DE69428566T2

DE69428566T2 - Koordinateneingabegerät

Info

Publication number: DE69428566T2
Application number: DE69428566T
Authority: DE
Inventors: Michiru Baba
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2014-11-12
Also published as: US6417837B1; JPH07141096A; EP0653725A3; DE69428566D1; TW347127U; EP0653725B1; JP3381344B2; US5717610A; EP0653725A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Koordinateneingabeeinrichtung und insbesondere auf eine Maus, deren Bewegungen auf einer flachen Oberfläche durch Cursor-Bewegungen auf einer visuellen Anzeigeeinheit eines Computer- Systems wiedergegeben werden.
Herkömmlicherweise wird eine Koordinateneingabeeinrichtung, wie beispielsweise eine Maus, häufig verwendet für ein Computer-System, und zwar im Geschäftsleben für Büro-Arbeit, Ingenieur-Leistungen oder Ähnliches, sowie im persönlichen Bereich zum Spielen von Video-Spielen, zum Zeichnen eines Bildes oder zur Erstellung eines Dokuments mit Tabellen. Diese Einrichtung ist zweckmäßig zur Eingabe zweidimensionaler Koordinaten, die eine Stelle zur Eingabe eines Zeichens auf dem Bildschirm oder eine Stelle zum Beginn der Zeichnung eines Bildes auf dem Bildschirm bezeichnen. Normalerweise wird der auf dem Bildschirm der visuellen Anzeigeeinheit angezeigte Cursor durch diese Einrichtung hinsichtlich Lage und Koordinaten gesteuert.
Fig. 2A ist eine Schnittansicht, die eine mechanische Struktur einer herkömmlichen, bekannten Koordinateneingabeeinrichtung zeigt. Dies ist eine sogenannte mechanische Maus, in der eine mit Gummi überzogene Kugel 22 auf einer flachen Oberfläche 31 gerollt wird, sodass die Beträge der Bewegungen in den X- und Y- Richtungen detektiert werden. Diese Bewegungen werden durch die zweidimensionalen Bewegungen des Cursors auf dem Bildschirm wiedergegeben. Diese Art von Maus wird häufig bei Personalcomputersystemen verwendet.
Bei dieser Einrichtung ist ein Substrat 21 innerhalb eines Hauptkörpers 20 fest angeordnet. Wegen des Hauptkörpers 20, des Substrats 21 und eines Kugel- Positioniergliedes 24 ist die Kugel 22 an einer bestimmten Position angeordnet, sodass sich die Kugel 22 in alle Richtungen drehen kann. Die Drehung der Kugel 22 wird in die Lage der Einrichtung auf der flachen Oberfläche 31 umgewandelt.
Fig. 2B zeigt eine Konstruktion eines Rotations- bzw. Dreh-Detektors 26. Hierbei ist eine geschlitzte Scheibe 34 an einer Achse 32 befestigt, sodass die geschlitzte Scheibe 34 sich um die Achse 32 drehen kann. Eine Vielzahl von Schlitzen ist im Umfangsteil der geschlitzten Scheibe 34 in gleichen Abständen ausgebildet. Ein Licht-emittierendes Element 36 ist bezüglich der geschlitzten Scheibe 34 gegenüber einem Licht-empfangenden Element 38 angeordnet. Das Detektieren der Drehung der Kugel 22 wird aktiviert, wenn der Bediener die Einrichtung in einer bestimmten Richtung auf der flachen Oberfläche 31 bewegt, sodass die Kugel 22 entsprechend gedreht wird. Einen Kanten- bzw. Randteil der geschlitzten Scheibe 34 kommt normalerweise in Kontakt mit der Kugel 22; daher sollte die geschlitzte Scheibe 34 um einen bestimmten Betrag an Drehung um die Achse 32 gedreht werden ansprechend auf die Drehung der Kugel 22. Das von dem Lichtemittierenden Element 36 ausgesandte Licht geht durch den Schlitz hindurch und erreicht das Licht-empfangende Element 38. Da die geschlitzte Scheibe 34 sich ansprechend auf die Drehung der Kugel 22 dreht, sollte das Licht das Lichtempfangende Element 38 zeitweise bzw. intermittierend erreichen; anders ausgedrückt, empfängt das Licht-empfangende Element 38 eine gewisse Anzahl von Lichtpulsen ansprechend auf die Drehung der geschlitzten Scheibe 34. Die Anzahl der Lichtpulse, die von dem Licht-empfangenden Element 38 empfangen werden, ist proportional zu dem Betrag an Drehung der Kugel 22 in einer bestimmten Richtung. Der Drehdetektor 26, wie er in Fig. 2B gezeigt ist, ist für jede der X-und Y-Richtungen vorgesehen; daher ist es möglich, den Betrag der Drehung der Kugel 22 hinsichtlich sowohl der X- als auch der Y-Richtung zu detektieren.
Die Lichtpulse, die von dem Licht-empfangenden Element 38 empfangen wurden, werden durch Bewegungsdetektiermittel 28 in elektrische Signale umgewandelt; anschließend werden diese elektrischen Signale von der Einrichtung ausgegeben.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die eine mechanische Struktur einer weiteren, herkömmlichen, bekannten Koordinateneingabeeinrichtung zeigt. Dies ist eine sogenannte opto-mechanische Maus mit optischen Detektiermitteln 46, durch die Bewegungen davon detektiert werden durch Lesen eines Musters, das auf einer Unterlage bzw. einem Pad 40 vorhanden ist, um die Beträge der Bewegungen in den X- und Y-Richtungen durch Datenumwandlungsmittel 48 zu berechnen.
Beide der oben beschriebenen Einrichtungen sind in der Lage, Koordinateninformation hinsichtlich der X- und Y-Richtungen auf der flachen Oberfläche zu erhalten. Zusätzlich sehen diese Einrichtungen auch ein oder zwei Tasten 29 und 49 vor. Die Tasten 29 und 49 sind jeweils mit den Tasten- bzw. Click-Detektoren 30 und 50 verbunden, die innerhalb des Hauptkörpers 20 fest angeordnet sind. Die Click-Detektoren 30 und 50 detektieren EIN/AUS-Zustände der Tasten 29 und 49, sodass (nicht gezeigte) Umwandlungsmittel die detektierten EIN/AUS- Zustände in elektrische Signale umwandeln, welche von der Einrichtung ausgegeben werden. Ferner bestimmt das von dem Computer ausgeführte Anwendungsprogramm, wie die Tasten funktionieren. Beispielsweise ist die Aufgabe der Auswahl einer speziellen Funktionen der einen Taste zugewiesen, während die Aufgabe der Korrektur eines bestimmten Punkts bzw. Gegenstands der anderen Taste zugewiesen ist.
Die bisher bekannten Koordinateneingabeeinrichtungen sind zweckmäßig zum Liefern von ausreichender Information hinsichtlich eines zwei-dimensionalen Koordinatensystems. In neuerer Zeit erfordern jedoch Video-Spiel-Software oder Multimediasysteme kompliziertere Bewegungen für den Cursor oder das grafische Bild auf dem Bildschirm. In einigen Fällen sind drei-dimensionale Bewegungen erforderlich. In diesem Falle kann die herkömmliche Koordinateneingabeeinrichtung diesen Bedarf nicht ausreichend erfüllen.
Bei der Eingabe einer Größe oder Intensität als Parameter hinsichtlich eines bestimmten Objekts, das auf dem Bildschirm gesteuert werden soll, gibt die herkömmliche Einrichtung solche Parameter ein durch Detektieren eines Zeitpunkts, zu dem die Taste gedrückt wird, oder einer Dauer, während derer die Taste kontinuierlich gedrückt wird. Solches indirektes Detektieren erfolgt bei der herkömmlichen Einrichtung wegen des beschränkten Mechanismus der Einrichtung. In diesem Fall jedoch passt eine Änderung des Parameters auf dem Bildschirm, die durch die herkömmliche Einrichtung hervorgerufen wurde, nicht genau zur Absicht des Bedieners. In anderen Worten muss der Bediener in der Betätigung der Einrichtung geübt sein, um die Änderung des Parameters genau passend zur Absicht des Bedieners zu erreichen. Daher ist die herkömmliche Einrichtung nicht konstruiert oder geeignet für normale Leute, die nicht unbedingt geübt sind im Betätigen der Einrichtung. Zusätzlich kann die herkömmliche Einrichtung keine gute Beziehung zwischen dem Bildschirmbild und dessen Manipulationen erreichen.
Weitere Information hinsichtlich des Standes der Technik kann gefunden werden in WO-A-88/08565, die eine Vorrichtung offenbart, welche unter der Handsteuerung eines Verwenders eine drei-dimensionale Eingabe an einen Computer- Prozessor vorsieht, während sie auf einer im wesentlichen ebenen Oberfläche betätigt wird. Die Vorrichtung weist folgendes auf: erste Mittel zum Detektieren der Stelle oder Bewegungen der Vorrichtung in zwei senkrechten Dimensionen entlang der ebenen Oberfläche, zweite Mittel zum Detektieren und Messen einer analogen Eingabe für eine dritte Dimension in die Vorrichtung unter der Steuerung des Verwenders, während die Vorrichtung in der ebenen Oberfläche angeordnet ist, und Mittel zum Empfang der drei Dimensionen von den ersten und zweiten Mittel und zum Liefern von Information daraus, und zwar repräsentativ für die drei Dimensionen, an einen Anschluss zur Eingabe an den Computer-Prozessor. Die Vorrichtung kann verschiedene Formen annehmen, wie beispielsweise eine Computer-Maus, einen Stylus für ein Bit-Pad oder einen Lichtstift.
Patent Abstracts of Japan, Bd. 8, Nr. 257 (P-316), 2411/1984 & JP-A-59/127143 offenbart eine manuelle Computersteuereinrichtung, um die Eingabe von Daten in einen Computer mit nur einer einzigen Hand zu erreichen durch Vorsehen von fünf Maustasten ansprechend auf jeden Finger. Die mittlere, die dritte und die fünfte Taste funktionieren lediglich als EIN/AUS-Schalter, und die Ausgaben dieser Fingertasten werden an eine CPU über eine Paralleleingabeeinheit geliefert, während die Tasten für den Daumen und den Zeigefinger als variable Widerstände funktionieren zur analogen Eingabe, um den Widerstandswert des variablen Widerstands zu verändern. Die Änderung des Widerstandswerts wird über Analog/Digital-Wandler an eine Paralleleingabeeinheit geliefert. Somit kann ein Bediener die Grundfunktionen mit nur einer einzigen Hand durchführen, während er auf die Anzeige blickt. Die Grundfunktionen des Bedieners umfassen das Umschalten einer Cursor-Seitenänderung, das Scrollen, die Menüauswahl, das AUF/AB-Zoomen, die Anzeige zusätzlicher Menüs, etc.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Koordinateneingabeeinrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, eine Vielzahl verschiedener Parameter mit hoher Leistung bzw. mit guter Genauigkeit einzugeben.
Die vorliegende Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1 und 3 definiert ist, sieht Verbesserungen vor für Koordinateneingabeeinrichtungen, wie beispielsweise eine mechanische Maus, eine opto-mechanische Maus oder Ähnliches, die verwendet werden zum Steuern von Cursor-Bewegungen in der visuellen Anzeigeeinheit des Computersystems.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich aus der folgenden Beschreibung, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung deutlich gezeigt sind.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht, die eine mechanische Struktur einer Koordinateneingabeeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2A ist eine Schnittansicht, die eine mechanische Struktur einer mechanischen Maus zeigt, die ein Beispiel der herkömmlichen, bekannten Koordinateneingabeeinrichtung ist;
Fig. 2B ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konstruktion eines Drehdetektors zeigt, der in der Maus vorgesehen ist, welche in Fig. 2A gezeigt ist;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die eine mechanische Struktur einer optomechanischen Maus zeigt, die ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Koordinateneingabeeinrichtung ist;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die eine mechanische Struktur eines Koordinateneingabeeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration der Koordinateneingabeeinrichtung zeigt;
Fig. 6 ist ein Schaltplan, der eine elektrische Konfiguration eines Luftdrucksensors zeigt, der in der Koordinateneingabeeinrichtung vorgesehen ist; und
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild der in Fig. 4 gezeigten Koordinateneingabeeinrichtung darstellt.
Nun werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die die mechanische Struktur einer Koordinateneingabeeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Positionssensor, der die Bewegungen in den X- und Y-Richtungen detektiert; und Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Luftschicht, die von einer Pumpe 8 abgedichtet ist. Die Pumpe 8 besteht aus einem speziellen Material, durch das ein Teil der Pumpe 8 oder ein Gesamtteil der Pumpe 8 flexibel gemacht wird. Die Luftschicht 2 ist außerhalb eines oberen Gehäuses 4 angeordnet, das vorgesehen ist, um einen internen Mechanismus der Einrichtung zu schützen. Wenn ein Bediener das obere Gehäuse 4 hält oder ergreift, tritt in der Luftschicht 2 ein bestimmter Luftdruck auf. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Luftdrucksensor, von dem ein Teil mit einem Teil der abgedichteten Luftschicht 2 verbunden ist. Daher kann der Luftdrucksensor 3 eine Änderung des Luftdrucks detektieren, der in der Luftschicht 2 auftritt. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein unteres Gehäuse; das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Drucktaste, die von dem Bediener gedrückt wird; und das Bezugszeichen 7 bezeichnet ein Kabel, durch das eine Vielzahl verschiedener Information, die von der Einrichtung erzeugt wird, an eine externe Einrichtung oder Ähnliches übertragen wird. Als Positionssensor 1 kann ein Geschwindigkeitssensor verwendet werden, der auf Trägheit ansprechend wirkt. In diesem Fall kann die Einrichtung im Raum bewegt werden, ohne von einem flachen Kissen bzw. einer flachen Unterlage oder Ähnlichem getragen zu werden.
Der Positionssensor 1 ist ausgeführt durch einen Sensor, dessen Ausgabe proportional ist zudem Betrag an Bewegungen oder der Geschwindigkeit in der X- und Y-Richtung in dem zwei-dimensionalen Koordinatensystem. Daher ist es möglich, einen mechanischen Sensor oder einen optischen Sensor zu verwenden, und zwar ähnlich wie bei den Koordinateneingabeeinrichtungen, die in den Fig. 2A, 2B, und 3 gezeigt sind. Zusätzlich sieht das in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel den Luftdrucksensor 3 vor, der den Luftdruck detektiert entsprechend der Wirkung des Bedieners beim Ergreifen des oberen Gehäuses 4. Daher ist das erste Ausführungsbeispiel vorteilhaft, in dem eine Vielzahl verschiedener Ausdrücke auf dem Bildschirm realisiert werden kann. Wenn beispielsweise ein grafisches Bild gesteuert wird, das eine Zeichentrickfigur im Videospiel darstellt, das auf dem Bildschirm gespielt wird, kann das erste Ausführungsbeispiel sowohl die dreidimensionalen Bewegungen als auch die zwei-dimensionalen Bewegungen auf dem Bildschirm bieten oder vorsehen. Durch Manipulieren der Einrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Zeichentrickfigur zu steuern, sodass sie sich verbeugt, ihren Kopf zurückwirft oder springt. Zusätzlich ist es möglich, die Heftigkeit der Bewegung der Zeichentrickfigur zu steuern; es ist möglich, die Lautstärke der Klänge zu steuern; oder es ist möglich, die Bewegungsgeschwindigkeit der Zeichentrickfigur kontinuierlich zu verändern. Kurz gesagt ist es möglich, die Bewegungen der Zeichentrickfigur auf dem Bildschirm in Echtzeit zu steuern. Dies bietet eine Realität bzw. Realitätsnähe beim Spielen des Spiels.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die eine mechanische Struktur einer Koordinateneingabeeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Darin sind die Teile, die den in Fig. 1 gezeigten entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet; daher wird die Beschreibung davon weggelassen. Verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel ist das zweite Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass die abgedichtete Luftschicht 2 innerhalb des unteren Gehäuses 5 angeordnet ist. Wenn der Bediener das obere Gehäuse 4 nach unten drückt, wird die Luftschicht 2 nach unten gedrückt, sodass eine Änderung des Luftdrucks auftritt, die von dem Luftdrucksensor 3 detektiert wird.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild der Koordinateneingabeeinrichtung gemäß Fig. 4 darstellt. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist es möglich durch bloßes Betätigen und Bewegen der Koordinateneingabeeinrichtung auf der flachen Unterlage, Information repräsentativ für den Parameter betreffend eine Z-Richtung, die eine vertikale Richtung bezüglich der flachen Unterlage ist, sowie Information hinsichtlich der zwei-dimensionalen Parameter (d. h. der Bewegungen in X- und Y-Richtung) der auf der flachen Unterlage bewegten Einrichtung zu erhalten. Anders ausgedrückt kann das zweite Ausführungsbeispiel drei-dimensionale Parameter vorsehen.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration der Koordinateneingabeeinrichtung zeigt. Darin sind die Teile, die den in Fig. 1 und 4 gezeigten entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Positionssensor 1 besteht aus zwei Sensoren, das heißt einem X-Richtungssensor 1A und einem Y- Richtungssensor 1 B. Ein Bezugszeichen 9 bezeichnet einen A/D-Wandler, welcher analoge Ausgaben von dem X-Richtungssensor 1A, dem Y-Richtungssensor 1 B und dem Luftdrucksensor 3 empfängt. Daher werden die analogen Ausgaben von dem A/D-Wandler 9 in digitale Daten umgewandelt, sodass die digitalen Daten durch das Kabel 7 übertragen werden.
Fig. 6 ist ein Schaltplan, der eine elektrische Konfiguration des Luftdrucksensors 3 zeigt. Der Luftdrucksensor 3 ist aufgebaut aus einem druckempfindlichen Element 3A, einem Operationsverstärker 3B und Widerständen R1-R4. Das druckempfindliche Element 3A erzeugt eine analoge Spannung, die proportional ist zu einer Druckdifferenz zwischen dem Innendruck der Luftschicht 2 und dem atmosphärischen Druck, wobei der Innendruck der Luftschicht 2 verändert wird, wenn der Bediener das Gehäuse 4 ergreift, das in Fig. 3 gezeigt ist. Der Operationsverstärker 3B und die Widerstände R1-R4 sind so geschaltet, dass sie einen Differentialverstärker bilden. Daher wird die analoge Spannung, die ansprechend auf die oben beschriebene Druckdifferenz erzeugt wird, von dem Verstärker verstärkt, um eine Gleichspannung zu erzeugen, die von dem Luftdrucksensor 3 ausgegeben wird.

Claims

1. Koordinateneingabeeinrichtung mit: Positionsdetektiermitteln (1) zum Detektieren einer zwei-dimensionalen Position der Koordinateneingabeeinrichtung, um zwei-dimensionale Koordinaten zu erzeugen; und

Druckkraftdetektiermitteln (3) zum Detektieren einer Druckkraft, die von einer Person darauf ausgeübt wird;

wobei die zwei-dimensionalen Koordinaten und der detektierte Druck als Parameter verwendet werden, um einen Cursor oder ein Graphikbild zu steuern, der bzw. das auf einem (Bild-)Schirm einer visuellen Anzeigeeinheit angezeigt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Koordinateneingabeeinrichtung ein oberes Gehäuse (4) aufweist, das einen inneren Mechanismus der Einrichtung schützt; und

daß die Druckkraftdetektiermittel (3) folgendes aufweisen: einen Luftdrucksensor (3) in dem oberen Gehäuse (4), der eine Änderung des Luftdrucks abfühlt; und

eine Pumpe (8) auf dem oberen Gehäuse (4), die eine in abgedichteter Weise mit dem Luftdrucksensor (3) in Verbindung stehende Luftschicht (2) innerhalb der Pumpe (8) abdichtet, so daß der Luftdrucksensor (3) ein elektrisches Signal aussendet, und zwar ansprechend auf die Änderung des Luftdrucks, welche durch ein Zusammendrücken bzw. eine Kompression des Luftschicht (2) verursacht wird.

2. Koordinateneingabeeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das obere Gehäuse (4) und die Pumpe (8) im wesentlichen halbkugelförmig gekrümmte Formen besitzen.

3. Koordinateneingabeeinrichtung mit: Positionsdetektiermitteln (1) zum Detektieren einer zwei-dimensionalen Position der Koordinateneingabeeinrichtung, um zwei-dimensionale Koordinaten zu erzeugen; und

dadurch gekennzeichnet, daß

die Koordinateneingabeeinrichtung ein oberes Gehäuse (4) und ein unteres Gehäuse (5) aufweist; und

daß die Druckkraftdetektiermittel (3) folgendes aufweisen:

einen Luftdrucksensor (3), der eine Änderung des Luftdrucks abfühlt; und

eine Pumpe (8) in dem unteren Gehäuse (5), die eine in abgedichteter Weise mit dem Luftdrucksensor (3) in Verbindung stehende Luftschicht (2) innerhalb der Pumpe (8) abdichtet, so daß der Luftdrucksensor (3) ein elektrisches Signal aussendet, und zwar ansprechend auf die Änderung des Luftdrucks, welche durch ein Zusammendrücken bzw. eine Kompression des Luftschicht (2) verursacht wird.

4. Koordinateneingabeeinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das obere Gehäuse (4) ein im wesentlichen halbkugelförmig gekrümmte Form besitzt und das untere Gehäuse (5) eine im wesentlichen rechteckige Form besitzt.

5. Koordinateneingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Einrichtung ferner ein Rohr bzw. einen Schlauch aufweist, das bzw. der die in der Pumpe (8) abgedichtete Luftschicht (2) mit dem Luftdrucksensor (3) verbindet.

6. Koordinateneingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Einrichtung ferner einen Druckknopf (6) aufweist zum Übertragen oder Senden eines zweiten elektrischen Signals ansprechend auf das Drücken des Druckknopfs (6).