Abschnitt wird ein Signal, das von der Tasteneingabeeinheit eingegeben worden ist, zu der Tastatur übertragen.
Merkmale der Erfindung sind durch Ansprüche 1 bzw. 17 definiert.
Das Positionscodierersystem erfordert keinen Tastaturoberflächenbereich. Das System umfaßt einen Handgriff, der innerhalb des Computers gelagert werden kann, wenn er nicht verwendet wird, und der neben dem Computer erstreckt werden kann, um als Eingabegerät verwendet zu werden. Die Bewegung des Handgriffs kann durch ein Hochauf lösungserfassungssystem erfaßt werden, das relativ wenig Leistung verbraucht.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines kompakten Computers vom Notebook-Typ, der das Positionscodierersystem der vorliegenden Erfindung umfaßt.
Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Handgriffteils des vorliegenden Systems.
Fig. 3 ist eine Draufsicht einer Verbindung zum Verbinden des Handgriffs und des Computers, wobei die Verbindung vor dem Zusammenbau dargestellt ist.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht der Verbindung entlang einer Linie 4-4 von Fig. 3.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht der Verbindung entlang einer Linie 5-5 in Fig. 3.
Fig. 6 ist eine Ansicht von unten der Verbindung.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die das Staufach zeigt, in dem der Handgriff verstaut ist.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie 8-8 von Fig. 1.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie 9-9 von Fig. 8.
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht des Handgriffs, wobei Vorrichtungen zum Verriegeln des Handgriffs innerhalb des Staufachs gezeigt sind.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie 11-11 von Fig. 10, wobei eine Vorrichtung zum Auswerfen des Handgriffs aus dem Staufach gezeigt ist.
Fig. 12 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Erfassungskomponenten des vorliegenden Systems.
Fig. 13 ist eine Ansicht von oben im Teilschnitt der Verbindung, die in einer Trägerkomponente der Erfassungskomponenten sitzt.
Fig. 14 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang einer Linie 14-14 von Fig. 13.
Fig. 14A ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linien 14A-14A von Fig. 13.
Fig. 15 ist eine Draufsicht des Handgriffs und der Erfassungskomponenten der vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 ist eine Seitenansicht im Teilquerschnitt des Handgriffs und der Erfassungskomponenten.
Fig. 17 ist eine Ansicht entlang einer Linie 17-17 von Fig. 12, wobei die Unterseite einer Erfassungskomponente gezeigt ist.
Fig. 18 ist eine Ansicht entlang einer Linie 18-18 von Fig. 16, wobei die Unterseite einer weiteren Erfassungskomponente gezeigt ist.
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm des Erfassungssystems der vorliegenden Erfindung.
Fig. 20 ist eine vergrößerte Detailansicht eines Abschnitts des Erfassungssystems.
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm eines Analogschaltungsabschnitts des Erfassungssystems.
Fig. 22 ist ein Blockdiagramm eines Phasenverfolgerschaltungsabschnitts des Erfassungssystems.
Fig. 23 ist ein Flußdiagramm eines Initialisierungsverfahrens eines Softwaretreibers für das Erfassungs system.
Fig. 24 ist ein Flußdiagramm eines Abbildungsverfahrens des Softwaretreibers.
Fig. 25 ist ein Flußdiagramm eines Desensibilisierungsverfahrens des Softwaretreibers.

BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein Positionscodierersystem, das als Eingabegerät für einen tragbaren Computer verwendet wird. Das System umfaßt einen bewegbaren Handgriff 30, der über eine Verbindung 34 mit einem Computer 32 verbunden ist. Fig. 1 zeigt den Handgriff 30 in einer herausgezogenen Position. Das Computergehäuse 36 umfaßt ein Staufach 38, in das der Handgriff 30 eingeführt und verstaut werden kann, wenn er nicht verwendet wird.
Immer wenn ein Auswurfknopf 44 von dem Benutzer gedrückt wird, wird der Handgriff 30 aus dem Staufach 38 für eine Manipulation durch den Benutzer ausgeworfen.
Eine Bewegung des Handgriffs 30 wird durch ein Erfassungssystem erfaßt, welches die Bewegung des Handgriffs 30 codiert und dem Computer 32 digitale Informationen liefert, die für die Position des Handgriffs repräsentativ sind. Diese Informationen werden dem Benutzer für herkömmliche Anwendungen, wie z. B. das Steuern der Bewegung eines Cursors oder Zeigers auf dem Computeranzeigebildschirm, verfügbar gemacht.
Im nachfolgenden soll zuerst auf die Einzelheiten der Handgriffvorrichtungen eingegangen werden, die dem Positionscodierersystem zugeordnet sind. Bezugnehmend nun auf die Fig. 1 bis 6 kann der Computer 32 einer einer Vielzahl von Typen sein, wie z. B. vom Notebook-Typ, welcher in Fig. 1 gezeigt ist. Der Computer 32 ist kompakt und tragbar und kann durch eine Batterie mit Leistung versorgt werden. Das Gehäuse 36 des Computers ist durch ein Oberteil 42 gekennzeichnet, das scharniermäßig an einer Basis 44 befestigt ist. Die Oberseite 42 umfaßt einen Anzeigebildschirm 46. Die Basis 44 weist an sich befestigt eine Tastatur 48 auf, die als das Haupteingabegerät für den Computer dient. Der Mikroprozessor und die Speicherkomponenten, die für den Computer 32 benötigt werden, sind in der Basis 44 vorhanden.
Die Verbindung 34 ist angeschlossen, um sich mit dem Handgriff 30 zu bewegen. Das vorliegende System bestimmt eine Bewegung des Handgriffs 30 durch Erfassen der entsprechenden Bewegung der Verbindung 34, während sich die Verbindung relativ zu Erfassungskomponenten bewegt, die innerhalb der Basis 44 enthalten sind, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Wie es am besten in Fig. 2 zu sehen ist, umfaßt der Handgriff einen im wesentlichen flachen Kunststoffknopf 50, der von oben betrachtet allgemein rechteckig ist. Der Handgriff ist derart dimensioniert, daß die untere Oberfläche 52 des Knopfs 50 im allgemeinen koplanar zu der unteren Oberfläche 53 (siehe Fig. 7 und 10) der Computerbasis 44 ist.
Die untere Oberfläche 52 des Handgriffknopfs 50 umfaßt oder hat an sich angebracht ein Material mit niedriger Reibung, wie z. B. ein Material, das unter der Marke TEFLON von DuPont hergestellt wird, um es zu ermöglichen, daß der herausgefahrene Handgriff 30 ohne weiteres über der Oberseite einer Arbeitsoberfläche gleitet, die den Computer 32 trägt.
Die obere Oberfläche 54 des Handgriffknopfs 50 umfaßt einen nach oben vorstehenden Drehpfosten 56, an dem das äußere Ende 35 der Verbindung 34 drehbar angebracht ist. Der Handgriff 30 ist daher um die Pfostenmittelachse 56 drehbar.
Die Verbindung 34 (siehe Fig. 3 bis 6) umfaßt im allgemeinen ein längliches Bauglied, das aus einem spritzgegossenen Acetalkern 64 mit einer Dicke von etwa 0,56 mm gebildet ist. An der oberen Oberfläche des Kerns 64 befindet sich ein 0,051 mm dicker Polyesterfilm 65, wie z. B. der, der unter der Marke Mylar von Dupont hergestellt wird, der auf seiner oberen Oberfläche eine elektrisch leitfähige strukturierte Schicht trägt, die anschließend als die R-Mischerstruktur 58 bezeichnet wird. Die R-Mischerstruktur 58 ist gerade unter einer dünnen, undurchsichtigen Kunststoffoberschicht 60 befestigt, die an dem Film 65 anhaftet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben der Film 65 und die R-Mischerstruktur 58 eine kombinierte Dicke von etwa 53 um, während die Kunststoffoberschicht 60 eine Dicke von etwa 38 um aufweist. Die R-Mischerstruktur 58 (Fig. 3) ist als eine Mehrzahl von benachbarten Balken konfiguriert, wobei die Gestalten derselben nachfolgend detaillierter beschrieben werden. Die Bewegung dieser R-Mischerstruktur 58 (während der Benutzer den Handgriff 30 und die angebrachte Verbindung 34 bewegt) wird durch das Erfassungssystem erfaßt, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Drei benachbarte, elektrisch leitfähige Streifen 62, wie z. B. ein graphitgefülltes Polymer oder ein anderes leitfähiges Material, sind in die Unterseite des Kerns 64 geformt.
Jeder Streifen 62 erstreckt sich entlang der Länge der Verbindung 34 von dem inneren Ende 37 der Verbindung zu einer Position neben dem Mittelpunkt der Verbindung. Die leitfähigen Streifen 62 enden jeweils in Verbindung mit einer Drei- Leiter-Struktur 63 aus leitfähigem Material, wie z. B. Kupfer, wobei diese Struktur auf einem Film 67 getragen wird, der auf die Unterseite der Verbindung 34 laminiert ist. Jede Struktur 63 und der verbundene leitfähige Streifen 62 leiten Schaltzustandsinformationen zwischen Schaltern 84 auf dem Handgriff 30 und dem inneren Ende 37 der Verbindung 34.
Bezugnehmend auf Fig. 12 gleiten die drei leitfähigen Streifen 62 gegen die freien Enden 79 von Auslegerfederkontakten 78, die die Schaltzustandsinformationen zu der gedruckten Hauptschaltungsplatine des Computers 32 leiten, wie es nachfolgend eingehender beschrieben ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Breite "W" (Fig. 3) der Verbindung 34 im allgemeinen etwa 13,1 mm. Die Gesamtdicke "T" der Verbindung (Fig. 4) beträgt etwa 0,75 mm. (Es ist offensichtlich, daß die Abschnitte, die in den Fig. 4 und 5 gezeigt sind, deutlich außerhalb des Maßstabs sind, um die Positionsbeziehung der verschiedenen Verbindungsschichten, die hier beschrieben sind, deutlich darstellen zu können.) Das relativ hohe Breite-zu-Dicke-Verhältnis schafft eine Verbindung, die sich in einer Richtung senkrecht zu ihrer Breitenabmessung etwas biegen wird, die jedoch relativ unflexibel bleibt, wenn die Verbindung in einer Richtung im allgemeinen parallel zu der Breitenabmessung bewegt wird. Als Ergebnis kann die herausgezogene Verbindung 34 nach oben oder nach unten bewegt werden (in und aus der Ebene der Fig. 15), derart, daß eine solche gerichtete Kraft, die an die Verbindung angelegt ist, wie es auftreten kann, wenn der Computer 32 mit dem herausgezogenen und nicht-unterstützten Handgriff angehoben wird, die Verbindung nicht brechen wird. Ferner wird die Verbindung nicht gebogen, wenn sie seitwärts parallel zu der Ebene von Fig. 3 bewegt wird. Diese Seitwärtsbewegung der Verbindung ist die Bewegung, die erfaßt wird.
Das äußere Ende 35 der Verbindung 34 umfaßt eine Öffnung 72, durch die der Handgriffdrehpfosten 56 paßt, der oben erwähnt wurde (Fig. 2). Das äußere Ende 35 der Verbindung umfaßt ferner ein im allgemeinen längliches Verlängerungsteil 74. Das Teil 74 umfaßt eine Verlängerung der Struktur 63 und des Films 67, die an einer entsprechenden Verlängerung des Verbindungskerns 64 angebracht sind. Das Verbindungsverlängerungsteil 74 endet in einem im allgemeinen rechteckigen Schaltteil 80. Die obere Oberfläche des Schaltteils 80 (Fig. 3) umfaßt freiliegende Kontaktstrukturen 76, auf denen Schalter 84 vom Schnapp-Hauben-Typ ("Snap-Dome-Typ") befestigt sind, welche normalerweise offen sind. Leiter 82 erstrecken sich zwischen diesen Strukturen 76 und der Drei- Leiter-Struktur 63 auf der Unterseite des Schaltteils 80 (Fig. 6). Die normalerweise offenen Schalter 84 vom Schnapp-Hauben-Typ sind an den Kontakten 82 auf der oberen Oberfläche des Schaltteils 80 befestigt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zwei solche Schalter verwendet, wobei die Kontakte 82 angeordnet sind, derart, daß einer oder beide Schalter geschlossen werden können.
Der Handgriff 30 umfaßt ein oberes Gehäuse 104, das an der Handgriffunterseite 50 angebracht ist und das äußere Ende 35 der Verbindung, das Verlängerungsteil 74 und die Schalter 84 häust. Das äußere Ende 35 der Verbindung 34 erstreckt sich durch einen Schlitz 105, der in der Vorderseite und in der inneren Seitenwand des oberen Handgriffgehäuses 104 gebildet ist.
Insbesondere ist die Verbindung 75 des Verlängerungsteils 74 und des äußeren Endes 35 der Verbindung 34 die Position, an der das Verlängerungsteil 74 nach oben (Fig. 2) in eine Ausrichtung gebogen wird, die im allgemeinen senkrecht zu der Ebene der Verbindung 34 ist. Zwischen dieser Verbindung 75 und dem Schaltteil 80 ist das Verlängerungsteil 74 in eine gekrümmte Form gebogen. Das Schaltteil 80 ist an der Verlängerung 74 gebogen, derart, daß die Schalter 74 nach oben sehen, wobei die Unterseite des Schaltstücks 80 an der oberen Oberflche 54 der Handgriffunterseite 50 befestigt ist.
Der Schlitz 105 in dem Handgriffgehäuse ist dimensioniert, derart, daß sich der herausgezogene Handgriff 30 um die Achse 57 des Drehpfostens 56 zwischen einer Position, bei der die lange Mittelachse 86 des Handgriffs (Fig. 1 und Fig. 2) um etwa 70º bezüglich der langen Mittelachse 88 der Verbindung 34 gewinkelt ist (siehe Winkel 87, Fig. 1), zu einer Position drehen kann, bei der der Winkel 87 etwa 120º beträgt. Dieser drehbare herausgezogene Handgriff 30 ermöglicht es einem Benutzer, der auf den Computeranzeigebildschirm 46 sieht, den Handgriff 30 mit dem Handgelenk in einer komfortablen Position über dem gesamten Bewegungsbereich des Handgriffs 30 zu ergreifen.
Hinter (d. h. zu der unteren rechten Seite von Fig. 2) des Schaltstücks 80 ist ein Hebelblock 92 an der Handgriffunterseite 50 befestigt, an dem eine Schalthebelvorrichtung 94 befestigt ist. Die Schalthebelvorrichtung 94 umfaßt eine im allgemeinen flache, rechteckige Platte mit einem länglichen Schlitz 96, der in derselben gebildet ist, um sich von dem vorderen Ende der Platte zu einer Position in der Nähe des hinteren Endes 102 der Vorrichtung 94 zu erstrecken, wodurch zwei freitragende Hebelarme 98, 100 vorgesehen werden, die an dem hinteren Ende 102 verbunden sind. Das hintere Ende 102 ist an dem Hebelblock 92 befestigt.
Die obere Oberfläche 106 des Handgriffgehäuses 104 ist neben dem vorderen Ende des Gehäuses ausgenommen. Ein Schlitz 103 ist in der vertikalen Schulter gebildet, die sich zwischen der ausgenommenen Oberfläche und der oberen Oberfläche 106 des Handgriffgehäuses 104 erstreckt. Die freien Enden der Hebelarme 98, 100 erstrecken sich durch den Schlitz 103. Die Hebelarme 98, 100 der Schalthebelvorrichtung liegen auf den Oberseiten der Schnapp-Hauben-Schalter 84, wobei die Schalter üblicherweise in der offenen Position sind. Die freien Enden der Hebelarme 98, 100 sind um einen kurzen Abstand über der ausgenommenen Oberfläche 108 in dem Handgriffgehäuse 104 aufgehängt und mit Fingergriffeinrichtungen 110 versehen. Die Schnapp-Hauben-Schalter 84 werden geschlossen, wenn der Benutzer eine Fingergriffeinrichtung 110 drückt, wodurch der entsprechende Hebelarm 98, 100 um den Hebelblock 92 gebogen wird, um die darunterliegenden Schalter 84 zu drücken. Die ausgenommene Oberfläche 108 wirkt als Anschlag, um die nach unten gerichtete Bewegung der Hebelarme 98, 100 zu begrenzen.
Wie es oben erwähnt wurde, kann der herausgezogene Handgriff 30 zurückgezogen und innerhalb des Computergehäuses 36 verstaut werden. Bezugnehmend auf die Fig. 7 bis 10 ist das Staufach 38, das in der Basis 44 des Computergehäuses 36 gebildet ist, geformt, um im allgemeinen an die äußere Form des Handgriffs 30 angepaßt zu sein. Das Staufach 38 ist durch eine Innenwand 116 (Fig. 7) definiert, die zurückgezogen und im allgemeinen parallel zu der äußeren Wand 118 der Computergehäusebasis 44 ist. Eine vordere Wand 120, eine hintere Wand 122 und eine obere Wand 124 definieren den Restabschnitt des Staufachs 38. Das Innere des Fachs ist daher angrenzend zu einer Handgriff-Aufnahmeöffnung 126, die in der äußeren Wand 118 des Gehäuses gebildet ist.
Die Unterseite des Staufachs 38 ist im allgemeinen offen, mit Ausnahme einer vorderen Führungsrippe 128, die von der unteren Kante der Vorderwand 120 des Fachs nach hinten vorsteht, und einer hinteren Führungsrippe 130, die von der unteren Kante der hinteren Wand 122 des Fachs nach vorne vorsteht.
Eine längliche Öffnung 134 ist durch die Innenwand 116 des Staufachs gebildet. Die Verbindung 34 erstreckt sich durch die Öffnung 134. Vorzugsweise ist die Öffnung 134 etwas größer als der Querschnitt der Verbindung 34, derart, daß die Verbindung durch die Öffnung 134 immer dann gleiten kann, wenn der Handgriff 30 in einer Richtung zu oder von dem Gehäuse weg bewegt wird, und derart, daß die Verbindung etwas nach vorne und nach hinten innerhalb des Schlitzes bezüglich des Fachs gleiten kann, wenn der Handgriff nach vorne und nach hinten bewegt wird.
Immer wenn der Handgriff 30 in das Staufach 38 eingesetzt wird, paßt die vordere Führungsrippe 128 in eine entsprechend geformte längliche Kerbe 140, die in der vorderen untersten Kante des Handgriffs 30 gebildet ist (Fig. 10). Auf ähnliche Art und Weise paßt die hintere Führungsrippe 130 in eine entsprechend geformte längliche Kerbe 141, die in der hinteren untersten Kante des Handgriffs 30 gebildet ist. Demgemäß wird ein Einführen des Handgriffs 30 in das Fach 38 durch die Führungsrippen 128, 130 weich geführt, die in den zugeordneten Kerben 140, 141 aufgenommen sind.
Eine federvorgespannte Verriegelung 142 befestigt den Handgriff 30 innerhalb des Staufachs 38, wenn der Handgriff in dasselbe vollständig eingeführt ist. In dieser Hinsicht umfaßt die Verriegelungseinrichtung 142 ein im allgemeinen flaches Bein 144, das für eine nach oben und nach unten gerichtete Bewegung innerhalb einer Öffnung befestigt ist, die in der Vorderwand 120 des Staufachs 38 gebildet ist (Fig. 7 bis 10). Die nach hinten gerichtete Oberfläche 146 des Verriegelungseinrichtungsbeins 144 ist im allgemeinen koplanar zu der Oberfläche der Vorderwand 120. Ein Verriegelungszeh 148 steht in das Staufach von der Unterseite des Verriegelungsbeins 144 vor. Die Oberseite des Verriegelungsbeins 144 ist mit der Unterseite des Ausstoßknopfs 40 verbunden.
Der Ausstoßknopf 40 ist gebildet, um einen Stiel 152 (Fig. 9) zu umfassen, der sich nach unten neben und vor dem Verriegelungsbein 144 erstreckt. Der Knopfstiel 152 paßt in einen hohlen Vorsprung 154, der von dem Knopf 53 der Computergeh-usebasis 44 nach oben vorsteht. Eine Kompressionsfeder 156 ist innerhalb des hohlen Vorsprungs 154 enthalten, um den Stiel 152 des Ausstoßknopfs 40 durchgehend nach oben zu drängen, und zwar in Verbindung mit dem angebrachten Bein 154. Der Knopf 40 paßt in ein Loch in der oberen Deckwand 164 des Computergehäuses. Der Knopf 40 ist geformt, um eine Schulter 160 zu haben, die normalerweise die Unterseite 162 der oberen Gehäusewand 164 (Fig. 8) in Eingriff nimmt, bis der Knopf durch einen Benutzer gedrückt wird.
Immer wenn der Handgriff 30 in das Staufach 38 eingeführt ist, paßt der vorstehende Verriegelungszeh 148 in einen Schlitz 170, der in dein oberen Gehäuse 104 des Handgriffs gebildet ist. Wie es am besten in den Fig. 7 und 10 zu sehen ist, ist der Verriegelungszeh 148 geformt, derart, daß seine obere Oberfläche 166 nach unten und nach außen an dem Abschnitt des Zehs 148 geneigt ist, der zuerst den eingeführten Handgriff 30 in Eingriff nimmt. Der Schlitz 107 und der Verriegelungszeh 148 sind konfiguriert und angeordnet, derart, daß, wenn der Handgriff in das Staufach 38 eingeführt wird, die geneigte Oberfläche 166 des Zehs die obere Kante des Schlitzeintritts kontaktiert. Ein fortgesetztes Einführen des Handgriffs entwickelt daher eine nach unten gerichtete Kraftkomponente gegen den Verriegelungszeh 148, um die Feder 156 zusammenzudrücken, und um die Verriegelungseinrichtung 142 abzusenken, derart, daß sich der Zeh 148 durch den Schlitz 107 bewegt, während der Handgriff eingeführt wird.
Sowie sich der Handgriff 30 in die vollständig gestaute Position innerhalb des Fachs 38 bewegt (d. h. wenn die äußere Wand 170 des Handgriffs 30 koplanar zu der äußeren Wand 118 des Computers ist), bewegt sich der Verriegelungszeh 148 unter eine Ausnehmung 172, die in dem oberen Gehäuse des Handgriffs 104 gebildet ist, um sich nach oben zu erstrecken, und zwar angrenzend zu dem äußeren Teil des Schlitzes 107. Die Ausnehmung 172 schafft einen Spielraum für den Verriegelungszeh 148, derart, daß die Kompressionsfeder 156 in der Lage ist, die Verriegelungseinrichtung und den Ausstoßknopf 40 nach oben in die Normalposition (Fig. 8) zu drängen. Wenn der Knopf 40 in der Normalposition ist, sitzt der Verriegelungszeh 148 innerhalb der Ausnehmung 172. Der Handgriff 30 wird daher innerhalb des Fachs gehalten, bis der Ausstoßknopf 40 gedrückt wird, um den Verriegelungszeh 148 nach unten aus der Ausnehmung 172 und in Ausrichtung mit dein Schlitz 107 zu bewegen.
Vorzugsweise wird der gestaute Handgriff 30 immer dann etwas aus dem Staufach 38 herausgestoßen, wenn der Ausstoßknopf 40 gedrückt wird. Als Ergebnis kann der Benutzer schnell und ohne weiteres den Handgriff 30 erfassen und denselben in eine vollständig herausgezogene oder Betriebsposition ziehen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 2, 10 und 11) umfaßt der Ausstoßmechanismus eine Torsionsfeder 180, die ein Ende aufweist, das an einem Federvorsprung 182 befestigt ist, der in der Handgriffunterseite 50 neben dem Drehpfosten 56 gebildet ist. Die Feder 180 erstreckt sich nach vorne entlang der oberen Oberfläche 54 der Handgriffunterseite. Das freie Ende 184 der Feder (Fig. 10) ist gebogen, um sich durch eine längliche Öffnung 186 in der Handgriffunterseite zu erstrecken, derart, daß das Ende in die Kerbe 140 vorsteht, die die Führungsrippe 128 aufnimmt. Die Öffnung 186 erstreckt sich entlang des äußersten Abschnitts der Kerbe 140.
Wenn der Handgriff 30 außerhalb des Staufachs ist, ist die Feder 180 angeordnet, derart, daß das vorstehende Ende 184 normalerweise gegen das innerste Ende der Öffnung 186 (durchgezogene Linien, Fig. 10) vorgespannt ist. Sowie der Handgriff 30 in das Staufach 38 eingeführt wird, liegt das äußerste Ende der vorderen Führungsrippe 128 gegen das Federende 184 an. Eine fortgesetzte Bewegung des Handgriffs 30 in das Staufach 38 bewirkt, daß die Führungsrippe 128 das Federende 184 durch die Öffnung 186 nach außen drückt, wodurch die Feder abgebogen oder geladen wird (gestrichelte Linien, Fig. 10), sowie der Handgriff vollständig eingeführt wird und verriegelt wird.
Sobald der Benutzer den Ausstoßknopf 40 drückt, derart, daß der Verriegelungszeh 148 aus der Handgriffausnehmung 172 bewegt wird, liegt das Ende 184 der Torsionsfeder 180 gegen das Ende der Rippe 128 an, um den Handgriff einen gewissen Weg aus dem Stauf ach 38 zu bringen, wo der Handgriff ohne weiteres ergriffen werden kann und von dem Benutzer weiter herausgezogen werden kann.
Wie es früher angemerkt wurde, bestimmt das vorliegende System die Position des Handgriffs 30 durch Erfassen der entsprechenden Bewegung der Verbindung 34, während sich die Verbindung bezüglich Erfassungskomponenten bewegt, die in dem Computergehäuse enthalten sind. Die Erfassungskomponenten werden nachfolgend mit spezieller Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 18 beschrieben.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erfaßte Abschnitt der Verbindung 34 auf eine Bewegung innerhalb einer einzigen Ebene und in Dimensionen, die einem Polarkoordinatensystem entsprechen, begrenzt. Insbesondere ist die Verbindung 34 auf eine Translationsbewegung in einer einzigen Richtung oder Dimension (nachfolgend als die R-Richtung, die als Pfeil R gezeigt ist, Fig. 15) bezüglich eines Trägers 190 begrenzt, durch den die Verbindung 34 gleitet. Der Träger 190 ist drehmäßig an der unteren Oberflrche der Computergehäusebasis 44 befestigt, derart, daß der Träger ebenfalls zur Definition einer Winkel- oder Θ-Richtung der Verbindungsbewegung gedreht wird, wie es als Winkel Θ in Fig. 15 gezeigt ist.
Der Träger 190 umfaßt eine Basis 192 (Fig. 12), die in der Draufsicht im allgemeinen rechteckig ist. Eine Ausnehmung 194 ist in der Basis 192 gebildet, welche sich vollständig durch die Länge der Basis erstreckt. Ein Loch 196 ist neben dem äußersten Ende (d. h. rechts in Fig. 12) der Basis 192 gebildet, um dadurch einen nach oben vorstehenden Drehpfosten 198 aufzunehmen, der an der Unterseite der Computergehäusebasis 44 befestigt ist. Der Drehpfosten 198 schnappt in das Loch 196 ein, um die Trägerbasis 192 an derselben zu befestigen, während eine Drehung der Basis 192 um die Mittelachse des Pfostens zugelassen ist, wobei diese Achse nachfolgend als die Ursprungsachse 200 bezeichnet wird.
Die Ausnehmung 194 in der Trägerbasis 192 ist derart aufgebaut, daß die Verbindung 34 längenmäßig frei durch den Träger gleitet. Vorzugsweise ist der Träger aus einem Material mit niedriger Reibung, wie z. B. einem Thermokunststoff, der mit Polytetrafluorethylen (PTFE) gefüllt ist, gebildet.
Bezugnehmend auf die Fig. 12 und 13 umfaßt jeder der Federkontakte 78, welche oben erwhnt wurden, einen länglichen Streifen aus goldplattiertem Federmaterial, wie z. B. Beryllium-Kupfer-Legierung. Alternativ könnte das Federmaterial eine Silber/Graphit-Bürste auf den freien oder Kontaktenden 79 tragen. Die Federkontakte 78 sind bei 81 von den Kontaktenden 79 entfernt an der Trägerbasis 192 wärmevernietet. Die Federkontakte sind von der Basis 92 um eine ausreichende Strecke weggebogen, um eine niedrige Kontaktkraft (beispielsweise weniger als 10 Dyn) gegen die untere Oberfläche der Verbindung 34 (insbesondere gegen die leitfähigen Streifen 62) zu schaffen, um einen effektiven Kontakt ohne außerordentliche Abnutzung sicherzustellen. Vorzugsweise sind die Federkontakte 78 längsmäßig zwischen den Enden 79 und den wärmevernieteten Abschnitten 81 aufgeteilt, um die Anzahl von Kontakten wirksam zu verdoppeln, um dadurch die Zuverlässigkeit der Kontakte zu steigern.
Die Kontakte 78 sind gebildet, um sich etwa um 900 neben den wärmevernieteten Abschnitten 81 zu biegen, derart, daß Enden 83 der Kontakte 78 durch eine Seitenöffnung 85 in der Trägerbasis 192 vorstehen. Die Enden 83 sind mit einer oberen Platinenkomponente 202 des Trägers verbunden, um Schaltinformationen zur Verarbeitung durch das nachfolgend beschriebene Erfassungssystem zu liefern.
Die obere Platine 202 ist ein dünnes flaches Bauglied, das an der Trägerbasis 192 befestigt ist, derart, daß sich die obere Platine über die Ausnehmung 194 erstreckt und dieselbe bedeckt, in der die Verbindung 34 gleitet. Die obere Platine 202 umfaßt ein 0,35 mm dickes Polyimidblatt, das ein leitfähiges Material trägt, um eine flexible Flachschaltung zu definieren. In dieser Hinsicht umfaßt die obere Platine 202 auf ihrer Unterseite (siehe Fig. 17) zwei Strukturen aus leitfähigem Material, wie z. B. aus Kupferfolie. Eine Struktur, die nachfolgend als das R-getriebene Array 204 bezeichnet wird, umfaßt eine Mehrzahl von nahe aneinander beabstandeten rechteckigen Elementen, wobei an jedes derselben ein Signal mit einer sich bewegenden Welle angelegt wird, das als Teil einer Niederleistungserfassungstechnik verwendet wird, welche nachfolgend beschrieben wird. Die andere Struktur auf der Unterseite der oberen Platine 202 umfaßt eine einzige längliche rechteckige Elektrode, die als die R-Geberelektrode 206 bezeichnet wird. Das R-getriebene Array 204 und die R-Geberelektrode 206 sind mit der R-Mischerstruktur 58, die auf der Verbindung 34 gebildet ist, kombiniert, um Signale zu erzeugen, die die Translationsbewegung der Verbindung in der Richtung R darstellen, wie es nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
Das innerste Ende der oberen Platine 202 erstreckt sich über das innerste Ende der Trägerbasis 192 hinaus nach innen. Die Breite dieses Endes der oberen Platine (wie in Fig. 17 betrachtet) nimmt in der Innenrichtung allmählich zu und umfaßt auf der oberen Oberfläche zwei Strukturen aus leitfähigem Material, wie z. B. Kupfer (siehe Fig. 12). Eine Struktur umfaßt eine Mehrzahl von nahe aneinander beabstandeten rechteckigen Elementen, die nachfolgend als das Θ-getriebene Array 208 bezeichnet werden. Die andere leitfähige Struktur ist eine längliche Elektrode, die nachfolgend als die Θ-Geberelektrode 210 bezeichnet wird. Vorzugsweise sind das Θ- getriebene Array 208 und die Θ-Geberelektrode 210 in konzentrischen Bögen angeordnet, wobei die Mitte der Bögen die Ursprungsachse 200 ist.
Das Θ-getriebene Array 208 und die Θ-Geberelektrode 210 sind mit einer anderen Struktur aus nahe aneinander beabstandeten leitfähigen Balken kombiniert, welche nachfolgend als die Θ-Mischerstruktur 212 (Fig. 18) bezeichnet wird, die auf der Unterseite einer im allgemeinen bogenförmigen flachen Θ-Platine 214 getragen wird, die angeordnet ist, um sich über die obere Oberfläche der oberen Platine 202 in enger Nachbarschaft mit der oberen Platine zu erstrecken. Die Θ-Platine 214 umfaßt eine 0,038 mm dicke Schicht aus strukturiertem Kupfer, die sandwichmäßig zwischen zwei Schichten aus einem 0,05 mm dicken Polyimidblatt mit einem Klebstoff, wie z. B. Epoxydharz oder Acryl, aufgenommen ist, wobei die Gesamtdicke der Θ-Platine 214 etwa 0,15 mm beträgt. Die Θ-Platine 214 hat ein Loch an jedem Ende, durch das ein Befestigungspfosten 216 paßt, der von dein Unterteil der Gehäusebasis 44 auf gegenüberliegenden Seiten der oberen Platine 202 des Trägers nach oben vorsteht.
Die obere Platine 202 ist in der Nähe der Θ-Platine 214 durch eine starre Halterplatte 217 gehalten, die sich über die Oberseite der Θ-Platine 214 erstreckt und an vier Ecken an der oberen Oberfläche der oberen Platine 202 befestigt ist.
Die relative Bewegung der Verbindung 34, der oberen Platine 20 und der Θ-Platine 214 erzeugt Änderungen in Signalen, die erzeugt werden, und die wie nachfolgend erörtert verarbeitet werden. Die verarbeiteten Signale zeigen die Handgriffposition und den Schaltzustand an, und dieselben werden über einen Leiter 70 vom Bandtyp zu dem Computer geliefert, welcher von der oberen Platine ausgeht und in einem herkömmlichen Verbinder 71 endet.
Der zusammengebaute Träger 190 ist um die Ursprungsachse 200 über einen Maximalwinkel Θ, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, von etwa 20º drehbar. Gummibedeckte Pfosten 215, die an der Computerbasis befestigt sind, wirken als Anschläge, um die Drehung des Trägers 190 zu begrenzen.
Eine Verbindungshaltervorrichtung 218 ist an dem Träger 190 zum Führen einer Bewegung der Verbindung 34 innerhalb des Trägers und zum Liefern einer berührungserfaßten Anzeige der Grenzen der herausgezogenen oder Betriebsposition des Handgriffs für den Benutzer befestigt. Ferner erlaubt die Verbindungshaltervorrichtung 218, daß die Verbindung von dem Träger vollständig entfernt wird, um eine Reinigung oder einen Austausch der Verbindung und des Handgriffs zu ermöglichen.
Insbesondere umfaßt die Verbindungshaltervorrichtung 218 einen inglichen Halter 219, der beispielsweise aus spritzgegossenem starrem Kunststoff gebildet ist (Fig. 13, 14, 14A). Der Halter 219 umfaßt an seiner Mitte einen nach unten vorstehenden zylindrischen Vorsprung 221, der in einen Schlitz 223 paßt, der neben der Mitte der Basis 192 gebildet ist. Ein innerer Kopf 225 ist an dem inneren (links in Fig. 13) Ende des Halters 219 gebildet, um in der Richtung zu der nächsten Kante 227 der Verbindung 34 vorzustehen, wie es am besten in Fig. 13 zu sehen ist. Auf ähnliche Art und Weise ist ein äußerer Kopf 226 an dem äußeren Ende des Halters 219 gebildet, um in der Richtung der nahen Verbindungskante 227 vorzustehen.
Unter jedem Kopf 225, 226 ist eine vorstehende Anschlagnase 229 (Fig. 14, 14A) gebildet, die normalerweise an eine Steueroberfläche 231 anstößt, die durch eine Ausnehmung 233 in der Trägerbasis 192 definiert ist, die unter jedem Kopf 225, 226 liegt. Die Anschlagnasen 229 stehen in die Ausnehmung vor, um an die Oberflächen 231 anzustoßen, derart, daß die Halterköpfe normalerweise unmittelbar neben der Kante 227 der Verbindung 34 liegen werden.
Der Halter 219 wird normalerweise durch eine längliche Feder 235 zu der Verbindung hin gedrückt, derart, daß die Anschlagnasen 227 die Steueroberflächen 231 entlang einer länglichen stabförmigen Feder 235 in Eingriff nehmen. Die Feder 235 paßt zwischen den Halter 119 und einen Hebelpunkt 237, der von der vertikalen Wand der Trägerbasisausnehmung 194 vorsteht. Der Hebelpunkt 237 ist dimensioniert, derart, daß die Feder 235 abgebogen wird, wobei die Enden der Feder 235 in Kerben 239 gehalten werden, die in Abschnitten der Halteköpfe 225, 226 gebildet sind, die der Feder 235 gegenüber liegen. Vorzugsweise ist der Hebelpunkt 237 neben dem äußeren Ende der Trägerbasis 192 positioniert, derart, daß die Kraft der Feder 235 gegen den äußeren Kopf 226 größer als die Kraft der Feder gegen den inneren Kopf 225 aus nachfolgend beschriebenen Gründen ist.
Eine im allgemeinen trapezförmige Ausrichtungsnase 241 ist als Teil des Verbindungskerns 64 gebildet, um in einer Richtung zu dem Verbindungshalter 219 nach außen vorzustehen. Wenn der Handgriff von dem Computer in die zu verwendende Region gezogen wird, sitzt die Ausrichtungsnase 241 zwischen dem inneren Kopf 225 und dem äußeren Kopf 226 des Verbindungshalters. Wenn der Handgriff demgemäß in dieser Verwendungsregion ist, ist die innerste Grenze des Handgriffs (d. h. die Position des Handgriffs sehr nahe am Computer) die Position, wo die Ausrichtungsnase 241 der Verbindung 34 die innere geneigte Oberfläche 243 (Fig. 13) des inneren Kopfs 225 des Halters kontaktiert, wie es in durchgezogenen Linien in Fig. 13 gezeigt ist.
Wenn der Benutzer den Handgriff bewegt, um denselben in dem Staufach 38 zu lagern, muß eine ausreichende Kraft auf die Verbindung ausgeübt werden, derart, daß die Ausrichtungsnase 241 der Verbindung 34 entlang der inneren Oberfläche 243 gleitet und den inneren Kopf 225 von der Verbindung weg abbiegt, um vollständig durch den inneren Kopf 225 zu laufen. Vorzugsweise ist die innere Oberfläche 243 des inneren Kopfs 225 um einen Winkel bezüglich der Verbindungsachse 88 von etwa 550 geneigt, derart, daß der Handgriff in die Lagerposition mit mäßiger Kraft, welche durch den Benutzer aufgebracht wird, bewegt wird, jedoch mit ausreichender Kraft, um zu verhindern, daß der Benutzer unbeabsichtigterweise die Region verläßt, in der der herausgezogene Handgriff während der Verwendung manövriert wird (d. h. die Region, wo die Ausrichtungsnase 241 zwischen dem inneren Kopf des Halters 225 und dem äußeren Kopf 226 sitzt).
Wenn der Handgriff 30 zuerst aus dem Stauf ach ausgestoßen ist, wie es oben beschrieben wurde, sitzt die Ausrichtungsnase 241 innerhalb des inneren Kopfs 225 (d. h. links des Kopfs 225 in Fig. 13). Der Benutzer zieht dann den Handgriff und die Verbindung 34 gegen die geneigte äußere Oberfläche 245 des Verbindungshaltekopfs 225, was bewirkt, daß der innere Kopf 225 von der Verbindung 34 abgebogen wird, und was es ermöglicht, daß die Ausrichtungsnase 241 in die Position zwischen dem inneren und dem äußeren Kopf 225, 226 bewegt wird. Vorzugsweise beträgt die Neigung der äußeren Oberfläche 245 etwa 300 bezüglich der Achse 88 der Verbindung, um dadurch eine niedrige, jedoch erfaßbare Kraft des inneren Kopf 5 225 gegen die Ausrichtungsnase 241 zu schaffen, derart, daß der Benutzer in der Lage ist, zu fühlen, wenn sich die Ausrichtungsnase in die Region zwischen dem inneren und dem äußeren Kopf bewegt.
Wie es beim Lesen dieser Beschreibung deutlich werden wird, sind die Verbindung 34 und der Träger 191 aufgebaut, derart, daß die Verbindung vollständig von dem Träger entfernt werden kann, um eine Wartung oder einen Austausch der Verbindung oder des Handgriffs zu erlauben. Um die Verbindung zu entfernen, zieht der Benutzer den Handgriff nach außen, bis die Ausrichtungsnase 241 die geneigte innere Oberfläche 247 des äußeren Kopfs 226 des Halters 219 in Eingriff nimmt. Wenn eine ausreichende Kraft angelegt wird, wird die Ausrichtungsnase entlang der inneren Oberfläche 247 gleiten, um dadurch zu bewirken, daß der äußere Kopf 226 von der Verbindung abgebogen wird, derart, daß die Verbindung vollständig von dem Träger und daher von dem Computer entfernt werden kann. Vorzugsweise ist die innere Oberfläche 247 des äußeren Kopfs 226 geneigt, um einen Winkel bezüglich der Verbindungsachse 88 von etwa 750 zu definieren. Diese steile Neigung der inneren Oberfläche 247 erfordert eine relativ starke Kraft, um die Verbindung zu entfernen, wodurch die Tendenz besteht, daß eine unbeabsichtigte Entfernung der Verbindung während einer Verwendung des Handgriffs verhindert wird. Es ist jedoch zu sehen, daß aufgrund der Position des Hebelpunkts 237, der relativ näher am äußeren Kopf 226 als am inneren Kopf 225 angebracht ist, die durch die Feder 235 angelegte Kraft ebenfalls relativ größer als die Federkraft ist, die an den inneren Kopf 226 angelegt ist. Diese Hebelpunktposition erhöht daher weiter den Abbiegungswiderstand für den äußeren Kopf 226, um ein unbeabsichtigtes Entfernen der Verbindung zu vermeiden.
Die äußere Oberfläche 249 des äußeren Kopf 5 226 des Verbindungshalters definiert einen Winkel bezüglich der Verbindungsachse 88 von etwa 30º, um dadurch einen Neueinbau der Verbindung mit etwa der gleichen Kraft zu erlauben, die zum Bewegen des Handgriffs aus der herausgezogenen Position (d. h. Abbiegen des inneren Kopfs 225) und zu der Lagerposition benötigt wird.
Es ist der Anmerkung wert, daß verschiedene Änderungen bezüglich des Aufbaus des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung durchgeführt werden können. Der Träger und zugeordnete Komponenten, welche gerade beschrieben worden sind, können beispielsweise innerhalb des Computers auf eine Art und Weise befestigt sein, derart, daß der Träger aus der oben beschriebenen Ausrichtung invertiert und drehbar an der Unterseite der Hauptschaltungsplatine des Computers befestigt ist. Ferner könnten verschiedene Variationen bei der Herstellung der Verbindung, einschließlich der leitfähigen Elemente, für die oben beschriebenen verwendet werden, wie es auch für unterschiedliche Vorrichtungen zum Liefern von Schaltstatusinformationen der Fall ist. Obwohl die vorangegangene Beschreibung des Trägers und der zugeordneten Komponenten, die eine Bewegung der Verbindung betreffen, welche auf ein Polarkoordinatensystem begrenzt ist, gegeben worden ist, würde eine ähnliche Trägervorrichtung zum Richten einer Verbindungsbewegung in einem anderen Koordinatensystem, wie z. B. einem kartesischen System, auf adäquate Art und Weise für das Erfassungssystem der vorliegenden Erfindung dienen.

Elektrisches Erfassungssvstem

Bezugnehmend auf Fig. 19 umfaßt die vorliegende Erfindung ein elektrisches Erfassungssystem 250 zum Bestimmen der Position des Handgriffs 30 durch Erfassen der Verschiebung der R- und der Θ-Mischerstruktur 58, 212 bezüglich der oberen Platine 202 des Trägers 190. Das Erfassungssystem 250 umfaßt ferner eine Aktivierung der Handgriffschalter 84 und Schnittstellen mit dem Mikroprozessor in dem Computer 32. Die Erfassung der R- und der Θ-Mischerstrukturverschiebung wird durch einen R- und durch einen Θ-Sensor 252, 254 in dem elektrischen System erreicht. Durch diese Quellen erzeugte Informationen werden über eine Busschnittstelle zu dem Mikroprozessor geleitet.

R- und Θ-Sensor

Der R- und der Θ-Sensor 252 und 254 sind elektrisch identisch. Ihre Fähigkeit, spezielle Handgriffbewegungen zu erfassen, hängt von ihrer Plazierung und Ausrichtung innerhalb des mechanischen Systems ab, das dem Handgriff zugeordnet ist. Sowohl der R- als auch der Θ-Sensor umfassen ein getriebenes Array, eine Geberelektrode und eine Mischerstruktur. Das R-getriebene Array 204 und das Θ-getriebene Array 208 sind auf gegenüberliegenden Seiten der oberen Platine 202 positioniert, wie es oben beschrieben wurde, und wie es in den Fig. 17 bzw. 12 gezeigt ist.
Das R- und Θ-getriebene Array unterscheiden sich ebenfalls in ihrer Form. Das R-getriebene Array 204 ist allgemein gerade, um eine Erfassung einer Verbindungsbewegung in einer linearen oder R-Dimension entlang eines Radius von der Ursprungsachse 200 zu erlauben. Das Θ-getriebene Array 208 ist jedoch in einem Bogen geformt, um eine Erfassung der Winkeloder Θ-Bewegung der Verbindung 34 um die Ursprungsachse 200 zu erlauben. Bei dem zusammengebauten Träger sind die R- und die Θ-Geberelektrode 206 und 210 jeweils neben dem R- und Θ-getriebenen Array 204 und 208. Die R- und die Θ-Mischerstruktur sind ihren jeweiligen getriebenen Arrays bezüglich ihrer Form in etwa ähnlich. Die R-Mischerstruktur 58 ist auf der oberen Oberfläche der Verbindung 34 positioniert. Die Θ-Mischerstruktur 212 ist auf der unteren Oberfläche der gekrümmten Θ-Platine 214 positioniert.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 19 werden das R- und das Θ-getriebene Array mit einem Bewegungswellensignal getrieben, welches von einem Acht-Phasen-Treiber 258 erzeugt wird. Der Acht-Phasen-Treiber wird mit einem 204, 8-kHz-Zeitsteuerungsreferenzsignal von einer Zeitsteuerung 260 getrieben. Als Reaktion auf das Zeitsteuerungsreferenzsignal erzeugt der Acht-Phasen-Treiber acht Wellenformsignale. Jedes der Wellenformsignale ist eine 400-Hz-Wellenform, die auf einen 25,6-kHz-Einseitenbandträger moduliert ist. Die 400-Hz- Wellenform die auf jedes Wellenformsignal moduliert ist, unterscheidet sich jedoch von der 400-Hz-Wellenform der anderen Wellenformsignale bezüglich der Phase. Insbesondere haben die 400-Hz-Wellenformen der acht Wellenformsignale im Vergleich zu dem Zeitsteuerungsreferenzsignal Phasen von 0º, 45º, 90º, 135º, 180º, 225º, 270º und 315º. Der Acht-Phasen- Treiber erzeugt die Wellenformsignale durch digitales Simulieren eines Signals mit der korrekten Trägerfrequenz und Modulation.
Das R-getriebene Array 204 umfaßt eine Acht-Balken-Struktur, die siebenmal wiederholt ist. Das Θ-getriebene Array 208 umfaßt eine Acht-Balken-Struktur, die fünfmal wiederholt ist. Der Zwischenraum der Balken beträgt 640 um. Ein Abschnitt des 56-Balken-R-getriebenen Arrays 204, das derart gebildet ist, und der benachbarte Abschnitt der R-Geberelektrode 206 ist in Fig. 20 vergrößert gezeigt. In Fig. 20 sind ebenfalls in gestrichelten Linien Elemente der R-Mischerstruktur 58 gezeigt, welche in dem Träger 190 parallel zu und innerhalb von 0,13 mm von dem R-getriebenen Array 204 beabstandet gehalten wird.
Getriebene Arraybalken 264 bis 271 in dem R-getriebenen Array 204 bilden eine der wiederholten Acht-Balken-Strukturen. Jeder der Balken des getriebenen Arrays wird mit einem der acht Wellenformsignale getrieben, die durch den Acht- Phasen-Treiber 258 erzeugt werden. Jeder folgende Balken wird mit einem Wellenformsignal getrieben, dessen 400-Hz- Wellenform eine Phase hat, welche um 45º bezüglich der Signalformphase des Signals, das den vorherigen Balken treibt, vorauseilt. Somit hat bezüglich des Wellenformsignals einer Phase von 0º, das den ersten Balken 264 treibt, das Signal, das den zweiten Balken 265 treibt, eine Phase von 45º, das Signal, das den dritten Balken 266 treibt, eine Phase von 900, usw. Acht Balken vervollständigen einen gesamten Zyklus.
Die R-Mischerstruktur 58 umfaßt ferner ein Array von Balken. Die R-Mischerstrukturbalken sind jedoch unterschiedliche geformt. Jeder Mischerstrukturbalken hat einen Mischerabschnitt mit einer Breite gleich 2.560 um und einem breiteren Basisabschnitt. Der Mischerbalken 274 hat beispielsweise einen Mischerabschnitt 276 und einen Basisabschnitt 278. Der Zwischenraum der Mischerstrukturbalken beträgt 5.120 p m. Somit fallen vier getriebene Arraybalken in die Breite jedes Mischerabschnitts, da die Mischerstruktur über dem getriebenen Array in dem zusammengebauten Träger liegt. Ferner umfaßt der Zwischenraum der Mischerbalken acht getriebene Arraybalken.
Die Dimensionen des Θ-getriebenen Arrays 208 und der Θ-Mischerstruktur 212 sind zu denen des R-getriebenen Arrays 204 und der R-Mischerstruktur 58 ähnlich, obwohl ihre Anordnung statt einer linearen Anordnung eine Anordnung in der Form eines Bogens ist. Die für die getriebenen Arrays und die Mischerstrukturen gegebenen Dimensionen sind die eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und können bei alternativen Implementationen geeignet variiert werden.
Das getriebene Array und die Mischerstruktur jedes Sensors liegen übereinander, jedoch voneinander beabstandet, wenn das Positionscodierersystem vollständig zusammengebaut ist (Fig. 16). In dieser Anordnung überdeckt der Mischerabschnitt jedes Mischers vier getriebene Arraybalken. Jeder Mischerabschnitt ist somit mit den vier getriebenen Arraybalken kapazitiv gekoppelt. Die breiteren Basisabschnitte der Mischerbalken bedecken die Geberelektrode und sind auf kapazitive Art und Weise mit der Geberelektrode neben dem jeweiligen getriebenen Array der oberen Platine 202 gekoppelt.
Die Mischerstrukturen gleiten von Seite zu Seite neben ihrem jeweiligen getriebenen Array, wenn der Handgriff 30 von dem Benutzer bewegt wird. Wenn beispielsweise der Handgriff und die Verbindung in der Richtung R (parallel zu der Verbindungsachse 88) bewegt wird, werden die Mischerabschnitte 276 der R-Mischerstruktur 58 neben dem R-getriebenen Array 204 bewegt. Eine Bewegung des Handgriffs 30, um die Verbindung (und den Träger 190) um die Ursprungsachse 200 zu drehen, bewegt wiederum die Mischerabschnitte der Θ-Mischerstruktur 212 neben dem Θ-getriebenen Array 208.
Mit den vier getriebenen Arraybalken kapazitiv gekoppelt empfängt der Mischerabschnitt die Wellenformsignale, die die benachbarten vier Balken des getriebenen Arrays treiben, und mischt dieselben. Der Mischerabschnitt erzeugt als Ergebnis des Mischens der Wellenformsignale ein kombiniertes R-Sensorsignal mit einer Phase bezüglich der Position der Mitte des Mischerbalkens auf dein getriebenen Array. Wie es beispielsweise in Fig. 20 gezeigt ist, liegt die Mitte des Mischerbalkens 274 zwischen den zwei getriebenen Arraybalken 283 und 284. Der Mischerbalken 274 empfängt die Wellenformsignale, die die vier getriebenen Arraybalken 282, 283, 284 und 285 treiben. Diese Signale werden Phasen von 180º, 225º, 270º und 315º bezüglich der Phase des Wellenformsignals haben, das einen ersten getriebenen Arraybalken 264 treibt. Das R-Sensorsignal, das durch den Mischerbalken aus diesen Signalen erzeugt wird, wenn sich der Mischerbalken genau zwischen den getriebenen Arraybalken 283 und 284 befindet, hat eine Phase gleich 247,5º. Wenn der Handgriff 30 jedoch zu oder von der Ursprungsachse 200 weg bewegt wird, wird die Mitte des Mischerbalkens 274 entlang des R-getriebenen Arrays 204 versetzt werden, wobei die Phase des R-Sensorsignals demgemäß variieren wird. Im wesentlichen wird das R-Sensorsignal durch die Verschiebung der R-Mischerstruktur 58 über das R-getriebene Array 204 phasenmoduliert.
Da die Mischerabschnitte der Mischerbalken jeweils um einen vollständigen Zyklus getrennt sind, haben die R-Sensorsignale, die durch die Mischerbalken erzeugt werden, jeweils dieselbe Phase. Diese R-Sensorsignale werden von der R-Geberelektrode 206 auf der oberen Platine 202 über die kapazitive Kopplung der Mischerbalkenbasisabschnitte (z. B. ein Abschnitt 278) an die R-Geberelektrode 206 empfangen. Die Wiederholung eines vollen Zyklusses von acht getriebenen Arraybalken insgesamt sieben Mal in dem getriebenen Array dient dazu, die Stärke des R-Sensorsignals zu erhöhen, das von der Geberelektrode 206 empfangen wird. Die Θ-Mischerstruktur 212 und die Θ-Geberelektrode 210 arbeiten ähnlich, um ein Θ-Sensorsignal zu erzeugen.

R- und Θ-Analogschaltungsblock

Wieder bezugnehmend auf Fig. 19 wird das R- und das Θ-Sensorsignal durch die Kombination des getriebenen Arrays und der Geberelektrode kapazitiv gekoppelt. Die Kapazität jedes Sensors beträgt etwa 5 pF. Daher sind die Signale Analogsignale mit niedrigem Pegel und möglicherweise schwer durch Rauschen beeinträchtigt. Um 400-Hz-Sinuswellen auf effektive Art und Weise durch den R- und den Θ-Sensor zu leiten, erzeugt der Acht-Phasen-Treiber 258 jedes von acht Wellenform signalen als 400-Hz-Sinuswelle, die auf einem 25,6-kHz-Träger moduliert ist. Der kapazitive R- und Θ-Sensor würden andernfalls eine zu hohe Impedanz für die Wellenformsignale darstellen. Somit sind die Signale, die von dem R- und dem Θ-Sensor erzeugt werden, 25,6-kHz-Einseitenbandsignale mit unterdrücktem Träger, die durch eine 400-Hz-Wellenform moduliert sind. Diese 400-Hz-Wellenform ist phasenmoduliert, wie es oben beschrieben wurde, und zwar durch die erfaßte Position.
Die Signale von dem R- und dem Θ-Sensor werden verstärkt, demoduliert und gefiltert, und zwar durch eine identische R- und Θ-Analogschaltung 290, 292, um 400-Hz-Phasenmodulationssignale wiederherzustellen. Bezugnehmend auf Fig. 21 wird das 25,6-kHz-Signal von dem R-Sensor 252 von einem Puffer 294 in der R-Analogschaltung 290 empfangen. Der Puffer paßt die hohe Impedanz des R-Sensors an die niedrigere Impedanz eines Schaltkondensatorfilters 296 an. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Puffer 294 als ein NPN-Transistor in Emitterfolgerkonfiguration konfiguriert. Das Schaltkondensatorfilter 296 arbeitet sowohl als Demodulator als auch als Bandpaßfilter. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Schaltkondensatorfilter von Linear Technologies mit der Bezeichnung LTC1060 verwendet. Das Schaltkondensatorfilter 296 hat einen nichtlinearen Mischeffekt, und zwar aufgrund seiner diskreten Zeitabtastung. Der Filter 296 wird durch dasselbe 25,6-kHz-Trägersignal getaktet, das verwendet wird, um das 400-Hz-Treibersignal zu modulieren, wodurch das 25,6-kHz-Einseitenbandsignal demoduliert wird. Das 400-Hz-Phasenmodulationssignal wird somit extrahiert. Das Filter 296 dient ferner als Bandpaßfilter für das Signal, um Signale außerhalb des 400-Hz-phasenmodulierten Signals zu entfernen.
Ein Tiefpaßfilter 298 ist nach dem Schaltkondensatorfilter angeschlossen, um Reste des Trägers zu entfernen, und um die diskrete Zeitabtastung des Schaltkondensatorfilters zu glätten.
Die Endkomponente der R-Analogschaltung 290 ist ein Null durchgangsdetektor 300. Der Nulldurchgangsdetektor ist mit einem Komparator implementiert, um Nulldurchgänge des 400- Hz-phasenmodulierten Signals zu erfassen, und um ein Triggersignal bei der Erfassung eines Nulldurchgangs zu erzeugen. Bei der Erfassung eines Nulldurchgangs des 400-Hz-Signals erzeugt der Nulldurchgangsdetektor einen Übergang des Triggersignals von einem niedrigen auf einen hohen Zustand. Eine Berechnung der Position des Handgriffs kann durchgeführt werden, indem die Ankunftszeit des Trägersignals bestimmt wird. Die Struktur der Θ-Analogschaltung 292 ist zu der der in Fig. 21 gezeigten R-Analogschaltung 290 ähnlich.

R- und Θ-Phasenverfolger

Bezugnehmend auf Fig. 19 sind ein R- und ein Θ-Phasenverfolger 302 und 304 mit der R- und Θ-Analogschaltung 290 und 292 verbunden. Die Phasenverfolger 302 und 304 erfassen und verfolgen die Phase des R- bzw. des Θ-Sensorsignals. Die Struktur des R-Phasenverfolgers 302 ist in Fig. 22 gezeigt. Der Θ-Phasenverfolger 304 hat eine identische Struktur.
Ein erster Teil des R-Phasenverfolgers führt die Funktion des Erfassens und Speicherns der Phase des R-Sensorsignals durch. Die Phase wird erfaßt und in dem R-Phasenverfolger 302 unter Verwendung eines Neun-Bit-Phasenzählers 306, eines Halteregisters 308, eines Alte-Phase-Registers 310 und einer Zustandsmaschine 312 gespeichert. Der Phasenzähler 306 enthält eine Neun-Bit-Digitalzahl oder Phasenzählwert, welcher als Reaktion auf ein 204,8-kHz-Taktsignal inkrementiert wird, der von der Zeitsteuerung 206 erzeugt wird. Dies ist dasselbe 204,8-kHz-Taktsignal, das verwendet wird, um den Acht-Phasen-Treiber 258 zu treiben. Die Frequenz des 204,8- kHz-Taktsignals beträgt das 512-fache der Frequenz der 400- Hz-Wellenformsignale, die von dem Acht-Phasen-Treiber erzeugt werden. Daher wird der Phasenzählwert um 512 Zählwerte pro Zyklus einer 400-Hz-Referenzwellenform mit einer Phase von 0º inkrementiert. Wenn der Phasenzählwert über einen Maximalzähiwert von 512 inkrementiert wird, läuft der Zähler 306 über und kehrt zu einem Phasenzähiwert von Null zurück. Somit steht der Phasenzählwert in Relation zu der Zeitmenge, die während eines 400-Hz-Referenzzyklusses verstrichen ist.
Das durch den Nulldurchgangsdetektor in der R-Analogschaltung 290 erzeugte Triggersignal wird an einem Eingang der Zustandsmaschine 312 empfangen. Bei einem Übergang des Triggersignals von einem niedrigen zu einem hohen Zustand signalisiert die Zustandsmaschine 312 das Laden des gegenwärtigen Phasenzählwerts in das Halteregister 308. Der in das Halteregister geladene Zählwert gibt eine Zeitdifferenz zwischen dem Start des 400-Hz-Referenzzyklusses und dem Start des Sensorsignalzyklusses wieder. Folglich ist der Halteregisterzählwert auf die Phasendifferenz zwischen der Referenzwellenform und dem Sensorsignal bezogen. Insbesondere ist mit 512 Zählwerten pro 360º-Zyklus der 400-Hz-Referenzwellenform jeder Zählwert gleich einer Phasendifferenz von 0,7º. Ferner entspricht bei jeder Phasenverschiebung von 360º, welche einer Verbindungsbewegung über acht getriebene Arraybalken oder 5.120 um entspricht, jeder Zählwert ebenfalls einer Verbindungsbewegung von 10 um.
Vor dem Ende jeder 0º-Phase des 400-Hz-Referenzzyklusses sendet die Zustandsmaschine 312 ein Ladesignal zu dem Alte- Phase-Register. (Die exakte Zeitsteuerung dieses Ladesignals wird nachfolgend detaillierter beschrieben.) Dies überträgt den Zählwert in dem Halteregister zu dem Alte-Phase-Register. Somit hält am Beginn jedes Referenzzyklusses das Alte-Phase-Register einen Alte-Phase-Zählwert, der dem Phasenzählwert zu der Zeit des erfaßten Nulldurchgangs in dem vorhergehenden Referenzzyklus entspricht.
Eine zweite Funktion des R-Phasenverfolgers 302 besteht im Bestimmen, ob sich die Phase des Sensorsignals verändert hat. Dies wird durchgeführt, indem die gespeicherte Sensorsignalphase vom vorherigen Zyklus mit der gegenwärtigen Sensorsignalphase verglichen wird. Der R-Phasenverfolger 302 verwendet die Zustandsmaschine 312 und einen Komparator 314 für diesen Zweck.
Der Komparator 314 erfaßt die Zeit in dem gegenwärtigen Referenzzyklus, die der alten Phase von dem früheren Referenzzyklus entspricht. Der Komparator 314 vergleicht den Phasenzählwert von dem Phasenzähler 306 mit dem Alte-Phase-Zählwert. Wenn der gegenwärtige und der Alte-Phase-Zählwert gleich sind, signalisiert der Komparator 314 der Zustandsmaschine 312 mittels eines Alte-Phase-Triggersignals. Die Zustandsmaschine ist dann in der Lage zu bestimmen, daß sich die Phase verändert hat, wie es nachfolgend beschrieben ist. Wenn das Nulldurchgangstriggersignal vor den Alte-Phase- Triggersignalen ankommt, dann hat die relative Phase des Sensorsignals abgenommen. Wenn das Nulldurchgangstriggersignal nach dem Alte-Phase-Triggersignal auftritt, dann hat die relative Phase zugenommen. Wenn das Nulldurchgangs- und das Alte-Phase-Triggersignal gleichzeitig auftreten, dann ist keine Phasenänderung vorhanden.
Eine dritte Funktion des R-Phasenverfolgers 302 besteht darin, die Menge an Phasenänderung zu bestimmen, und diese Menge in einem R-Positionszähler 316 zu akkumulieren. Der R-Positionszähler 316 hält einen 12-Bit-Digitalpositionswert, der der Position des Handgriffs 30 bezüglich der Ursprungsachse 200 entspricht. Wenn die Zustandsmaschine 312 eine Phasenänderung erfaßt, muß der R-Positionszähler um die Menge der Phasenänderung aktualisiert werden, um einen genauen Positionswert zu halten. Wenn somit ein Nulldurchgangstriggersignal vor dem Alte-Phase-Triggersignal auftritt, signalisiert die Zustandsmaschine dem Positionszähler, den Positionswert einmal für jeden Zyklus des 204,8-kHz-Taktsignals zwischen dem Nulldurchgangstriggersignal und dem Alte-Phase-Triggersignal zu dekrementieren. (Die Anzahl von Taktzyklen, die zwischen den Triggersignalen auftreten, entspricht der Menge der Phasenänderung.) Wenn auf ähnliche Art und Weise das Alte-Phase-Triggersignal zuerst auftritt, signalisiert die Zustandsmaschine dem Positionszähler, den Positionswert um einen Zählwert für jeden Taktzyklus zwischen der alten Phase und dem Nulldurchgang zu inkrementieren. Nachdem sowohl das Nulldurchgangs- als auch das Alte-Phase- Triggersignal empfangen worden sind, erzeugt die Zustandsmaschine 312 das Ladesignal, welches das Alte-Phase-Register 310 aktualisiert.
Durch Akkumulieren der Phasenänderungen in dem Positionszähler ist der Phasenverfolger 302 in der Lage, kumulative Phasenverschiebungen, die größer als 360º sind, zu verfolgen. Da der Positionszähler 316 ein 12-Bit-Zähler ist, können acht vollständige Wellenlängen der Phasenänderung verfolgt werden. Wenn der Maximal- oder der Minimalwert des Positionszählers überschritten wird, wird der Positionszähler umbrechen. Der identische Θ-Phasenverfolger 304 erhält ebenfalls einen 12-Bit-Positionszähler, welcher einen Wert hält, der der Winkelposition des Handgriffs bezüglich der Ursprungsachse 200 entspricht.
Der R-Phasenverfolger umfaßt ferner einen Desensibilisierer 313, welcher verhindert, daß das Erfassungssystem auf unwesentliche Xnderungen der erfaßten Systeme anspricht. Der Desensibilisierer 313 vergleicht die Menge an Phasenänderung gegenüber einem voreingestellten minimalen Änderungswert. Wie es oben beschrieben wurde, ist die Menge an Phasenänderung die Anzahl von 204,8-kHz-Taktzyklen, die zwischen den Triggersignalen auftreten. Der Desensibilisierer bestimmt diese Anzahl mit einem internen Zähler. Der Minimaländerungswert wird durch den Mikroprozessor wie nachfolgend beschrieben eingestellt. Wenn die Differenz den minimalen Änderungswert überschreitet, erzeugt der Desensibilisierer 313 ein Signal ÄNDERN.

Schalter

Wieder bezugnehmend auf Fig. 19 sind eine weitere wesentliche Quelle der Benutzereingabe die Schalter 84. Die Schalter versetzen beispielsweise den Benutzer in die Lage, die gegenwärtige Cursorposition auf dem Bildschirm auszuwählen, um Graphikobjekte auf dem Bildschirm zu manipulieren. Die Schalter 84 sind monostabil offen. Insbesondere bleiben die Schalter 84 in einem offenen Zustand, bis sie von dem Benutzer aktiviert werden. Dieselben werden jedoch nicht in dem geschlossenen Zustand bleiben. Sobald eine Benutzeraktivierung aufhört, kehren die Schalter in den offenen Zustand zurück.
Der Zustand der Schalter 84 wird über drei Leitungen durch die Federkontakte 78 zu einem Entpreller 322 in dem Erfassungssystem übertragen. Eine der drei Leitungen ist eine gemeinsame Leistungsleitung, welche bei 5 Volt gehalten wird. Die restlichen zwei Leitungen sind Erfassungsleitungen, und zwar eine für jeden Schalter. Wenn ein Schalter gedrückt wird, ist seine Erfassungsleitung mit der gemeinsamen Leistungsleitung verbunden, was bewirkt, daß die Spannung der Erfassungsleitung auf 5 Volt hochgezogen wird. Die leitfähigen Streifen 62 auf der Unterseite der Verbindung 34, welche oben beschrieben wurden, dienen als die drei Leitungen zum übertragen von Schaltzustandsinformationen zu der Entprellerschaltung 322. Der Entpreller 322 arbeitet, um unechte Zustandsübergänge auf den Erfassungsleitungen, die durch die mechanische Betätigung der Schalter bewirkt werden, zu entfernen. Der Entpreller 322 erzeugt zwei Einzelbitausgaben, die die entprellten Schaltzustände darstellen. Die Entprellerausgangssignale werden verwendet, um Unterbrechungen oder Interrupts zu erzeugen, und um Schaltzustandsinformationen zu liefern, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 19 umfaßt das Erfassungssystem 250 eine Schnittstelle 334 mit vier 8-Bit-Nur-Lese-Registern und zwei Nur-Schreiben-Registern zum Kommunizieren von Handgriffpositionsinformationen und Schaltzustandsinformationen zu dem Mikroprozessor des Computers. Die Kommunikation mit dem Mikroprozessor wird über 4 Bytes des Mikroprozessor- I/O-Adreßraums erreicht, welcher üblicherweise für den Bustypmauszugriff reserviert ist. Der Mikroprozessor ist in der Lage, auf die vier 8-Bit-Register in der Schnittstelle 334 durch korrektes Adressieren dieser 4 Bytes in ihrem I/O- Adressenraum zuzugreifen. Die I/O-Adresse, das Register und ausgetauschte Informationen sind in der folgenden Tabelle 1 aufgelistet.
Die vier Nur-Lesen-Register Enthalten die Handgriffposition und die Schaltzustandsinformationen. Der Mikroprozessor erhält die Informationen von den Registern durch Lesen von den angezeigten Adressen in seinem I/O-Adressenraum. Die Daten in den Nur-Lesen-Registern werden zu dem Zeitpunkt aktualisiert, zu dem der Mikroprozessor von dem R_POS_LSB-Register liest. Wenn das R_POS_LSB-Register gelesen wird, speichern die vier Nur-Lese-Register insbesondere den gegenwärtigen 12-Bit-R- und -Θ-Positionswert und die zwei Einzelbitentprellerausgangssignale. Wenn daher der Mikroprozessor die Position und die Schaltinformationen von den Registern liest, ist es notwendig, mit dem Lesen bei dem Register R_POS_LSB zu beginnen, um zu verhindern, daß die Register ihren Wert ändern, bevor die vollständigen Informationen von allen Registern gelesen worden sind.
Wenn der Mikroprozessor auf hexadezimale Art und Weise in die I/O-Adresse 238 schreibt, werden die Bits 0 bis 3 in einem Nur-Schreiben-Minimaländerungsregister gespeichert. Dieser 4-Bit-Wert ist der Minimaländerungswert, der von dem Desensibilisierer 213 in dem R-Phasenverfolger 302 und von einem Desensibilisierer in dem Θ-Phasenverfolger 304 verwendet wird. Ein Nur-Schreiben-Interrupt-Freigaberegister speichert zwei Bits zum Maskieren von Interrupts, wenn der Mikroprozessor in die I/O-Adresse 2313 hexadezimal schreibt.
Die Schnittstelle 334 umfaßt ferner einen Interruptgenerator zum Informieren des Mikroprozessors bezüglich einer Bewegung des Handgriffs 30 oder einer Änderung des Zustands der Schalter 84. Der Interruptgenerator unterbricht den Mikroprozessor durch Treiben von IRQ12 auf dem Mikroprozessorbus. Der Mikroprozessor wird dadurch aufgefordert zu lesen und die Informationen in den Nur-Lese-Registern zu verarbeiten. Der Mikroprozessor wird jedoch nur unterbrochen, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind.
Zuerst kann ein Interrupt nur auftreten, wenn eines von zwei Interruptfreigabebits in dem Interrupt-Freigaberegister gesetzt sind. Ein Schalter-Interrupt-Freigabebit muß gesetzt sein, bevor ein Interrupt aufgrund einer Änderung des Zustands der Schalter 84 auftritt. Ein Bewegungs-Interrupt- Freigabebit muß gesetzt sein, bevor ein Interrupt aufgrund einer Bewegung des Handgriffs 30 auftritt. Die Interrupt- Freigabebits können von dem Mikroprozessor gesetzt oder gelöscht werden, wie es vorher beschrieben worden ist, um das erzeugen von Interrupts durch das Erfassungssystem zu verhindern oder zuzulassen.
Interrupts aufgrund einer Bewegung des Handgriffs 30 erfordem ferner, daß einer der Desensibilisierer in der R- und der Θ-Phasenverfolgungseinrichtung 302 und 304 ein Signal ÄNDERN erzeugt. Das Signal ÄNDERN zeigt an, daß eine Positionsänderung, die größer als der Minimaländerungwert ist, der in dem Minimaländerungsregister gehalten wird, aufgetreten ist. Da Interrupts nur für eine Positionsänderung größer als der Minimaländerungswert erzeugt werden, wird der Mikroprozessor nicht für nutzlose kleine Bewegungen des Handgriffs 30 unterbrochen. Ferner umfaßt der Interruptgenerator einen Interruptdezimator, welcher verhindert, daß Interrupts aufgrund einer Bewegung des Handgriffs mit einer Rate größer als 50 Hz auftreten.
Interrupts aufgrund einer Zustandsänderung der Schalter treten nur auf, wenn die entprellten Zustände der Schalter sich ändern. Wenn somit eines der Einzelbitausgangssignale des Entprellers 322 verändert wird, und wenn Schaltinterrupts nicht maskiert sind, wird ein Schaltinterrupt erzeugt. Schaltinterrupts sind ebenfalls durch einen Interruptdezimator auf eine Maximalinterruptrate von 25 Hz begrenzt.
Wie es oben erwähnt wurde, beträgt die Auflösung der Phasenzähler des R- und des Θ-Phasenverfolgers etwa 0,7º Phase pro Zählwert. Der Zwischenraum der zugeordneten getriebenen Arraybalken ist derart, daß jeder Zählwert einer Handgriffbewegung von etwa 10 um entspricht. Demgemäß kann die Bewegung des Handgriffs auf einen sehr kleinen Bereich begrenzt werden, wobei eine Bewegung innerhalb dieses Bereichs direkt erfaßt und auf jedes Pixel auf dem Computeranzeigebildschirm abgebildet werden kann. Eine Anzeige beispielsweise mit 640 Horizontalpixeln und 480 Vertikalpixeln würde minimal eine Fläche von nur 7 mm mal 5 mm erfordern, um es zu ermöglichen, daß die Handgriffbewegung auf jedes einzelne Pixel auf dem Bildschirm abgebildet wird (d. h. der Cursor, der auf jedes einzelne Pixel zeigt). Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Bewegung des Handgriffs über etwa ein Zoll in der R-Richtung und entlang eines Bogens von etwa 3/4" (wenn der Handgriff vollständig herausgezogen ist) auf den gesamten Anzeigebildschirm abgebildet. Als Ergebnis können feinmotorische Erfahrungen, wie z. B. die, die bei der Handschrift verwendet werden, angewendet werden, um den Handgriff über die kleine Fläche zu bewegen, um den Cursor auf jede Position auf dem Bildschirm zu richten.

Software

Der Computermikroprozessor ist mit einem Softwaretreiber zum Übertragen von Änderungen in dem R- und dem Θ-Positionszäh-1er auf eine entsprechende Cursorbewegung auf dem Bildschirm programmiert. Der Treiber ist verantwortlich, um auf Interrupts anzusprechen, die von dem elektrischen Erfassungssystem erzeugt werden, um gegenwärtige Positions- und Schaltinformationen von den I/O-Registern zu lesen. Der Treiber verarbeitet diese Informationen, um die Positionsinformationen auf ein Pixel auf dem Bildschirm abzubilden. Die verarbeitete Positions- und Schaltinformationen werden dann einem Anwendungsprogramm oder einem Betriebssystemprogramm verfügbar gemacht, welches als Reaktion auf die Informationen Graphikoperationen, wie z. B. eine Cursorpositionierung, eine Icon-Aktivierung und andere Dinge durchführt. Ein Betrieb des Treibers ist durch die Flußdiagramme in den Fig. 23 bis 25 dargestellt.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Softwaretreibers nimmt ein mechanisches und elektrisches Erfassungssystem an, das eine Handgriffbewegungsinformation bezüglich eines Polarkoordinatensystems erzeugt. Ein Abbildungsverfahren des Softwaretreibers, welches die Polarhandgriffkoordinaten auf kartesische Bildschirmkoordinaten abbildet, umfaßt einen Schritt der Umwandlung von polar zu kartesisch. Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung, bei denen eine Bewegung des Handgriffs durch das mechanische und elektrische System bezüglich eines Koordinatensystems interpretiert wird, das sich von einem polaren Koordinatensystem unterscheidet, kann der Softwaretreiber modifiziert werden, um bei dein Abbildungsverfahren desselben eine geeignete Koordinatensystemumwandlung durchzuführen.
Fig. 23 ist ein Flußdiagramm, das die Operationen durchführt, die durch ein Initialisierungsverfahren des Treibers ausgeführt werden. Das Initialisierungsverfahren wird während der Systeminitialisierung durch den Treiber durchgeführt. Der Zweck der Initialisierung besteht darin, statische Variablen, die von dem Treiber bei einem Abbildungsverfahren des Treibers verwendet werden, einzustellen. Das Abbildungsverfahren bildet Positionsinformationen von den I/O-Registern auf eine Pixelkoordinate (Cursorposition) auf dem Bildschirm ab. Die wahre Position des Handgriffs 30 wird bei der Initialisierung einfach daher unbekannt sein, da die 12-Bit-R- und -Θ-Positionen in den I/O-Registern nicht einer eindeutigen Position des Handgriffs entsprechen. Daher werden die statischen Variablen initialisiert, derart, daß die anfänglichen R- und Θ-Positionen, die von dem I/O-Register gelesen werden, auf ein Mittenpixel des Bildschirms abgebildet werden. Diese Variablen werden später während eines Autokalibrationsverfahrens des Treibers gemäß der maximalen und der minimalen R- und Θ-Position, welche gelesen werden, eingestellt.
Die Initialisierung geht dann weiter, indem zuerst die anfängliche R- und Θ-Position von den I/O-Registern gelesen werden. Dann werden die statischen Variablen entsprechend initialisiert, derart, daß das Abbildungsverfahren des Treibers die anfängliche R- und Θ-Position auf die Mittenpixelkoordinate des Bildschirms abbilden wird. Die folgenden statischen Variablen werden initialisiert: maxR, minΘ, R1, Θ1, oldX0, oldY0, oldXP0 und oldYP0 ("old" = "alt").
Die Variablen maxr und mine werden während des Autokalibrationsverfahrens des Treibers verwendet, um die maximale und die minimale R- und Θ-Position zu verfolgen, die noch von dem Treiber gelesen wird. maxr wird gleich dem maximalen R- Wert eingestellt, der auf ein Pixel auf dem Bildschirm abgebildet wird. mine wird genauso auf den minimalen Wert Θ eingestellt, der auf ein Pixel auf dem Bildschirm abgebildet wird.
Die Variablen R1 und Θ1 sind 16-Bit-Werte zum Speichern der gegenwärtigen R- und Θ-Position. Die zwölf niederstwertigen Bits von R1 und Θ1 werden hier einfach gleich den 12-Bit-Anfangs-R- und -Θ-Positionen gesetzt, wobei Nullen in die vier höchstwertigen Bits eingesetzt werden.
Die Variablen oldX0, oldY0, oldXP0 und oldYP0 sind statische Variablen, die bei einem Desensibilisierungsverfahren des Treibers verwendet werden. Bei der Initialisierung werden die Variablen auf Werte gesetzt, welche sicherstellen, daß die Anfangsposition auf eine Mittenpixelkoordinate des Bildschirms abgebildet wird. Dies plaziert ebenfalls die Mittenpixelkoordinate in die Mitte eines nachfolgend beschriebenen Desensibilisierungsfensters.
Die Variablen oldX0 und oldY0 sind die Koordinaten der oberen linken Ecke des Desensibilisierungsfensters, das in Einheiten dargestellt ist, die einem Zählwert des Positionswerts oder etwa 10 um entsprechen. Oldxowird gleich (xBe reich minus xBreite)/2 eingestellt, wobei xBereich eine Konstante gleich der Anzahl von Phasenzählwerten, die einem Zoll einer Bewegung des Handgriffs entspricht (d. h. 2.560), ist, und wobei xbreite eine Konstante ist, die gleich der Breite des Desensibilisierungsfensters entspricht. OldY0 wird gleich (yBereich minus yBreite)/2 eingestellt, wobei yBereich eine Konstante ist, die gleich der Anzahl von Phasenzählwerten pro 3/4 eines Zolls einer Handgriffbewegung ist (d. h. 1.920), und wobei yBreite eine Konstante ist, die gleich der Höhe des Desensibilisierungsfensters ist. Somit definieren oldX0 und oldY0 eine Ecke eines Desensibilisierungsfensters mit einer Breite von xbreite und einer Höhe von yBreite innerhalb des 1-Zoll-mal-3/4-Zoll-Bereichs einer Handgriffbewegung, die auf dem Bildschirm abgebildet wird. Während die Auflösung des bevorzugten Ausführungsbeispiels ausgewählt ist, um eine Abbildung eines 1-Zoll-mal-3/4- Zoll-Bereichs der Handgriffbewegung auf dem Bildschirm zu schaffen, können unterschiedliche Auflösungen ebenfalls durch geeignetes Einstellen der Konstanten xBereich und yBereich untergebracht werden.
Die Variablen oldXP0 und oldYP0 sind die Koordinaten der oberen linken Ecke des Desensibilisierungsfensters in desensibilisierten Einheiten. OldXP0 und oldYP0 werden gefunden, indem oldX0 und oldY0 durch Skalierungskonstanten xOutFact und yOutFact geteilt werden.

Abbilden von Polarcodiererpositionen auf ein Bildschirmpixel

Das Treiberabbildungsverfahren wird durch das Flußdiagramm in Fig. 24 dargestellt. Das Abbildungsverfahren ist das Herz der Interruptserviceroutine. Das Abbildungsverfahren wandelt eine R- und eine Θ-Position, die von dem I/O-Register gelesen wird (die Variablen Rp und Θp) in eine Pixelkoordinate auf dem Bildschirm um (durch die Variablen Xs und Ys ausgedrückt). Die R- und die Θ-Position stellen die Position des Handgriffs in Polarkoordinaten dar. Ein Pixel auf dem Bildschirm wird jedoch durch kartesische Koordinaten beschrieben. Daher muß das Abbildungsverfahren eine Koordinatensystemumwandlung durchführen, während die Roh-R- und -Θ-Position in Pixelkoordinaten verarbeitet werden.
Der erste Schritt besteht darin, die 12-Bit-R- und -Θ-Position (in dem Flußdiagramm durch die Variablen Rp und Θp dargestellt) zu lesen. Die R- und die Θ-Position werden von dem I/O-Register wie oben beschrieben gelesen. Es ist wichtig anzumerken, daß die Roh-R- und die -Θ-Position nicht einer eindeutigen Position des Handgriffs 30 entsprechen. Der R- und Θ-Positionszähler hält 12-Bit-Positionswerte und und läuft bei der 0-4095-Grenze über. Daher ist jede R-Position 4.096 Zählwerte (eine Strecke von 40,96 mm entlang eines Radius von der Ursprungsachse 200) in jeder Richtung von einer weiteren Position R desselben Werts entfernt. Ferner kennt das elektrische Erfassungssystem nicht die tatsächliche Anfangsposition des Handgriffs, wenn zuerst Leistung angelegt wird. Das System erfaßt einfach eine Bewegung des Handgriffs. Somit kann man sich die R- und die Θ-Position als Polarpositionskoordinaten mit einem unbekannten beliebigen Versatz von den tatsächlichen Polarkoordinaten des Handgriffs vorstellen. Wenn der Handgriff beispielsweise vollständig herausgezogen ist, wenn Leistung angelegt wird, wird ein großer positiver Versatz für die R-Position vorhanden sein. Wenn der Handgriff dagegen fest in seinem Fach beim Einschalten verstaut ist, wird die Position R einen großen negativen Versatz haben. Daher muß der Softwaretreiber diese beliebigen Versätze empirisch bestimmen.
Die 12-Bit-R- und -Θ-Position (Rp, Θp) werden nachfolgend auf 16-Bit-R- und -Θ-Werte (R1, Θ1) erweitert. Diese Erweiterungsoperation ist nicht eine einfache Vorzeichenerweiterung. Die tatsächliche Anzahl von Malen, die der R- und der Θ-Zähler über- oder unterläuft, wird verfolgt. Dies stellt sicher, daß eine Überlaufbedingung nachfolgend im Algorithmus keine Probleme bewirken wird. Ein Über/Unter-Lauf der 12-Bit-R- und -Θ-Position (Rp, Θp) wird in den oberen vier Bits des 16-Bit-R- und -Θ-Werts (R1, Θ1) akkumuliert. Die Erweiterungsoperation arbeitet durch Bestimmen, wieviel und in welcher Richtung die 12-Bit-R- oder -Θ-Position seit der letzten Aktualisierung verändert worden ist. Die Erweiterungsoperation nimmt an, daß sich die R- und die Θ-Position niemals um mehr als 7 FF hexadezimal zwischen Interrupts ändem kann. Wenn sich eine Position R oder Θ um mehr als 7 FFh verändert hat, wird angenommen, daß tatsächlich in die entgegengesetzte Richtung übergelaufen worden ist. Wenn ein Überlauf oder ein Unterlauf aufgetreten ist, werden die vier oberen Bits des Werts R oder Θ entsprechend eingestellt. Die unteren 12 Bits werden einfach gleich der jeweiligen 12- Bit-R- oder -Θ-Position eingestellt.
Die Entscheidungsbaumstruktur (beginnend mit "R1 > max R") ist ein R-Autokalibrationsverfahren. Das R-Autokalibrationsverfahren stellt einen Bereich von R-Werten ein, die auf Pixel auf dem Bildschirm abgebildet werden. Es ist notwendig, den Bereich von Werten einzustellen, die auf dem Bildschirm abgebildet werden, da die Position R (Rp), die von dem Erfassungssystem gelesen wird, nicht einer tatsächlichen Position des Handgriffs entspricht. Die R-Position (Rp), die von dem Erfassungssystem erzeugt wird, enthält einen unbekannten Versatz von der tatsächlichen Position. Das Autokalibrationsverfahren erlaubt daher, daß der Softwaretreiber den Bereich der Handgriffbewegung einstellt, der auf dem Bildschirm abgebildet wird, derart, daß der Benutzer einen geeigneten Bewegungsbereich für den Handgriff wählen kann.
Das Autokalibrationsverfahren arbeitet durch Überwachen des minimalen und des maximalen R-Werts (R1), der bisher erzeugt ist. Dies wird durchgeführt, indem der maximale R-Wert (maxR) verfolgt wird, und indem angenommen wird, daß derselbe die Kante ganz rechts des Bewegungsbereichs darstellt. Der Wert R (R1) wird mit dem maximalen R-Wert (maxR) und mit einem minimalen R-Wert (maxR - BereichR) verglichen. Wenn der R-Wert (R1) größer als der maximale R-Wert (maxR) oder kleiner als das Minimum (maxR - BereichR) ist, dann wird der maximale Wert R entsprechend eingestellt, derart, daß der R-Wert wieder innerhalb des Bereichs zwischen dem maximalen und dem minimalen R-Wert liegt.
In der Tat erlaubt das R-Autokalibrationsverfahren, daß der Benutzer den Bewegungsbereich einstellt, der auf dem Bildschirm abgebildet wird, indem er den Handgriff aus diesem Bereich bewegt. Um den Bereich beispielsweise nach rechts zu bewegen, bewegt der Benutzer einfach den Handgriff aus dem Bereich nach rechts. Der Bereich wird automatisch nach rechts eingestellt, um die Handgriffposition innerhalb des Bereichs zu halten. Wenn daher ein Abschnitt des Bereichs blockiert ist, kann der Bereich in der entgegengesetzten Richtung neu positioniert werden. Wenn eine Bewegung des Handgriffs zu dem rechten Ende des Bereichs beispielsweise blockiert ist, kann der Bereich nach links neu positioniert werden, indem der Handgriff über das linke Ende des Bereichs hinaus bewegt wird. Wenn somit das Maximum in einer Richtung falsch ist, kann dasselbe korrigiert werden, indem der Handgriff zu dem entgegengesetzten Extrem bewegt wird.
Nach dem Einstellen des Bereichs maskieren die nächsten Schritte der R-Autokalibration (beginnend mit maxR = maxR - (R1 UND F000h)) die niedrigeren 12 Bits des R-Werts (R1) ab und stellen den maximalen R-Wert (maxR) um dieselben Mengen wie den R-Wert ein. Dies wird durchgeführt, um eine Drift in der R-Position (Rp), die sich über der Zeit akkumulieren könnte und bewirken könnte, daß der 16-Bit-R-Wert (R1) überläuft, zu verhindern.
Der zweite Entscheidungsbaum (beginnend mit "Θ1 < minΘ") ist ein Θ-Autokalibrationsverfahren. Das Θ-Autokalibrationsverfahren ist zu dem R-Autokalibrationsverfahren ähnlich. Der Bereich von Θ-Werten ist jedoch durch einen minimalen Θ-Wert (mine) definiert. Wenn der Θ-Wert (ei) kleiner als der minimale Θ-Wert (mine) wird oder einen maximalen Θ-Wert (minΘ + Bereiche) wird, wird der minimale Θ-Wert entsprechend eingestellt. Dem Benutzer ist es somit möglich, den Handgriffbewegungsbereich in der Θ-Dimension, der auf dem Bildschirm abgebildet wird, auf eine ähnliche Art und Weise wie bei der R-Autokalibration einzustellen. Wie bei der R-Autokalibration umfaßt die Θ-Autokalibration die Schritte (minΘ = minΘ - (Θ1 UND F000h), Θ1 = Θ1 UND OFFFh), um zu verhindern, daß sich eine Drift in der Θ-Position (Θp) über der Zeit ansammelt und bewirkt, daß der 16-Bit-Θ-Wert (Θ1) überläuft.
Nach dem R- und dem Θ-Autokalibrationsverfahren sind also absolute Polarkoordinaten (Rt, Θt), die einer angenommenen tatsächlichen Position des Handgriffs entspricht, berechnet. Der R-Maximal- und der Θ-Minimal-Wert (maxR und minΘ) werden derart betrachtet, daß sie tatsächlichen Handgriffpositionen (Versatzr und Versatze) entsprechen. Somit stellt dies eine einfache Art und Weise des Transiatierens der Werte (R1, Θ1) auf Werte (Rt, Θt) dar, derart, daß, wenn (R1, Θ1) = (maxR, minΘ) ist, dann (Rt, Θt) = (VersatzR, VersatzΘ) gilt.
Der nächste Schritt besteht darin, die absoluten Polarkoordinaten Rt, Θt in kartesische Koordinaten (Xt, Yt) zu transformieren. Eine Polar-zu-kartesisch-Umwandlungs funktion führt die Transformation durch. Die verwendete Formel ist eine Vereinfachung der bekannten Polar-zu-kartesisch-Funktion: (Xt, Yt) = Rt (cos (Θt ΘtoRadiane), sin (Θt ΘtoRadiane)) + (VersatzX, VersatzY). In der oben aufgestellten Form ist die Funktion zu komplex und zu zeitaufwendig, um innerhalb einer Interruptroutine ausgeführt zu werden. Ferner ist die Verwendung einer Gleitkommamathematik nicht vernünftig. Daher wird statt dessen eine Approximation der Funktion verwendet. Da et auf einen ausreichend schmalen Bereich von Winkeln begrenzt sein wird, wird eine Multiplikation oder Division mit einer Konstanten die Sinusfunktion annähern. Insbesondere kann sin (Θt ΘtoRadiane) als Θt ΘtoRadiane approximiert werden. Der Umwandlungsfaktor ΘtoRadiane entspricht der Anzahl von Zählwerten des Θ-Positionswerts pro Radian der Handgriffdrehung und hängt von spezifischen Charakteristika eines speziellen Ausführungs-C 9 1 II CC CCII beispiels der Erfindung (beispielsweise vom Radius des Θ- Sensors von der Ursprungsachse) ab. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist etoradiane gleich 1/5847. Somit kann Yt folgendermaßen berechnet werden:
Yt (Rt x Θt) / 5847 + Versatz (1)
Eine Approximation der Cosinusfunktion ist komplexer. Die Cosinusfunktion wird berechnet, indem eine Tabellennachschlagtechnik mit linearer Interpolation verwendet wird, um Werte zwischen den in der Tabelle gespeicherten zu finden. Da der Winkelbereich des Handgriffs auf +/- 6º begrenzt ist, und da die Cosinusfunktion um 0º symmetrisch ist, kann diese Tabellengröße minimiert werden. Das Winkelinkrement der Tabelle ist ausgewählt, um 256 Zählwerten der Θt-Position (etwa 0,04378 Radiane) zu entsprechen, um eine Interpolation zwischen Tabellenwerten mit Bitschieben und Maskieren statt mit Multiplikation und Division zu ermöglichen.
Anschließend wird ein Desensibilisierungsverfahren für sowohl die Xt- als auch die Yt-Koordinate durchgeführt, um eine desensibilisierte Position (Xd, Yd) zu berechnen. Das Desensibilisierungsverfahren ist nachfolgend beschrieben.
Der letzte Schritt des Abbildungsverfahrens besteht darin, die desensibilisierten Koordinaten (Xd, Yd) in das Bildschirmkoordinatensystem zu skalieren. Dieser Schritt ist als der letzte Schritt in Fig. 24 gezeigt. Der Schritt schneidet ebenfalls die resultierenden Bildschirmkoordinaten auf die Größe des Bildschirms ab. Das Schneiden oder Clippen ist notwendig, da eine Handgriffbewegung außerhalb des Bereichs, der auf tatsächliche Bildschirmpixel abgebildet wird, erlaubt ist, um sicherzustellen, daß alle Bildschirmpositionen erreichbar sind.

Desensibilisierungsverfahren

Der Zweck des Desensibilisierungsverfahrens besteht darin, die Empfindlichkeit des Cursors auf kleine Bewegungen des Handgriffs zu reduzieren, derart, daß eine Feinpositionierung des Cursors einfacher ist. Das Desensibilisierungsverfahren bewirkt, daß das Verhältnis der Cursorbewegung zur Handgriffbewegung innerhalb eines rechteckigen Fensters kleiner ist. Wenn der Cursor über die Kante des Fensters hinausbewegt wird, wird das Fenster vom Cursor mitgezogen, und das Verhältnis der Cursorbewegung zur Handgriffbewegung ist größer. Idealerweise sollte die Differenz der Bewegungsverhältnisse für den Benutzer nicht wahrnehmbar sein. Fig. 25 ist ein Flußdiagramm des Desensibilisierungsverfahrens. Das Verfahren wird zweimal ausgeführt. Einmal mit X eingesetzt für A und einmal mit Y eingesetzt für A.
Das Desensibilisierungsverfahren verwendet die folgenden Variablen: eine gegenwärtige Koordinate (At), eine untere Desensibilisierungsfenstergrenze in vordesensibilisierten Einheiten (oldA0), eine untere Desensibilisierungsfenstergrenze in nachdesensibilisierten Einheiten (oldAP0), eine Desensibilisierungsfensterbreite (ABreite), ein Außerhalb- Fenster-Bewegungsverhältnis (AOutFact) und ein Innerhalb- Fenster-Bewegungsverhältnis (AInFact), um eine desensibilisierte Koordinate (Ad) zu berechnen.
In dem ersten Teil des Desensibilisierungsverfahren (den Schritten At < oldA0 und (At - ABreite) > oldA0) wird die gegenwärtige Koordinate mit den Desensibilisierungsfenstergrenzen verglichen, um zu bestimmen, ob die gegenwärtige Koordinate innerhalb des Desensibilisierungsfensters liegt. Wenn die gegenwärtige Koordinate außerhalb des Desensibilisierungsfensters ist, werden die Grenzen des Desensibilisierungsfensters (oldA0 und oldAP0) zurückgesetzt, wodurch das desensibilisierte Fenster wirksam an einer Kante geschleppt wird. In dem letzten Schritt (Ad = (At - oldA0) x AInFact + oldAP0) wird die desensibilisierte Koordinate (Ad) berechnet.
Die Werte der desensibilisierten Fensterbreite (Abreite) und das Innerhalb-Fenster-Bewegungsverhältnis (AInFact) können von dein Benutzer eingestellt werden, um das "Gefühl" des Positionscodierers auf seine oder ihre Referenz einzustellen. Das Außerhalb-Fenster-Bewegungsverhältnis (AOutFact) ist durch die folgende Gleichung auf AInFact und ABreite bezogen:
AOutFact= (ABereich-ABreite AInFact) / (ABereich-ABreite) (2)
Dabei ist ABereich eine Konstante, die für X 2560 entspricht und die für Y 1920 entspricht, wie es oben bezugnehmend auf das Initialisierungsverfahren beschrieben wurde.

Claims

1. Ein tragbarer Computer mit einem Positionscodierungssystem zur Verwendung als ein Eingabegerät beim Steuern der Position eines Cursors auf einem Anzeigebildschirm, wobei das Positionscodierungssystem durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

einen Handgriff (30), der relativ zu einem Gehäuse (36) des Computers (32) bewegbar ist, wobei der Handgriff (30) mit einem Verbindungsbauglied (34) verbunden ist, derart, daß sich das Verbindungsbauglied (34) mit einer Bewegung des Handgriffs (30) bewegt;

eine Verriegelungseinrichtung (142) zum Befestigen des Handgriffs (30) an dem Gehäuse (36);

eine Einrichtung zum Lösen (40) des Handgriffs (30) von dem Gehäuse (36) in eine herausgezogene Position, wodurch sich der Handgriff (30) durch das Verbindungsbauglied (34) von dem Gehäuse (36) erstreckt; und

eine Codierereinrichtung (58, 204; 208, 212) zum Erfassen einer Bewegung des Verbindungsbauglieds (34) zum Liefern von Informationen zu dem Computer (32) zum Steuern der Position des Cursors auf dem Anzeigebildschirm.

2. Ein Computer gemäß Anspruch 1, bei dem das Verbindungsbauglied (34) derart befestigt ist (190, 202), daß dasselbe auf eine Translations- und eine Rotationsbewegung begrenzt ist.

3. Ein Computer gemäß Anspruch 2, bei dem das Verbindungsbauglied (34) an einem Träger (190) verschiebbar befestigt ist, um die Translationsbewegung zu ermöglichen, wobei der Träger drehbar befestigt ist (196, 198), um die Rotationsbewegung zu ermöglichen.

4. Ein Computer gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Codierereinrichtung (58, 204; 208, 212) eine Einrichtung (58, 204) zum Erfassen einer Translationsbewegung des Verbindungsbauglieds (34) und eine Einrichtung (208, 212) zum Erfassen einer Rotationsbewegung des Verbindungsbauglieds (34) aufweist.

5. Ein Computer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Codierereinrichtung getriebene Elemente (204, 208), Mischerstrukturelemente (58, 212) und Geberelektroden (206, 210) aufweist; wobei die getriebenen Elemente (204, 208) mit einer Einrichtung (258) zum Zuführen jeweiliger Wellenformeingangssignale mit einer vorbestimmten Phasendifferenz zwischen denselben verbunden ist; wobei die Mischerstrukturelemente (58, 212) kapazitiv mit den getriebenen Elementen (204, 208) gekoppelt sind; und wobei die Geberelektroden (206, 210) kapazitiv mit den Mischerstrukturelementen (58, 212) gekoppelt sind, um Sensorsignale, welche aus einem Mischen der Wellenformsignale resultieren, die kapazitiv in die Mischerstrukturelemente (58, 212) gekoppelt werden, zu einer Signalverarbeitungseinrichtung (290, 292, 300, 302, 304) zuzuführen, wodurch die letztgenannte Einrichtung Informationen liefert, die auf eine Translations- und eine Rotationsbewegung des Verbindungsbauglieds (34) bezogen sind.

6. Ein Computer gemäß Anspruch 5, bei dem ein erster Satz der getriebenen Elemente (204) auf einem Träger (190) befestigt ist, an dem das Verbindungsbauglied (34) verschiebbar befestigt ist, wobei ein entsprechender erster Satz der Mischerstrukturelemente (58) an dem Verbindungsbauglied (34) befestigt ist, wodurch eine Trans lationsbewegung des Verbindungsbauglieds bewirkt, daß die Elemente (58) auf dem Verbindungsbauglied (34) neben den getriebenen Elementen (204) des Trägers (190) gleiten.

7. Ein Computer gemäß Anspruch 6, bei dem der Träger (190) drehbar befestigt ist, derart, daß sich, wenn das Verbindungsbauglied drehend bewegt wird, ein zweiter Satz der getriebenen Elemente (208), die auf dem Träger (190) befestigt sind, bogenförmig benachbart zu einem entsprechenden Satz der Mischerstrukturelemente (212), die relativ zu dem Computergehäuse (36) fest sind, bewegt.

8. Ein Computer gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Einrichtung (258) zum Zuführen der Wellenformeingangssignale ein sinusförmiges Signal erzeugt, das auf einen Träger mit höherer Frequenz moduliert ist, welche verwendet wird, um die Signale mit vorbestimmten Phasendifferenzen zu liefern.

9. Ein Computer gemäß Anspruch 8, bei dem die Sensorsignale durch ein Schaltkondensatorfilter (296) gefiltert werden, das durch dieselbe Trägerfrequenz getaktet wird.

10. Ein Computer gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem die Signalverarbeitungseinrichtung Nulldurchgangsdetektoren (300), um Nulldurchgänge der demodulierten Sensorsignale zu erfassen, und Phasenverfolger (302, 304) zum Vergleichen von Nulldurchgängen mit einem Referenzsignal aufweist, um Zählwerte zu erzeugen, die Translations- und Rotationspositionsinformationen aufgrund einer Bewegung des Verbindungsbauglieds (34) darstellen.

11. Ein Computer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Schalter (84) in dem Handgriff (30) befestigt und durch einen Benutzer betätigbar ist, um eine gegenwärtige Cursorposition auf dem Anzeigebildschirm des Computers auszuwählen.

12. Ein Computer gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, der ferner eine Haltereinrichtung (218) zum lösbaren Halten des Verbindungsbauglieds (34) an dem Träger (190) umfaßt.

13. Ein Computer gemäß Anspruch 12, bei dem die Haltereinrichtung (218) ein Ausrichtungsbauglied (241), das an dem Verbindungsbauglied (34) befestigt ist, und ein Halterbauglied (219) aufweist, das an dem Träger (190) befestigt ist, um das Ausrichtungsbauglied zu berühren, um eine Bewegung des Verbindungsbauglieds (34) relativ zu dem Träger (190) zu begrenzen.

14. Ein Computer gemäß Anspruch 13, bei dem das Ausrichtungsbauglied (241) von der Haltereinrichtung (218) abgebogen werden kann, um die Grenze der Bewegung des Verbindungsbauglieds (34) relativ zu dem Träger (190) zu überwinden.

15. Ein Computer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine Tastatur (48) mit einer freiliegenden Oberfläche aufweist, und bei dem der Handgriff (30) innerhalb des Gehäuses unter der Tastaturoberfläche verstaut ist.

16. Ein Computer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Feder (180) zum Ausstoßen des Handgriffs (30) aus dem Computergehäuse (36) umfaßt.

17. Ein Verfahren zum Erzeugen von Informationen zum Steuern der Position eines Cursors auf einem Anzeigebildschirm eines tragbaren Computers, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

Lösen eines Handgriffs (30) von einem Gehäuse (36) des Computers (32), derart, daß sich der Handgriff (30) durch ein Verbindungsbauglied (34) aus dem Gehäuse (36) erstreckt;

Bewegen des Handgriffs (30), um eine entsprechende Bewegung des Verbindungsbauglieds (34) und eine relative Bewegung von kapazitiv gekoppelten Elementen (58, 204; 208, 212) zu bewirken;

Liefern von Wellenformsignalen mit vorbestimmten Phasendifferenzen zu den kapazitiv gekoppelten Elementen (58, 204; 208, 212), um Sensorsignale zu erzeugen; und

Bestimmen von Positionsinformationen aufgrund einer Bewegung des Handgriffs (30) durch Verfolgen der Phasen der Sensorsignale aufgrund von Änderungen in der kapazitiven Kopplung der Elemente (58, 204; 208, 212) aufgrund der Bewegung.