DE69532662T2

DE69532662T2 - Hinweisvorrichtungsschittstelle

Info

Publication number: DE69532662T2
Application number: DE69532662T
Authority: DE
Inventors: Robert E. McLean Kahn; John H. Swampscott Cafarella
Original assignee: Corp for National Research Initiatives
Current assignee: Corp for National Research Initiatives
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1995-06-09
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2015-06-10
Also published as: DE69532662D1; DE69528212T2; DE69528212D1; US5793361A; ATE261150T1; US6404416B1; EP0686935A1; EP0686935B1; EP1168232B1; EP1168232A1; ATE224567T1

Description

Diese Erfindung betrifft Zeigerschnittstellen für die Interaktion des Menschen mit anzeigegestützten Computersystemen.
Zeigen ist eine der einfachsten Arten für eine Person, ihre Wünsche anzuzeigen oder Information an andere zu übermitteln. Und Zeigen (zum Beispiel auf Wörter, die auf eine Weißwand geschrieben sind, oder auf Teile eines Bildes, das auf einem projizierten Bild dargestellt ist, oder auf Stellen von einem der unendlichen Vielfalt von Gegenständen der realen Welt) ist eine der häufigsten Hilfen bei Unterhaltung, Anweisung und zusammenarbeitender Anstrengung.
Zeigevorrichtungen umfassen die ganze Palette von Fingern, Zeigestöcken und anderen mechanischen und Leuchtinstrumenten bis zu Lichtstiften, elektronischen Sensornotizblöcken (Touchpads), Computermäusen, Sensorbildschirmen und anderen elektromechanischen und elektronischen Zeigern. Zeigen kann direktes Zeigen entlang einer Sichtfinie auf ein Ziel (wie wenn eine Zeigevorrichtung direkt auf einen Teil einer Anzeige eines ausgestrahlten oder andennreitig projizierten Bildes gerchtet wird) oder indirektes Zeigen (wie wenn eine Maus bedient wird, um die Position eines Bildes eines Zeigers auf einer Anzeige zu kontrollieren, ohne die Maus selber auf der Anzeige zu zeigen) sein.
Wenn das Zeigen auf eine Stelle auf einem Gegenstand gerichtet ist, welcher auf einer elektronischen Anzeige (z.B. auf ein Befehlsbild, das auf einer Bildschirmröhre erscheint) gezeigt wird, muss die Handlung des Zeigens durch eine Art von elektronischer Verarbeitung mit dem Zielbefehlsbild verbunden sein.
In dem Fall einer Maus kann die Identität des Zielbefehlsbildes aus dem Ort des Zeigers auf der Anzeige zum Zeitpunkt eines Mausklicks gefolgert werden. Im Fall eines Lichtstifts erlaubt die Rasterabtastung der Anzeige eine Eins-zu-Eins-Abbildung von Zeitmomenten auf Punkte auf der Anzeige, so dass der Moment, wenn Licht vom Zielort durch den Stift detektiert wird, den Zielort bedeutet.
Bei einer herkömmlichen Klasse von Computerschnittstellen gibt der Benutzer Sequenzen von Textkommandos ein, um zu kontrollieren, was der Computer tut. Ebenso häufig sind Menü-betriebene Systeme, bei welchen der Benutzer Handlungen aus vorherbestimmten Listen auswählt. In jüngeren Jahren sind graphische Schnittstellen (z.B. die Microsoft Windows-Schnittstelle) populär geworden. Bei einer typischen graphischen Benutzerschnittstelle lässt der Benutzer einen angezeigten Zeiger durch Bedienen einer. Maus über die Anzeige bewegen und „klickt" eine Maustaste, um eine Handlung anzuzeigen: DE 40 00 518 A1 von Mutoh Industries Ltd beschreibt ein CAD-System, das sowohl eine Maus als auch einen Zeiger verwendet. Bei Verwendung der Maus kann ein Satz von Koordinatenachsen, der auf der Anzeige angezeigt ist, verschoben oder gedreht werden.
EP 0312095 A2 von Wang Laboratories Inc. beschreibt die Verwendung einer tragbaren Vorrichtung zum Kontrollieren der Cursorbewegung. Ein interner Orientierungssensor stellt ein elektrisches Signal bereit, das Bezug zur Orientierung der Vorrichtung aufweist, ohne dass sie an eine fixierte Oberfläche angrenzt, Was Wang beschreibt und veranschaulicht, ist tatsächlich eine tragbare Maus.
Wir beschreiben nachstehend ausführliche Ausführungsformen der optischen Schnittstelle, weiche im Grunde so natürlich ist wie die einfache Handlung des Zeigens mit einem Finger auf eine Stelle oder Sequenz von Stellen im Blickfeld einer Person. Anders als eine Tastatur sind die beschriebenen Schnittstellen nicht auf eine beschränkte Anzahl an Handlungen eingeschränkt, sondern ermöglichen ungezwungene Zeigebewegung in jede Richtung. Anders als eine Maus oder Rollkugel ist der Benutzer nicht verpflichtet, eine komplexe mentale Verbindung zwischen Bewegungen der Vorrichtung und einem Cursor auf dem Bildschirm einzugehen. Auch anders als eine Maus oder Rollkugel kann der Zeiger des Benutzers zwischen einer Reihe von Stellen auf einer Anzeige schnell springen, und dennoch sind die beschriebenen Systeme in der Lage, den absoluten Ort jeder Stelle auf dem Bildschirm sofort zu bestimmen, anstelle der Erfordernis, die Bestimmung relativ zum vorherigen Ziel durchzuführen. Anders als bei einem Sensorbildschirm oder einer ähnlichen Vorrichtung muss sich der . Benutzer nicht , in Reichweite der Anzeige befinden, sondern könnte sich auf der anderen Raumseite oder in einem Auditorium befinden. Der Anzeigeteil der Schnittstelle könnte so klein sein wie ein Einzelbildschirm oder, so groß wie eine . wandgroße Anordnung von Bildschirmen. Die Stellen, auf welche der Benutzer zeigt, müssen sich nicht einmal auf einem Computerbildschirm befinden, sondern könnten sich auf alltäglichen Gegenständen befinden, z.B. ein Bild an einer Wand, unter der Voraussetzung, dass eine geeignete Abtastausrüstung verwendet wird. Der Gegenstand muss nicht einmal Planar sein. Außerdem können zwei, drei oder noch mehr Benutzer mit der Schnittstelle gleichzeitig und voneinander unabhängig interagieren, wobei das System sofort die absoluten Orte der Stellen bestimmt, auf welche jeder Benutzer zeigt. Bei einer Verwendungsweise könnten mehrere Benutzer miteinander und mit einer Computeranzeige (oder -anzeigen) interagieren, während sie sich in einem Raum umherbewegen und auf eine vollig natürliche Art und Weise auf verschiedene Teile der Anzeige (oder der Anzeigen) zeigen.
Bezug sollte auch auf die Europäische Patentanmeldung Nr. 95304024.3 ( EP 0686935 ) genommen werden, von welcher die vorliegende Anmeldung getrennt ist.
Gemäß eines ersten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, welche einem Benutzer ermöglicht, mit einem Bild zu kommunizieren, das auf einer Anzeigefläche erscheint, die mit einem Computersystem verbunden ist, wobei das Bild, das auf der Anzeigefläche erscheint, einen Gegenstand einschließt, der in dem Bild gedreht werden kann, und die Vorrichtung einen tragbaren Zeiger einschließt, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass:

die Anzeigefläche vorberbestimmte, zeiteränderliche Lichtemanationen von ihrer Fläche aufweist, wobei die Zeitveränderungen der Emanationen ausreichend sind, um eine Bestimmung eines begrenzten Bereichs auf der Fläche zu ermöglichen, welche die Quelle von Teilen der Lichtemanationen ist;
und der Zeiger eine Achse aufweist, die auf den Gegenstand gerichtet werden kann, während der Zeiger an einem Ort fern der Fläche gehalten wird, wobei der Zeiger um die Achse drehbar ist, während er auf etwas gerichtet wird, und wobei er mit Sensoren bereitgestellt wird, die gestattet sind, um Teile der Lichtemanationen von dem Gegenstand zu empfangen, und wobei der Gegenstand eine Kontrollrotation darstellt, welche daran angepasst ist, ein Software-Merkmal auszulösen;
und sie ferner eine Schaltung umfasst, die vorzugsweise Teil des oder befestigt ist am Zeiger, die gestaltet ist, um zu bestimmen, dass der tragbare Zeiger gedreht wird, beruhend auf Signalen von den Sensoren, und um Rotation des Gegenstands hervorzurufen, um das Software-Merkmal auszulösen, beruhend auf der Bestimmung der Rotation.

In einem zweiten und alternativen Gesichtspunkt dieser Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die einem Benutzer eines Computersystems ermöglicht, einen Gegenstand interaktiv zu bedienen, wobei die Vorrichtung einen tragbaren Zeiger einschließt und dadurch gekennzeichnet ist, dass:

die Vorrichtung ferner einen Scanner umfasst, der regulierbar ist, um dem Gegenstand ein Modulationsstrahlungsmuster, vorzugsweise ein zeitveränderfiches Muster, aufzuerlegen, wobei der Gegenstand eine Fläche aufweist, die durch sichtbare Veränderungen gekennzeichnet ist, um ein moduliertes Muster von reflektierten Emanationen hervorzurufen, das sich von den sichtbaren Veränderungen unterscheidet, wobei das Muster ausreichend ist, um von dem modulierten Muster von reflektierten Emanationen eine Bestimmung eines begrenzten Bereichs der sichtbaren Veränderungen am Gegenstand zu ermöglichen, welcher eine Quelle von reflektierten Teilen der Strahlung ist, wobei das modulierte Muster von reflektierten Emanationen eine vertikale Abtastung einer horizontalen Linie umfasst, die einer horizontalen Abtastung einer vertikalen Linie vorausgeht oder ihr folgt;
der Zeiger eine Achse, die auf einen begrenzten Bereich der sichtbaren Veränderungen des Gegenstands gerichtet werden kann, und einen Sensor aufweist, der Teile des modulierten Musters von reflektierten Emanationen vom begrenzten Bereich der sichtbaren Veränderungen empfängt; und
die Vorrichtung ferner eine Schaltung umfasst, die vorzugsweise Teil des oder befestigt ist am Zeiger, die gestaltet ist, um den begrenzten Bereich der sichtbaren Veränderungen des Gegenstands zu bestimmen, auf welchen der Zeiger gerichtet ist, beruhend auf Signalen vom Sensor.

Der tragbare Zeiger ist konfiguriert, um zu erlauben, dass er (1) durch Sichtlinie auf jede willkürliche Position innerhalb des Blickfelds des Benutzers gerichtet wird, einschließlich der Positionen jenseits der natürlichen Reichweite des Benutzers, und entlang jedes willkürlichen Weges und mit jeder willkürlichen Geschwindigkeit innerhalb der natürlichen Fähigkeit des Benutzers gejagt wird. Ein Detektor (z.B. im Zeiger oder verbunden mit ihm) detektiert die Emanationen von wenigstens einigen Positionen, auf welche der Zeiger gerichtet sein kann; und eine Schaltung identifiziert die Orte der Positionen, auf welche der Benutzer den Zeiger richtet (und hilft folglich beim Bestimmen, z.B. der Taktung der Ereignisse und der Identität des Benutzers). Der Benutzer kann auf eine Position innerhalb seines Blickfeldes und jenseits seiner Reichweite zeigen, seine Hand entlang jedes willkürlichen Weges und mit jeder willkürlichen Geschwindigkeit innerhalb der natürlichen Fähigkeit des Benutzers bewegen, um auf eine andere Position zu zeigen, und so weiter, und die Schaltung identifiziert automatisch die Orte der Reihe von Positionen, auf welche er gezeigt hat.
Besondere Ausführungsformen gemäß eines Gesichtspunkts der beiden Gesichtspunkte dieser Erfindung können die folgenden Merkmale einschließen. Die Schaltung (welche sich im Zeiger befinden kann oder nicht) identifiziert den Ort jeder Position in der Reihe von Positionen in einem Koordinatensystem. Ein Ereignisgenerator (z.B. ein Druckknopf am Zeiger) ermöglicht dem Benutzer, Ereignisse zu erzeugen, die mit Positionen verbunden sind, auf welche der Benutzer den Zeiger richtet.
Die Emanationen unterscheiden sich an verschiedenen Positionen, und die Schaltung identifiziert den Ort jeder Position, beruhend auf Unterschieden in den Emanationen. Die Unterschiede in den Emanationen können Unterschiede in der Zeit des Auftretens umfassen, z.B. solche, die mit Rasterabtasten der Positionen verbunden sind. Die willkürlichen Positionen, auf welche der Zeiger gerichtet sein kann, können auf einer im Wesentlichen planaren Fläche auf einer Pixelbildanzeigevorrichtung, z.B. einer rasterabgetasteten Bildschirmröhre, in Ausführungsformen gemäß dem ersten Gesichtspunkt dieser Erfindung liegen. Einige Ausführungen können eine statische Anzeige verwenden und können eine rasterähnliche Abtastung auf der statischen Anzeige durch Ändern der Erscheinung der aufeinanderfolgenden Zeilen, die auf der statischen Anzeige gezeigt sind, ausnutzen.
Die Emanationen können elektromagnetische Strahlung, wie Strahlung sichtbaren Lichts oder nichtsichtbare Infrarot-Strahlung, einschließen. Bei einigen Ausführungen gemäß dem ersten Gesichtspunkt können die Emanationen von ihren Positionen auf der Anzeige herrühren. Bei einigen Ausführungen können die Emanationen von den Positionen nur reflektiert sein. Im letzteren Fall können die Reflektionen von abgetasteten Emanationen sein, z.B. eine vertikale oder horizontale Linie von Emanationen (entweder sichtbar oder nicht), die quer über einen statischen Bildschirm oder auch einen alltäglichen Gegenstand abgetastet wurden..
Der Detektor im Zeiger kann von der Art sein, dass er Emanationen, die an Mehrfachempfängern (z.B. Mehrfacheinzelsensoren im Zeiger) empfangen werden, getrennt detektiert, und das System kann eine Schaltung zur Erzeugung einer Monopulspositionsschätzung einschließen, die auf den Emanationen beruht, die an den Mehrfachempfängern empfangen wurden. Der Detektor, die Schaltung und der Ereignisgenerator können alle Teil des Zeigers sein. Die vom Ereignisgenerator erzeugten Ereignisse können Ereignissignale sein, die durch Kabel oder durch elektromagnetische Strahlung zugeführt werden.
Es kann einen zweiten (und einen dritten oder mehr) tragbare/n Zeiger, Detektor/en und Ereignisgenerator/en geben; und die Schaltung kann auch den Ort jeder Position, auf welche die anderen Zeiger gerichtet werden, identifizieren.
Bei Ausführungsformen gemäß dem ersten Gesichtspunkt können die willkürlichen Positionen, auf welche der Zeiger gerichtet sein kann, auf einem Anzeigesystem von getrennt abgetasteten Mehrtachpixelbildanzeigeflächen liegen. Die Vorrichtung kann dem Benutzer ermöglichen, auf eine Position auf einer der Anzeigeflächen zu zeigen, seine Hand entlang jedes willkürlichen Weges und mit jeder willkürlichen Geschwindigkeit innerhalb der natürlichen Fähigkeit des Benutzers zu bewegen, um auf eine andere Position auf einer der anderen Anzeigeflächen zu zeigen, und so weiter, und die Schaltung zu veranlassen, die Orte der Reihe von Positionen, auf welche er gezeigt hat, automatisch zu identifizieren. Die Anzeigeflächen können unter Verwendung der jeweiligen Taktsignale, welche unter den Anzeigeflächen synchron oder nichtsynchron sein können, rasterabgetastet werden.
Ein Anzeigeidentitätsdetektor (im Zeiger oder außerhalb davon) kann detektieren, auf welcher Anzeige die Position ist, auf welche der Zeiger gerichtet wird. Der Anzeigeidentitätsdetektor kann mit Zwischenraum angeordnete Mehrfachsensoren, welche Emanationen vom Zeiger detektieren, und eine Monopulsschaltung einschließen, welche ein Signal zuführt, das die Anzeige identifiziert, auf welche der Zeiger gerichtet ist, beruhend auf den Emanationen, die an den Mehrfachsensoren detektiert werden. Der Zeiger kann eine Quelle einschließen, die darauf ausgerichtet ist; den ausgebreiteten Sensoren elektromagnetische Strahlung zuzuführen. Die Bildanzeigeflächen können rechtwinklig und in einer Anordnung angeordnet sein, und die Sensoren können sich an den Ecken der Anzeigeflächen befinden. Das Monopulspositionssignal kann eine Information erzeugen, die mit der Rotationsorientierung des Zeigers verbunden ist. In einer anderen Ausführungsform können die Abtastzeilen der verschiedenen Anzeigen in verschiedenen Farben erzeugt werden, welches ermöglichen würde, dass die. Bestimmung der Anzeige, auf welche der Zeiger gerichtet ist, durch den Zeiger bestimmt wird. Die Erfindung wird nachstehend insbesondere beispielhaft mit Bezug auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben, wobei gilt:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, die einem Benutzer ermöglicht, mit einem Computersystem (hier auch als optische Benutzerschnittstelle für einen Computer bezeichnet) zu kommunizieren;
2 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines Zeigers;
3 ist ein Blockdiagramm der gesamten Komponenten einer Ausführungsform eines optischen Schnittstellensystems;
4 ist eine Ansicht eines Teils des Anzeigesystems in Gebrauch;
5 ist ein schematisches Diagramm eines Pixels und einer gekennzeichneten Position auf einem Anzeigebildschirm; und die 6 und 7 sind Seiten- und Vorderansichten eines abgetasteten Bildes.
Wie in 1 ersichtlich ist, schließt ein Beispiel einer Schnittsteile, welche zwei Benutzern 10, 12 (oder mehr) ermöglicht, mit einem Computersystem 14 (z.B. ein Personalcomputer, auf dem Mehrfachbenutzeranwendungen, wie ein Spreadsheet-Programm, ein Textverarbeitungsprogramm, ein Multimediabetrachter, laufen) zu kommunizieren, ein Anzeigesystem 16 in Form einer rechtwinkligen Anordnung von rasterabgetasteten Bildschirmröhren-Anzeigebildschirmen 18 ein. Die auf den Bildschirmen angezeigte Information. kann von jeder Art sein, einschließlich Bildern, optischen Schnittstellen, die durch graphische Betriebsumgebungen (z.B. Windows), menü-betriebene Programme und Kommandozeile-Schnittstellen bereitgestellt werden. Verschiedene Anzeigebildschirme können ohne Beziehung zueinander stehende Information zeigen. Die Anzeigebildschirme können gruppiert sein, um in Beziehung zueinander stehende Information zu zeigen. Zum Beispiel können die vier Bildschirme in der oberen rechten Ecke der Anordnung eine Windows-Schnittstelle zeigen (jeder der vier Bildschirme zeigt ein Viertel der Schnittstelle), während der Rest der Bildschirme andere Bilder anzeigt.
In der Figur wird gezeigt, dass jeder der Benutzer einen Zeiger 20, 22 in Form einer sehr kleinen Taschenlampe mit Druckknöpfen oder anderen Aktivieningsmechanismen hält.
Jeder Zeiger erlaubt seinem Benutzer, auf eine Position 24, 26, oder eine willkürliche Reihe von Positionen oder jeden willkürlichen Weg über einen oder mehrere der Bildschirme zu zeigen. Die Knöpfe oder anderen Aktivierungsmechanismen (nicht gezeigt in 1) können gedrückt werden, um dem Computersystem Handlungen anzuzeigen.
Die spezielle Wahl und Ausfühnrngsform der Knöpfe oder Aktivierungsmechanismen ist eine Frage der Designwahl, aber es ist, was auch immer die Wahl ist, wünschenswert, mehrere verschiedene Arten von Handlungen durch den Benutzer, ein wenig (aber nicht vollständig) durch Analogie zu den mehreren verschiedenen Handlungen, die durch einen Benutzer einer herkömmlichen Maus vorgenommen werden können, bereitzustellen.
Eine Art von Handlung ist, dem optischen Schnittstellensystem anzuzeigen, ob der Benutzer wünscht, dass der Zeiger überhaupt „lebendig" ist oder nicht. Dies kann durch einen Knopf erreicht werden, welchen wir den „In-Gebrauch"-Mechanismus nennen sollten. Durch Deaktivieren des In-Gebrauch-Mechanismus kann der Benutzer den Zeiger umherbewegen und gestikulieren, ohne dass die Bewegung oder das Gestikulieren eine Wirkung auf die Benutzerschnittstelle hat (d.h. mit ein wenig derselben Wirkung, wie wenn jemand seine Hand ganz von einer herkömmlichen Maus entfernt). Durch Aktivieren des „In-Gebrauch-Mechanismus können die Bewegungen des Zeigers und die Aktivierung anderer Knöpfe verwendet werden, um mit der Benutrerschnittstelle zu interagieren. Wenn der Zeiger in Gebrauch ist, bildet die gekennzeichnete Position (die Position, auf welche der Zeiger gerichtet ist) einen impliziten Cursor zu dem Zweck, andere Handlungen vorzunehmen. Der implizite Cursor kann tatsächlich angezeigt werden oder nicht. Jede Handlung, die in einem herkömmlichen Computersystem an einer Cursorposition vorgenommen werden kann, z.B. ein Klick oder Doppelklick durch eine Maus,. kann hinsichtlich des impliziten Cursors vorgenommen werden.
Eine andere Art von Handlung ist, Markierungen an angezeigten Positionen zu erzeugen. Markierungen sind bloß Symbole, die an Positionen angezeigt werden, an denen der Cursor zu einem früheren Zeitpunkt gewesen ist; und welche der Benutzer zu markieren ausgewählt hat. Wir nennen dies den Markierungsmechanismus. Markierungen können jede Form oder Gestalt auf dem Bildschirm annehmen.
Eine andere Art von Handlung ist, anzuzeigen, wenn die gekennzeichnete Position einer Markierung einer vorher markierten Position zum Zweck des Auswählens jener Markierung und des Handelns an, der Markierung selber entsprechen soll. Die Handlung kann das Bewegen der Markierung zu einem anderen Ort (z.B. Ziehen oder Sprigen zur neuen Position) oder das Handeln an einem Satz von Markierungen (z.B. Auswählen des Satzes) sein. Wir nennen dieses den „Markierungskennzeichnungsmechanismus^„.
Eine andere Art von Handlung ist, anzuzeigen, dass ein Ereignis hinsichtlich irgendetwas (z.B. Auswahl aus einem Menü), das mit einer Markierung, einem Satz von Markierungen oder dem impliziten Cursor verbunden ist, stattfinden sollte. Dieses entspricht ein wenig einem Klick oder Doppelklick einer Maustaste. Wir nennen den Mechanismus, der diese Handlung ermöglicht, den Ereignismechanismus. Der Ereignismechanismus könnte mit dem Markierungskennzeichnungsmechanismus auf einem einzelnen Knopf verbunden werden, der zum Markieren oder Markierungsauswählen einmal geklickt wird, der während des Herumdrehens niedergedrückt bleibt, um eine Ziehhandlung anzuzeigen, oder der doppelgeklickt wird (möglicherweise auf einem verbundenen Menü), um ein Ereignis zu kennzeichnen.
Jeder Benutzer kann seine In-Gebrauch-, Ereignis-, Markierungs- und Markierungskennzeichnungsmechanismen unabhängig von und gleichzeitig mit anderen Benutzern, die von ihren Mechanismen Gebrauch machen, verwenden. Das Computersystem bestimmt sofort, welcher Zeiger welche Handlung hinsichtlich welcher Position oder Positionen auf welchen Anzeigebildschirmen vornimmt.
Die Benutzer können sich irgendwo innerhalb der Sichtweite des Anzeigesystems 16, einschließlich an Orten, welche jenseits der Reichweite des Anzeigesystems liegen, befinden. Zum Beispiel könnten sich die Benutzer in einem Raum befinden, der so klein ist wie ein Büro oder die Größe eines Auditoriums besitzt.
Das optische Schnittstellensystem schließt ein Anzeigekontrollsystem (nicht gezeigt in 1) ein, welches unter anderem zu jeder Zeit den Anzeigebildschirm 18 und den Ort der gekennzeichneten Position und den Zustand des In-Gebrauch-Mechanismus, des Ereignismechanismus, des Markierungsmechanismus und des Markierungskennzeichnungsmechanismus bestimmt. Um diese Bestimmungen durchzuführen, muss das Anzeigekontrollsystem Information erhalten und analysieren, welche die Bewegung und die Kontrolle von jedem Zeiger mit Positionen auf den Anzeigebildschirmen des Anzeigesystems verbindet. Im Beispiel von 1 wird dies getan, beruhend auf der Tatsache, dass die Anzeigebildschirme rasterabgetastetes Licht in Richtung auf die Benutzer emittieren. Jeder Bildschirm wird in aufeinanderfolgenden horizontal gestrichenen Abtastzeilen rasterabgetastet, so dass zu jedem Zeitpunkt nur eine einzige Position auf jedem Bildschirm Licht in Richtung der Zeiger emittiert. Jeder Zeiger besitzt einen Detektor zum Empfangen von Licht von der gekennzeichneten Position. Durch Vergleichen des Zeitpunkts, an welchem das Licht von der gekennzeichneten Position am Zeiger detektiert wird (wir nennen dieses den „Zeitpunkt der gekennzeichneten Position^„ oder „TODP^„), mit der Information über die Rastertaktung eines bestimmten Bildschirms, ist es möglich, den absoluten Ort der gekennzeichneten Position auf dem Bildschirm ohne Berücksichtigung vorher gekennzeichneter Positionen schnell zu bestimmen. Im Fall von Mehrfachbildschirmen ist es erforderlich, die Taktung der Rasterabtastung jedes Bildschirms (wenn das Abtasten unter den Bildschirmen nichtsynchron ist) oder die Gesamtabtasttaktung (wenn das Abtasten synchron ist) zu kennen.
Weit mehr als einer der Bildschirme zur gleichen Zeit Licht emittieren kann, sollte auch eine Bestimmung davon durchgeführt werden, welcher Bildschirm die gekennzeichnete Position trägt. Die Bestimmung der Taktung im Zeiger hängt von der Verwendung eines optischen Diskriminators (z.B. einer Linse) ab, um zwischen Bildschirmen zu unterscheiden. Um dem Anzeigekontrollsystem die Bildschirm- und Taktungsinformation zu übermitteln, hat jeder Zeiger auch eine Quelle von Emanationen, welche einen Strahl elektromagnetischer Strahlung (z.B. infraroter) 28, der auf die gekennzeichnete Position konzentriert ist; zuführt. Das Anzeigesystem hat Detektoren 30 für diesen eingebundenen Strahl, einen Detektor an jeder Ecke jeder Anzeige (andere Positionen für die Detektoren sind auch möglich). Wenn der Benutzer den Zeiger auf eine gekennzeichnete Position richtet, deckt der Strahl vom Zeiger einen Bereich um die gekennzeichnete Postion herum ab, welche breit genug ist, um seine Detektion durch alle eingebundenen Detektoren 30 oder die gewünschte Anzeige sicherzustellen. Durch ein Monopulsverfahren, das in Anhang B ausführlicher beschrieben ist, werden die Signale von den eingebundenen Detektoren verwendet, um zu bestimmen, welcher der Bildschirme die gekennzeichnete Position enthält. Wenn nur ein Bildschirm beteiligt ist, ist nur ein einziger Detektor erforderlich, um zu bestimmen, welcher Benutzer sendet, und um Takt- und andere Kommunikationssignale zu empfangen, aber Mehrfachvorrichtungen stellen höhere Zuverlässigkeit bereit. Monopulsverarbeitung kann im Zeiger auch verwendet werden, um genaue Taktungsinformation zu erlangen.
Der Strahl 28 kann selber eine „passive^„ Anzeige (ein Lichtpunkt auf dem Bildschirm) der allgemeinen Zielrichtung des Zeigers bereistellen (oder kann durch eine nahe Strahlenlichtquelle – z.B. ein Laserbezeichner – vergrößert werden, um diese bereitzustellen); der Strahl kann auch moduliert werden, um einen Kommunikationskanal vom Zeiger zum Anzeigesystem bereitzustellen. Dieser Kanal überträgt die Information vom Zeiger zum Anzeigesystem, das den Zeiger identifiziert, den TODP spezifiziert und den Zustand des In-Gebrauch-Mechanismus, des Ereignismechanismus, des Markierungsmechanismus und des Markierungskennzeichnungsmechanismus beschreibt. In einer anderen Ausführungsform könnte der Kanal über ein Kabel vom Zeiger zum Anzeigesystem (Linie 503 in den 2 und 3) überfragen werden.
Mit Bezug auch auf 4 kann das System, obwohl nicht erforderlich, einen oder mehrere benutzerspezifische/n Ortszeiger (z.B. Markierungen oder Befehlsbilder in der Form von Pfeilen mit verschiedenen Farben und/oder Formen) für jeden Benutzer anzeigen, um optische Rückkopplung bereitzustellen, während der Benutzer den Zeiger entweder auf eine gekennzeichnete Position oder eine gewünschte Position richtet (mit "gewünschter Position" bezeichnen wir die Position, auf welche der Benutzer zu zielen wünscht; mit "gekennzeichneter Position" bezeichnen wir den Punkt, auf den tatsächlich gezielt wird, ob gewünscht oder nicht). Die angezeigte Position jedes Befehlsbildes oder jeder Markierung wird mit der gekennzeichneten Position oder der gewünschten Position entweder automatisch oder durch Betrieb des Markierungskennzeichnungsmechanismus synchronisiert. In 4 ist zum Beispiel ein Pfeilbefehlsbild C_A eines Benutzers A gezeigt (in einer Farbe), der auf eine gegenwärtig gekennzeichnete Position D_A zeigt; eine Markierung C_A ^OLD zeigt auf eine Stelle, auf die der Benutzer A. vorher gezeigt hatte. Ein verschieden farbiges Zeigefingerbefehlsbild C_B eines zweiten Benutzers B wird gleichzeitig an einer anderen gegenwärtig gekennzeichneten Position D_B angezeigt. Beruhend auf der Wahrnehmung des Benutzers für einen „Fehler" zwischen der gekennzeichneten oder angezeigten Position und der gewünschten Position, kann der Benutzer den Zeiger leicht bewegen, um den Fehler zu korrigieren. Computerprogramme können auch in der Lage sein, in bestimmten Fällen beim leichten Einstellen zu unterstützen.
Jeder Benutzer kann die angezeigte Position innerhalb eines einzelnen Anzeigebildschirms . 18 durch Aufrufen des Markierungsmechanismus und des Markierungskennzeichnungsmechanismus kontrollieren, um zu bewirken, dass die angezeigte Position an der gekennzeichneten Position ist. Während der Benutzer den Zeiger zielt oder erneut zielt, kann das System oder braucht nicht fortzufahren, die alte angezeigte Position anzuzeigen, oder kann die angezeigte Position mit der gekennzeichneten Position bewegen (im Fall einer Ziehhandlung). Wenn das System die angezeigte Position anfangs nicht mit der gekennzeichneten Position bewegt, kann es das automatisch tun, sobald die gekennzeichnete Position temporär stationär bleibt, oder wenn der Benutzer den Markierungskennzeichnungsmechanismus aufruft. Die angezeigte Position kann sich nachfolgend bewegen, wenn der Markierungskennzeichnungsmechanismus später erneut ausgelöst wird.
Der Benutzer arbeitet typischerweise auf zwei Arten mit dem Zeiger. Im Nachführmodus ändert der Benutzer die gekennzeichnete Position und kann die angezeigte Positionhinsichtlich der gekennzeichneten . Position unter Verwendung des Markierungs- und Markierungskennzeichnungsmechanismus manipulieren. Während des Nachführmodus kann das System zulassen, dass mehrfach gekennzeichneten Positionen erinnert und/oder angezeigt werden.
Wenn die gekennzeichnete Position den Rand des Bildschirms erreicht und sich während des Nachführens zum benachbarten Bildschirm bewegt, führt das angezeigte Befehlsbild glatt zum neuen Bildschirm nach.
Im Beispiel von 4 hatte Benutzer A mit der gekennzeichneten Position an einer alten angezeigten Position O_A1 (welche eine Sanduhrmarkierung trägt) begonnen, hatte sich dann zu der alten angezeigten Position O_A2 (welche auch eine Markierung trägt) bewegt, dann zu O_A3, die alle innerhalb eines Spreadsheet-Programms über die beiden Bildschirme S1, S2 angezeigt werden. Von Position O_A3 hatte der Benutzer den Spreadsheet-Wert in der Zelle bei O_A3 in Richtung eines Bildes in einem Graphikprogramm gezogen, das auf den Bildschirmen S3 und S4 angezeigt ist. Die gegenwärtig gekennzeichnete Position D_A ist von der gewünschten Position I_A leicht versetzt.
Während desselben Zeitraums war der Benutzer B einer Sequenz gefolgt, die die alte angezeigte Position O_B1, dann O_B2 einschloss, und hatte dann den Wert in der Zelle bei O_B2 zu einem Textverarbeitungsprogramm gezogen, das auf Bildschirm S5 lief.
Bei Mehrfachbenutzern kann jede scheinbare Wechselwirkung unter ihnen durch die zugrundeliegende Software gefolgert werden.
Andere Befehle, zum Beispiel Befehle; welche einer zweiten oder dritten Taste an einer Maus entsprechen, könnten auch implementiert werden.
Der Zeiger
Mit Bezug auf 2 schließt der Zeiger 20 ein Gehäuse 50, das ein oder mehrere Batterien 52 aufnimmt,,eine Strahlenquelle 54, einen Detektor 56 für Licht, das von der gekennzeichneten Position auf einem der Bildschirme empfangen wird, eine Linse 59 zum Fokussieren des einfallenden Lichts auf den Detektor, Aktivierungsmechanismen (z.B. Knöpfe) 51, 53, 55 und eine Zeigerkontrollschaltung 58, einschließlich einer Detektionsschaltung 63 und einer Kommunikationsschaltung 61, ein.
Mit Bezug auf 3 hat der Detektor 56 im Zeiger eine Signalverarbeitungsschaltung und vier Pixelwerte 55, die in einem Quadrat logisch angeordnet sind. Die Zeigerkontrollschaltung im Zeiger schließt eine Uhr 62 und eine Monopulsschaltung 64 zum Empfangen von Signalen von den Sensoren 55 und zum Zuführen entsprechender Signale ein, die den Schwerpunkt des einfallenden Lichts anzeigen. Ein TODP-Element 66 verwendet die Uhrsignale und ein Signal von einem der Aktivierungsmechnismen 51, 53, 55, wenn überhaupt, um ein TODP-Signal zu erzeugen, das den Zeitpunkt anzeigt, zu welchem Licht von der gekennzeichneten Position empfangen wurde. Ein TOT-Element 68 verwendet die Uhrsignale, um ein Transmissionszeit-Signal zu erzeugen.
Der Kommunikationsteil der Zeigerschaltung schließt einen Strahlenmodulator 70 ein, weicher die Strahlenquelle 54 gemäß der TODP- und TOT Signale und anderer Information, die nachstehend beschrieben wird, moduliert. Signale von den Aktivierungsmechnismen können auf dem Strahl auch so moduliert werden, dass das System zwischen verschiedenen der Aktivierungsmechnismen unterscheiden kann und zu Zeiten, wenn sie aufgerufen werden, verschieden arbeitet.
An den Anzeigesystemsensoren 30 erzeugte Infrarotsignale werden einem Demodulator 50 zugeführt, welcher Teil des Detektionssystems ist (welches Teil des Anzeigekontrollsystems 32 ist). Die Demodulatorausgangsleistung fließt zu drei Elementen, wo sie analysiert wird, um Kontrollsignale zum Zuführen zum Computersystem 14 zu erzeugen. Ein Monopulselement 52 analysiert die Sensorausgangsleistungen, bestimmt die Schwerpunkte der einfallenden Lichtstrahlen von verschiedenen Zeigern und bestimmt aus der Schwerpunktinformation, welche Bildschirme die Ziele der Zeiger sind. Die überwachten Amplituden an den Sensoren werden an das erwartete Raummuster für die Zeigerbeleuchtung des Benutzers angepasst, bedingt durch die gekennzeichnete Position. Diese Information wird zum Computersystem als Bildschirmidentitäten, die mit den Identitäten des , Zeigers verbunden sind, geleitet. Ein TODP-Element 70 verwendet die Signale der Demodulaiorausgangsleistung, um die TODPs für die verschiedenen Zeiger wiederzugewinnen, und führt einem Bildschirmpositionsanalysator 72 entsprechende Signale zu, Der Analysator 72 verwendet die TODPs und die Rasterinformation von einem Rastersynchronisator 74, um die gekennzeichneten Positionen auf den Bildschirmen zu bekommen.
Ein Aktivierungsmechanismusanalysator 76 extrahiert die Zustände der Aktivierungsmechanismen aus der Demodulatorausgangsleistung und führt dem Computersystem 14 entsprechende Aktivierungsmechanismussignale zu.
Das Computersystem 14 schließt den gewöhnlichen Prozessor 84, die Speicherung 82, den Speicher 80 und die Bildschirmpuffer-/treiber 86 ein. Ein Echtzeitbetriebssystem 88 und Anwendungen 90 laufen auf dem System. Im Fall einer Einzelanwendung, die auf einem einzelnen Bildschirm läuft, können die Signale des Aktivienmgsmechanismus und die Positionssignale vom Schnittstellenkontrollsystem einfach zu dem Computersystem gesendet werden, auf ungefähr die Art, dass die Bewegungs- und Klicksignale von einer Maus gesendet werden. Im Fall von Mehrfachbildschirmen (und möglicherweise Mehrfachanwendungen) muss das Computersystem Hardware und Software einschließen, welche unter, den Bildschirmidentitäten, Postionen und Signalen des Aktivierungsmechanismus, die von verschiedenen der Zeiger stammen, unterscheiden kann. Weil das Computersystem „weiß", welche Anwendung in jedem Teil des Anzeigesystems läuft; können die Befehle von den verschiedenen Zeigern aussortiert werden und den entsprechenden Anwendungen zugeführt werden.
Transmission der Taktungsinformation auf dem modulierten Strahl Der Zeiger misst TODP relativ zur lokalen Uhr 62 im Zeiger, um die kritische Taktung zwischen der TODP und der Rastertaktung zu vemreiden. Das Senden von sowohl TODPals auch TOT-Daten vom Zeiger zum Anzeigesystem ermöglicht genaue Berechnung des TODP am Empfängerende, ohne dass hohe Taktungsgenauigkeit (z.B. 10 nsek) gegenüber dem Kommunikationskanal aufrechterhalten werden muss. Die Sensoren in den Ecken der Bildschirme erlauben redundante Demodulation und Verbinden der empfangenen Kommunikationssignale. Mehrwegsignale können ausdrücklich erlaubt werden oder die Umgebung kann konstruiert werden, um sie im Wesentlichen zu beseitigen.
Die Frequenz der Datentransmissionen vom Zeiger zum Anzeigesystem kann verringert werden (von einmal pro jeweiliger Rasterzeilenabtastung), indem dem Zeiger erlaubt wird, die Schätzungen des TODP über mehrere (z.B. acht) rasterabgetastete Bilder zu mitteln. Eine mögliche Aufarbeitungsrate in der Größenordnung von 10/Sek würde wernünftig sein, beruhend auf einer Wahrnehmungszeit von 100- msek beim Menschen. Die Verwendung einer Stärke von zwei für das Intervall der Bilderdurchschnittsbildung würde Division durch die Anzahl der Bilder eine einfache Schieberegisteroperation machen. Die Anzahl der für die Durchschnittsbildung verwendeten Bilder könnte dynamisch , ausgewählt werden, um variierende Erfordemisse für die Aufarbeitungsrate zu unterstützen.
Der tatsächliche Aufarbeitungsinterval kann auch variiert werden, um wiedehlte (periodische) Kollisionen zwischen zwei Zeigern, deren Transmissionen zufällig einmal kollidieren, zu vermeiden. Zum Beispiel könnte ein Zeiger für ein Intervall der Durchschnittsbildung mit 8 Bildern eine Pause von 1 bis 8 Bildzeitpunkten eingefügt werden, die pseudozufällig für jede Transmission ausgewähft wurden.
Die übersandten TOT und TODP-Taktsignate können, müssen aber nicht von vollständiger Auflösung sein. Für einen Bildschirm mit 1024x1024 Pixeln sind 20 Bits erforderlich, um die Taktung eines Ereigrirsses auf Pixel-Pegelgenauigkeit innerhalb eines Bildes zu spezifizieren. Die TOT könnte auf ein groberes Netz von Zeiten beschränkt werden, die den vier am wenigsten wichtigen Bits entsprechen, die Null sind. Das Anzeigekontrollsystem könnte die Ankunftszeit einer Transmission unzweideutig innerhalb der Zeit, die für die Zeilenabtastungen des Bildschirms erforderlich ist, messen, somit könnte die TOT auf 256 mögliche Werte pro Bildzeit, die nur 8 Bits erfordert, beschrankt weben. Nach dem Vervollständigen der Mehrfachbilddurchschrmttsbildung, um die TODP zu schätzen, würde der Zeiger seinen Bericht bei einer TOT Gelegenheit innerhalb des nächsten Intervalls der Vier-Zeilen-Abtastung, das die TODP enthält, übersenden; 12 Bits an TODP-Daten wären erforderlich, um zu spezifizieren, wann innerhalb des Intervalls der Vier-Zeilen-Abtastung sich die TODP ereignet, während das Intervall der Vier-Zeilen-Abtastung die vertileibenden acht Bits zuführt, die für die TODP erforderlich sind, gerade wie für die TOT. Das Anzeigesystem würde die Taktung des Zeigers lösen, und dann würde die TODP berechnet werden.
Die Kommunikationssignale vom Zeiger zum Anzeigesystem könnten das folgende Format verwenden.
Die Taktdaten zur Verwendung mit einer Rasteranzeige bestehen aus 8 Bits für TOT und 12. Bits für TODP. Für eine statische Anzeige (siehe nachstehende Diskussion) betragen die Daten jeweils 10 Bits für die beiden äquivalenten Koordination. Drei Bits werden für die Fehlerprüfung bereitgestellt. Acht Bits werden zum Mitführen der Zustandsinformation. (ein/aus) für bis, zu 8 Aktivienmgsmechanismen am, Zeiger bereitgestellt. Gegebenenfalls können weitere Bits für nichtbinäre Aktivierungsmechanismen bestimmt werden.
Um gleichzeitige Mehrfachbenutzer zu unterstützen, würde der Strahl jedes Zeigers möglicherweise unter Verwendung eines Spreitzspektrums (Spread-Spectrum) für Einzigartigkeit kodiert werden. Das Anzeigekontrollsystem würde die gekennzeichneten Positionen identifizieren und sie durch Lesen des Codes oder durch Verwenden des Codes als Spreitzspektrum-Signal aussortieren. Aktivierungsmechanismen könnten unter Verwendung alternierender Kodierung des Strahls bewirkt werden, wie es Sicherheits-Identitäts-Codes könnten.
Monopuls im Zeiger
sMonopulsdetektion im Zeiger überwindet den ungünstigen Einfluss von Veränderungen der Lichtintensität, verbunden mit der angezeigten. Information auf dem Bildschirm. Wie in 5 ersichtlich ist, kann ein gekennzeichneter Ort 60 auf der Oberfläche des Bildschirms 62 mehrere Pixel verschiedener Intensitäten einschließen. Jeder Pixel kann Mehrfachemanationsbereiche des Bildschirms, z.B. 16 Abtastzeilen umspannen. Als praktische Sache kann die Hochauflösung in der Nähe der gekennzeichneten. Position auf der Oberfläche des Bildschirms nicht leicht oder kostenwirksam an einen Detektor im Zeiger angepasst werden. Die tatsächliche Zeitinformation, die am Detektor empfangen wird, ist gewöhnlich mit einer Sequenz unscharfer Zeilenabtastungen, die durch das Lichtintensitätsmuster an einzelnen lokalen Pixeln moduliert werden; verbunden. Die Wirkung wird ferner ,. durch Veränderung der Farben werter verkompliziert. Beim Monopulsversuch empfängt jeder der zum Beispiel vier Detektoren Licht vom Bereich 68 der Anzeige, und Verwendung erzeugt ein Intensitätssignal als Eingangsleistung einer Schwerpunktsberechnung.
Monopuls im Anzeigesystem
Die Quelle im Zeiger führt einen breiten Strahl elektromagnetischer Strahlung zu, der in der Richtung der gekennzeichneten Position zentriert ist. Die Breite des Strahls muss breit genug sein, um sicherzustellen, dass er alle Strahlsensoren für die Anzeige von Interesse trifft, ungeachtet der gekennzeichneten Position auf jener Anzeige. Außer wenn die anfängliche gekennzeichnete Position nahe der Kante des gesamten Anzeigesystems fällt, wird der Monopuls, der auf dem breiten Strahl vom Zeiger beruht, eine zufriedenstellende Identifikation des korrekten Bildschirms geben. Jeder Fehler bei diesem Verfahren ist wahrscheinlich in der Größenordnung ähnlich des anfänglichen Zeigefehlers, der durch den Benutzer gemacht wird, bevor eine optische Darstellung auf dem Bildschirm (Rückkopplung) ihn zu der gewünschten Position führt.
Um Doppeldeutigkeiten zwischen. benachbarten Bildschirmen in der Anzeige zu vemreiden, kann das Anzeigesystem durch das Senden synchronisierender Pulse vom Rastersynchronisator 74 an alle Bildschirme rasterabgetastet werden, als wenn es ein einzelner Bildschirm wäre. Der Monopuls liefert den Zeigeschwerpunkt mit einer Genauigkeit von ungefähr 20% der Bildschirmbreite. Synchronisieren der Raster stellt sicher, dass nicht zwei einzelne Bildschirme gleichzeitig eine TODP von einem einzigen Zeiger auslösen könnten. Synchronisieren der Raster ist ein direktes Verfahren, das das Zuführen eines externen Taktsignals zu allen Anzeigen einschließt.
Während Doppeldeutigkeit in der vertikalen Dimension unwahrscheinlich ist, kann zusätzlicher Rand erforderlich sein, um Doppeldeutigkeit auf der horizontalen Abtastung wegen ihrer höheren Frequenz zu vermeiden. Alternierende Anzeigen könnten ihre horizontalen Abtastrichtungen (Anzeigen würden ein Schachbrettmuster in zwei Dimensionen alternierender Abtastungen erzeugen) umkehren. Weil der Zeiger eine spezifische Rotationsorientierung hat, bestimmt die Sequenz der Nullzeilenüberschreitung unmittelbar vor und nach der TODP eindeutig, ob die Abtastung von rechts nach links oder von links nach rechts war.
Weitere Einzelheiten werden in Anhang C gefunden.
Sicherheit
Es kann wünschenswert sein, einen Weg bereitzustellen, um Benutzer zu registrieren (bei der Sitzung oder für einen bestimmten Zeitraum), um vor unbefugtem Zugang zu schützen. Ein Sicherheitsverfahren, das auf dem Computersystem läuft, könnte als Bedingung Benutzer authentisieren, ihnen zu erlauben, einen Zeiger zu verwenden, um mit dem System zu interagieren. Bei Fehlen eines Softwaresicherheitsverfahrens könnte die manuelle Registrierung der Benutzer verwendet werden.
Das Sicherheitsverfahren würde überprüfen, dass ein Benutzer befugt ist, auf das System zuzugreifen, und würde auch jede Beschränkung übermitteln, z.B. kann Benutzer X nicht auf Dinge auf Bildschirm Y zeigen. Das Sicherheitsverfahren könnte eine allgemeine Funktion sein, oder einige oder alle Sicherheitsfunktionen könnten direkt in die Anwendungen integriert sein..
Wenn ein Benutzer zum ersten Mal erscheint oder erneut erscheint, richtet das System eine Zeigesitzung für den Benutzer ein. Dies schließt die Koordinierung mit der Sicherheitsfunktion ein, um die verschiedenen Anzeigeerlaubnisse zu bestimmen, für welche der Benutzer berechtigt ist. Wenn der Benutzer für einen zu langen Zeitraum verschwindet, beendet das Zeigesystem die Sitzung.
Wenn ein Benutzer für kürzer als das Intervall der Zeitsperrre der Sitzung fort war und den In-Gebrauch-Aktivierungsmechanismus erneut aufruft, bestimmt das System durch Prüfen der Information, die es vom Anzeigekontrollsystem empfangen hat, welcher Bildschirm durch den Benutzer ausgewählt wurde. Dies wird anfangs unter Verwendung von Schätzungen der neu gekennzeichneten Position, die durch Monopulsverarbeitung auf dem eingebundenen Strahl vom Zeiger abgeleitet wird, dann anschließend von den TODP-Signalen gemacht, die vom Zeiger empfangen werden.
Andere Ausführungsformen sind durchführbar.
Zum Beispiel könnte das Anzeigesystem ein Einzelbildschirm sein. Ein einzelner Benutzer könnte Gebrauch von dem System machen. Der Zeiger könnte eine Variante des gewöhnlich verwendeten Laserzeigers sein. Mehrfache Benutzer könnten auch Gebrauch von dem System machen. Spreitzspektrum- oder andere Multiplexverfahren könnten verwendet werden, um das Anzeigekontrollsystem unter den verschiedenen Benutzern aufzuteilen.
Das System könnte Information verwenden, die in der Nähe einer gekennzeichneten Position angezeigt wird, um das Verfahren des Identifizierens der gekennzeichneten Position zu unterstützen. Wenn der Benutzer zum Beispiel einen Aktivierungsmechanismus aufruft, während er versucht, den Zeiger auf einen Befehlsknopf einer graphischen Benutzeroberfläche zu richten, und wenn das Richten nur leicht entfernt" vom Knopf ist, kann das System annehmen, dass die gekennzeichnete Position auf dem Knopf ist und so den Zeiger dort anzeigen (entweder wartet es auf eine Bestätigung durch den Benutzer oder nimmt implizit Bestätigung an,. wenn es nicht durch den Benutzer schnell rückgängig gemacht wird).
Ein Rückkopplungskommunikationskanal könnte vom Anzeigesystem zum Zeiger bereitgestellt werden, um Kontrollinformation und eine Zustandsanzeige bereitzustellen. Zum Beispiel könnte, wie in den 2 und 3 gezeigt, der Zeiger bei einem Mehrfachbenutzerspiel ein Ergebnis lokal anzeigen (z.B. auf einer LED-Anzeige 501). Der Rückkopplungskanal könnte durch ein Kabel 502 oder durch einen Strahl vom Anzeigesystem zum Zeiger übertragen werden.
Statische Anzeige Das Schema zum Delektieren der gekennzeichneten Position kann durch Auflegen eines künstlichen und temporären Pseudorasters auf dem Bildschirm in Form von zeitlichräumlicher Bildschirmaktivität, die am Zeiger abgetastet werden kann, auch auf statische (nicht rasterabgetastete) Bildschirme angewendet werden.
Das Pseudoraster muss nicht einzelne Pixel nacheinander abtasten, wie bei einer wirklichen Rasterabtastung. Stattdessen könnte es zuerst eine horizontale Zeile bei einer vertikalen Abtastung, dann eine vertikale Zeile bei einer horizontalen Abtastung erzeugen. Dieses könnte sogar eine relativ helle Zeile sein, weil der Benutzer ihre Anwesenheit nicht wahrnehmen wird, oder es könnte eine feste Änderung der Intensität sein, die zu jedem Pixel hinzugefügt wird, wenn die Zeile abgetastet wird. Im letzteren Fall würde der Hintergrund durch ein Hochpassfilter in der Zeigerdetektionsschaltung abgedeckt werden.
Wiederholtes Abtasten könnte zufällig verieilt durchgeführi werden, um Abtast-zu-Abtast-Integration im Augapfel zu vermeiden, aber dies ist nicht notwendig, weil die Erscheinung des Pseudorasters nur eine sehr leichte Änderung der einheitlichen Hintergrundintensität darstellen würde. Das Abtasten der vertikalen und horizontalen Zeilen kann in jeweils unter 1 msek bewirkt werden; der menschliche Augapfel kann das Ereignis nicht delektieren, weil die menschliche Wahrnehmung etwa 100 msek erfordert. Die Geometrie der optischen Detektoren im Zeiger könnte ausgewählt werden, um die Leistung für das Pseudoraster zu optimieren.
Wenn der Zeiger jedesmal das Durchlaufen des Pseudorasters anzeigt, dann kann die gekennzeichnete Position bestimmt werden. Wenn entweder eine, vertikale oder eine horizontale Zeile durch die Mittelachse des Zeigers abgetastet wird, ändern beide Monopulskanäle das Signal gleichzeitig; folglich stellen die Kanäle redundante Information bereit. Diese Redundanz könnte durch Verwendung von Pseudorasterzeilen parallel zu den Detektomulllinien entfernt werden, aber dies würde einen der Kanäle einfach inaktiv machen.
Mit Bezug auf die 6 und 7 wird ein ähnliches Verfahren zum Zeigen auf gekennzeichnete Positionen auf alltäglichen Gegenständen, wie ein an einer Wand hängendes Bild 102, in einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Gesichtspunkt dieser Erfindung verwendet werden. In jenem Fall könnten die Pseudorasterzeilen 104, 106 von den Projektoren 108, 110, die sich mit einem Abstand von der- Wand befinden, auf den Gegenstand projiziert werden. Reflektiertes Licht von den Abtastzeilen würde den Zeiger treffen. Das Computersystem könnte die gekennzeichnete Position innerhalb eines durch die abgetasteten Zeilen defnierten Bezugsbildes bestimmen. Siehe Anhang E für weitere Information.
Rotationsorientierung
Der Algorithmus, der für die Zeigerschätzung der TODP vorgeschlagen ist, würde bei nahezu allen Rotationen um die Zeigeachse arbeiten, aber würde in einem kleinen Bereich von Winkeln um eine Winkelorientierung, die dem Raster entspricht, das sich parallel zu einem der Zeigernullzeilen bewegt, nicht funktionieren. Ein verschiedener Algorithmus, Verarbeitung von Zeile-zu Zeile, könnte diesen Fall handhaben.
Wenn der Zeigeralgorithmus abgeändert wurde, um bei willkürlichen Rotationswinkeln um die Zeigerichtung zu funktionieren, dann könnte diese Winkelrotation ebenso gemessen werden. Software der gegenwärtigen Generation verwendet „Knopf"-Schalter auf dem Bildschirm, welche mit einer Maus „gedrückt" werden können. Mit der Fähigkeit, eine Winkelrotation der Zeigervorrichtung um ihre Zeigeachse abzutasten, könnten Bildschirmschalter programmiert werden, welche dem Benutzer erlauben, Dinge, wie Knöpfe und Schraubenköpfe, in einer Ausführungsform gemäß dem ersten Gesichtspunkt dieser Erfindung zu drehen.
Eingebundene Datenübertragung
Der eingebundene Strahl könnte gestaltet sein, um eingebundene Daten von verschiedenen Anwendungen anzunehmen. Zum Beispiel könnten Benutzerantworten auf Fragen, die an einem Bildschirm angezeigt werden, über einen modulierten elektromagnetischen Strahl zu den Sensoren am Anzeigesystem gesendet werden.
Visierlinien
Wenn wenigstens einer der Sensoren, die sich in den Ecken der Bildschirme befinden, durch Vierersensoren ersetzt werden würde, könnte zusätzliche Monopulsverarbeitung den Benutzern Visierlinien liefern. Dies würde Anwendungssoftware ermöglichen, auf interessante Arten mit der Bewegung des Benutzers im Raum zu interagieren.
Trajektorie
Der Zeiger ermöglicht direktes (absolutes) Kennzeichnen von Merkmalen, die an einem Bildschirm angezeigt werden; in einer anderen Ausführungsform ermöglicht er die Darstellung von Trajektorie am Bildschirm. Herkömmliche Maus-, Rollkugel-und Joysückvorrichtungen zum Vergleich stellen nur relative Positionskorrekturen bereit, während Sensorbildschirminteraktionen relativ grob und unbeholfen sind. Dies könnte verwendet werden, um eine Strecke auf einer Karte zu verfolgen oder um ein Umlaufintegral durchzuführen oder um zu unterschreiben.
Anhang A: Genauiakeit und Auflösung
sWenn der Benutzer eine gewünschte Position „einkreist", neigt die gekennzeichnete Position dazu, zum Beispiel wegen Zittern der Hand oder wegen Schwankungsfehlern vom Verfahren der Schätzung der gewünschten Position in der Nähe der angezeigten Position um kleine Beträge zu wandern. Eine Schätzung dieses Fehlers beträgt 0,1° RMS mit einer zeitlichen Korrelation im Umfang von 0,5 Sek, was zu einem Wandern der gekennzeichneten Position typischerweise um zehn bis zwanzig Pixel führt. Das Wandern könnte durch Mittelwertbildung oder durch Auferlegen einer vorsätzlichen Nicht-Linearität (Regelunempfindlichkeitswirkung) aus dem System herausgefiltert werden, oder es könnte einfach erwartet werden, dass der Benutzer seinen Finger vom Tastschalter entfernt.
Auch wenn der Zeiger in einem Schraubstock befestigt werden würde, um jede mechanische Bewegung auszuschließen, würde es wegen Rauschen beim Verfahren des Schätzens jener Position noch immer eine Restschwankung bei der gekennzeichneten Position geben. Wenn zum Beispiel ein Lichtpunkt an der Wand angezeigt wird, dann ist die Genauigkeit, mit welcher die Position des Lichtpunkts geschätzt werden kann, durch die folgende Gleichung gegeben:
wobei σ die Standardabweichung von x oder y ist, d der 3-dB-Lichtpunktdurchmesser ist und SNR das Signal-Rausch-Verhältnis (SRV) ist. Für einen Halbzoll-Lichtpunkt und ein Signal-Rausch-Verhältnis von 20 dB würde dies typischerweise etwa vier Pixel betragen.
Das System muss sich mit diesen Schwankungen in der gekennzeichneten Position befassen. Weil das Zeiger-Untersystem keine Information über die Cursorposition hat, ist es attraktiv, das Zeigerverfahren die Unterdrückung der Schwankungen handhaben zu lassen. Dies würde kontextabhängiges Verhalten des Nachführens der gekennzeichneten Position durch den Cursor ermöglichen, was einen Kompromiss zwischen der Ansprechzeit und der Positionsstabilität vermeidet.
Wenn die gekennzeichnete Position und/oder die angezeigte Position über den Bildschirm geschwenkt wird/werden, dann sind die Ungenauigkeiten, die durch Schätzfehler oder unabsichtliches Zittern der Hand verursacht werden, ohne Konsequenz, so könnte das Cursor-Anzeige-Verfahren einfach die angezeigte Position schwenken, um die gekennzeichnete Position zu erreichen. Wenn auf der anderen Seite die gekennzeichnete Position stationär bleibt und die Cursor-Position sich jener Position näheri, dann würde das Wandern der gekennzeichneten Position ersichtlich werden; das Cursor-Anzeige-Verfahren könnte eine von mehreren Verfahren zur Unterdrückung von Schwankungen verwenden. Zum Beispiel könnte die Position über nacheinander längere Zeiträume gemittelt werden, wenn die gekennzeichnete Position in der Nähe des angezeigten Ortes sitzt; dies würde dem Benutzer ermöglichen, die Cursorposition auf einer Einzelpixelskala „sehr fein einzustellen".
Eine bestimmte Auflösung des Anzeigesystems vorausgesetzt, wäre es enttäuschend, nicht in der Lage zu sein, einem Benutzer zu erlauben, die gewünschte Position um ein einzelnes Pixel zu bewegen. Wenn wir eine Wand berücksichtigen, die mit Anzeigen bedeckt ist, könnte es erforderlich sein, Pixel horizontal bei einem Abstand von 0,3 mm auf einem 6 m-Feld auszuwählen; dieses zwanzigtausend-xu-eins-Verhältnis erfordert eine Auflösung von über sechzehn Bits. Dies ist keine unvernünftige Auflösung, insbesondere wenn man bedenkt, dass relative Bewegungen innerhalb eines Einzelbildschirms eine Auflösung von nur zehn Bits erfordern. Als praktische Sache stellen die Schwankungen in der gekennzeichneten Position wegen des thermischen Rauschens praktisch unendliche Auflösung. bereit; dies ist ähnlich dem Auswaschen der „Treppenstufe" des AID-Umwandlers bei Signal-Verarbeitungs-Anwendungen. Folglich kommt die Grundauflösung niemals einem Pixel nach, wenn sie vom Cursor Anzeige-Verfahren abhängt.
Anhang B: Analyse des Monogulsverfahrens
Bei einer monochromatischen Anzeige wurde der Zeiger folgendes detektieren:
wobei W(x,y) das Pixel-für-Pixel-Muster an der Anzeige ist, σ der (Gaußsche) Lichtpunktradius ist, (x₀,y₀) der Ort des Elektronenstrahlrasterpunkts zum Zeitpunkt t ist und S(x,y) die Spitzenstreufunktion (das zweidimensionale Raumananalogon der Impulsfunktion, die in der Schaftungstheorie verwendet wird) des Detektors im Zeiger ist. Die Windung mit der Punktausbieitungsfunktion entspricht einem räumlichen Tiefpassfitern, um die Auflösung zu verringern. Das angezeigte Muster W(x,y) kann willkürlich sein; tatsächlich wählt ein Benutzer wahrscheinlich die gekennzeichneten Positionen, bei denen W(x,y) beträchtliche Variation aufweist, weil solche die Bereiche von Interesse sind. Folglich ist eine Schätzung des Zeitpunkts, bei welchem die Rasterposition (x₀,y₀) durch eine gekennzeichnete Position (x',y') geht, wahrscheinlich falsch, wenn sie nur auf der Detektorlichtamplitude gegen die Zeit beruht.
Eine Lösung zu dieser Schwierigkeit ist, den Zeiger die Rasterposition (x₀,y₀) durch Herausfiltern der Schwankungen wegen W(x,y) schätzen zu lassen, und dann zu beobachten, wann die geschätzte Rasterposition bei der gekennzeichneten Position (x',y') ist. Dies kann unter Verwendung eines optischen Monopulsdetektors im Zeiger erreicht werden, welcher (x',y') automatisch an der Mittelachse unterbringt, d.h. auf der optischen Achse zwischen dem Zeiger und der gekennzeichneten Position, wie durch den Benutzer wahrgenommen.
Ein optischer Monopulsdetektor besitzt vier Sensoren (z.B. vier Photodioden), die in einem Quadrat angeordnet sind, und eine Linse (z.B. 2 cm im Durchmesser), um empfangenes Licht auf das Quadrat zu fokussieren. Wenn wir die Photoströme I₁ bis I₄ nennen, dann erzeugen wir die folgenden Signalströme:
wobei 1 und 2 sich auf die oberen linken bzw, rechten Dioden beziehen und 3 und 4 sich auf die unteren linken bzw. rechten Dioden beziehen. Die drei Signalströme in der Gleichung entsprechen der Summe (F) des optischen Strahls (der Strom, der von der Gesamtfläche rzeugt wird) und der vertikalen (ΔV) und der horizontalen strahlen (die Differenzen der Ströme, die von den oberen und unteren Hälften bzw. den echten und linken Hälften erzeugt werden). Die geschätzte Rasterposition wird durch Normeren der Ströme für die Differenzstrahlen auf den Summenstrahlstrom gefunden:
wobei die zu invertierende Funktion F von der Geometrie der Optik abhängt; F in der Nähe der Mittelachse, d.h. (x',y') immer linear ist. Weil die Differenzstrahlen nach der Normierung auf den Summenstrahl verarbeitet werden, können wir eine beträchtliche Unterdrückung des W(x,y)-Musters erwarten.
In einer anderen Ausführungsform können die Diskriminatoren von diagonal gegenüberliegenden Diodenbereichen erzeugt sein. Obwohl äquivalente Information bereitgestellt wird, kann eine einfachere Schaltung verwendet werden.
Die optische Monopulsvorrichtung erzeugt zwei Nullzeilen, welche relativ zur x-y-Koordinate (Raster) des Bezugsbildes um 45° geneigt sind. Diese Nullzeilen entsprechen den beiden Verarbeitungskanälen; die Ausgangsleistung eines Kanals ändert das Signal, wenn der (horizontal abgetastete) Rasterpunkt seine Nullzeile kreuzt. Wenn die vertikale Rasterposition von der Mittelachse entfernt ist, dann sind die Nulldurchquerungen der beiden Kanäle zeitlich gut getrennt; wenn das Raster jedoch innerhalb eines Pixels der Mittelachse durchläuft, ändern beide Kanale das Signal innerhalb der Zeit, die der Rasterpunkt benötigt, um ein Pixel zu überstreichen. Dies ist eine vernünftige Schätzung des TOC.
Angenommen, eine Längeneinheit in x oder y stellt einen Pixel dar, dass die gekennzeichnete Position (0,0) ist, und dass es zwei Spitzen von angezeigter Bildschirmintensität gibt, die sich ein paar Pixel von jener Position befinden. Das Bildschirmintensitätsmuster ist durch folgende Gleichung gegeben:
wobei wir zwei Gaußsche Spitzen der Intensität fünf zu einem Einheitshintergrund addiert haben, wobei die Spitzen bei (–3,0) und (0,–3) erscheinen. Herkömmliche kartesische Koordinaten werden eher verwendet als eine Von-oben-nach-unten-Abtastung, wie häufig durch Einrollen mit einer zweidimensionalen Gaußschen Funktion (zum Beispiel) unscharf zu machen. Dieses Raummuster beträgt ungefähr
für eine 10:1-Verringerung der Auflösung. Die Raumvariation im Muster ist durch das räumliche Tiefpassfiltern sehr verringert; das Auge würde die verringerte Auflösung für denselben ±3-Bereich in x und y sehen.
Obwohl das menschliche Auge etwa 0,1 Sekunden lang integriert, kann ein Photodetektor eine Signalbandbreite leicht unterstützen, die mit dem Auflösen des Ereignisses des Rasterstrahls, der durch ein Einzelpixel läuft, übereinstimmt. Das zeitliche Signal, das im Photodetektorstrom dargestellt ist, ist die Hochauflösungsmomentintensität, die von der Rasterabtastung abgetastet wird; jedoch ist die Wirkung der 10:1-Optik mit geringer Auflösung, dass das Blickfeld etwa 100 Pixel enthält. Weil dort innerhalb des Blickfelds viele Intensitätpeaks sein könnten, neigt folglich der Versuch, die gekennzeichnete. Position, beruhend auf der Intensität, zu bestimmen, zum Fehler.
Der Monopulsansatz normiert. die Wirkungen des Bildschirmintensitätsmusters, um die gekennzeichnete Position genauer ausfindig zu machen. Vorausgesetzt, dass der Zeiger einen Viererphotodetektor aufweist, wobei sich die Zentren der vier empfangenen Muster bei x=±½, y=±½ befinden. Die Photoströme I₊₊, I_-+, I_+-, I_-- entsprechen den Detektoren mit Empfangsmustern, die bei (½,½), (–½,½), (½,–½) bzw. (–½,–½) zentriert sind. Wir definieren die Ströme wie folgt:
wobei I_Σ der Summenmusterbezug ist und die beiden Differenzströme mit Schrägstrichen indiziert worden sind, die ihre jeweiligen Nullzeilen anzeigen, d.h. I_\ ist Null, wenn der Rasterpunkt entlang der 45°-Linie liegt, die vom zweiten zum vierten Quadranten verläuft, und I_/ ist Null, wenn der Rasterpunkt entlang der 45°-Linie liegt, die vom ersten zum dritten Quadranten verläuft. Wenn der Rasterpunkt die gekennzeichnete Position bei (0,0) in nächster Nähe passiert – er muss nicht genau durch den Pixel verlaufen, weil die Rasterabtastung vom menschlichen Zeigen nicht blockiert ist – ändern beide Diffenrezströme das Signal innerhalb eines Intervalls, das der Zeit entspricht, die der Strahl benötigt, um sich zwischen Pixeln zu bewegen. Dieses Ereignis funktioniert für fast alle Winkelrotationen des Zeigers; für den seltenen Fall, wenn die Rasterabtastung parallel zu einer der Nullachsen läuft, dann bewahrt eine leicht modifizierte Logik den Betrieb. Eines dieser Ereignisse oder ihr Durchschnitt kann zum Identifizieren der gekennzeichneten Position genommen werden, weil das Zittern der Hand die gekennzeichnete Position um mehr als den Restfehler bei diesem Schätzungsverfahren variiert.
Das Raster tastet W(x₀,y₀) in jedem Augenblick ab; die Wirkung der Zeigeroptik ist, dass der Rasterpunkt einen Photostrom erzeugt, der proportional zu W(x₀,y₀) in jedem Detektorelement ist, aber über einen Bereich von Pixeln der verringerten Auflösung entspricht. Jeder der Detektoren hat einen Peak in seinem Raumverstärkungsmuster (spatial gain pattern), welches in x oder y (oder beiden) von den anderen verschoben ist. Einheitsdetektorneigungseffizienz angenommen, angegeben in Ampere/Watt, welches das Verhältnis zwischen optischer Leistung und Detektorstrom übermittelt.
Folglich. erzeugen die Paardetektoren Nullzeilen entlang x₀=y₀ und x₀=–y₀. Der Kontrast zwischen vollständiger Helligkeit und Dunkelheit auf dem Bildschirm muss beschränkt werden, um Division durch nahezu Null zu vermeiden.
Es wird berücksichtigt, dass die Rasterabtastung Zeile für Zeile erfolgt und durch vertikale Pixeltrennung von y=0 indiziert wird, wobei die Zeit bei einem Pixel pro Sekunde, gemessen relativ zu x=0, läuft. Folglich nimmt während der Zeilenabtastung n der Rasterabtastpunkt die folgenden Positionen ein:
Die vorstehenden Gleichungen können verwendet werden, um zu zeigen, dass der ideale Monopuls beim Ausfindigmachen der TODP Vollpixelgenauigkeit wiedererlangt. Außerdem legen sie dar, dass der nicht normierte Monopuls, d.h. ohne die Division, in den meisten Fällen auch die korrekte TODP ergeben wird.
Der Leser sollte der Komplexität der vorstehenden Analyse nicht erlauben, die zugrundeliegende Einfachheit des Monopulsgrundsatres zu verdunkeln.
Anhang C: Strahlkonfiguration
Die Kommunikationsverbindung zu den Sensoren am Anzeigesystem könnte infrarote. Wellenlänge verwenden, für welche preiswerte optische Komponenten erhältlich sind (andere Wellenlängen können auch verwendet werden). Die Sensoren, die sich in den Ecken der Anzeigen befinden, würden für Weitwinkelannahme angeordnet werden und weisen Einzugsbereiche von 1 mm² und eine entsprechende äquivalente Rauschleistung (NEP) von 2×10^–15 W/√Hz auf. Die Verwendung einer Photodiode mit größerer Fläche würde die Berücksichtigung . der Rauschfigur des folgenden Verstärkers unnötig machen. Wir nehmen an, dass die NEP durch Verstärkung nicht verschlechtert wird und dass der Benutzer sich direkt vor der Anzeige befindet (aber die Ergebnisse können durch cos(Φ) für Transmissionen außerhalb des Winkels skaliert werden, wobei Φ der Sichtwinkel vom direkten Zentrum auf der Anzeige ist). Das Problem des außerhalb des Winkels kann, wenn erforderlich, durch Anordnen von zwei oder mehr Photodioden parallel zu ihren Oberflächennormalen überwunden werden, die durch einen Winkel getrennt sind, der ausgewählt ist, um den Gesamtphotostrom über einen großen Bereich von Sichtwinkeln ungefähr konstant zu machen. Natürlich wird der Dunkelstrom proprotional zur Anzahl solcher Dioden erhöht.
Als schlechtester Fall wird angenommen, dass die Zeiger in einem großen Auditorium bei Bereichen von 10 bis 60 m von der Anzeigewand verwendet werden. Bei der gegenwärtigen Technologie kann, erwartet werden, dass die einzelnen Bildschirme an einer Seite größer als 1 m und kleiner als 2 m sind und als Mosaik gruppiert sind, um eine große Betrachtungsfläche zu erzeugen. Hier würde das empfangene Strahlungsmuster vom Zeiger dazu bestimmt sein, von einem Abstand von 60 m einen Fleck von 2 m Durchmesser zu befeuchten.
Der vom Zeiger übersandte Strahl weist ein Gaußsches Profil und einen Beleuchtungswinkel von ungefähr 4° auf. Dies erzeugt bei einem Abstand von etwa 10 m (30 Fuß) einen Fleck mit einem Durchmesser von 1/3 m; bei einem Abstand von. 60 m (180 Fuß) würde der Fleck einen Durchmesser von etwa 2 m haben. Für analytische Ergebnisse sollten wir die Leistungsdichte des Strahlflecks an der Wand mit der folgenden Formel beschreiben:
wobei P₀ die Leistung ist, d der Abstand von der Wand ist, Θ die Winkelstrahlbreite ist und das Zentrum des Strahls bei (0,0) ist. Der Winkel Θ kann ungefähr im Wesentlichen auf jeden optischen Strahl um seine Hauptstrahlungskeule herum eingestellt werden. Für unsere Zwecke sollten wir w=2 m bei d=60 m verwenden. Beachte, dass die Strahlenkante sich zu y²+y²=w² ergibt, wobei die Leistungsdichte um e^–½≈0,6 relativ zum Peak fällt; dies entspricht ziemlich gut dem gewöhnlichen Begriff der Halbwertsbreite des Strahls.
Für den Abstand von 60 m würde die Leistung, die vom Photodetektor gesammelt wird, 70 dB von P₀ hinab sein. Wir können P₀=1 mW verwenden, und annehmen, dass ein SRV von 20 dB für die Demodulation erforderlich ist. Folglich muss die NEP kleiner als 10^–9 mW betragen; dies erfordert eine Datenbandbreite (eingebundene Datenrate) von etwa 250 kHz oder weniger.
Wenn wir 16 Bits für weitere Fähigkeiten hinzufügen, wird der Zeiger bei 256 kbits/sek (ein Signalbündel von 0,25 msek) mit einer mittleren Geschwindigkeit von ungefähr 10/sek 64 Bits übersenden. Wenn wir 32 Benutzer berücksichtigen, die jeweils zufällig mit 10/sek übersenden, dann beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Signalbündel kollidieren etwa 6%. Unter der Berücksichtigung, dass 10/sek eine ziemlich hohe Aufarbeitungsrate ist, ist das Verfehlen im Schnitt jedes 16. Signalbündels kein Problem. Dieses einfache Signalbündelformat zum Kanalzugang kann als Basistinienversuch angesehen werden. Die Verringerung des maximalen Zeigebereichs oder der Anzahl der übersandten Bits auf 48 würde diesen Versuch festigen.
Wenn eine Veränderung der angenommenen Parameter eine Verringerung der Datenrate verlangt, dann wäre eine alternative Möglichkeit des Kanalzugangs, Spreitzspektrum-Signalübertragung zu verwenden, um CDMA zu unterstützen. Um die Leistung eines einzelnen gleichzeitigen Benutzers auf einen unwesentlichen Stand zu verringern, verglichen mit der NEP, wären etwa 128 Chips pro Bit erforderlich. Folglich würde die Chipping-Geschwindigkeit ungefähr 32 Mchip/sek betragen. Dies würde die Verarbeiung im Anzeigesystem verkomplizieren.
Die Kommunikationsverbindung muss zeitlich so abgestimmt werden, dass TOT und TODP sinnvoll sind. Auch wenn die Spreitzspektrum-Signalübertragung für Mehrfachzugang nicht erforderlich ist, kann es folglich wünschenswert sein, etwas Spreitzung (Spreading) zu verwenden, um sicherzustellen, dass die Taktgenauigkeit angemessen ist.
Anhang D: thermisches Rauschen in der Zeigerschaltung
Thermisches Rauschen beeinflusst die Zeigegenauigkeit.
Angenommen, dass die Zeigerlinse einen Durchmesser von 2 cm hat. Bei einer Wellenlänge von 0,5 μm würde dies einen Strahl von 25 μRadiant erzeugen, von welchem wir annehmen, dass er wegen Apodisation durch einen Faktor 2 verbreitert wird (verwendet auf der niederigeren Seite der Strahlungskeulen). Bei einem Abstand von 60 m beträgt die Bildschirmauflösung eines Strahls von 50 μRadiant 3 mm.
Bei der Monopulsverarbeitung ist die Genauigkeit die Nominalauflösung, dividiert durch die Quadratwurzel des Signal-Rausch-Verhältnisses. Drei mm sind zehn Pixel auf einem Standard-VGA-Monitor, welcher normalerweise nicht von einer bedeutenden Entfernung betrachtet wird.
Eine wichtige Tatsache bei der Zeigegenauigkeit ist das SRV, das dem menschlichen Auge bereitgestellt wird, relativ zum SRV, das unter Verwendung vernünftiger Optik und eines Photodetektors erreicht wird. Für eine rasterabgetastete Anzeige beträgt die mittlere Intensität pro Pixel, wie durch den zeitmittelnden menschlichen Augapfel wahrgenommen, 50 bis 60 dB weniger als die Peakintensität, die als Rasterpunktabtastungen am Pixel vorbei erzeugt wurde. Das SRV ist auch für eine Bildschirmintensität mit schwachem Hintergrund immens.
Monopulsverarbeitung hat den Vorteil, dass sie einen Kompromiss zwischen der optischen Auflösung und, dem SRV beim Erhalten einer gewünschten Zeigegenauigkeit zulässt. Wenn feinkömige Zeigegenauigkeit erforderlich ist, kann die Integrationszeit verlängert werden, um das SRV zu erhöhen. Typischerweise muss das System in der Lage sein, einen Fleck von 10 bis 30 Pixeln für SRVs von 20 bis 30 dB aufzulösen.
Anhang E: Pseudorasterabtastung Wenn die grundlegende Pseudorasterabtastung eine Abtastung von oben nach unten nach oben einer horizontalen Zeile umfasst, gefolgt von einer Abtastung von links nach rechts einer vertikalen Zeile, dann können x₀ und y₀ eindeutig aus der folgenden Formel bestimmt werden
wobei v die Abtastgeschwindigkeit ist, T die Zeit für eine Einzelzeilenabtastung ist und t_a, t_b und t_c lokale Zeiten der aufeinanderfolgenden Nullüberschreitungen der Kanäle sind. Geeignete Genauigkeitsbeschreibungen der. drei Zeiten können dem Anzeigesystem übersandt werden. Weil die Daten x und y-Positionen darstellen müssen, kann es jedoch wünschenswert sein, die Daten innerhalb des Zeigers so zu verringern, dass nur 20 Bits übersandt werden müssen.
Die Pseudorasterabtastung kann alle 50 msek stattfinden, wobei der Zeiger mit einer Geschwindigkeit von 10/sek Paare von Taktschätzungen mittelt und meldet. Sogar diese Menge an Mittelungen muss wegen der hohen Kurzzeitintensität der Pseudorasterabtastung nicht erforderlich sein. Um die Kommunikationserfordernisse zu minimieren, sind die übersandten Daten ½(t_a-t_b) und t_c–½(t_a+t_b); weil dies den x- und y-Pixelpositionen entspricht, erfordert jede 10 Bits.
Folglich könnte das Pseudoraster in eine statische Anzeige eingebaut werden, ohne den Benutzer abzulenken, und könnte durch denselben Zeiger verarbeitet werden, der für rasterabgetastete Anzeigen verwendet wird.

10: Benutzer
12: Benutzer
14: Computersystem
16: Anzeigefläche; Anzeigesystem
18: (Gruppe von) Anzeigevorrichtungen; rasterabgetastete Bildschirmröhren-
: Anzeigebildschirme
20: (tragbarer) Zeiger
22: (tragbarer) Zeiger
24: Position
26: Position
28: Strahl elektromagnetischer Strahlung
30: Sensoren; Detektor
32: Anzeigekontrollsystem (3)
50: Gehäuse (2); Demodulator (3)
51: Aktivierungsmechanismus (z.B. Knopf)
52: Batterie(n) (2); Monopuls (3)
53: Aktivierungsmechanismus (z.B. Knopf)
54: Strahlenquelle
55: Sensoren (3); Aktivierungsmechanismus (z.B. Knopf) (2); vier Pixelwerte
: (3)
56: Detektor
57: einfallendes Licht
58: (Zeigerkontroll-)Schaltung
59: Linse
60: gekennzeichneter Ort
61: (Kommunikations-)Schaltung
62: Uhr (3); Oberfläche eines Bildschirms (5)
63: (Detektions-)Schaltung
64: (Monopuls-)Schaltung
66: TODP-Element (3)
68: TOT (3)
70: Strahlenmodulator (3); TODP-Element (3)
72: (Bildschirmpositions-)Analysator
74: Rastersynchronisator (3 und 5)
76: Aktivierungsmechanismusanalysator
80: Speicher
82: Speicherung
84: Prozessor
86: Bildschirmpuffer/-treiber
88: Echtreitbetriebssystem
90: Anwendungen
102: Anzeigefläche; Bild
104: Pseudorasterzeile
106: Pseudorasterzeile
108: Projektor
110: Projektor
501: LED-Anzeige
502
503: Kabel (vom Zeiger zum Anzeigesystem)
C_A ^OLD: Markierung, die auf eine Stelle zeigt, auf die der Benutzer vorher gezeigt hat
C_A: Pfeilbefehlsbild (des Beriutrers A)
C_B: Zeigeflngerbefehlsbild (des Benutzers B)
D_A: gegenwärtig gekennzeichnete Position (des Benutzers A)
D_B: gegenwärtig gekennzeichnete Position (des Benutzers B)
I_A: gewünschte Position (des Benutrers A)
I_B: gewünschte Position (des Benutrers B)
O_A1: alte angezeigte Position (des Benutzers A)
O_A2: alte angezeigte Position (des Benutzers A)
O_A3: alte angezeigte Position (des Benutzers A)
O_B1: alte angezeigte Position (des Benutzers B)
O_B2: alte angezeigte Position (des Benutzers B)
PA: ?
PB: ?
S1: Bildschirm
S2: Bildschirm
S3: Bildschirm
S4: Bildschirm
S5: Bildschirm

Claims

Vorrichtung, welche einem Benutzer ermöglicht, mit einem Bild zu kommunizieren, das auf einer Anzeigefläche (16) erscheint, die mit einem Computersystem (14) verbunden ist, wobei das Bild, das auf der Anzeigefläche erscheint, einen Gegenstand einschließt, der im Bild gedreht werden kann, wobei die Vorrichtung einen tragbaren Zeiger (20, 22) umfasst und die Vorrichtung ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Anzeigefläche vorherbestimmte, zeitveränderliche Lichtemanationen von seiner Fläche aufweist, wobei die Zeitveränderungen der Emanationen ausreichend sind, um eine Bestimmung eines begrenzten Bereichs auf der Fläche zu ermöglichen, welche die Quelle von Teilen der Lichtemanationen ist; und der Zeiger eine Achse aufweist, die auf den Gegenstand gerichtet werden kann, während der Zeiger an einem Ort fern der Fläche gehalten wird, wobei der Zeiger um die Achse drehbar ist, während er auf etwas gerichtet wird, und wobei er mit Sensoren (56) bereitgestellt wird, die gestaltet sind, um Teile der Lichtemanationen von dem Gegenstand zu empfangen, und wobei der Gegenstand eine Kontrollrotation darstellt, welche daran angepasst ist, ein Software-Merkmal auszulösen; sie ferner eine Schaltung (58) umfasst, die vorzugsweise Teil des oder befestigt ist am Zeiger, die gestaltet ist, um zu bestimmen, dass der tragbare Zeiger gedrehf wird, beruhend auf Signalen von den Sensoren, und um Rotation des Gegenstands hervorzurufen, um das Software-Merkmal auszulösen, beruhend auf der Bestimmung der Rotation.
Vorrichtung, welche einem Benutzer eines Computersystems ermöglicht, mit einem Gegenstand interaktiv zu arbeiten, wobei die Vorrichtung einen tragbaren Zeiger (20, 22) einschließt und dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Vorrichtung ferner einen Scanner (108, 110) umfasst, der regulierbar ist, um dem Gegenstand ein Modulationsstrahlungsmuster (104, 106), vorzugsweise ein zeitveränderliches Muster, aufzuerlegen, wobei der Gegenstand eine Fläche aufweist, die durch sichtbare Veränderungen gekennzeichnet ist, um ein moduliertes Muster von reflektierten Emanationen hervorzurufen, das sich von den sichtbaren Veränderungen unterscheidet, wobei das Muster ausreichend ist, um eine Bestimmung vom modulierten Muster von reflektierten Emanationen eines begrenzten Bereichs der sichtbaren Veränderungen am Gegenstand zu ermöglichen, welcher eine Quelle von reflektierten Teilen der Strahlung ist, wobei das modulierte Muster von reflektierten Emanationen eine vertikale Abfastung einer horizontalen Linie umfasst, der einer horizonfalen Abtastung einer vertikalen Linie vorausgeht oder ihr folgt; der Zeiger eine Achse, die auf einen begrenzten Bereich der sichtbaren Veränderungen des Gegenstands gerichtet werden kann, und einen Sensor (56) aufweist, der Teile des modulierten Musters von reflektierten Emanationen vom begrenzten Bereich der sichtbaren Veränderungen empfängt; und die Vorrichtung ferner eine Schaltung (58) umfasst, die vorzugsweise Teil des oder befestigt ist am Zeiger, die gestaltet ist, um den begrenzten Bereich der sichtbaren Veränderungen des Gegenstands zu bestimmen, auf welchen der Zeiger gerichtet ist, beruhend auf Signalen vom Sensor.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die Emanationen an verschiedenen Positionen unterscheiden, und die Schaltung angepasst ist, den Ort jedes begrenzten Bereichs in einer Reihe von begrenzten Bereichen zu erkennen, beruhend auf Unterschieden in den Emanationen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Unterschiede Unterschiede in der Zeit des Auftretens, vorzugsweise verbunden mit Rasterabtasten der Postitionen, umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Emanationen elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise Strahlung sichtbaren Lichts oder nichtsichtbare Strahlung, umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Emanationen an dem begrenzten Bereich entstehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Emanationen von dem begrenzten Bereich reflektiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die abgetasteten Emanationen auf wenigstens einen passiven alltäglichen Gegenstand gerichtet sind.
Vorrichtung nach nach Anspruch 1 oder 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schaltung angepasst ist, ein Monopulspositionssignal als Ergebnis einer Monopulsverarbeitung zu erzeugen, wobei das Monopulspositionssignal vorzugsweise Information über die Taktung der Emanationen überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schaltung angepasst ist, ein Taktsignal aus dem Monopulspositionssignal zu gewinnen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner einen drahtlosen Kommunikationskanal zum Übertragen des Monopulspositionssignals umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner eine Kommunikationsverbindung von der Schaffung zum Zeiger umfasst, und ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass der Zeiger einen Indikator zum Übermitteln von Information an einen Benutzer einschließt, die auf Daten beruht, die über die Kommunikationsverbindung empfangen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass es zwei oder mehrere der Zeiger gibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner einen Ereignismechanismus umfasst, der vorzugsweise Teil des oder befestigt ist am Zeiger, welcher dem Benutzer ermöglicht, Ereignisse zu erzeugen, die mit einem begrenzten Bereich verbunden sind, auf welchen er den Zeiger richtet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ereignisse, die durch den Ereignismechanismus erzeugt werden, als Ereignissignale, die der Schaltung zugeführt werden, dargestellt werden:
Vorrichtung nach Anspruch 15, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ereignissignale durch Kabel überfragen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ereignissignale durch elektromagnetische Strahlung übertragen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner einen drahtlosen Kommunikationskanal zum Übertragen der Ereignissignale umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 18, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kommunikationskanal einen verschlüsselten Kanal umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 18, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kommunikationskanal einen Spread-Spectrum-Kanal umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Reflektionen von abgetasteten Emanationen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sensor drei Messelemente einschließt und die Schaltung die Änderung bestimmt, die auf der Analyse der Ausgangssignale aus den drei Messelementen beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strahlung als Pseudorasterabtastung moduliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schaltung angepasst ist, auch die Information über den Zustand der Modulation der Strahlung beim Bestimmen des Teils, auf welchen der Zeiger gerichtet ist, zu verwenden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Modulation das Projizieren der Strahlung auf verschiedene Teile der Fläche zu verschiedenen Zeiten einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fläche des Gegenstands zweidimensional ist.