ES2232882T3

ES2232882T3 - Unidad detectora de posicion y puntero multidimensional que comprende una o varias de tales unidades.

Info

Publication number: ES2232882T3
Application number: ES97937933T
Authority: ES
Inventors: Bjorn Andersson; Joakim Kvarnlof; Bengt Andersson
Original assignee: Trioc AB
Current assignee: Trioc AB
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 2005-06-01
Anticipated expiration: 2017-09-01
Also published as: WO1998010373A1; EP0920672B1; JP4067569B2; EP0920672A1; US6333733B1; SE9603208D0; DE69731537T2; JP2001500255A; DE69731537D1; AU4037997A; ATE282229T1

Abstract

LA INVENCION DESCRIBE UNA UNIDAD DE DETECCION DE POSICION PARA DETERMINAR UNA POSICION RELATIVA EN UNA O MAS DIMENSIONES DE DOS UNIDADES. EN UN INDICADOR MULTIDIMENSIONAL (50), COMO POR EJEMPLO UNA PALANCA DE CONTROL, PUEDEN UTILIZARSE UNA O MAS UNIDADES DE DETECCION DE POSICION PARA CONTROLAR UNA POSICION EN UN MAXIMO DE SEIS DIMENSIONES, POR EJEMPLO, DE UN OBJETO REPRESENTADO. UNA UNIDAD DE DETECCION DE POSICION COMPRENDE UNA FUENTE DE RADIACION, UN DETECTOR Y UN ELEMENTO DE PANTALLA DISPUESTO EN EL RECORRIDO DEL HAZ PARA LA AMORTIGUACION PARCIAL DE LA RADIACION. LA PRIMERA FUENTE DE RADIACION Y EL PRIMER DETECTOR COMPRENDEN CAMPOS INDIVIDUALES O SEPARADOS PARA EMITIR O DETECTAR RADIACION, EN CUYO CASO ES POSIBLE DISTINGUIR LA RADIACION ASOCIADA A UN CAMPO DE LA RADIACION ASOCIADA A OTROS CAMPOS. LA DETERMINACION DE UNA POSICION SE EFECTUA BASANDOSE EN UNA COMPARACION ENTRE LAS INTENSIDADES DE LA RADIACION NO AMORTIGUADA, ASOCIADA A LOS DIFERENTES CAMPOS. EN LOS CAMPOS SE PUEDE UTILIZAR UN MEDIO DE DISTRIBUCION DE LA RADIACION PARA CREAR SUPERFICIES DE RADIACION "VIRTUAL" Y SUPERFICIES DETECTORAS, RESPECTIVAMENTE, EN COMBINACION CON UNIDADES SEPARADAS DE RADIACION Y DETECTORAS, RESPECTIVAMENTE.

Description

Unidad detectora de posición y puntero multidimensional que comprende una o varias de tales unidades.

Campo de la invención

La presente invención se refiere por una parte a una unidad para determinar una posición relativa de dos componentes móviles mutuamente en una o más dimensiones y, por otra parte, a una unidad de entrada en forma de un puntero para control de posición en varias dimensiones, especialmente seis dimensiones, usando dicho puntero para este fin unidades sensoras de posición de acuerdo con la invención.

La invención es aplicable particularmente dentro del campo de los punteros y medios de posicionado para el control multidimensional de la posición de un cursor, un puntero u otros objetos sobre una pantalla. Sin embargo, la invención es aplicable generalmente al control de posición multidimensional, por ejemplo para robots industriales y otros equipos.

Técnica antecedente

En ingeniería de ordenadores se usan diferentes tipos de punteros y medios de posicionado como unidades de entrada, tales como una palanca omnidireccional de mando (joystick), una bola de control, un ratón, etc., que en operación manual generan señales eléctricas de control para el control multidimensional. El control de posición en trabajos CAD o en juegos de ordenador y televisión requiere con frecuencia una capacidad de control dentro de varios grados de libertad o dimensiones. Un usuario debe ser capaz de llevar a cabo con su mano cierto número de diferentes movimientos de control de una manera lógica o intuitiva. En algunas aplicaciones modernas, especialmente juegos de ordenador, se requiere capacidad de control en hasta seis dimensiones, por ejemplo un movimiento lineal en tres direcciones y un movimiento de rotación en tres direcciones.

En la presente solicitud, el término "puntero" se debe interpretar en un sentido amplio y comprende todos los tipos de unidades de entrada con uno o más medios operativos móviles para generar señales de control de posición para el control multidimensional de un objeto, mediante la operación de dichos medios operativos en diferentes direcciones de operación.

El documento SE-502.186 publica una unidad de entrada en forma de un puntero para el control de posición tridimensional de por ejemplo un cursor sobre una pantalla. Un objeto, que puede ser especialmente el dedo del usuario, es iluminado por dos fuentes puntuales de luz. Como resultado, el objeto proyecta dos sombras sobre una superficie detectora, que está constituida por una pluralidad de elementos detectores separados para determinar la posición absoluta de las sombras. La posición del objeto en tres dimensiones se calcula sobre la base de las posiciones absolutas y relativas de las dos sombras.

Este puntero de la técnica anterior tiene un coste total relativamente alto de componentes y puede ser difícil de fabricar con pequeñas dimensiones, lo que impide que el puntero sea usado como un componente parcial en dispositivos de control más complejos. La fiabilidad es limitada. El tamaño del área operativa está limitado por los
componentes.

Para la conversión de los movimientos de un puntero en señales de control, es también conocido usar componentes del tipo PSD (detector sensor de posición) o del tipo CCD (dispositivo acoplado en carga). Sin embargo, estos componentes son complicados, y en consecuencia costosos.

La Solicitud de Patente Internacional bajo número de publicación WO 97/05567, que fue presentada antes de la fecha de prioridad de la presente solicitud pero que fue publicada después de la fecha de prioridad de la presente solicitud, publica un puntero en forma de una palanca de control para el control en varias dimensiones. En una realización, la empuñadura operativa soporta una fuente luminosa en su extremo inferior. Un detector estacionario tiene cuatro superficies detectoras en forma de fotodiodos, cada una de los cuales forma un cuadrante. La radiación procedente de la fuente luminosa móvil pasa a través de una abertura en una pantalla estacionaria e incide como una mancha luminosa sobre las superficies detectoras. Cuando se mueve la palanca de control, varía la cantidad de luz sobre las diversas superficies detectoras. La posición angular actual de la empuñadura operativa se calcula sobre la base de una comparación de la intensidad luminosa sobre las diversas superficies detectoras.

El documento US-A-4.607.159 publica un controlador joystick bidimensional con dos emisores y receptores luminosos perpendiculares. Dependiendo del movimiento del joystick, se bloquean (parcialmente) geles luminosos.

Objetos de la invención

Es un objeto de la invención obviar los inconvenientes citados más arriba de la técnica anterior.

Otro objeto es proporcionar una unidad sensora de posición que pueda ser realizada con un pequeño número de componentes sencillos y baratos y que pueda permitir una determinación precisa de los cambios de una posición.

Un objeto especial es proporcionar una unidad sensora de posición que sea de diseño sencillo y que pueda ofrecer alta fiabilidad durante una larga vida.

Un objeto especial de la invención es proporcionar un puntero mejorado para el control de posición en dos o más dimensiones, especialmente seis dimensiones.

Un objeto es proporcionar un puntero que permita el control de posición de una manera lógica e intuitiva, reduciendo por tanto el peligro de que un usuario confunda diferentes grados de libertad.

Sumario de la invención

Con vistas a alcanzar estos y otro objetos, la invención se refiere a una unidad sensora de posición que tiene las propiedades de acuerdo con la reivindicación independiente. En las reivindicaciones subordinadas se señalan realizaciones preferentes y variantes de la invención. Un puntero que comprende dicha unidad sensora de posición se define en las reivindicaciones subordinadas 10-14.

Así pues, la invención se refiere a una unidad sensora de posición, que comprende una fuente de radiación que tiene al menos dos campos, cada uno de los cuales tiene una superficie radiante; un detector para detectar radiación procedente de los campos respectivos, pudiéndose distinguir la radiación procedente de un campo de la radiación procedente de otros campos; un elemento de pantalla que está dispuesto en el camino del haz entre la fuente de radiación y el detector y que, para cada determinación de una posición y visto desde la perspectiva del detector, apantalla parcialmente al menos dicho un campo pero no apantalla por completo cualquiera de los campos, siendo al menos uno de la fuente de radiación y el detector móvil relativamente al elemento de pantalla en una primera dirección transversalmente respecto a la dirección de radiación de modo que un tal movimiento relativo ocasiona un cambio relativo del apantallado de los campos, y medios para determinar una posición relativa en dicha primera dirección entre la pantalla y al menos uno de la fuente de radiación y el detector, sobre la base de una comparación, tal como la relación entre la radiación detectada por el detector y la recibida desde los campos radiantes respectivos.

De acuerdo con una realización especialmente preferente de la invención, un medio difusor de radiación, tal como una placa de plástico o similar, constituye la superficie del campo orientada hacia el elemento de pantalla. El medio difusor de radiación puede cooperar con una unidad de radiación o unidad detectora asociada con el campo para crear campos radiantes o detectores de radiación "virtuales". Esta solución es considerablemente menos costosa, hasta por un factor 100, en comparación con el uso de componentes activos que tienen grandes superficies generadoras de radiación o detectoras de radiación.

En su realización más sencilla, una unidad sensora de posición de acuerdo con la invención comprende sólo dos campos, en cuyo caso una comparación relativa entre la radiación asociada con los campos respectivos permite la determinación de una posición en una dimensión. Sin embargo, la unidad está preferiblemente dispuesta para la detección de posición en dos direcciones diferentes en un plano que se extiende transversalmente respecto a la radiación. Deben estar dispuestos al menos dos campos uno tras otro en cada una de dichas dos direcciones.

La fuente de radiación puede consistir en una fuente de radiación "verdadera", que genera la radiación. La fuente de radiación puede ser también un componente radiante indirectamente, cuya radiación es ocasionada mediante la reflexión de radiación procedente de una fuente de radiación. De manera correspondiente, el detector puede comprender un reflector que refleja la radiación transmitida a un detector.

En una realización preferente, el elemento de pantalla apantalla parcialmente todos los campos en cada determinación de una posición, pero es concebible también que uno o varios campos, dependiendo del número total de campos, puedan no ser apantallados en la determinación de una posición y, opcionalmente, sean siempre no apantallados.

En una realización especialmente preferente se hace uso de cuatro campos, que son adyacentes unos con otros a lo largo de líneas rectas y que constituyen cuadrantes de una superficie común. Con un diseño de este tipo, el cálculo de la posición relativa de los componentes incluidos será extremadamente sencillo, especialmente si el elemento de pantalla está diseñado y dispuesto de modo que permita, dentro de toda el área operativa de la unidad, el paso de radiación asociada con los cuatro campos. Los cambios de la posición en dos direcciones en un plano se pueden calcular fácilmente, meramente mediante una comparación relativa entre la radiación transmitida asociada con los diversos campos.

Si la unidad sensora de posición de la invención es tal que un movimiento relativo dirigido transversalmente respecto al camino del haz da como resultado un cambio angular de la radiación transmitida, es preferente que tanto la fuente de radiación como el detector puedan respectivamente emitir y detectar radiación dentro de un rango de ángulos.

Debe señalarse que en principio la orientación del elemento de pantalla en el espacio no es importante. El elemento de pantalla debe estar dispuesto en algún lugar en el camino del haz de tal modo que se obtenga un efecto de apantallado. Así pues, el elemento de pantalla puede estar orientado también, por ejemplo, perpendicularmente o en general formando cierto ángulo con el plano en el que se mueven las piezas.

En una realización, el elemento de pantalla comprende un elemento, que apantalla dentro de una línea de contorno y que está rodeado al menos parcialmente por un área que permite un camino libre del haz entre la fuente de radiación y el detector.

En otra realización de la invención, el elemento de pantalla comprende un elemento, que apantalla alrededor de una línea de contorno y en el cual el elemento de apantallado rodea a una abertura formada en él. Por ejemplo, un detector a un lado del elemento de pantalla "ve" diversas imágenes de una superficie radiante dispuesta al otro lado, dependiendo de la posición del detector, de la misma manera que es posible observar partes diferentes de una habitación a través de un agujero de cerradura.

Preferiblemente, el elemento de pantalla y el detector o la fuente de radiación están ensamblados, de modo que la unidad sensora de posición comprende dos componentes para montaje en relación opuesta, móvil. Se obtiene de esta manera una unidad sensora de posición aplicable de modo extremadamente flexible.

Breve descripción de los dibujos

La invención se explicará ahora más detalladamente haciendo referencia a los dibujos adjuntos, que muestran realizaciones preferentes de la invención a título de ejemplos.

Fig. 1 es una vista esquemática en perspectiva de una primera realización de una unidad sensora de posición bidimensional de acuerdo con la invención.

Fig. 2A-D ilustran esquemáticamente el modo de operación de la unidad sensora de posición en Fig. 1.

Fig. 3 es una vista esquemática en perspectiva de una primera realización de un puntero hexadimensional de acuerdo con la invención.

Fig. 4 es una vista en corte del puntero en Fig. 3.

Fig. 5 muestra esquemáticamente una realización actualmente preferente de un puntero hexadimensional de acuerdo con la invención.

Fig. 6 muestra esquemáticamente y desde arriba los componentes principales del puntero en Fig. 5.

Fig. 7A y 7B ilustran el modo de operación del puntero en Fig. 5.

Fig. 8A y 8B muestran esquemáticamente el funcionamiento de las placas difusoras de luz.

Descripción de realizaciones de la invención

Fig. 1 muestra esquemáticamente tres componentes principales 11, 12, 13 en una realización de una unidad sensora de posición bidimensional de acuerdo con la invención, que comprende por una parte medios de campo 12 con cierto número de campos individuales A1-A4 y, por otra parte, medios 11 que cooperan con ellos, llamados medios cooperantes. Uno de los medios de campo 12 y los medios cooperantes 11 es una fuente de radiación S para emitir radiación (directa o indirectamente), mientras que el otro de los medios de campo 12 y los medios cooperantes 11 es un detector M para detectar la radiación y para emitir señales correspondientes del detector.

En la realización de la invención tales como se ilustran y describen, los medios de campo 12 son una fuente de radiación S para emitir radiación, y los medios cooperantes 11 son un detector M para detectar radiación. Así pues, la radiación es emitida desde los campos A1-A4, que se denominan por tanto campos de radiación A1-A4.

La unidad sensora de posición en Fig. 1 comprende, como su tercer componente principal, un elemento de pantalla 13, que está posicionado en el camino del haz entre la fuente de radiación S y el detector M y que se ilustra como una pantalla plana B para el apantallado parcial de la radiación que es dirigida hacia el detector M. Qué partes de la radiación son apantalladas por o pasan la pantalla B depende de la posición relativa de los tres componentes principales S, M y B de la unidad. Si, por ejemplo, uno de los tres se mueve transversalmente respecto al camino del haz, la radiación será apantallada de alguna otra manera. La posición de los tres componentes principales S, M, B unos relativamente a otros transversalmente respecto al camino del haz se puede determinar ambiguamente mediante la determinación de la cantidad de la radiación transmitida entre la fuente de radiación S y el detector M que está conectado con los campos respectivos A1-A4, a saber la cantidad de la radiación transmitida que es detectada por o emitida desde los campos respectivos A1-A4.

Los campos de radiación A1-A4 son adyacentes unos con otros a lo largo de dos líneas perpendiculares que se intersectan 14, 15. Como se muestra esquemáticamente en Fig. 1 - sin embargo, para mayor claridad, solamente para el campo A4 - cada campo de radiación A1-A4 comprende un elemento difusor de luz que se extiende transversalmente respecto al camino del haz, tal como una placa de difusión de plástico 16, que es iluminada desde detrás mediante una unidad de radiación 17, en este caso un diodo emisor de luz IR, asociada con el campo. En contraste con el diodo emisor de luz IR, que se puede considerar un componente "activo", el elemento difusor de luz 16 constituye un componente "pasivo". La fuente de radiación S comprende por tanto cuatro diodos IR 17, cada uno de los cuales tiene una placa de difusión de plástico 16. Cada diodo 17 ilumina preferiblemente sólo su propia placa de plástico 16, y con este fin pueden estar dispuestas paredes de apantallado apropiadas 18 entre los diodos IR. Además, los bordes laterales de las placas 16 pueden estar apantallados unos respecto a otros, impidiendo por tanto que la radiación se difunda entre las placas.

Fig. 8A y 8B muestran esquemáticamente cómo una unidad de radiación 17 sustancialmente de forma puntual, correspondiente a un diodo emisor de luz IR en Fig. 1, emite radiación a un medio difusor en forma de por ejemplo una placa de plástico 16, bien desde abajo (Fig. 8A) o por un lado (Fig. 8B). Se obtiene como resultado una superficie radiante "virtual", de manera extremadamente barata y sencilla. En Fig. 8B, un reflector 19 está dispuesto a un lado de la placa.

Si los campos A1-A4 han de ser detectores en lugar de radiantes, se pueden crear de modo correspondiente "superficies virtualmente sensibles a la radiación", mediante la disposición de un medio difusor en combinación con unidades detectoras separadas para cada campo. En comparación con los componentes PSD y CCD de la técnica anterior, el coste de los componentes se puede mantener bajo y la estructura puede ser sencilla.

Los diodos IR 17 de los campos de radiación A1-A4 son activados con ayuda de elementos de control eléctricos (no mostrados) en franjas de tiempo secuenciales. Esto hace posible identificar desde qué campo A1-A4 es emitida la radiación detectada. Si el ciclo de activación contiene además al menos una franja de tiempo "pasiva" en la cual todos los campos están inactivados, por medio de modulación por amplitud se puede eliminar el efecto de la radiación medioambiental de interferencia, si existe. La radiación medioambiental se puede detectar en una tal franja de tiempo pasiva, y esta radiación medioambiental se puede compensar al detectar la radiación procedente de los campos de radiación. Otras maneras de hacer que la radiación de los diversos campos A1-A4 se pueda distinguir es permitir a los campos A1-A4 irradiar con diferentes longitudes de onda, con diferente polarización dirección/fre-
cuencia.

La pantalla B tiene la forma de un elemento plano 13, de tipo hoja, con áreas que bloquean la radiación. Una línea de contorno 20 define una abertura, a través de la cual pasa la radiación procedente de los cuatro campos de radiación A1-A4. La línea de contorno 20 puede tener diferentes formas.

En la realización de acuerdo con Fig. 1, por ejemplo el detector M puede ser móvil en un plano que es esencialmente paralelo a los campos A1-A4. Diferentes áreas de la fuente de radiación S alcanzan el detector M dependiendo de la posición del detector M en un plano transversal respecto a la dirección de radiación. Este hecho permite la detección de posición en dicho plano, como se describirá en mayor detalle más abajo haciendo referencia a Fig. 2. Se pueden obtener también resultados correspondientes si la pantalla B o la fuente de radiación S es móvil transversalmente respecto al camino del haz.

Fig. 2A-D muestran cuatro posiciones relativas diferentes de los componentes principales en Fig. 1, vistas desde la perspectiva del detector M. Para mayor claridad, la parte exterior de la pantalla 13 se ha eliminado por corte, lo que permite mostrar también partes del borde exterior de la fuente de radiación S. En la práctica, sin embargo, el detector M detecta meramente la radiación que pasa a través de la abertura de la pantalla 13. Como ejemplo, se puede suponer que la fuente de radiación S y la pantalla 13 están fijas una relativamente a otra, mientras que el detector M es móvil transversalmente respecto a la dirección de radiación, a saber móvil en el plano del papel en Fig.
2A-D.

En Fig. 2A, el detector M usa una "retícula", que está formada por las líneas de delimitación 14, 15 y en la cual los valores xy en el sistema de coordenadas marcado corresponden a la intersección P2 de las líneas 14, 15 en el plano de la pantalla B relativamente a la línea de contorno 20, visto desde la perspectiva del detector M. En el ejemplo, los valores x e y se hallan entre 0 y 1, siendo 0 y 1 valores extremos en los cuales las líneas 14, 15 coinciden con la línea de contorno 20. En Fig. 2A, la retícula está posicionada centralmente en la abertura en la posición
(0,5; 0,5).

La posición P2 de la "retícula" en el plano xy se puede determinar mediante una comparación entre las partes de superficie no apantallada A1'-A4' de los cuatro campos de radiación A1-A4. Para calcular el valor y, se suma la intensidad detectada procedente de las dos partes de superficie no apantallada superiores A1' y A2', y la suma se divide por la intensidad total detectada procedente de todas las partes de superficie no apantallada A1'-A4' (intensidad de referencia). De modo correspondiente, la posición de la retícula en la dirección x se calcula sumando las intensidades procedentes de las dos partes de superficie no apantallada a la derecha A1' y A4'. La posición de la retícula se calcula de la misma manera para las diversas posiciones en Fig. 2A, 2C y 2D como sigue, en las que Osys1, Osxs1 y en las que A1'-A4' representan la intensidad de radiación procedente de los campos correspondientes A1-A4, que es detectada por el receptor M.

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Fig. 2A:	y = (A1' + A2')/(A1' + A2' + A3' + A4') = 0,5
	X = (A1' + A4')/(A1' + A2' + A3' + A4') = 0,5
Fig. 2B:	y = (A1' + A2')/(A1' + A2' + A3' + A4') = 0,32
	X = (A1' + A4')/(A1' + A2' + A3' + A4') = 0,5
Fig. 2C:	y = (A1' + A2')/(A1' + A2' + A3' + A4') = 0,5
	X = (A1' + A4')/(A1' + A2' + A3' + A4') = 0,25
Fig. 2D:	y = (A1' + A2')/(A1' + A2' + A3' + A4') = 0,32
	X = (A1' + A4')/(A1' + A2' + A3' + A4') = 0,25

El receptor "ve" por tanto partes mayores o menores A1'-A4' de los campos de radiación separados A1-A4, que en este caso consisten en "iluminadores posteriores" con diodos IR cubiertos con plástico difusor. Los campos A1-A4 son activados sucesivamente, siendo los niveles IR registrados por medio del receptor M. La proporcionalidad mutua de los cuatro niveles IR da, tras los cálculos anteriores, la posición P2 de la retícula (véase Fig. 1) en el plano de la pantalla B. Así pues, no importa a qué distancia de las superficies está posicionado el receptor, porque los cálculos se basan sobre la relación de las cantidades de luz recibidas. La cantidad absoluta de radiación recibida puede variar, pero la relación de las intensidades de radiación asociadas con los diversos campos es la misma a lo largo de una línea.

La posición del centro P1 de la retícula en la fuente de radiación S es conocida. La posición del centro P2 de la retícula en el plano de la pantalla B se calcula tal como se ha hecho anteriormente. Esto da la posición de dos puntos P1 y P2 en el espacio, y por tanto la ecuación para la línea L1 sobre la que está posicionado el receptor M.

Fig. 3 muestra una primera realización de un puntero hexadimensional 30 de acuerdo con la invención. El puntero 30 tiene una base estacionaria 31 y una palanca de control móvil 32. Más específicamente, la palanca de control 32 es ajustable verticalmente en dirección z y desplazable libremente en dirección lateral en el plano xy. Una bola de articulación 33 situada en el extremo superior de la palanca de control 32 soporta medios operativos cilíndricos 34, que tienen un vaciado esférico que junto con la bola de articulación 33 constituyen una articulación de bola y zócalo, para el ajuste angular de los medios operativos relativamente a la palanca de control 32 en tres direcciones de rotación perpendiculares Xrot, Yrot, Zrot. Con vistas a la determinación de la posición angular relativa de los medios operativos 34 en estas tres direcciones relativamente a la palanca de control 32, el puntero 30 tiene dentro de la bola de articulación 33 dos unidades sensoras de posición 35, 36 montadas perpendicularmente, de las cuales una es bidimensional y la otra es unidimensional. Cada una de ellas tiene un receptor M1, M2 montado sobre los medios operativos 34, mientras que el campo y la pantalla están montados sobre la palanca de control 32. La palanca de control 32 soporta en su extremo inferior una unidad sensora de posición tridimensional 37 de acuerdo con la invención, que comprende dos detectores M3, M4, que están montados a cierta distancia mutua sobre el extremo inferior de la palanca de control 32 y dirigidos hacia abajo hacia una pantalla 13 y cuatro campos de radiación. La unidad sensora de posición 37 registra los movimientos lineales de la palanca de control 32 en las direcciones x, y, z. Más específicamente, esto se lleva a cabo mediante los dos detectores M3, M4 que permiten la determinación de la posición de dos líneas, en lugar de solamente una línea como en Fig. 1. Conociendo las direcciones de las líneas y la distancia relativa de los detectores M3, M4 es posible, mediante triangulación, determinar la posición de la palanca de control 32 también en la dirección z. Mediante la afección lineal de la palanca de control 32 por medio de los medios operativos 34, se lleva a cabo por tanto el control lineal x, y, z, y mediante la rotación de los medios de control 34 se lleva a cabo el control en tres direcciones de rotación Xrot, Yrot, Zrot.

Fig. 5 y 6 ilustran una realización actualmente preferente de un puntero hexadimensional 40 de acuerdo con la invención. El puntero 40 comprende una placa base estacionaria 41 con un apoyo 42 para la mano. Medios operativos cilíndricos 43 (denominados a continuación ("disco") están montados de modo móvil sobre la placa base 41 y están adaptados para ser operados por la mano del usuario. La palma de la mano se apoya entonces sobre el apoyo42 para la mano, dejando los dedos libres para operar el disco 43 en todas las direcciones.

El puntero 40 es hexadimensional en el sentido de que el disco 43 es móvil por una parte en tres direcciones lineales X, Y, Z, y por otra parte en tres direcciones de rotación Xrot, Yrot, Zrot. Debe observarse que el disco 43 es móvil libremente en el plano xy y no sólo en la dirección x y en la dirección y. Con vistas a, por ejemplo, mover un objeto sobre una pantalla "entrando en la pantalla", el usuario mueve el disco 43 hacia delante, y con vistas a rotar el objeto alrededor de sí mismo, se hace rotar el disco 43 en la dirección correspondiente.

El disco 43 tiene la forma de una envuelta cilíndrica con un interior 44 indicado en Fig. 6. El círculo interior 45 en línea de trazos representa un sujetador estacionario que está montado fijamente sobre y que se proyecta desde la base 41 para soportar el disco 43. Entre el sujetador 45 y el disco 43, en esta realización están dispuestos tres elementos elásticos 46 distribuidos circunferencialmente, tales como elementos de goma, que hacen posible al usuario mover el disco 43 relativamente al sujetador 45 en las seis direcciones mencionadas anteriormente y que aseguran que el disco 43 vuelve a su posición inicial al ser soltado por el usuario.

Para determinar la posición actual del disco 43 relativamente al sujetador 45, el puntero 40 comprende tres unidades sensoras de posición U1, U2, U3, separadas 120º entre ellas, del tipo descrito anteriormente haciendo referencia a Fig. 1. Cada unidad sensora de posición U1-U3 comprende una fuente de radiación S1-S3, un receptor M1-M3 y una pantalla intermedia B1-B3. En cada unidad U1-U3, el receptor está montado sobre el interior 44 del disco móvil 43, mientras que la fuente de radiación y la pantalla están montadas como una unidad integrada o caja designada generalmente N1-N3 sobre el sujetador estacionario 45. En la posición de apoyo no actuada del disco 43 de acuerdo con Fig. 7A, cada receptor M1-M3 está alineado radialmente con su correspondiente caja N1-N3 a lo largo de un radio R1-R3.

Cada caja N1-N3 tiene tres campos radiantes de acuerdo con Fig. 1, que se extienden perpendicularmente al plano formado por los radios R1-R3. Los campos A pueden estar formados preferiblemente por placas difusoras de luz y fuentes de radiación situadas posteriormente, como se ha señalado más arriba, para formar superficies radiantes "virtuales".

En contraste con la realización en Fig. 3 y 4, en la que el movimiento lineal y el movimiento de rotación son detectados mediante unidades sensoras de posición diferentes, el puntero en Fig. 5 y 6 usa las unidades U1-U3 para determinar la posición tanto en la dirección lineal como en la dirección de rotación. Esto se lleva a cabo mediante determinación de la dirección de tres líneas, tal como se describirá ahora haciendo referencia a Fig. 7A y 7B.

Independientemente de cómo se hace rotar el disco 43, los receptores M1-M3 estarán posicionados en los vértices de un triángulo equilátero T que tiene una longitud de los lados "d". Al objeto de calcular la posición lineal y la posición del disco 43 relativamente a las cajas N1-N3, se hace uso del hecho de que cada unidad sensora de posición U1-U3 permite la determinación de la dirección o ecuación de la línea L1-L3 que conecta el receptor M1-M3 con la caja N1-N3. Las posiciones absolutas de las líneas L1-L3 en el espacio se pueden calcular directamente por medio de las unidades U1-U3. Los vértices del triángulo equilátero T que tiene una longitud de los lados d se deben ajustar a estas tres líneas L1-L3, lo que sólo se puede efectuar de una manera. Esto da los puntos de los vértices del triángulo T en el espacio y, por tanto, la posición del disco 43 relativamente al sujetador 45. El cálculo actual de la posición del triángulo se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante cálculos iterativos. La traslación del disco 43 se calcula mediante promediado de los tres puntos angulares. La rotación del disco 43 se calcula con ayuda de la normal al plano del triángulo T y la rotación del mismo.

El puntero 40 en Fig. 5 y 6 tiene tres unidades sensoras de posición "completas" U1, U2, U3 en el sentido de que cada una de ellas tiene su propio receptor, su propia pantalla y su propia fuente de radiación con cuatro campos. Es concebible sin embargo, tanto en ésta como en otras realizaciones, compartir componentes entre las unidades sensoras de posición. En la realización en Fig. 5, esto se puede efectuar por ejemplo de modo que las unidades U1-U3 comparten entre ellas diodos emisores de luz IR. Una fuente de radiación central común con cuatro campos podría emitir radiación por medio de espejos a tres pantallas separadas B1-B3 y seguidamente a tres receptores separados M1-M3. Esto haría posible llevar a cabo una determinación hexadimensional completa de una posición con sólo tres detectores y cuatro diodos emisores de luz IR de diseño convencional y barato, lo que daría como resultado un puntero extremadamente barato.

Los punteros descritos anteriormente de acuerdo con la invención son adaptados para ser conectados a o, lo que puede ser preferente, para comprender en sí mismos medios de cálculo para generar señales de salida apropiadas para un ordenador u otro equipo, sobre la base de las señales del detector procedentes de las unidades sensoras de posición. Tales medios de cálculo pueden comprender convertidores A/D y un procesador apropiado o similar.

La invención no se limita a las realizaciones descritas y se puede modificar dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

En una realización alternativa, la pantalla no precisa estar hecha de un material que bloquee completamente la radiación. Puede ser suficiente que la pantalla bloquee una parte sustancial de la radiación, o que convierta la radiación que pasa a su través de modo que la radiación convertida difiera de la radiación no apantallada.

Los punteros de acuerdo con la invención son multidimensionales, a saber permiten un control en varias dimensiones, y para este fin emplean una o más unidades sensoras de posición de acuerdo con la invención para la determinación de partes móviles mutuamente del puntero. Dentro del alcance de la invención, todas las unidades sensoras de posición en un puntero pueden ser unidimensionales, aunque hoy día sería preferente emplear unidades que permiten la determinación en dos o más dimensiones.

En la invención se pueden usar otras fuentes de radiación (visible o invisible) distinta de la radiación IR.

En las realizaciones mostradas, la pantalla está dispuesta a cierta distancia de los campos. En tales realizaciones, cambios angulares del camino del haz dan como resultado movimientos relativos. En una posible variante, la pantalla podría estar dispuesta en el mismo plano que los campos y ser móvil relativamente a éstos.

Claims

1. Unidad sensora de posición (10) para determinar una posición relativa en al menos una dimensión, caracterizada por:

una fuente de radiación (S) que tiene al menos dos campos (A1-A4), cada uno de los cuales tiene una superficie radiante,

un detector (M) para detectar radiación procedente de los campos respectivos (A1-A4), pudiéndose distinguir la radiación procedente de un campo de la radiación procedente de otros campos,

un elemento de pantalla (B) que está dispuesto en el camino del haz entre la fuente de radiación (S) y el detector (M) y que, para cada determinación de una posición y visto desde la perspectiva del detector (M), apantalla parcialmente al menos dicho un campo pero no apantalla por completo cualquiera de los campos,

siendo al menos uno de la fuente de radiación (S) y el detector (M) móvil relativamente al elemento de pantalla (B) en una primera dirección transversalmente respecto a la dirección de radiación de modo que un tal movimiento relativo ocasiona un cambio relativo del apantallado de los campos (A1-A4), y

medios para determinar una posición relativa en dicha primera dirección entre la pantalla (B) y al menos dicho uno de la fuente de radiación (S) y el detector (M), sobre la base de una comparación, tal como la relación entre la radiación detectada por el detector (M) y la recibida desde los campos radiantes respectivos.

2. Unidad sensora de posición según la reivindicación 1, en la que cada uno de los campos radiantes (A1-A4) comprende un medio difusor de radiación (16), que constituye la superficie radiante y que coopera con una unidad de radiación separada (17) asociada con el campo.

3. Unidad sensora de posición según cualquiera de las reivindicaciones precedentes para la determinación bidimensional de una posición, en la que dichos al menos dos campos (A1-A4) comprenden por una parte dos campos yuxtapuestos en una primera dirección para determinar la posición en una primera dimensión y, por otra parte, dos campos yuxtapuestos en una segunda dirección, perpendicular a la primera dirección, para determinar la posición en una segunda dimensión.

4. Unidad sensora de posición para la determinación bidimensional de una posición según la reivindicación 3, en la que dichos al menos dos campos comprenden en total cuatro campos de radiación (A1-A4), cada uno de los cuales forma un cuadrante.

5. Unidad sensora de posición según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que dichos campos (A1-A4) son activados secuencialmente para distinguir entre radiación asociada con los campos respectivos.

6. Unidad sensora de posición según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el elemento de pantalla (B) apantalla parcialmente todos los campos (A1-A4) en cada determinación de una posición.

7. Unidad sensora de posición según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el elemento de pantalla (B) comprende un área de bloqueo de radiación (14) y un área de no bloqueo de radiación, encerrando una de dichas áreas a la otra de dichas áreas o viceversa.

8. Unidad sensora de posición según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la fuente de radiación (S) es una fuente de radiación activa que genera radiación por sí misma.

9. Unidad sensora de posición según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en la que la fuente de radiación (S) es una fuente de radiación indirecta que no genera radiación alguna por sí misma, sino que recibe por el contrario esta radiación desde otro lugar.

10. Puntero (30; 40) para controlar una posición en al menos dos dimensiones mediante la operación de medios operativos (35; 43) del puntero, caracterizado porque el puntero comprende uno o más unidades sensoras de posición (35-37; U1-U3) según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, para determinar la posición relativa en al menos dos dimensiones entre los medios operativos y un soporte.

11. Puntero (30; 40) según la reivindicación 10 para controlar una posición en seis dimensiones, teniendo los medios operativos (35; 43) en correspondencia seis grados de libertad.

12. Puntero (40) según la reivindicación 11, en el que los medios operativos (43) están suspendidos de modo móvil desde y encierran un sujetador central (45) del puntero (40) para movimiento lineal en tres direcciones lineales (x, y, z) y movimiento de rotación en tres direcciones de rotación (Xrot, Yrot, Zrot).

13. Puntero (40) según la reivindicación 12, que comprende tres unidades sensoras de posición bidimensionales (U1-U3), que están distribuidas circunferencialmente alrededor del sujetador central (45) y cada una de las cuales tiene cuatro campos.

14. Puntero según cualquiera de las reivindicaciones 10-13, que comprende dos o más unidades sensoras de posición según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que al menos una fuente de radiación y/o un detector y/o un elemento de pantalla están compartidos entre dos o más unidades sensoras de posición.