DE4107085C2 - Koordinaten-Eingabevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Koordinaten-Eingabevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung wird bei einer Anzeigeeinheit, z. B. einer Kathodenstrahlröhre benutzt, um die Stellung des Positionsanzeigers (Cursor) auf dem Schirm darzustellen.

Bekannt ist eine Eingabevorrichtung für X-Y-Koordinaten, bei der ein Posi­ tionsanzeiger (Peilzeiger) zu einem vorbestimmten Koordinatenpunkt oder einem Menü dadurch bewegt wird, daß eine Kugel von Hand rotiert wird, die von der oberen Flasche eines Gehäuses vorsteht.

Eine bekannte Eingabevorrichtung dieser Art ist in Fig. 7 dargestellt. Sie weist ein Gehäuse 32 auf, mit einer äußeren Schale und einem in der oberen Flasche der letzteren ausgebildeten kreisförmigen Loch 31. Eine Kugel 33 ist im Gehäuse 32 aufgenommen und steht zum Teil über das Loch 31 vor. Zwei rotierbare Bauteile 34 und 35 stehen senkrecht zueinander und sind so ausgebildet, daß sie unter gegenseitiger Kupplung zur Kugel 33 rotie­ ren. Ferner sind Detektoren 36 und 37 vorhanden, d. h. Eingabeelemente (Encoder), welche die Größe der Rotation des Bauteils 34 bzw. 35 jeweils bestimmen. Das Bauteil 34 ist mit einem abrollenden Rollglied 38 ver­ sehen, welches in Anschlag an der unteren Oberfläche mit der Kugel 33 liegt, und ferner mit einer drehbaren Welle 39, welche integriert mit dem Rollglied 38 rotieren kann. In ähnlicher Weise ist das andere rotierende Bauteil 35 mit einem Rollglied 38a und einer drehbaren Welle 39a ver­ sehen.

Wenn bei dieser Eingabevorrichtung die von der Öffnung 31 vorstehende Ku­ gel 33 von Hand rotiert wird, werden die Komponenten der Rotation in der x- und y-Achse auf die orthogonal zueinander stehenden rotierenden Bauteile 34 und 35 übertragen, so daß das Maß der Rotation des Bauteils 34 und des Bau­ teils 35 jeweils durch die Detektoren 36 und 37 abgefühlt und als Puls­ signal abgegeben wird. Indem diese Pulssignale gezählt werden, kann ein Positionsanzeiger auf einer Anzeigeeinheit (die nicht gezeigt ist), die mit der Koordinaten-Eingabeeinheit in Verbindung steht, auf die ge­ wünschte Position bewegt werden. Ist der Positionsanzeiger zum gewünsch­ ten Koordinatenpunkt oder zum Menü gefahren, wird die Rotation der Kugel 33 angehalten und ein nicht dargestellter Eingabeschalter betätigt, um die Eingabekoordinaten zu bilden oder das Menü zu wählen.

Es ist ferner bekannt (JP 63-135 423 U), die Koordinaten-Eingabeeinheit an der mit Tasten versehenen Oberfläche eines Tastenpaneels anzuordnen. In diesem Falle besteht das Erfordernis, den Kugeldurchmesser so klein wie möglich zu machen, da der zur Verfügung stehende Raum sehr beschränkt ist. Andererseits, will man den Kugeldurchmesser klein machen, wird es notwendig, die Kugel mehrere Male zu rotieren, um den Positionsanzeiger von einem zum anderen Ende des Bildschirms zu bewegen, so daß die Arbeitseffektivität wegen des Zeitverlustes verringert wird. Zwar kann überlegt werden, das Problem dadurch zu verbessern, daß man die von den Detektoren ausgehenden Pulssignale höher auflöst durch einen Multiplier (Vervielfältiger), wodurch der Positionsanzeiger mit einer verringerten Zahl von Drehungen der Kugel von einem zum anderen Ende des Schirmes be­ wegt wird. Jedoch wird es in diesem Falle unmöglich, für den Positionsan­ zeiger eine feinfühlige Kontrolle zu erhalten, so daß die Effektivität aus diesem anderen Grunde verringert ist.

Da bei dieser bekannten Eingabeeinheit der Eingabeschalter, um das Menü anzuwählen, als unabhängiges mechanisches Bauteil in bezug auf die Kugel ausgebildet ist, muß eine Zweifachbetätigung in Kauf genommen werden, um einmal durch die Kugel den Positionsanzeiger zu dem gewünschten Menü auf dem Anzeigefeld zu bringen und danach zusätzlich die Kugel loszulassen und den Eingangsschalter zu betätigen. Auch insoweit ist die bekannte Eingabeeinheit verbesserungsbedürftig.

Aus der DE 37 26 939 A1 ist eine Eingabevorrichtung mit einer Rollkugel bekannt, bei der durch Drehen der auf zwei senkrecht zueinander stehen­ den Achsen und einem Lager gelagerten, frei rotierbaren Rollkugel zwei voneinander unabhängige Koordinatensignale erzeugt werden können, wobei die Rollkugel selbst in Richtung einer weiteren Achse gedrückt werden kann und hierbei ein Übertragungssignal zur Aktionssteuerung erzeugbar ist.

Diese bekannte Eingabevorrichtung weist den Nachteil auf, daß der Grad der Feinheit der Steuerung durch die Größe der Rollkugel vorgegeben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Koordinaten-Eingabevorrichtung zu schaffen, die kompakte Abmessungen hat und gleichzeitig eine hohe Arbeitseffektivität ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale ge­ löst, insbesondere dadurch, daß zwischen der oberen kontaktlosen Stellung der Kugel und der unteren Stellung in einem Druckknopfschalter mindestens eine weitere Schaltebene vorgesehen ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Die Vorteile der Erfindung bestehen u. a. in folgendem:

Befindet sich der Druckknopfschalter in der oberen kontaktlosen Stellung und wird die Kugel rotiert, spricht der Positionsanzeiger auf die Rotation der Kugel an (ist sensibel) und kann schnell zu einer Position nahe der gewünschten Position bewegt werden. Andererseits, wird die Kugel nieder­ gedrückt, so daß die eine "weitere Schaltebene" (oder eine der weiteren Schaltebenen) des Druckknopfschalters betätigt wird, und wird die Kugel in diesem Arbeitszustand rotiert, so wird die Bewegung des Positionsan­ zeigers relativ träge bezüglich der Rotation der Kugel, und es ist nun möglich, den Positionsanzeiger genau zu dem endgültigen Objektpunkt zu be­ wegen. Wird die Kugel weiter niedergedrückt, so daß sie in eine untere Stellung gelangt, in der die unterste Schaltebene des Druckknopfschalters betätigt wird, wird es möglich, ein Menü gemäß der Stellung des Posi­ tionsanzeigers anzuwählen. In diesem Falle, da die Bewegung eines auf die Kugel drückenden Gliedes durch Anschläge beschränkt wird, löst sich die Kugel bei der Abwärtsbewegung von den Rollgliedern, die die Rotation der Kugel abtasten, derart, daß vorteilhaft keine Kriechbewegung des Po­ sitionsanzeigers während der Abwärtsbewegung der Kugel stattfindet.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1-6 eine Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 1 eine Draufsicht auf die Koordinaten-Eingabeeinheit ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen ihrer wesentlichen Teile ist,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung für eine angepaßte Position einer Druckkugel

Fig. 4 einen Schnitt eines Druckknopfschalters,

Fig. 5a-5c eine Explosionszeichnung mit Darstellung der relativen Lage der Kugel zu den Rollgliedern und der Druckkugel und

Fig. 6 eine Explosionsdarstellung, welche die Bewegung des Positions­ anzeigers auf dem Bildschirm zeigt,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer an sich bekannten Eingabe­ einheit.

Gemäß Fig. 1 und 2 hat die Koordinaten-Eingabevorrichtung eine Deckplatte 2 (nicht in Fig. 1 gezeigt) mit einer kreisförmigen oberen Öffnung 1, wobei ein Gehäuse 3 an der unteren Oberfläche der Deckplatte 2 befestigt ist, ferner eine Kugel 4, die sich innerhalb des Gehäuses 3 befindet und sich zum Teil aus der oberen Öffnung 1 hinaus erstreckt. Es sind ein Paar von Rollgliedern 5, 6 vorhanden, die gekuppelt mit der Rotation der Kugel 4 mitrotieren, wobei Detektoren 7 und 8 zum Abfühlen der Größe der Rotation des Rollgliedes 5 bzw. Rollgliedes 6 vorhanden sind. Mit Hilfe einer Druck­ kugel 9 wird die Kugel 4 elastisch in Richtung der Rollglieder 5 und 6 ge­ drückt, während andererseits ein Druckknopfschalter 11 unmittelbar unter der Kugel 4 und einer dazwischen liegenden weiteren kleinen Kugel 10 ange­ ordnet ist. Die Deckplatte 2 bildet ein Teil der äußeren Schale des Tasten­ paneels (Tastenplatte), so daß eine Bedienungsperson auf die nicht darge­ stellten Tasten drücken kann, sowie eine rotierende Bewegung für die Kugel 4 in kontinuierlicher Weise aufbringen kann. Das Gehäuse 3 ist zen­ tral ausgeformt mit einer halbsphärischen Ausnehmung 12, und die Kugel 4 ist mit kleinem Spiel in der Ausnehmung 12 aufgenommen.

Die Rollglieder 5 und 6 sind mit Hilfe von Wellen im Gehäuse 3 abgestützt derart, daß sie orthogonal zueinander stehen. Die Detektoren 7 und 8 sind jeweils an die Enden der Rollglieder 5 und 6 befestigt und jeder Detek­ tor ist als ein magnetisches, optisches oder mechanisches Eingabeelement (Encoder) ausgebildet.

Wie Fig. 3 zu entnehmen, befindet sich die Druckkugel 9 innerhalb der Sitz­ öffnung 13 und wird in Richtung zur Kontaktbildung mit der Kugel 4 mit Hilfe einer Wendelfeder 14 gedrückt. Ein offenes Ende der Sitzöffnung 13 ist mit einem als Anschlag dienenden Vorsprung 15 versehen, so daß das Maß, um welches die Druckkugel 9 von der Sitzöffnung 13 vorstehen kann, durch den Anschlag mit dem Vorsprung 15 begrenzt ist. Die Wellen der Roll­ glieder 5 und 6 und der Mittelpunkt der Druckkugel 9 befinden sich alle in einer Ebene, die sich durch die Ebene O der Kugel 4 erstreckt.

Wie Fig. 4 zeigt, ist der Druckknopfschalter 11 mit einem kastenförmigen Gehäuse 19 versehen, das mit einem Mittelkontakt 16 für die unterste Stellung des Druckknopfschalters 11 und ersten und zweiten Fest­ kontakten 17 und 18 versehen ist. Ein erster haubenartiger beweglicher Kontakt 20 befindet sich in Kontaktberührung mit dem ersten Festkontakt 17. Ein zweiter haubenartiger beweglicher Kontakt 21 befindet sich in Kontakt­ berührung mit dem zweiten Festkontakt 18, während andererseits ein Ab­ standsstück 23 zwischen den ersten und zweiten beweglichen Kontakten 20, 21 angeordnet ist und ein zentrales Loch 22 aufweist, so daß die beweglichen Kontakte 20, 21 eine weitere Schaltebene zwischen der oberen, kontaktlosen Stellung und der untersten Stellung des Druckknopfschalters 11 bilden. Ein wasserfestes Blatt 24 bedeckt die obere Öffnung des Gehäuses 19, während eine Deckplatte 25 das Blatt 24 am Gehäuse 19 befestigt. Die wei­ tere kleine Kugel 10 befindet sich in Kontaktberührung mit dem Blatt 24 durch die zentrale Öffnung 26 in der Deckplatte 25. Indem die Leitungsan­ schlüsse 27, die vom Gehäuse 19 abgehen, angelötet werden, wird der so hergestellte Druckknopfschalter auf einer gedruckten Leiterplatte 28 mon­ tiert, welche an der unteren Oberfläche des Gehäuses 3, vgl. Fig. 2, be­ festigt ist.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Vorrichtung erläutert:

Wenn die Kugel 4 von der oberen Öffnung 1 in der Deckplatte 2 des Tasten­ brettes vorsteht und von Hand rotiert wird, übertragen sich die x- und y-Achsenkomponenten über die Rollglieder 5 und 6, und das Maß der Rotation der Rollglieder 5 bzw. 6 wird jeweils durch die Detektoren 7 bzw. 8 ab­ gefühlt. In diesem Falle, vgl. Fig. 5a, befinden sich die Achsen der Rollglieder 5, 6 und der Mittelpunkt der Druckkugel 9 alle in einer Ebene, die durch den Mittelpunkt O der Kugel 4 geht, und die Kugel 4 ist in Kontaktberührung mit beiden Rollgliedern 5 und 6 unter Einwirkung der in Richtung des Pfeiles wirkenden, von der Druckkugel 9 ausgehenden Rück­ stellkraft, so daß die Größe der Rotation der Kugel 4 auf die beiden Rollglieder 5 und 6 wirksam, ohne Schlupf, übertragen wird. Nunmehr werden die von den Detektoren 7 und 8 abgesandten Ausgangsimpulse durch einen (nicht dargestellten) Mikrorechner gezählt. Die Folge ist, daß der Posi­ tionsanzeiger in Übereinstimmung mit dem Rotationsweg der Kugel 4 auf einem Anzeigeschirm o. dgl. 29, dargestellt in Fig. 6, bewegt wird.

Bei obiger Arbeitsweise befindet sich der Druckknopfschalter 11 in der oberen kontaktlosen Stellung. In diesem Falle, wenn die Größe der Bewe­ gung des Positionsanzeigers 30 verglichen mit der Rotationsgröße der Kugel 4 einen relativ groben Wert hat, kann der Positionsanzeiger 30 von einem Ende zum anderen Ende des Anzeigeschirms 29 bewegt werden, indem die Kugel 4 z. B. lediglich um eine Viertelumdrehung gedreht wird.

Wenn deshalb der Positionsanzeiger 30, der gemäß Fig. 6 zunächst am Punkt A steht, zu dem Punkt C als dem letzten Objektpunkt bewegt werden soll, so kann er schnell bis zum Punkt B, der sich nahe des Punktes C befindet, bewegt bzw. verstellt werden.

Wenn der Positionsanzeiger 30 so bis zu dem Punkt B bewegt worden ist, wird die Rotation der Kugel 4 beendet und die Kugel 4 niedergedrückt. Da gleich­ zeitig die weitere Kugel 10 durch die Kugel 4 ebenfalls herabgedrückt wird, da Oberflächen-Kraftschluß vorhanden, wird der erste bewegliche Kontakt 20 durch das Blatt 24 des Druckknopfschalters 11, vgl. Fig. 4, abwärts be­ wegt. Wenn das Maß dieser Bewegung einen vorbestimmten Wert überschreitet, kommt der erste bewegliche Kontakt 20, da umgebogen, in Kontaktberührung mit dem zweiten beweglichen Kontakt 21, und auf diese Weise wird die "weitere Schaltebene" betätigt und dadurch ein erster Schaltschritt aus­ geführt. In diesem Falle, wie in Fig. 5(b) dargestellt, wird der Mittel­ punkt O der Kugel 4 um den Wert t1 relativ zu der (gestrichelt in dieser Fig. dargestellten) Ebene herabgesenkt, einschließlich der Achsen der bei­ den Rollglieder 5, 6 und des Mittelpunktes der Druckkugel 9. Andererseits wird die Kontaktberührung zwischen der Kugel 4 und den Rollgliedern 5, 6 aufrechterhalten, weil die Kugel 4 nur um einen sehr geringfügigen Weg in horizontaler Richtung verstellt wird, ohne sich von der Druckkugel 9 zu lösen.

Durch die Betätigung der "weiteren Schaltebene" des Druckknopfschalters 11 wird ein von der Betriebsart (Modus) abhängiges Umschaltsignal erzeugt, und der vorbezeichnete Mikrorechner verarbeitet Signale, um die von den Detektoren 7 und 8 als Ausgangssignale herrührenden Signale auszudünnen, wobei die Größe des Weges des Positionsanzeigers 30 verglichen mit der Größe der Rotation der Kugel 4 verkleinert wird; mit anderen Worten: die Bewegung des Positionsanzeigers 30 wird träge. Wenn deshalb die Kugel 4 in diesem Zustand rotiert wird und der Positionsanzeiger 30 nun­ mehr am Punkt B sich befindet, so kann er fein eingestellt bzw. gesteuert werden und man kann ihn sehr genau zum Punkt C als Objektendpunkt führen.

Ist der Positionsanzeiger 30 zu dem Punkt C geführt worden, unterbricht man die Rotation der Kugel 4 und die Kugel 4 wird niedergedrückt. Die Folge ist, daß der zweite bewegliche Kontakt 21 des Druckknopfschalters 11 durch den ersten beweglichen Kontakt 20 nach abwärts im Sinne der Fig. 4 bewegt wird, und wenn dann das Maß dieser Bewegung einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ebenfalls der zweite bewegliche Kontakt 21 umge­ bogen (invertiert) und kommt in Kontaktberührung mit dem Mittelkontakt 16. Auf diese Weise wird ein zweiter Schaltschritt ausgeführt (unterste Stel­ lung des Druckknopfschalters) und das Menü am Punkt C ist ausgewählt. In diesem Falle, wie in Fig. 5(c) dargestellt, wird der Mittelpunkt O der Kugel 4 weiter herabgesenkt, vgl. die Stellung t2 gegenüber der Ebene, die die Achsen der Rollglieder 5, 6 und den Mittelpunkt der Druckkugel 9 enthält; dabei löst sich die Kugel 4 von den Rollgliedern 5, 6 und der Druckkugel 9, weil die Druckkugel 9 am Vorsprung 15 anschlägt und nicht weiter vorwärts verstellt werden kann, vgl. die gestrichelte Linie in Fig. 3. Somit rotieren die Rollglieder 5, 6 nicht während des zweiten Schaltschrittes. Mit anderen Worten, am Punkt C kann das Menü ausgewählt werden, während andererseits der Positionsanzeiger 30 am Punkt C als letzten Objektpunkt festgehalten ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind möglich. Obwohl der Druckknopf­ schalter 11 gezeichnet und erläutert ist mit nur einer "weiteren Schalt­ ebene" zwischen der oberen kontaktlosen Stellung und der untersten Stel­ lung, kann es vorteilhaft sein, eine größere Zahl von "weiteren Schalt­ ebenen" vorzusehen, um bei der Abwärtsbewegung der Kugel mehrere Umschalt­ signale durch die einzelnen Schaltschritte zu erzeugen, um die Auflösung in einzelnen aufeinanderfolgenden Schritten zu verringern, bevor in der untersten Stellung des Druckknopfschalters (untere Stellung der Kugel) ein Menü-Auswahlsignal erzeugt wird.

Gemäß einem der vorteilhaften Ausführungsbeispiele wird das Maß der Bewe­ gung des Positionsanzeigers, relativ zum Maß der Rotation der Kugel, ge­ ändert durch Schaltschritte in den Zwischenebenen eines eine Mehrzahl von Schaltebenen aufweisenden Druckknopfschalters, welcher durch Niederdrücken der Kugel betätigt wird: Deshalb kann die Stellung des Positionsanzeigers fein abgefühlt und gesteuert werden durch nur einen kleinen Rotationsweg der Kugel, obgleich diese nur einen kleinen Durchmesser hat. Andererseits, da die Auswahl des Menüs in der untersten Stellung des eine Mehrzahl von Schaltebenen aufweisenden Druckknopfschalters erfolgt und dieser letzte Schaltschritt durch das weiteste Niederdrücken der Kugel erfolgt, hat eine solche Koordinaten-Eingabevorrichtung eine kompakte Form mit verringerten Abmessungen und arbeitet effektiv und ohne Zeitverluste.

Claims (3)

1. Koordinaten-Eingabevorrichtung, in deren Gehäuse (3), das eine obere Öffnung (1) aufweist, eine zum Teil über die Öffnungsebene vorstehende Kugel (4) angeordnet ist, mit
einem Paar von Rollgliedern (5, 6), deren Achsen zueinander senkrecht stehen, und die mittels kraft­ schlüssiger Verbindung mit der Oberfläche der Kugel (4) mit dieser rotierbar gelagert sind,
wobei der Betrag der Rotation der Rollglieder (5, 6) mit Hilfe von Detektoren (7, 8) gemessen wird, und die Stellung eines Positionsanzeigers (30) auf einer Anzeigefläche durch Rotation der Kugel (4) einstell­ bar ist, und
einem Schalterkontakt (16), der beim Drücken der Kugel in eine untere Stellung ein Übertragungssignal erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der oberen kontaktlosen Stellung der Kugel (4) und der unteren Stellung in einem Druckknopf­ schalter (11) mindestens eine weitere Schaltebene vorgesehen ist.

2. Koordinaten-Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß durch eine der weiteren Schaltebenen (20, 21) des Druckknopf­ schalters (11) die Anzahl der abgefühlten, im Ausgang mindestens einer der Detektoren (7, 8) auftretenden Ausgangssignale verringert und da­ durch die Geschwindigkeit der Bewegung des Positionsanzeigers (30) ver­ kleinert wird.

3. Koordinaten-Eingabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie ein Druckbauteil, insbesondere eine Druckkugel (9) auf­ weist, durch die die Kugel (4) in einer Richtung zwecks Kontaktberührung mit den Rollgliedern (5, 6) verstellbar ist, und daß ein Anschlag (15) vorhanden ist, durch den der Verstellweg des Druckbauteils begrenzt ist, so daß sich die Kugel (4) von den Rollgliedern (5, 6) und von diesem Druckbauteil löst, bevor in der unteren Stellung des Druckknopfschalters (11) ein Menü-Auswahlsignal erzeugt wird.