DE2908590A1 - Eingabevorrichtung fuer eine rechnergesteuerte optische darstellungseinrichtung - Google Patents
Eingabevorrichtung fuer eine rechnergesteuerte optische darstellungseinrichtungInfo
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Description
Dipl.-Ing. H. MITSCHERUCH - 4 - D-8000 MÖNCHEN 22
Dipl.-fng. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10
Dr. re,, not. W. KÖRBER ^ (089) *296684
Dipl.-!ng. J. SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE 2 9 Ü 8 5 9
NATIOIAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION
66-74 Victoria Street
London SW 1 / England
London SW 1 / England
Eingabevorrichtung für eine rechnergesteuerte optische Darstellungseinriohtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Eingabevorrichtung für eine optische Darstellungseinrichtung, insbesondere
zur Schaffung einer interaktiven Eingabe für einen Rechner mit einer zugehörigen Darstellungseinrichtung zur Bezeichnung
einer elementaren Fläche innerhalb der Darstellung.
Eine optische Darstellungseinrichtung bildet einen zweckmäßigen Monitor für die Bearbeitung und Auswahl von in
einem Hechner gespeicherten Daten durch eine Bedienungsperson, die keine Kenntnis von der Programmierung des Rechners
zu haben braucht. Zu einer bildmäßigen Darstellung können so Angaben hinzugefügt oder umgeordnet werden, und
es ist möglich, aus einer dargestellten Liste vorhandener Rechnerfunktionen eine auszuwählen und zu betätigen. Alle
diese Vorgänge erfordern die Kennzeichnung eines Flächenelements der Darstellung, gewöhnlich durch Bewegen eines
"Läufers", der selbst dargestellt wird. Es gibt Rechnereingabeeinrichtungen zur Darstellung der Koordinaten des
bezeichneten Elements in Form von Daten, die durch das analoge Positionieren eines in der Hand gehaltenen X-Y-Wandlers
erzeugt werden, doch diese Vorrichtungen sind so kostspielig, daß ihre Anwendung auf Spezialgebiete beschränkt bleibt. Es
besteht jedoch ein Bedarf nach einer Eingabevorrichtung zur
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lKteraktioa mit einer optischen Darstellung, die nicht die
Berechnung von Koordinaten erforderlich macht und mit geringeren Kosten weite Verbreitung finden könnte.
Erfinctongsgemäß gehört zu einer Eingabevorrichtung zum Qebrauca
ia Verbindung mit einer optischen Darstellungseinrichtung
eine Fühleinrichtung zur handgesteuerten Bewegung über eine ebene Fläche, wobei diese Fühleinrichtung während
dieser Bewegung in beiden lichtungen entlang einer ausgewählten
Achse auf die Struktur der Fläche anspricht und eine Folge von richteiigsgleicheii elektrischen Impulsen erzeugt,
deren Polarität die Bewegungsrichtung anzeigt..
Vorzugsweise ist die Fühlei»richtung so eingerichtet, daß
sie enatelilagig auf eine solche Bewegung entlang einer zu
der gewählten Achse senkrechten Achse anspricht und eine ähnliche Folge von Impulsen erzeugt.
Zu der ¥orrielitang kann eine Ausgabeeinrichtung gehören,
zu der eine Sinrichtung zum Speichern eines aus den richtungsgleiefaea.
Impulsen gewonnenen digitalen Wertes in bezug auf jede Achse gehört, der durch Bewegung in einer Richtung vergrößert
«ad durch Bewegung in der entgegengesetzten Sichtung
verkleinert wird.
Bei einer iateraktiven optischen Darstellungseinrichtung
wird ©ime solche Eingabevorrichtung durch eine Bedienungsperson
gesteuertj und es kann ein Rechner vorhanden sein,
der <dea gespeicherten Wert und damit die Bewegungsrichtung
der Fthleiitriclituag in Zeitabständen bestimmt und ein Element
der Darstellung veranlaßt, sich in einer entsprechenden Richtmaß zn bewegen.
Zu der Fähleinrichtung können für jede Achse ein piezoelektrisaher
Kristall und ein Fühlstift gehören, welch letzterer beim Gebrauch in Berührung mit der ebenen Fläche steht und
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so angeordnet ist, daß bei seiner Bewegung entlang der betreffenden
Achse eine mechanische Spannung auf den Kristall in einer Richtung übertragen wird, die durch die Bewegungsrichtung
des Stiftes bestimmt wird, so oft seine Bewegung durch Strukturmerkmale der Fläche behindert wird.
Der Stift kann innerhalb eines in der Hand zu haltenden Gehäuses federnd gelagert und so eingerichtet sein, daß während
einer gleitenden Bewegung des Gehäuses über die ebene Fläche ein im wesentlichen konstanter Berührungsdruck und eine konstante
Neigung zwischen dem Stift und der Fläche aufrechterhalten werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Teilschnitt einer Fühleinrichtung für eine Eingabevorrichtung
nach der Erfindung; und
Fig. 2 eine interaktive, rechnergesteuerte optische Darstellungseinrichtung
mit der Eingabevorrichtung nach Fig. 1.
Gemäß Fig. 1 gehören zu der Fühleinrichtung 19 ein Gehäuse 12 sowie Fühlelemente 14 und 16. Das Gehäuse 12 hat zweckmäßig
eine abgeflachte Kuppelform mit offener Unterseite, es besteht aus Metall oder einem Kunststoffmaterial und hat
eine solche Form und Größe, daß es lose in der Hand gehalten und über die Fläche 18 geschoben werden kann. Bei den beiden
Fühlelementen 14 und 16 handelt es sich um die üblichen Kristall-Tonabnehmer
für das monophone oder stereophone Abspielen von Schallplatten, bei denen ein nicht gezeigter piezoelektrischer
Kristall in einem Gehäuseteil 20 enthalten ist und ein Stift 22 oder 24 von einem Arm 26 getragen wird.
Wie bei solchen Tonabnehmern üblich, ist die Anordnung so getroffen, daß durch eine seitliche Verschiebung des Stiftes
eine mechanische Spannung auf die Flächen des Kristalls über-
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tragen wird, so daß.ein Potentialunterschied zwischen den
Flächen erscheint." Der Potentialunterschied wird mit Hilfe
entsprechender Verbindungen zu metallisierten Abschnitten
der Kristallflächen gefühlt. Solche Verbindungen werden in
der Anordnung 10 durch die Leitungen 28 zu dem Element 14 und die Leitungen 30 zu dem Element 16 gebildet. Vorzeichen
und Groß© des yötentialunterschiedes sind abhängig von der
Sichtung und Größe der Ablenkung des Fühlstifts. Bei der abgebildete»
Anordnung erzeugt der Stift 22 des Elements 14 (das in der Stirnansicht gezeigt ist) nur dann ein Geräuschsignal
j wenn er in einer zur Ebene des Papiers senkrechten Ebene abgelenkt wird. In der Ebene des Papiers dagegen ist
die Lagerung des Stiftes in der Längsrichtung verhältnismäßig
nachgiebig, so daß eine Ablenkung in dieser Richtung kein Signal erzeugt« Eine Ablenkung nach links oder rechts in der
Papierebene erzeugt jedoch ein Potential» dessen Vorzeichen durch die Sichtung der Ablenkung bestimmt wird, und wenn der
Stift momentan abgelenkt und dann freigegeben wirdj, wird
ein gleichgerichteter Impuls erzeugt. Der Stift 24 des Elements 16 ist auf einer Achse gelagert t die sich rechtwinklig
ze derjenigen des Stiftes 22 erstreckt, und erzeugt daher
einen Impuls, der einer Ablenkung und Freigabe vor oder hinter der Papierebene folgt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Reihe von Impulsen mit Hilfe der Fühleinrichtung 10 erzeugt werden
kann, wenn ein Stift entlang einer vorbestimmten Achse in Berührung mit einer Fläche bewegt wird, von deren Strukturmerkmalen
angenommen wird, daß sie den Stift in der erwähnten Weise abwechselnd ablenken und freigeben. Die für den
Stift gewählte Achse ist natürlich diejenige, für die die Lagerung zur Erzeugung eines piezoelektrischen Ausgangssignals
angeordnet ist. Beim Gebrauch werden daher die orthogonalen Achsen dadurch bestimmt, daß die Fühleranordnung 10
in die entsprechende Lage gebracht wird. Hinsichtlich der Auswirkung der Struktur lassen sich drei Möglichkeiten unter-
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scheiden. Ein Stift 22 oder 24 kann ohne Störung über eine glatte Fläche, z.B. eine Glasplatte,, geführt werden, so
daß kein Signal erzeugt wird. Ein feines Gitter kann vorgesehen sein, um ein regelmäßiges impulsförmiges Signal zu
erzeugen, wobei die Anzahl der Impulse genau der zurückgelegten Entfernung entspricht. Diese Anordnung läßt sich
leicht für eine Achse vorsehen, eignet sich Jedoch nicht gut für zwei Achsen in einer einzigen Ebene. Bei der Anwendung
der Erfindung zeigt es sich Jedoch, daß die Oberflächenstruktur nicht regelmäßig zu sein braucht und daß z.B. ein
Blatt nicht satiniertes Papier oder Patronenpapier rauh genug ist, um die erforderliche Wirkung hervorzurufen. Die
Anzahl der Impulse entspricht nicht der von dem Fühler zurückgelegten Entfernung, sondern das Vorzeichen Jedes Impulses
gibt eindeutig die Bewegungsrichtung an, und nur diese Anzeige ist erforderlich. Andere geeignete Oberflächen lassen
sich leicht durch Versuche mit der gewünschten Fühleinrichtung auswählen. Das Gehäuse 12 ist so bemessen, daß die
Stifte 22 und 24 dann, wenn sie nicht mit der Fläche in Berührung stehen, etwas aus seinem unteren Ende herausragen·
Beim Gebrauch reicht die Elastizität der Lagerung in senkrechter Richtung aus, um für einen gleichmäßigen Berührungsdruck der Stifte zu sorgen, wenn das Gehäuse leicht auf eine
ebene Fläche gedrückt wird.
Anhand von Fig. 2 wird nun die Anwendung der Eingabevorrichtung in Verbindung mit einer optischen Darstellungseinrichtung
beschrieben.
Eine optische Darstellungseinrichtung 40 wird durch einen Rechner 42 in Übereinstimmung mit durch Betätigen von Eingabeeinrichtungen,
z.B. einer nicht gezeigten Tastatur, eingeschalteten Programmschritten gesteuert. Zur Betätigung
eines Läufers in der Darstellung wird die anhand von Fig. 1 beschriebene Eingabevorrichtung 10 über eine rauhe Fläche
bewegt, z.B. über einen Papierbogen 43,und die erzeugten
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Impulse werden verarbeitet, um den Rechner 42 anzuweisen,
den Läufer analog nach rechts oder links, oben oder unten zu bewegen. Da eine Bedienungsperson die optische Darstellungseinrichtung
ständig beobachten kann, wird die Eingabevorrichtung 10 entlang jeder Achse so weit wie notwendig
bewegt, um die gewünschte Stellung des Läufers ohne Rücksicht auf Unregelmäßigkeiten des Verhältnisses zwischen der
Bewegung der Vorrichtung 10 und des Läufers zu erhalten. Jede Stelle des Bewegungsfeldes kann natürlich direkt erreicht
werden» Jedes der Elemente 14 und 16 spricht gleichzeitig
auf die Bewegungskomponenten seiner jeweiligen Achse
an, und es ist nicht notwendig, X- und Y-Bewegungen nacheinander durchzuführen· ■ ■
In Fig» 2 ist ia eiaeai schematischen Schaltbild-die Verarbeitung
der !»!pulse la eisern einzigen Kanal für die Y-Achse
dargestellt» Ein zweiter, ebensolcher Kanal (nicht gezeigt)
würde für die X-Aels© gelten. Di©"Schaltungsteile der Vorrichtung
10 sind schematise!! in Form eines Kristalls 44 mit
leitfähigea Fläclsen 46 und 48 -und eines Fühlstifts 50 für
Ablenkungea in d©r Y-Achsen-Richtung angedeutet. Ein nicht abgeglichener Ättsgangsleitungsaitsehluß 52 der Fläche -48 ist
gezeigt, wä&r©ad die Fläche 46 geerdet ist..Von-dem Anschluß
52 aus werden positive Impulse von einem Kanal 54 und negative
impulse tojb einem Kanal 56 aufgenommen.
Die durch den Kristall 44 erzeugten Impulse sind meist unregelmäßig
geformt, und der erste Anstieg wird durch Differenz! area des Signals in dem Kanal 54 durch eine Differenzierungsscbalttiag
58 und Addieren des Resultats' zu dem unverarbeiteten
Signal in einem Summierungsverstärker 60 identifiziert»
Bas Altsgangssignal des Verstärkers 60 ist das Eingangssignal einer Schmitt-Triggerschaltung 62, die einen geformten
Impuls an einen Eingang 64 eines umsteuerbaren Zählers 66 jedesmal dann liefert, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert
überschritten wird. Ein über den Eingang 64 zugeführ-
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tes Eingangssignal vergrößert den in dem Zähler 66 gespeicherten Wert und repräsentiert z.B. eine Aufwärtsbewegung
des Stiftes 50. Negative Eingangsimpulse zu dem Kanal 56 werden durch einen Inverter 68 umgekehrt, doch im übrigen
in ähnlicher Weise wie die positiven Impulse in dem Kanal 54 mittels einer Differenzierungsschaltung 70, eines Summierungsverstärkers
72 und einer Schmitt-Triggerschaltung 74 zur Eingabe an einen Eingang 76 des Zählers 66 verarbeitet. Das
über den Eingang 76 zugeführte Signal verkleinert den in dem Zähler 66 gespeicherten Wert und repräsentiert daher eine
Abwärtsbewegung des Stiftes 50. Der Zähler 66 hat zweckmäßig eine Kapazität von 8 Bit, doch werden wegen der Möglichkeit
ausgelassener oder fehlerhaft ausgewerteter Impulse nur die höchstwertigen Bits berücksichtigt. Über einen Mikroprozessor
78 fragt der Rechner 42 den Zähler 66 in Zeitabständen in der Größenordnung von 10 Millisekunden ab. Die bei aufeinanderfolgenden
Abfragungen festgestellten Werte werden verglichen, und wenn sich eine Abnahme ergibt, wird der Läufer
der optischen Darstellungseinrichtung abwärts bewegt. Wird dagegen eine Vergrößerung des Wertes ermittelt, wird
der Läufer nach oben bewegt oder aber bei einem unveränderten Wert an Ort und Stelle gehalten. An dem Gehäuse der Vorrichtung
10 sind zweckmäßig ein oder mehrere Druckknopfschalter (nicht gezeigt) zum Einschalten ausgewählter Rechnerfunktionen
in bezug auf die Stellung des Läufers an bestimmten Punkten der Darstellung angebracht.
In einem typischen FaI1 enthält eine Darstellungsrichtung
eine Anordnung von 8Γ χ 24 Flächenelementen, von denen jedes
gewünschte durch analoge Bewegung der Vorrichtung 10 schnell gekennzeichnet werden kann. Es sei darauf hingewiesen, daß
nur die Bewegungsrichtung der Vorrichtung 10, nicht aber ihre absolute Lage von Bedeutung ist und daß daher die Bedienungsperson
ohne weiteres die Vorrichtung 10 von dem Papier 43 abheben und an jeder beliebigen Stelle wieder aufsetzen kann,
die es ermöglicht, die Bewegung in der gewünschten Richtung
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fortzusetzen. Aus dem gleichen Grund braucht die Kapazität
des Zählers 66 nur groß genug zu sein, um die einen kleinen Bevegungsbereich repräsentierende Zählung aufzunehmen. Die
Abfragung durch den Rechner 42 kann so eingerichtet werden, daß keine Unklarheit hinsichtlich der Richtung entsteht,
vorausgesetzt daß der Zähler 66 in dem Intervall zwischen den Abfragungen nicht mehr als einmal überläuft.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei der Verarbeitung der von dem Ausgang 52 abgegebenen Impulse zur Gewinnung einer Differentialzählung
die für die Kanäle 54 und 56 gezeigte und beschriebene Anordnung lediglich ein Beispiel darstellt
und daß andere Schaltungen entwickelt werden können, die den gleichen Zweck erfüllen.
Der Gebrauch der zwischen einem Rechner und einer optischen Darstellung interaktiven Eingabevorrichtung ist der Einfachheit
halber im Hinblick auf die Positionierung eines Läufers beschrieben worden. Es ist Jedoch klar, daß die Vorrichtung
vielseitige Möglichkeiten zur direkten Beeinflussung von Teilen der Darstellung bietet.
Der Patentanwalt:
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Leerseife
Claims (9)
- Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-BOCK) MÜNCHEN 22Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10Dr.rer.nat. W. KÖRBER ^ (089) * 29 66 84Dipl.-lng.J.SCHMIDT-EVERS 5 ^ PATENTANWÄLTE29Ü8S90JJATIOlAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION 66-74 Victoria Street
London SW 1 / EnglandANSPRÜCHEEingabevorrichtung für eine. . durch einen Rechnergestewerte optische Darstellungseinrichtung mit einer Fülleinrichtung zur handgesteuerten Bewegung über eine ebene Flachs, um ein für diese Bewegung repräsentatives Ausgangssignal zu erzeugen, dadurch ge kennzeich net, daß die Fähleinrichtung (10) während ihrer Bewegung in beiden Hiehtuagea entlang einer gewählten Achse auf die Oberflächenstruktur der Fläche (.18) anspricht, um eine Folge von gleichgerichteten elektrischen Impulsen zu erzeugen, deren Polarität die Bewegungsrichtung anzeigt. - 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Fülleinrichtung (10) unabhängig auf eine Bewegung entlang einer zu der ausgewählten Achse senkrechten Achse anspriciit, um eine ähnliche Folge von Impulsen zu erzeugen.
- 3, Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß eine Signalabgabeeinrichtung vorhanden ist, die auf solche Impulse anspricht und für jede Achse ein Signal erzeugt, aus dem der Bewegungszustand der Fühleinrichtung (10) erkennbar ist.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Signalabgabeeinrichtung Einrichtungen zum Speichern eines digitalen Wertes, zum Vergrößern des Wertes infolge einer Bewegung in einer Richtung und zum Verkleinern des Wertes infolge einer Bewegung in der entgegengesetzten Richtung gehören.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch;gekennzeichnet, daß zu der Fühleinrichtung (10) für jede i^egungsac&fce ein Stift (22, 24) gehört, der beim Gebrauep^kfc der ebenen Fläche in Berührung gehalten wird, sowie ein piezoelektrdscher Kristall (44), wobei der Stift so angeordnet ist, daß bei seiner Bewegung entlang der betreffenden Achse eine mechanische Spannung, die eine piezoelektrische Spannung über den Kristall induziert, aif den K^fiall in einer Richtung übertragen wird, die durch die Richtung der Bewegung bestimmt wird, so oft die Bewegung durch: ein Merkmal der Oberflächenstruktur der Fläche
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, daduijäh;.gekennzeichnet, daß der Stift (22, 24) innerhalb eines Gehäuses (12) federnd gelagert ist, so daß während der Bewegung des Gehäuses in gleitender Berührung mit der ebenen Fläche ein im wesentlichen gleichbleibender Berührungsdruck und Neigungswinkel zwischen dem Stift und der Fläche aufrechterhalten wird.
- 7. Rechnergesteuerte Darstellungseinrichiüng mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnetMurch eine Rechnereingabeeinrichtung zum Bestimmen der Bewegungsrichtung der Fühleinrichtung sowie eine Rechnerausgabeeinrichtung zur Ablenkung eines Elements der Darstellung analog zu der Bewegung.9098 3 8/0 69
- 8. Barstellungseinrichtung nach Anspruch 7 und 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zu der Becfanereingabeeinrich- tung eine Einrichtung zum wiederholten Ablesen des digitalen Wertes sowie eine Einrichtung zum Vergleichen auf einanderfolgender Ablesungen zum Bestimmen der Bewegungsrichtung gehören. - 9 0 9 8 ·· ■'< / 0 b 9 8
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