Vorrichtung zur Cursorsteuerung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Cursorsteuerung, die zusammen mit Computern und speziell Personal Computern eingesetzt werden.
Gegenstand der Erfindung ist insbesondere eine Vorrich¬ tung, mit welcher ein auf dem Computer-Bildschirm durch Betätigung einer Funktionstaste angewähltes, beliebiges zwei- oder dreidimensionales Objekt ohne vorangehende Festlegung eines Drehpunktes und ohne Zuhilfenahme der Tastatur, also durch alleinige Bewegung der Vorrichtung auf einer flachen Unterlage kontinuierlich in der X/Y-Ebene des Bildschirms gedreht und konvergierend verschoben werden kann.
Stand der Technik
Bei vielen Computersystemen können Software-Optionen durch die Auswahl entsprechender, auf dem Bildschirm eines Monitors angezeigter, graphischer Darstellungen ausgeführt werden. Solche graphischen Darstellungen werden in der Regel als „Icons" bezeichnet. Eine bestimmte Software-Option steht zum Beispiel für eine Aufgabe oder ein Programm, die bzw. das vom Computersystem ausgeführt werden kann. Durch die Auswahl einer oder mehrerer Software-Optionen lässt sich das Compu- tersystem in der gewünschten Weise bedienen.
Eine bestimmte Software-Option kann nun dadurch ausge¬ wählt werden, dass ein auf dem Bildschirm als Strich, Fläche
oder Pfeil dargestellter Cursor so bewegt wird, dass er sich auf dem entsprechenden Icon befindet. Mit einem Ausführungs¬ befehl wird dann die ausgewählte Software-Option vom Compu¬ tersystem ausgeführt.
Der Benutzer kann den Cursor mit den auf herkömmlichen Tastaturen angebrachten vier „Pfeil"-Tasten auf dem Bild¬ schirm versetzen, das heisst, der Cursor lässt sich mit zwei Tasten nach oben bzw. unten und mit zwei Tasten nach links bzw. rechts bewegen. Mit der „Eingabe"-Taste kann der Aus- führungsbefehl gegeben werden.
In vielen Fällen, in denen ein Benutzer wiederholt Soft¬ ware-Optionen aufrufen oder graphische Darstellungen zeichnen und bearbeiten muss, hat sich die alleinige Verwendung der Tastatur als uneffizient erwiesen. Für diese Zwecke wurden Vorrichtungen zur Cursorsteuerung, wie zum Beispiel eine Maus oder ein Trackball, entwickelt.
Eine typische Computer-Maus enthält eine frei drehbare Kugel, die sich dreht, wenn die Maus über eine Unterlage, beispielsweise eine Schreibtisch-Oberfläche oder eine flache Unterlage bewegt wird. Der Kugel sind hierbei Übertragungs- mittel oder Wandler zugeordnet, die elektrische Singale abgeben, welche ihrerseits die Position des Cursors auf dem Bildschirm steuern. Die Kugel und die Wandler befinden sich üblicherweise in einem Gehäuse, das eine Öffnung aufweist, aus der die Kugel teilweise hinausragt.
Durch Bewegen der Maus in die gewünschte Richtung rollt die Kugel auf der Unterlage, wodurch die von den Übertra¬ gungsmitteln abgegebenen Signale verändert werden. Diese elektrischen Signale werden vom Computer in eine entspre¬ chende Position des Cursors auf dem Bildschirm umgewandelt. So lässt sich der Cursor auf dem Bildschirm durch eine
entsprechende Bewegung der Maus auf der Unterlage versetzen. Durch Betätigen der Taste auf dem Gehäuse der Maus kann der Benutzer schliesslich eine Software-Option ausführen.
Ein Trackball weist eine einer Maus ähnliche Konstruktion auf. Dabei verschiebt der Benutzer aber nicht das Gehäuse, sondern er dreht die Kugel, während das die Kugel tragende Gehäuse ortsfest bleibt, beispielsweise am Computer-Gehäuse befestigt ist.
Vorrichtungen der vorstehend genannten Art dienen auch dazu, mit dem Computer graphische Darstellungen zu erzeugen, diese auf dem Bildschirm zu markieren, zu verändern und/oder innerhalb der X/Y-Ebene des Bildschirms zu verschieben.
Wie bereits erwähnt, werden die Drehbewegungen der Maus- kugel durch die genannten Wandler in elektrische Singale um¬ gewandelt, die der Computer in X/Y-Lage-Koordinaten für den Cursor auf dem Bildschirm transformiert. Da der Bildschirm zweidimensional ist, und die überwiegende Zahl von Anwen¬ dungsmöglichkeiten zwei Dimensionen erfordert, genügt es in vielen Fällen, den Cursor als Punkt in der X/Y-Ebene bewegen zu können. Mit den bekannten Vorrichtungen ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, wenn innerhalb einer zwei- oder drei- dimensionalen Graphik ganze Objekte nicht nur verschoben, sondern gleichzeitig auch in der X/Y-Ebene gedreht werden sollen.
Bekannte Zeichnungsprogramme, wie Corell-Draw, Central Point, Mc Draw, Claris Works etc., erlauben zwar die Drehung markierter Objekte mit Hilfe einer Maus innerhalb der X/Y- Ebene. Allerdings geschieht diese Drehung losgelöst von der Translation, in diskreten Schritten und erst nach erfolgter Eingabe des Drehwinkels über die Tastatur oder über eine der Maus-Funktionstasten. Translation und Rotation können also
nicht durch intuitiv-kombinierte Bewegung der Hand ausgeführt werden. Mit den bekannten Vorrichtungen, bzw. Computer-Mäusen ist es daher nicht möglich, ein Puzzleteil durch alleinige Bewegung der Hand, in einem Arbeitsschritt, nahtlos an ein passendes Gegenstück anzufügen.
Abriss der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor¬ richtung zur Cursorsteuerung zu entwickeln, die bei kosten¬ günstigem Aufbau und unter Anwendung bekannter Bauelemente die vorstehend genannten Schwierigkeiten überwindet.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Aufbau und Funktionsweise des Gerätes mit seinen für die Erfindung charakteristischen Merkmalen sind in den Figuren 1 bis 3 dargestellt und werden nachfolgend erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt die
Figur 1 die schematische Seitenansicht einer erfindungs- gemässen Computer-Maus 1,
die Figur 2 eine schematische Ansicht der Maus-Unterseite und
die Figur 3 eine graphische Darstellung einer mittels der erfindungsgemassen Maus durchführbaren Bildverschiebung.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
In die Unterseite 2 des Gehäuses 3 sind die beiden kon¬ ventionellen Rollkugeln 4 und 5 vom Radius r im Abstand d eingelassen und so gehalten, dass sie durch Bewegen des Ge- rätes auf der flachen Unterlage 6 in Drehung versetzt werden. Die erwähnten Drehbewegungen werden durch bekannte, nachfol¬ gend noch näher bezeichnete Übertragungsmittel, die in der Zeichnung nicht sichtbar sind, in elektrische Impulse umge¬ wandelt. Letztere werden über die KabelVerbindung 7 dem Com- puter zugeleitet. Jede Rollkugel 4, 5 erzeugt dabei ihre eigenen relativen Koordinaten X4/Y4 bzw. Xs/Y5, bezogen auf ihr lokales Koordinatensystem. Im folgenden werden daher die Nummern der Rollkugeln 4 und 5 als Indizes für die Koordina¬ ten der lokalen Koordinatensysteme verwendet. Da die Roll- kugeln 4, 5 bedingt durch das gemeinsame Gehäuse 3, einen konstanten Abstand von einander haben, also mechanisch ge¬ koppelt sind, gilt die Bedingung X4 = X5 oder Y4 = Y5. Im hier vorliegenden Fall ist der Wert Y4 der vorderen Rollkugel 4 identisch mit Y5 der hinteren Rollkugel gewählt. Aus der Differenz zwischen den relativen Koordinaten X4 und X5 der vorderen und hinteren Rollkugel und dem bekannten Abstand d lässt sich daher der relative Drehwinkel dφ der Verbindungs- geraden zwischen den Zentren der Rollkugeln 4,5, bzw. deren Berührungspunkten mit der Unterlage 6 berechnen:
dφ = ArcTan(( X5 - X4))/d = (X5 - X4)/d
Mit diesem Drehwinkel lassen sich nun die relativen Koordinaten der vorderen Rollkugel 4 auf das feststehende
Bildschirm-Koordinatensystem mit den Koordinaten X/Y umrechnen.
Man erhält:
X = Xaιt + X4 * cos(φ) + Y4 * sin(φ)
Y = Yait - x 4 * sin(φ) + Y4 * cos (φ)
Die Position der Rollkugel 4 berechnet sich also, wie bei den herkömmlichen Mäusen aus den relativen X4- und Y4-Koordi- naten. Damit ist die erfindungsgemässe Vorrichtung optimal kompatibel zu den bekannten Computer-Mäusen.
Als Referenz für die Drehung einer virtuellen Geraden g
(vgl. die Figuren 2 und 3) dient in diesem Fall der der Roll- kugel 4 entsprechende Berührungspunkt mit der flachen Unter¬ lage 6. Mathematisch kann jede beliebige Position auf der Geraden g als Referenz-Punkt/Drehpunkt umgerechnet werden.
An der Oberseite des Gehäuses 3 sind die konventionellen Maus-Funktionstasten 8 angeordnet. Der Druck- oder Schiebe¬ schalter 9 an der Seitenwand ermöglicht es, die Rollkugel 5 bei Bedarf ausser Betrieb zu setzen, so dass die erfindungs- gemässe Vorrichtung dann wie eine konventionelle Maus ver¬ wendet werden kann. Schalter 9 ist allerdings nur dann von Bedeutung, wenn die verwendete Software die von der Rollkugel 5 ausgehenden und an den Computer übermittelten elektrischen Signale nicht selbsttätig ignoriert.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Geräte-Unterseite 2. Durch die Mittelpunkte (bzw. Berührungs¬ punkte mit der flachen Unterlage 6) der Rollkugeln 4 und 5 verläuft die vorstehend genannte virtuelle Gerade g.
Die Figur 3 zeigt eine graphische Problemstellung auf dem Bildschirm eines Computers, welche darin besteht, dass das Objekt 10 durch alleiniges Bewegen der erfindungsgemassen Maus 1 nahtlos an das passende Gegenstück 11 angefügt werden soll. Dazu wird der der Rollkugel 4 entsprechende Cursor, repräsentiert durch das Stern-Symbol (*) , an beliebiger Stelle in die durch das Objekt 10 umgrenzte Fläche gebracht. Durch anschliessende Betätigung einer Maus-Funktionstaste 8 wird vom Computer die virtuelle Gerade g ins Objekt 10 gelegt und dieses dadurch als Gesamtheit erfasst. Dabei sei betont, dass die Gerade g, sowie der die Rollkugel 5 repräsentierende Cursor-Punkt, symbolisiert durch ein Dreieck (Δ) , für den Benutzer wahlweise sichtbar oder unsichtbar sein können. Durch intuitives Bewegen der Maus 1 auf der flachen Unterlage 6 kann nun das Objekt 10 entlang der Linie 12 oder entlang einer beliebigen anderen Linie verschoben und gedreht werden, bis es nahtlos an das passende Gegenstück 11 angefügt ist.
Die Rollkugeln 4, 5 der erfindungsgemassen Maus 1 beste- hen vorzugsweise aus gleichem Material und besitzen gleiche Radien. Ferner entspricht der Abstand zwischen den beiden Rollkugeln 4,5 vorzugsweise mindestens dem Vierfachen des Radius r einer Kugel.
Die Übertragungsmittel der vorstehend genannten Rollku¬ geln 4, 5 können erste und zweite Wandler beinhalten, wobei jeder Kugel 4, 5 zwei solche Wandler zugeordnet sind. Die Wandler sind zum Beispiel als Walzen ausgebildet, die in Rei¬ bungskontakt mit der Kugel stehen und zueinander senkrecht stehende Achsen besitzen, so wie das bei herkömmlichen Compu¬ ter-Mäusen bereits bekannt ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht ohne Zweifel darin, dass die Maus 1 mit allen bisher auf dem Markt befindlichen Anwendungsprogrammen kompatible ist. Damit
leistet die Erfindung einen wesentlichen Beitrag dazu, die Benutzerfreundlichkeit bestehender und noch zu erwartender Anwendungen, insbesondere Zeichnungs-Programmen, in hohem Masse zu steigern.
Spezielle Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungs¬ gemässe Computermaus sind nicht nur im privaten Anwendungs¬ bereich zu sehen, sondern insbesondere auch im gewerblichen Bereich, so zum Beispiel in der Architektur und Medizin.
Abschliessend sei noch drauf hingewiesen, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht nur Rollkugeln mit zugeordneten Übertragungsmitteln, sondern auch andere Wegabnehmer aufweisen kann, so zum Beispiel solche mit je zwei einander zugeordneten, schiefstehend gehaltenen Rädern.