DE4015913A1

DE4015913A1 - Einrichtung und verfahren zum optischen codieren

Info

Publication number: DE4015913A1
Application number: DE4015913A
Authority: DE
Inventors: Paul M Donovan
Original assignee: Apple Computer Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 1989-05-24
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 1990-11-29
Also published as: JPH03102215A; GB2233086B; AU624508B2; GB2233086A; GB9010747D0; CA2017486A1; AU5578990A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf optische Codierer und insbesondere auf eine Einrichtung und ein Verfahren zum optischen Codieren unter Minimierung des Energieverbrauchs. Die Erfindung ist besonders geeignet zur Verwendung für Cursor-Steuergeräte bei computergesteuerten Displaygeräten.

Bei vielen computergesteuerten Displaysystemen ist es erwünscht, dem Benutzer die Möglichkeit zu geben, die Position eines Cursors o. dgl. mit Mitteln außerhalb der Computer-Haupttastatur zu steuern. So kann es für einen Benutzer notwendig sein, auf einem Bildschirm angezeigte Softwareoptionen wiederholt anzuwählen, oder er kann den Wunsch haben, Daten in einem Diagrammformat in das Computersystem einzugeben. In solchen Situationen sind traditionelle Tastatur-Eingabesysteme nicht so wirksam wie Cursor-Steuergeräte, die jeweils gewöhnlich als "Maus" oder "Rollkugel" bezeichnet werden.

Einige derzeit benutzte Cursor-Steuergeräte haben Kontakt-Codierer, die mit einem Codierrad verbundene, radial verlaufende Leitungsarme aufweisen. Die Arme kontaktieren stationäre Bürsten zum Schließen eines elektrischen Stromkreises in Abhängigkeit von der Bewegung des Cursor-Steuergeräts.

Die meisten bekannten Einrichtungen zur Feststellung der Bewegung des Cursor-Steuergeräts weisen optische Codiermittel auf. Derartige optische Codierer minimieren mechanische Bewegungen und Kontakte zwischen mechanischen Teilen und sind daher in dieser Hinsicht weniger verschleißanfällig.

Beispiele für bekannte Cursor-Steuergeräte unter Verwendung optischer Codiermittel sind in den US-PS'n Re. 32 633 und Re. 32 632 der Anmelderin beschrieben.

Die meisten derzeit benutzten optischen Codierer verwenden wenigstens eine lichtemittierende Diode (LED) in Verbindung mit zwei offenen Kollektoren aufweisenden Fototransistoren, wobei die LED's Photonen an die Basiselektroden der Fototransistoren senden und letztere leitend machen. Typischerweise ist eine Codierscheibe (d. h. eine Lochscheibe) mit radial beabstandeten Schlitzen vorgesehen, um abwechselnd einen Lichtstrahlengang zu den Fototransistoren durchzulassen und zu unterbrechen, während sich die Codierscheibe synchron mit der Bewegung des Cursor-Steuergeräts bewegt. Daher wird ein Schema geschaffen, um die dualen Fototransistoren in duale Aus-Zustände, Aus-Ein-Zustände, Ein-Aus-Zustände oder duale Ein-Zustände zu bringen. Die Änderungen in diesen Zuständen liefern Indikationen der Bewegung des Cursor-Steuergeräts. Die im Stande der Technik benutzten LED's sind während der Benutzung des Cursor-Steuergeräts in einem konstanten Ein-Zustand, was zu einer konstanten Energieaufnahme führt.

Mit der zunehmenden Einführung von tragbaren Computern, wie Aktentaschencomputern (Laptops) entstand ein akuter Bedarf an Cursor-Steuergeräten, die eine geringere Leistungsaufnahme haben. Wie unten gezeigt werden wird, schafft die Erfindung eine Einrichtung und ein Verfahren zur Minimierung der Energieaufnahme in solchen Cursor-Steuergeräten bei generellen Anwendungen, soweit optische Codierung erforderlich ist.

Angegeben wird eine Einrichtung und ein Verfahren zum optischen Codieren. Eine elektrische Eingabeeinrichtung liefert ein gepulstes elektrisches Eingangssignal. Eine Lichtquelle ist mit der gepulsten elektrischen Eingabeeinrichtung verbunden und benutzt die gepulsten elektrischen Eingangssignale zur Erzeugung von Lichtimpulsen. Lichtaufnehmende und elektrisch leitende Mittel (Lichtdetektoren) sind vorgesehen und mit der Lichtquelle synchronisiert. Die lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Mittel sind relativ zur Lichtquelle derart angeordnet, daß sie von der gepulsten Lichtquelle erzeugtes Licht aufnehmen und auf dieses ansprechen. Ein elektrisches Ausgangssignal zeigt ihre Antwort auf die empfangenen Lichtimpulse an. Positionierbare Lichtunterbrechermittel sind vorgesehen, um den optischen Lichtstrahlengang von der Lichtquelle zum Lichtdetektor zu öffnen und zu schließen. Das Öffnen und Schließen beeinflußt das elektrische Ausgangssignal, und das sich ergebende gepulste elektrische Ausgangssignal dient zur Codierung. Die Einrichtung hat einen minimalen Energieverbrauch als Folge der gepulsten Synchronisation der Lichtquelle und des Lichtdetektors. Die Erfindung ist besonders zur Verwendung mit Cursor-Steuergeräten für computergesteuerte Displaysysteme geeignet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung des Codierschemas der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein Cursor-Steuergerät, welches das in Fig. 1 dargestellte Codierschema implementiert;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Cursor-Steuergerät, in welchem die mechanischen Aspekte des beschriebenen Codierschemas veranschaulicht sind;

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Schemaansicht der Ausrichtung der Fotodetektoren relativ zur Codierscheibe und zum Maskencodierer;

Fig. 5 eine schematische Darstellung von Impulsverläufen, die bei der Erfindung erzeugt werden, einschließlich Quadraturausgangssignalen, die für X-Orte auf einem Displaysystem kennzeichnend sind;

Fig. 6 ein Blockschaltbild auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), die zum Implementieren der Erfindung benutzt werden kann;

Fig. 7 ein Logikschaltbild eines Teils der ASIC, die sich auf den Mechanismus zur Durchführung der notwendigen Impulserzeugung für die Erfindung bezieht;

Fig. 8 ein Schaltbild auf einen Teil eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einem integrierten Schaltungschip, das eine Reduktion der Zahl der erforderlichen Pins ermöglicht.

I. Allgemeine Konfiguration

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild der Einrichtung zum optischen Codieren, die als Ganze mit 10 bezeichnet ist. Eine gepulste elektrische Eingabeeinrichtung 12 dient zur Erzeugung eines gepulsten elektrischen Signals. Eine solche Eingabeeinrichtung kann beispielsweise eine integrierte Schaltung oder ein Analoggerät sein. Die Einrichtung 10 kann in verschiedenen Codieranwendungen eingesetzt werden, bei denen eine niedrige Leistungsaufnahme erwünscht und ein Zählschema erforderlich ist. Beispielsweise kann sie in einem Cursor-Steuergerät für einen Computer, in einem Hand-Textscanner oder in einem Sensor zum Erkennen von Objekten auf Montagebändern verwendet werden.

Die gepulste Eingangsschaltung 12 ist mit einer Lichtquellenanordnung verbunden, die in einem gestrichelten Block dargestellt und mit 14 bezeichnet ist. Die Lichtquelle 14 weist eine Serienschaltung aus einem Strombegrenzungswiderstand R 1, einer lichtemittierenden Diode D 1 und einer lichtemittierenden Diode D 2 auf. (Die Reihenfolge dieser Komponenten ist unkritisch.) Die Lichtquelle 14 ist mit Erde 16 verbunden.

Zwei Fototransistoren PT 1, PT 2 sind ebenfalls mit der gepulsten Eingangsschaltung 12 gekoppelt. Diese zwei Fototransistoren PT 1, PT 2 sind relativ zu den Dioden D 1, D 2 so angeordnet, daß sie das von den Dioden emittierte Licht aufnehmen können.

Positionierbare Licht-Unterbrechermittel 18, die beispielsweise als codierende Lochscheibe wie im Falle eines Cursor-Steuergeräts ausgebildet sind, werden weiter unten beschrieben.

Die Licht-Unterbrechermittel 18 öffnen und unterbrechen die optischen Wege der Lichtbündel 20, 22, die von den Dioden D 1, D 2 emittiert werden. Das resultierende gepulste Ausgangssignal der lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Schaltung (Lichtdetektoren) PT 1, PT 2 wird zu einer Codierschaltung 24 übertragen und kann zum Codieren verwendet werden. Die Codierschaltung 24 kann beispielsweise Bestandteil derselben integrierten Schaltung sein, die auch das gepulste Eingangssignal erzeugt. Die Einrichtung 10 hat eine minimierte Energieaufnahme als Folge der gepulsten Synchronisation der Lichtquellenanordnung 14 und der Fototransistoren PT 1, PT 2.

Bei bekannten Anordnungen werden nur die LED's gepulst, und die Fototransistoren werden von dem Licht aus den gepulsten LED's eingeschaltet (aufgeladen) und entladen sich danach bei Rückkehr der gepulsten LED's auf 0 Volt in Abhängigkeit von der RC-Zeitkonstante langsam. Wenn sich die Fototransistoren vor dem nächsten Impuls nicht entladen haben, können sich Fehler in der zur Codierung verwendeten Zählung ergeben. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Fototransistoren synchron mit den gepulsten LED's auf 0 Volt gehen und sich nicht zu entladen haben. Daher sind die Fototransistoren sofort bereit für den nächsten Impuls.

II. Cursor-Steuergerät

Wie oben gesagt, ist der zuvor beschriebene Erfindungsgegenstand besonders geeignet zur Verwendung bei Cursor-Steuergeräten für Computer. Eine spezielle Implementierung einer derartigen Anwendung ist in Fig. 2 dargestellt.

Im folgenden wird auf Fig. 2 Bezug genommen, welche in Draufsicht eine Mauskonstruktion zeigt. Wie zu sehen ist, weist das Cursor-Displaygerät, das als Ganzes mit 26 bezeichnet ist, eine erste optische Codieranordnung 28 zum Codieren entlang der horizontalen oder X-Achse und eine zweite optische Codieranordnung 30 zum optischen Codieren entlang der Y-Achse auf. Jede der optischen Codieranordnungen ist entsprechend der Einrichtung 10 in Fig. 1 aufgebaut.

Positionierbare Lichtunterbrechungsmittel sind mit 32, 34 bezeichnet und stellen Lochscheibenanordnungen dar, die im Stande der Technik auch als Codierscheibenanordnungen bekannt sind. Die Codierscheibenanordnungen 32, 34 sind zum Umsetzen der Bewegung des Cursor-Steuergeräts 26 in Signale vorgesehen, welche die auf dem Displaysystem des Computers definierten X-Y-Orte angeben. Die optischen Codieranordnungen 28, 30 erhalten Signale von der und geben Signale zurück zu der als Ganze mit 36 bezeichneten integrierten Schaltung, und zwar in Abhängigkeit von der Bewegung einer Kugel 39, wie weiter unten beschrieben werden wird.

Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen, die im wesentlichen eine Reproduktion der Fig. 5 der US-PS RE. 32 632 und der US-PS Re. 32 633 ist und eine Draufsicht auf die mechanischen Merkmale einer Maus 38 darstellt. Der Inhalt dieser Druckschriften, die auf die Anmelderin zurückgehen, wird in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung einbezogen.

Jede Codieranordnung der Maus gemäß Fig. 3 weist eine Loch- oder Codierscheibe 40 auf, die mit einer Walzenwelle 42 gekuppelt ist. Zusätzlich ist jede Codierscheibe 40 mit mehreren radial angeordneten Schlitzen (weiter unten beschrieben) versehen, welche die von den LED's oder Fotoemittern 44 erzeugten Lichtbündel unterbrechen, die auf die Fotodetektoren 45 gerichtet sind. Der Rahmen 46 des Cursor-Steuergeräts 38 ist mit einem domartigen Gehäuse 48 versehen, das drei Ausnehmungen 50, 52 und 54 aufweist. Wie dargestellt ist, sind die Ausnehmungen 50 und 52 im wesentlichen unter 90° zueinander angeordnet, während die Ausnehmung 54 generell den anderen Ausnehmungen symmetrisch gegenüberliegt. Ein zylindrisches Kontaktbauteil 56 umgibt jede Walzenwelle 42 an jeder zugehörigen Ausnehmung. Jede Codierscheibenanordnung 58 ist in der Art am Rahmen 46 gelagert, daß sich die Walzenwelle 42 und die Codierscheibe 40 bei minimaler Reibung drehen können. Im Betrieb liegt eine Kugel im Dom 48 des Rahmens 46 und hält Kontakt mit beiden zylindrischen Kontaktbauteilen 56. Die Drehung der Kugel innerhalb des Doms 48 bewirkt ihrerseits ein Drehen jeder Walzenwelle 56 und deren entsprechenden Codierscheibe 40. Die Lichtbündelunterbrechungen aufgrund der Drehung jeder der Codierscheiben 40 erzeugten Signalimpulse, welche Bewegungsschritte darstellen, während die Reihenfolge, in der die Lichtbündel unterbrochen werden, die Bewegungsrichtung des Cursor-Steuergeräts 38 anzeigt.

Bei den jüngsten Versionen der von Apple Computer, Inc. benutzten Maus ist die Loch- oder Codierscheibe hinter einem stationären Karten- oder Maskencodierer mit zwei Öffnungen angeordnet, einer für jede LED/Fotodetektor-Kombination. In Fig. 4, auf die jetzt Bezug genommen wird, ist eine solche Anordnung dargestellt. Die Darstellung ist aus der Sicht der Fotoemitter. Das Licht durchläuft geschlitzte Öffnungen 60, 61 in dem stationären Maskencodierer 62. Die Codierscheibe 64 ist so angeordnet, daß sie das durch die Öffnungen 60, 61 fallende Licht aufnimmt und das Licht entweder durch Schlitze 66 zu den Fotodetektoren 68, 70 durchläßt oder es unterbricht. Der Maskencodierer 62 ist so ausgebildet, daß er den Durchtritt des Lichts jeweils nur durch einen Schlitz 66 für jeden Fotodetektor zuläßt. Die Fotodetektoren 68, 70 sind so angeordnet, daß dann, wenn ein Detektor durch einen Schlitz 66 der Codierscheibe 64 dem Licht voll ausgesetzt ist, der andere Detektor nur teilweise, vorzugsweise halb belichtet wird. Auf diese Weise kann zusätzlich zu den Bewegungsinkrementen des Cursor-Steuergeräts über eine Fläche auch die Bewegungsrichtung bestimmt werden. Es sei beispielsweise angenommen, daß das Cursor-Steuergerät 38 über eine Fläche mit konstanter Geschwindigkeit entlang der X-Achse bewegt wird. Im folgenden wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Dort ist ein Beispiel für ein Ausgangssignal, X _Treiber, von dem integrierten Schaltungschip 36 zu den LED's (D _{x 1}, D _{x 2}) dargestellt. Jede LED wird mit einer Rate von 160 ± 25 µs bei einer Impulsbreite von 10 µs gepulst. Die mit X 1 und X 2 bezeichneten "Blenden-Öffnungen sind daher in gleicher Weise getastet, jedoch verschoben bezüglich ihrer offenen und geschlossenen Phasen.

Die Kurven X 1 (PT _{x 1 out}) und X 2 (PT _{x 2 out}) stellen die elektrischen Signale in die integrierte Schaltung 36 dar. Die elektrischen Signale von den Fotodetektoren PT _{x 1}, PT _{x 2} werden dann in elektrische Quadratursignale durch die integrierte Schaltung 36 umgesetzt, gezeigt durch die Kurven X 1 (in Recap) und X 2 (in Recap). Derartige Quadratursignale werden von der integrierten Schaltung bei ihrem Zählschema zur Bestimmung der Cursor-Steuerbewegung benutzt.

Es ist zu sehen, daß bei einer kleinen Bewegung der Cursor-Steuereinheit entlang der Y-Achse eine nur geringe Änderung in den Y-Kanälen auftritt, da die Y-Codierscheibe nicht stark gedreht wird. Das Computer-Displaysystem wird mit geeigneter Software oder Hardware, beispielsweise mit Flankendetektoren zur Bestimmung der Signalzustandsübergänge versehen. Daher können die Signale von jedem Kanalpaar derart decodiert werden, daß die X-Y-Bewegungsrichtung für die jeweilige Reihenfolge der Übergangsänderungen von jedem Kanal entlang einer Achse bestimmt werden kann.

Wie zuvor gesagt, führt die gepulste Synchronisation der Fotoemitter und Fotodetektoren für jeden Kanal zu minimaler Leistungsaufnahme. Außerdem erzeugt die integrierte Schaltung 36 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel Eingangssignale, X _Treiber und Y _Treiber, die um angenähert 180° phasenverschoben sind. Daher wird die Leistungsaufnahme noch weiter minimiert durch Minimieren der Spitzenleistung.

III. Anwendungsspezifische integrierte Schaltung

Im folgenden wird auf die Fig. 2 zurückgekommen, bei deren Beschreibung darauf hingewiesen wurde, daß die integrierte Schaltung 36 eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ist. Die ASIC 36 führt die kartenseitigen Funktionen einer codierenden Maus oder Rollkugel durch und überträgt die Ergebnisse über einen Bus an eine CPU. Wie gesagt, wird die niedrigste praktikable Energieaufnahme angestrebt. Die ASIC ist in der Lage, zum Erreichen dieses Ziels die Lichtquelle in einem Pulsbetrieb zu treiben. Der Impulsbetrieb begrenzt den Strom.

Pin 1 liefert den Y-Treiberimpuls (vertikal) und ist direkt mit den Kollektoren der Y-Fototransistoren PT _{y 1} und PT _{y 2} verbunden. Der Y-Treiberimpuls ist auch mit einem Widerstand Ry verbunden, der die Y-LED's D _{y 1}, D _{y 2} versorgt.

Pin 2 ist der Y 2-Eingangspin und dient zur Erfassung eines Fototransistor-Eingangssignals, das während einer Vertikalbewegung des Cursor-Steuergeräts erzeugt wird. Pin 3 ist ein Y 1-Eingangspin, der ebenfalls zur Erfassung eines Fototransistor-Eingangssignals verwendet wird, welches während einer Vertikalbewegung des Cursor-Steuergeräts erzeugt wird.

Pins 4 und 5 sind der X 2-Eingangspin bzw. der X 1-Eingangspin, die zum Erfassen eines während einer Horizontalbewegung des Cursor-Steuergeräts erzeugten Fototransistor-Eingangssignals verwendet werden.

Pin 6 ist für den X-Treiberimpuls (horizontal) und ist direkt mit den Kollektoren X-Fototransistoren PT _{x 1}, PT _{x 2} verbunden. X _Treiber wird ebenfalls an einen Widerstand R _x angelegt, der die Fotoemitter D _{x 1}, D _{x 2} versorgt.

Pin 7 ist ein Eingangspin, der als Rückkopplung für Widerstand R _{c 1} für den Oszillatortakt verwendet wird. Pin 8 ist ein Ausgangspin, der mit einem für den Oszillator verwendeten Kondensator C _c verbunden ist. Pin 9 ist ein Ausgangspin, der mit einem für den Oszillator verwendeten externen Zeitgabewiderstand R _{c 2} verbunden ist.

Pin 10 ist mit Erde verbunden.

Pin 11 ist mit einer Eingangs/Ausgangs-Leitung für den Datenbus DB zu und von der CPU verbunden.

Pin 12 ist mit einem derzeit verwendeten Schaltereingang verbunden.

Pin 13 ist für einen zweiten Schaltereingang.

Pin 14 bis 17 dienen zu Testzwecken.

Pin 18 dient als Betriebsspannungseingang V _dd für die ASIC. Ein Entkopplungskondensator C _d und ein Hochfrequenzkondensator C _hf dienen zum Stabilisieren der Betriebsspannungseingangsleitung.

Tabelle 1 gibt die Komponentenwerte für die in Fig. 2 dargestellten Schaltungskomponenten bei dem beschriebenen Beispiel an.

Rx, Ry\|1 k Ω ± 5%
C _c	10 pf + 5%
C _d	0,1 µf
C _hf	1,0 µf
D _{x 1}, D _{x 2}, D _{y 1}, D _{y 2}	Omron EEL 104 HB
R _{c 1}	56,2 k + 1%
R _{c 2}	22,1 k + 1%
R _{c 1}, R _{c 2} & C _c	bilden einen 800 kHz Oszillatortakt
PT _{x 1}, PT _{x 2}, PT _{y 1}, PT _{y 2}	EETP 104 HB
V _dd	5 V
Pulscharakteristiken @	X, Y _Treiber	Pulsbreite 10 µs
	Periode 160 µs ± 16%

Zu sagen ist auch, daß die Eingänge zu Pins 2-5 interne 70 kΩ Absenkwiderstände enthalten, die mit Erde verbunden sind. Pin 12 ist intern mit einem 930 kΩ Anhebewiderstand verbunden und an den 5-Volt-Eingang angeschlossen. Pin 10 hat einen Eingang, der intern mit einem 930 kΩ Anhebewiderstand verbunden ist.

Wie gesagt, ist der X-Impuls um 180° gegenüber dem Y-Impuls phasenverschoben. Dies spart Leistung, da beide Treiberimpulse nicht gleichzeitig auf einem hohen Wert sind.

Im folgenden wird auf Fig. 6 Bezug genommen, in der ein Blockschaltbild der ASIC dargestellt ist. Es ist zu sehen, daß das Chip in drei verschiedene Abschnitte gegliedert ist. Der mausspezifische Abschnitt, der insgesamt mit 72 bezeichnet ist, liegt rechts der strichpunktierten Linie 74 und ist der zur Bildung der gewünschten Betriebsimpulse verwendete Abschnitt. Er wird daher im einzelnen beschrieben. Abschnitt 76 stellt die Schaltung für den Datenbus zur CPU dar, und Abschnitt 78, links der strichpunktierten Linie 80, bezieht sich auf den Taktgeber. Abschnitte 76 und 78 werden daher nicht im einzelnen erörtert.

Das CDEV0061-Eingangspad wird für die Schalteingänge SW 1_ und SW 2_ verwendet. Das Pad weist einen invertierenden Schmitt-Eingang und 930 kΩ Anhebewiderstand auf.

Das CDEV0062-Eingangspad weist einen invertierenden Schmitt-Eingang und 70 kΩ Absenkwiderstand auf und dient als Eingangspad für die XY_, X 1_IN, X 2_IN, Y 1_IN und Y 2_IN-Eingänge.

Das MFTESTPOR-Pad ist ein Eingangspad für Netz-Ein-Reset und Test-Pad. Ist wird für den PADIN-Eingangspin verwendet.

Das CDEVOO63-Pad weist einen 3-Pin-Schwachstrom-RC-Oszillator auf. Es wird als Eingangspin für den Rückkopplungswiderstand und als Ausgangspin für den Zeitgabekondensator sowie als Ausgangspin für den Zeitgabewiderstand verwendet.

Das 15MA-NBIDI-Pad ist ein 15 Milliampere-Eingangs/Ausgangs-Pad, das für die DB I/O-Datenleitung verwendet wird.

Das 8600-M-Pad ist ein nichtinvertierendes Ausgangspufferpad mit mittlerem Treiberstrom, das für X _Treiber und Y _Treiber verwendet wird.

Das 8600-L-Pad ist ein nichtinvertierendes Ausgangspufferpad mit niedrigem Treiberstrom, das für Testpins X 1 Y 1 _out und X 2 Y 2 _out verwendet wird.

Fig. 7 ist eine Logikschaltung des Teils 72 des Mausabschnitts der ASIC, welche den Mechanismus zur Erzeugung der notwendigen Impulse darstellt. In Fig. 7 ist zu sehen, daß der Mausabschnitt 72 der ASIC 36 in Module gegliedert werden kann, die entsprechend ihrer Funktion durch gestrichelte Blöcke bezeichnet sind. Ein Taktteiler, bezeichnet durch den gestrichelten Block 82, teilt den 200 kHz-Takt auf einen 100 kHz-Takt herunter, der für die X _Treiber- und Y _Treiber-Impulse benutzt wird. Der 100 kHz-Takt dient zur Erzeugung der 10 µs Impulse in Fig. 5. Die andere relevante Frequenz aus dem Taktteiler ist die 6,25 kHz-Frequenz, welche die X _Treiber- und Y _Treiber-Periode von 160 µs erzeugt.

Der X _Treiber-Modul im gestrichelten Block 84 ist so ausgebildet, daß der X _Treiber durch Taktfrequenzen von 6,25 kHz, 6,25 kHz_ und 100 kHz erzeugt wird. Die Schaltung erzeugt eine Periode von 160 µs und einen Impuls von 10 µs.

Der Y _Treiber-Modul, gezeigt im gestrichelten Block 86, läßt erkennen, daß Y _Treiber von Taktfrequenzen 6,25 kHz_, 6,25 kHz und 100 kHz erzeugt wird. Diese Schaltung erzeugt eine Periode von 160 µs und einen Impuls von 10 µs. Y _Treiber ist identisch zu X _Treiber mit der Ausnahme, daß er um 180° phasenverschoben ist; dies liegt daran, daß die 6,25 kHz in das NOR-Gatter und die 6,25 kHz_ in das D-Flipflop laufen. (Bei der Entwicklung von X _Treiber läuft 6,25 kHz_ in das NOR-Gatter und 6,25 kHz in das D-Flipflop.) Wie gesagt, bewirkt diese Phasendifferenz eine minimale Energieaufnahme.

Die vier Puls-Wiederaufnahmemodulen (pulse recapture modules) 80, 90, 92, 94 nehmen das Ausgangssignal von den Fototransistoren wieder auf und bilden, wie oben beschrieben, die Quadraturwellenverläufe. Modulen 96, 98 stellen Testpins dar.

IV Pinreduktion

Im folgenden wird auf Fig. 8 Bezug genommen, in der eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels des integrierten Schaltungschips zur Erzeugung der notwendigen Impulse zu sehen ist. Dieses Ausführungsbeispiel hebt hervor, daß unter Verwendung des erfindungsgemäßen Konzepts eine Reduktion in der Anzahl von Pins auf der verwendeten integrierten Schaltung möglich ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind vier Eingangspins, Y 2, Y 1, X 2 und X 1, erforderlich. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es nur zwei Ausgangspins -X 1, Y 1 und X 2, Y 2. Dies wird dadurch möglich, daß es keine Entladung auf den Fototransistoren gibt und die horizontalen und vertikalen Fototransistoren mit einer Phasenverschiebung von 180° gepulst werden.

Claims

1. Einrichtung zur optischen Codierung, gekennzeichnet durch:

(a) eine elektrische Eingangsschaltung (10) zur Erzeugung eines gepulsten elektrischen Eingangssignals (X _Treiber);
(b) eine mit der gepulsten elektrischen Eingangsschaltung verbundene Lichtquellenanordnung (14), welche das gepulste elektrische Eingangssignal zur Erzeugung von Lichtimpulsen benutzt;
(c) eine lichtaufnehmende und elektrisch leitende Schaltung (PT₁, PT₂), die mit der Lichtquellenanordnung synchronisiert ist und relativ zu letzterer so angeordnet ist, daß sie von der gepulsten Lichtquellenanordnung erzeugtes Licht aufzunehmen und ein elektrisches Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem aufgenommenen Licht zu erzeugen vermag; und
(d) positionierbare Lichtunterbrechungsmittel (18) zum Öffnen und Unterbrechen der optischen Bahn des von der Lichtquellenanordnung (14) in Richtung der lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Schaltung (PT₁, PT₂) abgestrahlten Lichts (20, 22), wobei das resultierende gepulste elektrische Ausgangssignal zur Codierung verwendbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenanordnung (14) und die lichtaufnehmende und elektrisch leitende Schaltung (PT₁, PT₂) jeweils direkt mit der elektrischen Eingangsschaltung (12) zur Herstellung einer Synchronisation der Impulse verbunden sind.

3. Einrichtung zum optischen Codieren entlang einer X-Achse und einer Y-Achse mit einer optischen X-Achsen-Codieranordnung zur Codierung in einer X-Richtung und einer optischen Y-Achsen-Codieranordnung zur Codierung in einer Y-Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß jede Codieranordnung aufweist:

(a) eine elektrische Eingangsschaltung (12) zur Erzeugung eines gepulsten elektrischen Stroms;
(b) eine mit der gepulsten elektrischen Eingangsschaltung verbundene Lichtquellenanordnung (14), welche das gepulste elektrische Eingangssignal zur Erzeugung von Lichtimpulsen benutzt;
(c) eine lichtaufnehmende und elektrisch leitende Schaltung (Lichtdetektor PT 1, PT 2), die mit der Lichtquellenanordnung synchronisiert ist und relativ zu letzterer derart angeordnet ist, daß sie von der gepulsten Lichtquellenanordnung erzeugtes Licht aufnehmen kann, in Abhängigkeit davon gesteuert ist und ein elektrisches Ausgangssignal zur Anzeige dieser Abhängigkeit erzeugt; und
(d) positionierbare Lichtunterbrechungsmittel (18) zum Öffnen und Schließen des optischen Weges (20, 22) des von der optischen Lichtquellenanordnung in Richtung der lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Schaltung ausgesendeten Lichts, wobei das Öffnen und Schließen das elektrische Ausgangssignal beeinflußt und wobei die resultierenden gepulsten elektrischen Ausgangssignale von der optischen X-Achsen-Codieranordnung (28) und der optischen Y-Achsen-Codieranordnung (30) zur Codierung bei minimalem Energieverbrauch vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Ausgangssignal von der optischen X-Achsen-Codieranordnung (28) um 180° gegenüber dem elektrischen Ausgangssignal von der optischen Y-Achsen-Codieranordnung (30) phasenverschoben ist.

5. Einrichtung zum optischen Codieren, gekennzeichnet durch:

(a) eine elektrische Eingangsschaltung zur Erzeugung eines gepulsten elektrischen Signals;
(b) eine Lichtquellenanordnung zur Erzeugung eines Lichtbündels, die mehrere in Reihe geschaltete elektrische Komponenten (R 1, D 1, D 2), mit wenigstens einer Lichtquelle (D 1) zur Erzeugung eines Lichtbündels (20) und einem elektrischen Widerstand (R 1) zur Strombegrenzung enthält, wobei eine (R 1) der in Reihe geschalteten elektrischen Komponenten am Eingangsende der Reihenschaltung mit der gepulsten elektrischen Eingangsschaltung (12) und eine andere (D 2) der elektrischen Komponenten am Ausgangsende der Reihenschaltung mit Erde (16) elektrisch verbunden ist;
(c) zwei lichtaufnehmende und elektrisch leitende Komponenten (Lichtdetektoren PT 1, PT 2), welche von der Lichtquellenanordnung aufgenommenes Licht zum Codieren benutzen, wobei jede dieser beiden lichtaufnehmenden und leitenden Komponenten mit der elektrischen Eingangsschaltung verbunden und relativ zu der Lichtquellenanordnung derart angeordnet ist, daß sie von letzterer emittiertes Licht auffangen kann, und wobei die lichtaufnehmenden und leitenden Komponenten jeweils einen Schwellenwert haben, bei dessen Erreichen sie elektrisch leitend werden; und
(d) positionierbare Lichtunterbrechermittel (18) zum Öffnen und Unterbrechen der optischen Wege der Lichtbündel in Abhängigkeit von einer Positionsänderung der Lichtunterbrechungsmittel, wobei die resultierenden gepulsten Ausgangssignale der beiden lichtaufnehmenden und leitenden Komponenten zur Codierung verwendbar sind und eine minimale Energieaufnahme als Folge der Impulssynchronisation der Lichtquellenanordnung und der lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Komponenten erzielbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellenanordnung eine erste Lichtquelle (D 1) zum Richten von Licht auf eine erste (PT 1) der beiden lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Komponenten und eine zweite Lichtquelle (D 2) zum Richten von Licht auf eine zweite (PT 2) der beiden lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Komponenten aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lichtquelle eine lichtemittierende Diode (LED) ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Komponenten Fototransistoren (PT 1, PT 2) sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die reihengeschalteten elektrischen Komponenten aufweisen:
einen Widerstand (R 1), der mit der gepulsten elektrischen Eingangsschaltung (12) verbunden ist,
eine erste lichtemittierende Diode (D 1), die mit dem Widerstand (R 1) verbunden ist, und
eine zweite lichtemittierende Diode (D 2), die einerseits mit der ersten lichtemittierenden Diode und andererseits mit Erde (16) verbunden ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe geschalteten elektrischen Komponenten eine erste lichtemittierende Diode, die mit der gepulsten elektrischen Eingangsschaltung (12) verbunden ist, einen mit der ersten lichtemittierenden Diode verbundenen Widerstand und eine mit dem Widerstand verbundene zweite lichtemittierende Diode aufweist, deren anderes Ende mit Erde verbunden ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Serienschaltung aus einer ersten lichtemittierenden Diode und einer zweiten lichtemittierenden Diode eingangsseitig an die gepulste elektrische Eingangsschaltung (12) und ausgangsseitig an einen Widerstand angeschaltet ist, dessen anderer Anschluß mit Erde verbunden ist.

12. Einrichtung zum optischen Codieren entlang einer ersten und einer zweiten Achse, dadurch gekennzeichnet, daß eine der ersten Achse zugeordnete optische Codieranordnung aufweist:

(a) eine ein gepulstes elektrisches Signal erzeugende elektrische Eingangsschaltung;
(b) eine ein gerichtetes Lichtstrahlbündel erzeugende Lichtquellenanordnung einer Reihenschaltung aus elektrischen Komponenten, die wenigstens eine Lichtquelle zum Emittieren des gerichteten Lichtstrahlbündels und eine elektrische Widerstandsanordnung zur Strombegrenzung aufweist und zwischen der gepulsten elektrischen Eingangsschaltung und Erde eingebunden ist;
(c) zwei lichtsammelnde und elektrisch leitende Bauelemente zur Aufnahme von Licht aus der Lichtquellenanordnung und zur Verwendung des Lichts für die Codierung, wobei jedes der beiden lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Bauelemente mit der elektrischen Eingangsschaltung verbunden ist und relativ zur Lichtquellenanordnung derart angeordnet ist, daß es von der Lichtquellenanordnung emittiertes Licht aufnehmen kann und einen Schwellenpegel hat, bei dem es elektrisch leitend wird; und
(d) entlang der ersten Achse positionierbare Lichtunterbrechungsmittel zum Öffnen und Unterbrechen der optischen Bahnen der Lichtstrahlbündel in Abhängigkeit von einer Positionsänderung der ersten Unterbrechungsmittel, wobei die sich ergebenden gepulsten Ausgangssignale beider lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Bauelemente zum Codieren verwendbar sind; und

daß eine der zweiten Achse zugeordnete optische Codieranordnung aufweist:

(a) eine zweite elektrische Eingangsschaltung, welche ein vom ersten gepulsten elektrischen Signal um 180° phasenverschobenes zweites gepulstes elektrisches Signal erzeugt;
(b) eine ein gerichtetes Lichtstrahlbündel erzeugende Lichtquellenanordnung aus einer zweiten Reihenschaltung aus elektrischen Komponenten, die wenigstens eine Lichtquelle zum emittieren des gerichteten Lichtstrahlbündels und eine elektrische Widerstandsanordnung zur Strombegrenzung aufweist und zwischen der zweiten gepulsten elektrischen Eingangsschaltung und Erde eingebunden ist;
(c) zwei lichtaufnehmende und elektrisch leitende Bauelemente zur Aufnahme von Licht aus der zweiten Lichtquellenanordnung und zur Verwendung des Lichts für die Codierung, wobei jedes der beiden lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Bauelemente mit der elektrischen Eingangsschaltung verbunden ist und relativ zur Lichtquellenanordnung derart angeordnet ist, daß es von der Lichtquellenanordnung emittiertes Licht aufnehmen kann und einen Schwellenpegel hat, bei dem es elektrisch leitend wird; und
(d) entlang der zweiten Achse positionierbare Lichtunterbrechungsmittel zum Öffnen und Unterbrechen der optischen Bahnen der Lichtstrahlbündel in Abhängigkeit von einer Positionsänderung der zweiten Unterbrechungsmittel, wobei die sich ergebenden gepulsten Ausgangssignale beider lichtaufnehmenden und elektrisch leitenden Bauelemente zum Codieren verwendbar sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Achsen orthogonal verlaufen.

14. Einrichtung zum minimieren der Leistungsaufnahme eines Cursor-Steuergeräts, das für X-Y-Orte auf einem computergesteuerten Displaysystem kennzeichnende Signale liefert, gekennzeichnet durch:
eine optische X-Achsen-Codieranordnung (36, 28) zum Codieren in einer X-Richtung und eine optische Y-Achsen-Codieranordnung (36, 30) zum Codieren in einer Y-Richtung, wobei jede Codieranordnung aufweist:

(a) eine elektrische Eingangsschaltung (12) zur Erzeugung eines gepulsten elektrischen Eingangssignals;
(b) eine mit der elektrischen Eingangsschaltung verbundene Lichtquellenanordnung (14), die aus dem gepulsten elektrischen Eingangssignal Lichtimpulse erzeugt;
(c) eine elektrische Lichtdetektoranordnung (PT 1, PT 2), die mit der Lichtquellenanordnung (14) in gepulster Synchronisation steht und relativ zur Lichtquellenanordnung derart positioniert ist, daß sie von der Lichtquellenanordnung erzeugtes Licht empfangen kann, und von diesem abhängig gesteuert ist und ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das den lichtabhängigen Empfang kennzeichnet; und
(d) positionierbare Lichtunterbrechungsmittel (18; 32, 34) zum Öffnen und Unterbrechen des optischen Lichtweges von der Lichtquellenanordnung zur Lichtdetektoranordnung derart, daß das elektrische Ausgangssignal beeinflußbar ist, wobei die Position der Lichtunterbrechungsanordnung durch eine Positionsänderung des Cursor-Steuergeräts beeinflußbar ist und das resultierende gepulste Ausgangssignal der Lichtdetektoranordnung eine Anzeige für die Orte auf dem computergesteuerten Displaysystem liefert.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Eingangsschaltung (12) aufweist:

(a) eine Oszillatorschaltung zur Erzeugung eines Taktsignals;
(b) eine Takt-Teilerschaltung (82), die mit der Oszillatorschaltung verbunden ist und das Taktsignal auf mehrere Signale niedrigerer Frequenzen herunterteilt;
(c) eine X-Treiberschaltung (84), die mit der Takt-Teilerschaltung verbunden ist und mehrere der Signale niedrigerer Frequenzen aufnimmt, um das gepulste elektrische Eingangssignal für die gepulste Lichtquellenanordnung der der X-Achse zugeordneten optischen Codieranordnung zu erzeugen; und
(d) eine Y-Treiberschaltung (86), die mit der Takt-Teilerschaltung verbunden ist, einen Satz von Signalen der niedrigeren Frequenzen aufnimmt, um das gepulste elektrische Eingangssignal für die gepulste Lichtquellenanordnung der optischen Codieranordnung für die Y-Achse zu erzeugen.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die X-Treiberschaltung (84) und die Y-Treiberschaltung (86) gepulste Eingangssignale erzeugen, die um 180° zueinander phasenverschoben sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impuls-Wiederaufnahmeschaltung (88 . . . 94) mit der X-Treiberschaltung (84), der Y-Treiberschaltung (86) und der elektrischen Lichtdetektoranordnung gekoppelt und so ausgebildet ist, daß sie das Ausgangssignal der Lichtdetektoranordnung aufnimmt und daraus Quadraturwellenformen zur Codierung bildet.

18. Einrichtung zur Erzielung minimaler Leistungsaufnahme in einem Cursor-Steuergerät für ein computergesteuertes Displaysystem, wobei das Cursor-Steuergerät für X-X-Orte auf dem computergesteuerten Displaysystem kennzeichnende Signale entwickelt, gekennzeichnet durch:

(a) eine elektrische X-Achsen-Eingangsschaltung zur Erzeugung eines gepulsten elektrischen X-Achsen-Eingangssignals;
(b) eine mit der elektrischen X-Achsen-Eingangsschaltung verbundene X-Achsen-Lichtquellenanordnung zur Erzeugung von Lichtimpulsen entsprechend dem gepulsten elektrischen X-Achsen-Eingangssignal;
(c) zwei elektrische X-Achsen-Lichtdetektoren, die in Synchronisation mit der X-Achsen-Lichtquellenanordnung gepulst sind und relativ zur X-Achsen-Lichtquellenanordnung so angeordnet sind, daß sie von der Lichtquellenanordnung erzeugtes Licht aufnehmen und in Abhängigkeit davon wenigstens zwei elektrische X-Achsen-Ausgangssignale erzeugen;
(d) positionierbare X-Achsen-Lichtunterbrechungsmittel zum Öffnen und Unterbrechen des optischen Lichtweges von der X-Achsen-Lichtquellenanordnung zur X-Achsen-Lichtdetektoranordnung derart, daß die elektrischen X-Achsen-Ausgangssignale beeinflußt werden, wobei die Position der X-Achsen-Lichtunterbrechungsmittel durch eine Änderung in der X-Position des Cursor-Steuergeräts beeinflußbar ist und die resultierenden beiden gepulsten X-Achsen-Ausgangssignale der Lichtdetektoren die Orte auf dem computergesteuerten Displaysystem bezeichnen;
(e) eine elektrische Y-Achsen-Eingangsschaltung zur Erzeugung eines gepulsten elektrischen Y-Achsen-Eingangssignals;
(f) eine mit der elektrischen Y-Achsen-Eingangsschaltung verbundene Y-Achsen-Lichtquellenanordnung zur Erzeugung von Lichtimpulsen entsprechend dem gepulsten elektrischen Y-Achsen-Eingangssignal;
(g) zwei elektrische Y-Achsen-Lichtdetektoren, die in Synchronisation mit der Y-Achsen-Lichtquellenanordnung gepulst sind und relativ zur Y-Achsen-Lichtquellenanordnung so angeordnet sind, daß sie von der Lichtquellenanordnung erzeugtes Licht aufnehmen und in Abhängigkeit davon wenigstens zwei elektrische Y-Achsen-Ausgangssignale erzeugen;
(h) positionierbare Y-Achsen-Lichtunterbrechungsmittel zum Öffnen und Unterbrechen des optischen Lichtweges von der Y-Achsen-Lichtquellenanordnung zur Y-Achsen-Lichtdetektoranordnung derart, daß die elektrischen Y-Achsen-Ausgangssignale beeinflußt werden, wobei die Position der Y-Achsen-Lichtunterbrechungsmittel durch eine Änderung in der Y-Position des Cursor-Steuergeräts beeinflußbar ist und die resultierenden beiden gepulsten Y-Achsen-Ausgangssignale der Lichtdetektoren die Orte auf dem computergesteuerten Displaysystem bezeichnen.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das gepulste elektrische X-Achsen-Eingangssignal um 180° gegenüber dem gepulsten elektrischen Y-Achsen-Eingangssignal phasenverschoben ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lichtquellenanordnungen (14) eine Serienschaltung aus zwei lichtemittierenden Dioden (D 1, D 2) und einer elektrischen Widerstandsanordnung (R 1) zur Strombegrenzung aufweist und daß eine dieser Serienkomponenten mit der zugehörigen gepulsten elektrischen Eingangsschaltung (12) und die in der Serienanordnung entgegengesetzte Schaltungskomponente mit Erde gekoppelt sind.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtdetektoren zwei Fototransistoren (PT 1, PT 2) aufweisen, die mit jeweils einem ihrer Eingangsanschlüsse mit der zugehörigen elektrischen Eingangsschaltung (12) verbunden sind und mit Licht aus der Lichtquellenanordnung (14) beaufschlagbar sind.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen zur Erzeugung der gepulsten elektrischen Eingangssignale und zum Empfangen und Analysieren der Ausgangssignale aus den Fototransistoren eine integrierte Schaltung aufweisen, daß der Ausgang eines ersten X-Achsen-Fototransistors mit demselben Pin wie der Ausgang eines ersten Y-Achsen-Fototransistors und der Ausgang eines zweiten X-Achsen-Fototransistors mit demselben Pin wie der Ausgang eines zweiten Y-Achsen-Fototransistors verbunden ist.

23. Verfahren zum optischen Codieren, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(a) Erzeugung eines gepulsten elektrischen Eingangssignals;
(b) Verwendung des gepulsten elektrischen Eingangssignals zur Erzeugung von aus einer Lichtquelle emittierten Lichtimpulsen;
(c) Synchronisieren eines elektrischen Lichtdetektors mit der Lichtquelle und Anordnen des Lichtdetektors relativ zur Lichtquelle derart, daß er die Lichtimpulse der Lichtquelle aufnehmen und in Abhängigkeit davon ein elektrisches Ausgangssignal erzeugen kann; und
(d) Beeinflussen des elektrischen Ausgangssignals durch Öffnen und Unterbrechen des optischen Lichtpfads zwischen der Lichtquelle und dem Lichtdetektor, wobei das elektrische Ausgangssignal das Öffnen und Unterbrechen beeinflußt und das resultierende gepulste elektrische Ausgangssignal zum Codieren verwendet wird.