DE69122052T2 - Dateneingabegerät für Datenverarbeitungsvorrichtung und Datenverarbeitungsgerät mit derartigem Gerät - Google Patents

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
• Die Erfindung betrifft eine Dateneingabeeinrichtung zur Verwendung mit einem Datenverarbeitungsgerät, wobei diese Einrichtung ein Gehäuse umfaßt, das ein physikalisches Element enthält, das zumindest eine Achse mit Rotationssymmetrie aufweist und eine Drehbetätigung durch einen Benutzer rund um irgendeine der genannten zumindest einen Achse relativ zu dem genannten Gehäuse zuläßt, wobei die genannte Einrichtung Sensormittel aufweist, um bei der genannten Betätigung dem genannten Datenverarbeitungsgerät ein Sensorsignal zuzuführen, um daraufhin einen Wiedergabe- Anzeiger gemäß einer Ansammlung der genannten Betätigungen auf einem Wiedergabemittel zu bewegen, wobei die genannte Einrichtung Steuerungsmittel aufweist, um in Reaktion auf das genannte Sensorsignal die genannte Drehbetätigung abzubremsen. Eine der allgemeinen Ausführungen hat die Form einer sogenannten graphischen Eingabeeinrichtung, umgangssprachlich Maus oder Rollkugel genannt, die zur Eingabe von Kommandos in einen Datenverarbeitungscomputer oder ähnliches verwendet wird. Die Kommandos könnten sich auf das Bewirken von Cursorbewegungen beziehen, wobei ein Aktivieren des Cursors bei einer zuvor bestimmten Position eine bestimmte Computerhandlung initiieren oder stoppen würde. Verschiedene andere Benutzerschnittstellenmerkmale einer solchen Einrichtung sind verwendet worden. Das physikalische Element kann eine einzige Achse der Rotationssymmetrie haben, wie ein Zylinder. Dieser kann gleichermaßen im Zusammenhang mit einem Computer verwendet werden. Das Datenverarbeitungsgerät kann Teil eines Benutzergeräts sein, das nicht speziell für Datenverarbeitung an sich gedacht ist, wie ein Rundfunktuner. Der drehende Zylinder könnte dann ein Verschieben der tatsächlich empfangenen Frequenz innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes aktivieren. Obwohl jetzt die Hauptanwendung der Erfindung zusammen mit einem digitalen Datenverarbeitungsgerät vorgesehen ist, kann sie ebenso gut zusammen mit auf Analogsignalen beruhenden Geräten, wir dem oben genannten Rundfunktuner, verwendet werden. Der Kürze halber wird allgemein auf ein Datenverarbeitungsgerät verwiesen.
• Für eine Verwendung mit einem Computer ist eine zweidimensionale Einrichtung dieser Art aus der US-Patentschrift 4.868.549 (Affinito et al.) und aus IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 32, Nr. 9B, Februar 1990, New York US, S. 230 235, "Mouse-ball actuating device with force and tactile feedback" bekannt. Die Bezugsschriften beschreiben eine Maus zur Verwendung in einem Videowiedergabesystem, beispielsweise einem Personalcomputer (PC). Die Maus dient für die Eingabe von Koordinaten in das System, wodurch hiermit ein Cursor über einen Wiedergabeschirm des Videosystems bewegt werden kann. Das Maus-Gehäuse umfaßt eine Kugel, die eine Drehbewegung ausführt, wenn die Maus mit der Hand bewegt wird. Über zwei Räder, die mit der Kugel in mechanischer Berührung stehen und die unter einem Winkel von 90º zueinander angeordnet sind, kann eine Bewegung der Maus detektiert und in einer x-Richtung sowie in einer y-Richtung durch Drehung der Räder gemessen werden. Bewegungssensoren sind mit den Achsen der Räder gekoppelt, wodurch somit eine Bewegung der Räder auf das Videosystem übertragen werden kann.
• Die in der Bezugsschrift beschriebene Maus umfaßt auch Bremsmittel, die das Abbremsen des Rades sowohl in der x-Richtung als auch in der y-Richtung während der Bewegung der Räder ermöglichen. Die Bewegung der Maus kann somit mittels zumindest eines Elektromagneten oder Einbringen einer Reibung, die in einer bestimmten Richtung größer oder kleiner sein kann, in einer bestimmten Richtung behindert werden. Zusätzlich zu der üblichen visuellen Rückkopplung (beispielsweise die Position eines Cursors auf einem Bildwiedergabeschirm) erfährt die Bedienperson auch eine Rückkopplung durch mechanischen Widerstand infolge der Reibungskraft auf die Maus. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben entdeckt, daß die auf die Drehbetätigung der Einrichtung wirkende Rückkopplung verfeinert werden kann, wodurch ein größerer Bereich nützlicher Anwendungen möglich wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, den Bereich der Rückkopplungsfunktionalität zu vergrößern, so daß die maschinenerzeugte Kraft für die Dateneingabeeinrichtung eine größere Fühlbarkeit bewirken kann. Eine Dateneingabeeinrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist im nachfolgenden Anspruch 1 definiert. Die positive und die negative Beschleunigung können jeweils einen festen Wert haben, wie +A bzw. -B, wobei A und B zueinander gleich sein können oder sich auch voneinander unterscheiden können. Der Bereich der Werte kann auch größer sein. Der effektive Wert der Beschleunigung kann davon abhängen, wo auf dem Bildschirm sich der Anzeiger, im allgemeinen der Cursor, gerade befindet. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von solchen Ausgestaltungen bei Fernbedienung oder Robotik, wo die Beschreibung des zu betätigenden fernen Objekts die Rückkopplung steuern würde. Die Erfindung unterscheidet sich auch von Ausgestaltungen, die zu einer Dateneingabeeinrichtung auf Basis eines Joystick oder ähnlichem gehören. Mit solchen Joysticks bewegt eine auf den Joystick ausgeübte Kraft diesen von einer "home"-Position weg, und die so erzeugte physikalische Verschiebung des Joystick wird zeitlich integriert, um die gewünschte Bewegung eines Anzeigers auf dem Bildschirm zu erreichen. Rückkopplung würde dort als auf den Joystick ausgeübte Kraft erfolgen. In der vorliegenden Erfindung überträgt sich jede Bewegung des rotationssymmetrischen Elements direkt in eine Bewegung des Anzeigers auf dem Bildschirm. Daher ist die Kraft direkt von der Position auf dein Bildschirm abhängig, und faktisch kann eine Kraft ungleich null vorhanden sein, wenn die Position des Anzeigers stationär ist. Der Anzeiger könnte dann durch das System angetrieben werden, so daß das System kinetische Energie auf das physikalische Element übertragen würde. Dies wäre im Fall eines Joystick undenkbar. Allgemein unterscheidet sich die kinematische Funktionalität eines Joystick stark von der von Maus/Rollkugel-Einrichtungen.
• Ein anderes bekanntes Dokument, NTIS TECH. NOTES, Mai 1990, Springfield, VA US, S. 413, B. HANNAH et al: "Force-Feedback Cursor Control" beschreibt einen kraftgekoppelten Hand-Controller, der zur Bewegung eines Cursors auf einem Bildschirm verwendet wird. Der Controller, dessen Struktur nicht beschrieben wird, wird von Controllern inspiriert, die zur Steuerung von Fernmanimpulatoren auf Robotern entwickelt worden sind. Der Rand werden anscheinend positive und negative Kraftrückkopplungen entsprechend der Position des Cursors zugeführt. Im Unterschied zu einer Maus wird jedoch der Controller eher in einem dreidimensionalen Raum bewegt als in einer Ebene, was offenbar bedeutet, daß der Cursor nicht entsprechend der Drehbetätigung eines physikalischen Gliedes hinsichtlich eines umgebenden Gehäuses bewegt wird, so wie in der Erfindung.
• Vorteilhafterweise stammen die genannten positiven und negativen Beschleunigungen aus einem auf die genannten Wiedergabemittel abgebildeten Potentialfeld. Das Potentialfeld kann als Bitmuster oder als Menge von Potentialfunktionen abgebildet werden. Dies würde es ermöglichen, bevorzugte Positionen oder Gebiete auf dem Display bezüglich anderer Positionen oder Gebiete zu realisieren. Das Potential kann für jedes Pixel oder für eine Teilmenge aller Pixel bestimmt werden. Im letztgenannten Fall kann ein Operatorbitmuster auf die so definierten Pixel zugreifen, um auf Basis ihrer jeweiligen Potentiale und Positionen relativ zur Position des Anzeigers ein momentanes Vorzeichen und momentanen Wert der Beschleunigung zu berechnen. Es sollte deutlich sein, daß jetzt beispielsweise eine Bewegung in x-Richtung mit einer Beschleunigung in y-Richtung kombiniert werden kann.
• Vorteilhafterweise werden die genannten positiven und negativen Beschleunigungen von einer tatsächlichen Geschwindigkeit der genannten Drehbetätigung zumindest mit bestimmt. Ein Beispiel wäre, daß bei schneller Bewegung die Erzeugung der Beschleunigungen eingestellt wird. Nur bei langsamer Bewegung wären sie vorhanden. Dies würde einen menschlichen Benutzer beim Zugriff auf ein wiedergegebenes, feinkörniges Merkmal leiten, um so die effektive Fingerfertigkeit zu verbessern. Grobe Bewegungen benötigen solche Unterstützung nicht. Außerdem sind die von der Maschine erzeugte Kraft und die von der Bedienperson erzeugte Kraft jetzt voneinander entkoppelt.
• Vorteilhafterweise ermöglichen die genannten Sensormittel das Detektieren einer tatsächlichen Gesamtkraft auf das genannte Element in zumindest einer Koordinatenrichtung. Dieses Merkmal würde die Flexibilität des Rückkopplungsmechanismus stark verbessern. Die Detektion solcher tatsächlichen Gesamtkraft ist an sich eine herkömmliche Ausführungsform.
• Vorteilhafterweise ermöglichen die genannten Sensormittel das Detektieren einer Momentangeschwindigkeit des genannten Elements bezüglich des Gehäuses. Dieses Merkmal verbessert zugleich die Vielseitigkeit der Dateneingabeeinrichtung und ihren Gebrauch. Geschwindigkeitsmessung kann auf verschiedene Weise erfolgen.
• Vorteilhafterweise sind die genannten Beschleunigungen mehrwertig. Sie können eine endliche Wertemenge aufweisen oder sogar einen stetigen Wertebereich haben. Manchmal ist eine D/A-Umsetzung notwendig.
• Vorteilhafterweise ist die genannte Einrichtung mit Zuweisungsmitteln versehen, um einem Element eine zuvor bestimmte virtuelle Rotationsträgheit zuzuweisen. Solche Trägheit wird durch eine Beschleunigung dargestellt, die sich zur physikalischen Trägheit addiert. Es hat sich erwiesen, daß es sich um eine hervorragende Einrichtung zur Dateneingabe, zur Schulung oder zum Testen von Bedienpersonen hinsichtlich ihrer motorischen Kapazitäten handelt. Die Trägheit braucht nicht zeitlich und/oder räumlich homogen zu sein. Ein besonderer Vorteil der virtuellen Trägheit, die größer als die tatsächliche physikalische Trägheit ist, liegt darin, daß letztere jetzt so klein wie technisch möglich gemacht werden kann. Dies kann genutzt werden, um das physikalische Element als Element mit geringem Gewicht zu konstruieren, wodurch es besser für tragbare und/oder sehr kleine Einrichtungen geeignet wird.
• Eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zumindest einen elektromechanischen Motor umfaßt, um sowohl die Breinsmittel als auch die Beschleunigungsmittel zu implementieren. Die Bremsmittel und die Beschleunigungsmittel können in einfacher Weise mit Hilfe elektromechanischer Motoren implementiert werden. Der Motor kann durch Zuführung eines Anregungsstroms beschleunigt werden, aber es ist auch möglich, den Motor abzubremsen. Dies hängt von dem Anregungsstrom selbst ab (beispielsweise ein positiver oder negativer Anregungsstrom), aber auch von der momentanen Drehrichtung des Motors.
• Die Erfindung betrifft auch ein Datenverarbeitungsgerät mit Wiedergabemitteln und einer Dateneingabeeinrichtung gemäß dem Vorhergehenden.
• Verschiedene andere Aspekte der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben, wobei auch seine verschiedenen Auswirkungen und Vorteile genannt werden. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Einrichtung nach dem Stand der Technik,
• Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
• Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
• Fig. 4 eine graphische Darstellung gemäß der Erfindung, in der die Beschleunigungskraft als Funktion einer Ortskoordinate dargestellt wird, und
• Fig. 5 ein Beispiel für ein Bild auf einem Wiedergabeschirm, zusammen mit einer Bahn, entlang der das Element der Einrichtung mehr oder weniger Kraft erfährt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• Fig. 1 zeigt eine Einrichtung nach dem Stand der Technik. Die Einrichtung umfaßt ein rotationssymmetrisches Element (Kugel) 10, an das Räder 11 und 12 durch Reibung mechanisch gekoppelt sind. Eine Welle 23 ist an dem Rad 11 befestigt, und ein Ortsaufnehmer (YPOS) 14 und eine Bremse (YBRAKE) 16 sind mit der genannten Welle gekoppelt. Der Ortsaufnehmer 14 ist über eine Datenleitung 20 mit einem Prozessor 17 gekoppelt, um dem Prozessor eine y-Koordinate der Kugel 10 zuzuführen. Es ist auch möglich, dem Prozessor 17 eine zeitabhängige Größe der y- Koordinate statt der absoluten y-Koordinate zuzuführen. Die Bremse 16 ist über eine Datenleitung 21 mit dem Prozessor 17 verbunden, so daß die Bremse 16 vom Prozessor gesteuert werden kann. An dem Rad 12 ist dort eine Welle 22 befestigt, mit der ein Ortsaufnehmer (XPOS) 13 und eine Bremse (XBRAKE) 15 gekoppelt sind. Über eine Datenleitung 18 ist der Ortsaufnehmer 13 auch mit dem Prozessor 17 verbunden, um dem Prozessor in diesem Fall die x-Koordinate oder eine zeitliche Änderung der x- Koordinate der Kugel 10 zuzuführen. Die Bremse 15 ist mit dem Prozessor 17 über eine Datenleitung 19 verbunden, so daß die Bremse 15 auch von dem Prozessor gesteuert werden kann. Als Alternative zu der gezeigten Konstruktion sind verschiedene andere Ausgestaltungen verwendet worden, die sich auch zum Anbringen der Verbesserungen der vorliegenden Erfindung eignen würden.
• Die Datenleitungen 18 bis 21 können im Prinzip analoge oder digitale Signale führen. Die Kopplung mit dem Prozessor 17 ist üblicherweise digital, so daß der Prozessor 17 oder die Ortsaufnehmer 13 und 14 und die Bremsen 15 und 16 Analog-Digital-(A/D-)Umsetzer oder, falls die Komponenten 13, 14, 15 und 16 auf analoger Basis arbeiten, Digital-Analog- (D/A-)Umsetzer umfassen. Der Kürze halber sind der innere Aufbau des Prozessors und das zugehörige Display nicht dargestellt. Auch das Gehäuse der Einrichtung, das sie zu einer Rollkugel-Einrichtung machen könnte (Kugel auf ihrer Oberseite leicht erweitert) oder alternativ zu einer Maus-Einrichtung (Kugel leicht auf der Unterseite erweitert, um in Reibungskontakt mit einer Oberfläche gebracht zu werden) ist der Kürze halber nicht dargestellt.
• Die Einrichtung von Fig. 1 arbeitet folgendermaßen. Während einer Drehung der Kugel wird sich entweder das Rad 11 oder das Rad 12 oder sowohl das Rad 11 als auch das Rad 12 infolge der Reibung zwischen den Rädem und der Kugel auch drehen. Eine Drehbewegung einer der Wellen 22 und 23 wird von dem Ortsaufnehmer 13 bzw. 14 detektiert und an den Prozessor 17 weitergeleitet. Auf Basis dieser Daten kann der Prozessor die Position der Kugel bestimmen und anhand davon feststellen, ob die Bremsen 14 und/oder 15 imstande sind, eine Bremswirkung auf die Kugel auszuüben, wenn die Kugel in Bewegung ist. Im Ruhezustand der Kugel wird die Reibungskraft gleich (und damit proportional) einer auf die Kugel ausgeübten Bedienperson- Kraft. Dies ist ein wesentlicher Nachteil einer solchen Einrichtung, weil, wenn die Kugel sich in einer xy-Position befindet, die eigentlich unerwünscht ist, die Bedienperson nur dann eine Reibungskraft-Rückkopplung erfährt, wenn die Kugel in Bewegung ist.
• Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Einrichtung umfaßt eine Anzahl Komponenten, die Komponenten der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung entsprechen, d.h. eine Kugel 30, Räder 31 und 32, Ortsaufnehmer 33 und 34, Bremsen 35 und 36, einen Prozessor 37, Wellen 46 und 47 und Datenleitungen 38, 39, 41 und 42. Gemäß der Erfindung umfaßt die Einrichtung von Fig. 2 auch die Beschleunigungsmittel 45 (XACC) und 44 (YACC) und die Datenleitungen 40 und 43. Unter der Steuerung des Prozessors 17 kann die Welle 46 und/oder 47 durch Anregung der Komponenten 45 und/oder 44 beschleunigt werden. Dies bedeutet, daß auch beim Stillstand der Kugel auf die Kugel eine Kraft ausgeübt werden kann. Daher kann die Bedienperson der Einrichtung auch im Ruhezustand der Kugel eine ausgeprägte Kraftrückkopplung erfahren. Es ist sogar möglich, daß die Kugel aus dem Ruhezustand heraus in einer vorgegebenen Richtung zu drehen beginnt, nachdem sie von der Bedienperson losgelassen worden ist. Eine solche mechanische Rückkopplung mit Hilfe von Bremsen und Beschleunigungsmitteln ist daher nicht nur passiv wie die Einrichtung in Fig. 1, sondern auch aktiv. Daher erhält eine Bedienperson einer Einrichtung eine wesentlich verbesserte mechanische Rückkopplung, so daß auch die durch die Rückkopplung über den Wiedergabeschirm und die mechanische Rückkopplung zur Bedienperson bestimmte Gesamtrückkopplung verbessert sein wird.
• Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemaßen Einrichtung. Die Einrichtung umfaßt eine Anzahl Komponenten, die Komponenten der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung entsprechen, d.h. eine Kugel 50, Räder 51 und 52, Ortsaufnehmer 53 und 54, einen Prozessor 57, Wellen 62 und 63 und Datenleitungen 58 und 60. Die in Fig. 3 gezeigte Einrichtung unterscheidet sich jedoch von der Einrichtung von Fig. 2 dadurch, daß die Funktionen der Bremse 35 (XBRAKE) und der Beschleunigungsmittel 45 (XACC) und der Bremse 36 (YBRAKE) und der Beschleunigungsmittel 44 (YACC) von dem Motor 55 (XMOTOR) bzw. dem Motor 56 (YMOTOR) übernommen worden sind. Die Motoren 55 und 56 werden von dem Prozessor 57 über die Datenleitungen 59 bzw. 61 gesteuert. Steuerung über diese Datenleitungen kann für den betreffenden Motor 55 oder 56 einerseits bedeuten, daß der betreffende Motor abgebremst wird, aber auch, daß der betreffende Motor beschleunigt wird. Somit können sowohl Abbremsen als auch Beschleunigen mit Hilfe einer einzigen Komponente 55 (XMOTOR) oder 56 (YMOTOR) implementiert werden.
• In den obigen Figuren 1 bis 3 ist als Beispiel für ein rotationssymmetrisches Element eine Kugel dargestellt. Die Kugel ermöglicht eine Bewegung in zwei Richtungen, d.h. in einer x-Richtung und einer y-Richtung senkrecht dazu. Es ist jedoch auch möglich, einen Zylinder statt einer Kugel zu wählen. Im Gegensatz zu einer Kugel hat ein Zylinder nur einen Freiheitsgrad, d.h. eine Veränderung ist ausschließlich in der x-Richtung oder ausschließlich in der y-Richtung möglich. Dies kann für bestimmte Anwendungen genügen. Ein Zylinder bietet den Vorteil, daß nur ein einziger Ortsaufnehmer, ein einziges Brems- und ein einziges Beschleunigungselement benötigt werden, wobei die beiden letzteren wieder in einem einzigen Teil kombiniert werden können. Zudem ist kein Kupplungsrad nötig, sofern der Zylinder direkt auf einer Achse angebracht werden kann.
• Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung gemäß der Erfindung, in der die Beschleunigungskraft als Funktion einer Ortskoordinate (x) dargestellt wird. Der Einfachheit halber bezieht sich dieses Beispiel nur auf die x-Koordinate, aber eine Steuerung kann auch für die y-Richtung vorhanden sein. Die x-Koordinate wird in horizontaler Richtung aufgetragen, und die auf die Kugel in der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Einrichtung wirkende Kraft ist in vertikaler Richtung aufgetragen. Wie aus der Figur ersichtlich ist, wirkt keine Kraft auf die Kugel in der x-Strecke zwischen X2 und X3. In der Praxis kann dies bedeuten, daß die Kugel in einer gewünschten Fläche liegt, die als Lage des Cursors in einer gewünschten Position auf dem Bildwiedergabeschirm oder innerhalb einer gewünschten Positionsfläche interpretiert werden kann. Entlang der Strecke zwischen X1 und X2 erfährt die Kugel eine Beschleunigungskraft, die entsprechend den Kurven 70, 71 oder 72 verlaufen kann.
• Die Form der Kurven wird ausschließlich als Beispiel gegeben und es wird deutlich sein, daß im Prinzip jede andere Form möglich ist, weil diese Aufgabe vom Prozessor ausgeführt wird. Solche Formen könnten daher einer geraden Linie entsprechen, einer Parabel, konvexen sowie konkaven Kurven, Kurven in S-Form, und sie könnten selbst Ecken haben, so daß eine gestrichelte Linie auftritt. Außerdem könnte die Größe der ausgeübten Kraft gering sein, um so den Benutzer eine geringe Art Vorzug fühlen zu lassen. Alternativ kann die Kraft größer sein, selbst in solchem Ausmaß, daß bestimmte Positionen als "verboten" erscheinen würden.
• Für die drei Kurven ist die Beschleunigungskraft F in der x-Richtung x < X2 positiv und in der x-Richtung x > X4 negativ. In dem vorliegenden Beispiel bedeutet dies, daß die Kugel eine positive Kraft erfährt, die in die positive x-Richtung gerichtet ist, wenn die Kugel in der x-Strecke links von X2 liegt. Die Kugel erfährt somit eine beschleunigende Kraft. Die maximale Kraft beträgt F1 und kann durch das bestimmt werden, was gewünscht wird oder was technisch einfach realisierbar ist.
• Die Kugel erfährt eine in die negative x-Richtung gerichtete Kraft, wenn die Kugel in der x-Strecke rechts von X3 liegt. Dies bedeutet, daß die Kugel während der Bewegung nach rechts abgebremst wird und daß sie im Ruhezustand zurückgedrückt wird. Die maximale negative Kraft beträgt F2. Dieser Wert kann wieder nach Wunsch eingestellt werden.
• Es sollte deutlich sein, daß ein Integrieren der x-abhängigen Kraft, wie in Fig. 4 gezeigt, bezüglich der x-Koordinate ein x-abhängiges Potentialfeld erzeugt. Ein solches Potentialfeld kann auch zweidimensional sein. Es kann statisch oder zeitabhängig sein, wie durch Computersteuerung bestimmt. In anderen Fällen kann die Kraft nicht als von einem einzigen Potentialfeld regiert beschrieben werden, beispielsweise weil sie durch die tatsächliche Cursor-Geschwindigkeit oder die Vorgeschichte der Cursor-Bewegung, Hysterese usw. gesteuert wird.
• Fig. 5 zeigt ein Beispiel für ein Bild 80 auf einem Wiedergabeschirm, zusammen mit Strecken, entlang denen das Element der Einrichtung mehr oder weniger Kraft erfährt. Die schraffierte Fläche 81 ist eine Fläche, in der das Vorhandensein des Cursors (Kugel) nicht gewünscht wird, d.h. wenn sich die Kugel in der Fläche 81 befindet, wird sie eine Kraft in der Richtung der Fläche 82 erfahren. Die Fläche 82 ist eine Fläche, in der das Vorhandensein der Kugel gewünscht wird, d.h. der Cursor (Kugel) wird in dieser Fläche keine Kraft erfahren. Der Einfachheit halber wird die auf die Einrichtung ausgeübte Kraft nur durch die Position bestimmt, bei der der Cursor die Fläche 82 verläßt, und bleibt dann konstant, um so den Cursor in eine der +x-, -x-, +y-, bzw. -y- Richtungen zurückzudrücken. Bei einem komplizierteren Aufbau leitet sich die Kraft aus einem Potentialfeld ab, wobei das Potential allgemein mit dem Abstand zu der gewünschten Fläche zunimmt.
• Als Beispiel wird bei S begonnen. Als Andeutung der x- und y-Position der Kugel kann auf dein Bild 80 ein Cursor wiedergegeben werden. So empfängt die Bedienperson eine visuelle Rückkopplung in bezug auf die tatsächliche x- und y-Position des Elements (der Kugel). Der Cursor kann jede beliebige sinnvolle Form haben, beispielsweise ein Pfeil oder ein Strich. Der Cursor wird jetzt in der positiven x-Richtung bewegt, bis er den Punkt P1 erreicht. Entlang dieser Strecke erfährt die Kugel der Einrichtung keine entgegenwirkende (bremsende) oder mitwirkende (beschleunigende) Kraft, weil der Cursor (und damit auch die Kugel) in der gewünschten Fläche liegt. Beim Punkt P1 erfährt die Kugel eine entgegenwirkende Kraft, wenn die Bedienperson versucht, die Kugel (Cursor) über den Punkt P1 hinaus in der x-Richtung zu bewegen. Erfindungsgemäß besteht diese entgegenwirkende Kraft nicht nur aus einer Bremskraft während der Bewegung der Kugel in der positiven x-Richtung, sondern auch aus einer Beschleunigungskraft. Dies bedeutet, daß, wenn die Kugel (Cursor) rechts von P1 liegen würde, sie in der negativen x-Richtung eine beschleunigende Kraft erfahren würde.
• Die Kugel erfährt keine Kraft entlang der Strecke 83 zwischen P1 und P2, weil sie sich auf der gewünschten Fläche bewegt. Wenn sie am Punkt P2 ankommt, wird eine Bewegung in positiver y-Richtung einerseits durch eine abbremsende Kraft von den Bremsmitteln während der Bewegung der Kugel in positiver y-Richtung behindert, und andererseits durch eine beschleunigende Kraft in der negativen y-Richtung.
• Entlang der Strecke 83 zwischen den Punkten P2 und P3 erfährt die Kugel keinerlei Kraft.
• Weiterhin wird der Fall gezeigt, bei dem die Bedienperson den Cursor die gewünschte Fläche beim Punkt P3 verlassen läßt. Entlang der Bahn zwischen den Punkten P3 und P5 wird eine beschleunigende Kraft in der negativen y-Richtung bewirkt, wie bei Punkt P4 symbolisch durch den Pfeil F dargestellt wird.
• An der Grenze zwischen der gewünschten Fläche 82 und der nicht gewünschten Fläche 81 steigt die Kraft von einem Wert null auf einen Wert ungleich null an. Der Verlauf der Kraft als Funktion der x-Koordinate oder der y-Koordinate kann die in Fig. 4 gezeigte Form annehmen. Der Punkt P1 in Fig. 5 entspricht dann beispielsweise der x-Koordinate X3 in Fig. 4. Wenn die Kugel in der positiven Richtung beim Punkt P1 bewegt wird, erfährt sie eine Kraft, die in die Richtung der negativen x-Richtung weist, wie aus Fig. 4 für x > X3 ersichtlich. Auch kann nahe dem Rand der nicht gewünschten Fläche 81 die Kraft entsprechend einer der anderen Kurven 70 und 71 (Fig. 4) ansteigen.
• Es ist auch möglich, daß die Brems- und Beschleunigungskräfte erfindungsgemäß nicht nur von der momentanen x,y-Position der Kugel oder des Cursors abhängen. Diese Kräfte können auch von der momentanen Geschwindigkeit der Kugel bestimmt werden. Somit kann eine Art Massen- oder Rotationsträgheit simuliert werden; dies könnte für verschiedene Anwendungen nützlich sein. Die erforderlichen Steuersignale können von dem Prozessor mittels eines geeigneten arithmetischen Algorithmus in einfacher Weise generiert werden, weil der Prozessor die Positionskoordinaten der Kugel und auch ihre Geschwindigkeit in x- und y-Richtung mit Hilfe von Ortsaufnehmern bestimmen kann.
• Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, die Geschwindigkeit der Kugel mit Hilfe zusätzlicher Geschwindigkeitssensoren zu bestimmen. Allgemein kann somit eine bessere Meßgenauigkeit erhalten werden.
• Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, die Einrichtung mit einem Kraftaufnehmer zum Detektieren der auf das Element wirkenden Gesamtkraft zu versehen. Auf Basis dieser Information kann das Datenverarbeitungsgerät die Bremsmittel und/oder die Beschleunigungsmittel mehr oder weniger stark erregen. Weil die Größe der Erregung bekannt ist, kann die von der Bedienperson ausgeübte Bedienperson-Kraft einfach abgeleitet werden. Auf Basis der abgeleiteten Bedienperson-Kraft ist es anschließend möglich, die gewünschte Erregung der Bremsmittel und/oder der Beschleunigungsmittel zu verändern.
• Für den Fachmann wird deutlich sein, daß das obige Beispiel nur zur Erläuterung der Erfindung gegeben worden ist. Zusätzlich zu der Möglichkeit, einer gewünschten Strecke zu folgen, kann auch an den Einsatz der Erfindung beim Zugriff auf ein Menü gedacht werden. Die Kugel (Cursor) wird dann quasi zu einem gewünschten Auswahlblock geführt.
• Es sollte auch deutlich sein, daß die erfindungsgemäßen Beschleunigungsmittel so eingestellt werden können, daß eine Kugel aus dem Stillstand heraus ihre eigene Bewegung beginnen kann, wenn sich die Kugel in einer verbotenen Fläche befindet, aber in diesem Fall sollten die Beschleunigungskräfte so eingestellt sein, daß jegliche oszillierende Bewegung gedämpft wird.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung umfaßt vorzugsweise eine Rollkugel. Eine Rollkugel ist eine wohlbekannte Einrichtung, bei der eine Kugel in einem Halter aufgenommen ist. Manchmal ist eine Rollkugel gegenüber einer sogenannten Maus zu bevorzugen, insbesondere wenn die verfügbare Tischfiäche nur begrenzt ist, weil die Maus über eine Fläche bewegt werden muß. Eine Rollkugel nimmt jedoch einen festen Platz ein und kann auch integriert werden, beispielsweise in einer Tastatur. Bei Verwendung einer Rollkugel hat die Bedienperson häufig Schwierigkeiten beim Zeichnen gerader Linien auf dem Wiedergabeschirm durch Drehen der Kugel. Dies liegt daran, daß das Zeichnen einer geraden Linie ein lineares Antreiben der Kugel bedeutet. In der Praxis wird jedoch eine Rollkugel im allgemeinen von der Bedienperson aus dem Handgelenk heraus betätigt, wobei das Handgelenk der Bedienperson auf einer festen Unterlage ruht, beispielsweise einer Schreibtischfläche. Bewegungen der Hand oder Finger der Bedienperson beschreiben jedoch in solchen Fällen keine gerade Linie, sondern eher eine Annäherung an eine kreisförmige Kurve. In solchen Fällen könnte die Erfindung verwendet werden, indem dafür gesorgt wird, daß horizontale Bewegung auf dem Bildschirm gegenüber vertikaler Bewegung bevorzugt wird, so daß einfach auf aufeinanderfolgende Wörter in einer einzelnen Textzeile gewiesen werden kann. Dies würde bedeuten, daß jede Textzeile eine bevorzugte Fläche in Form eines schmalen Streifens hat. Aneinander anschließende Zeilen sind durch Streifen nicht gewünschter Fläche getrennt, die zum Durchlaufen zusätzliche Kraft erfordern würden. Die Größe einer solchen Kraft könnte einstellbar gemacht werden. Auch der Prozessor selbst könnte diese bevorzugten/nicht gewünschten Streifen ausschließlich an gefüllte Textfläche zuweisen. Verschiedene andere Layouts bevorzugter/nicht gewünschter Flächen sind denkbar. Sie könnten einem Benutzer auch durch geeignetes Schraffieren oder durch Farben gezeigt werden.

Claims (12)

1. Dateneingabeeinrichtung zur Verwendung mit einem Datenverarbeitungsgerät, wobei diese Einrichtung ein Gehäuse umfaßt, das ein physikalisches Element (30, 50) enthält, das zumindest eine Achse mit Rotationssymmetrie aufweist und eine Drehbetätigung durch einen Benutzer rund um irgendeine der genannten zumindest einen Achse relativ zu dem genannten Gehäuse zuläßt, wobei die genannte Einrichtung Sensormittel (33, 34, 53, 54) aufweist, um bei der genannten Betätigung dem genannten Datenverarbeitungsgerät ein Sensorsignal zuzuführen, um daraufhin einen Wiedergabe- Anzeiger gemäß einer Ansammlung der genannten Betätigungen auf einem Wiedergabemittel zu bewegen, wobei die genannte Einrichtung Steuerungsmittel (35, 36) aufweist, um in Reaktion auf das genannte Sensorsignal die genannte Drehbetätigung abzubremsen, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Steuerungsmittel sowohl positive als auch negative Beschleunigungen steuern, relativ zu der genannten Drehbetätigung, wie sie von dem genannten Datenverarbeitungsgerät gemäß einem Positionssignal des genannten Wiedergabe-Anzeigers auf dem genannten Wiedergabernittel regiert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannten positiven und negativen Beschleunigungen aus einem auf die genannten Wiedergabemittel abgebildeten Potentialfeld stammen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die genannten positiven und negativen Beschleunigungen von einer tatsächlichen Geschwindigkeit der genannten Drehbetätigung zumindest mit bestimmt werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das genannte physikalische Element kugelförmig ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die genannten Sensormittel das Detektieren einer tatsächlichen Gesamtkraft auf das genannte Element in zumindest einer Koordinatenrichtung ermöglichen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die genannten Sensormittel das Detektieren einer Momentangeschwindigkeit des genannten Elements bezüglich des Gehäuses ermöglichen.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die genannten Beschleunigungen mehrwertig sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit Zuweisungsmitteln versehen, um einem Element eine zuvor bestimmte virtuelle Rotationsträgheit zuzuweisen.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, als Rollkugel-Einrichtung ausgeführt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, als Maus-Einrichtung ausgeführt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zumindest einen elektromechanischen Motor (55, 56) umfaßt, um sowohl die positive als auch die negative Beschleunigung zu verschaffen.

12. Datenverarbeitungsgerät mit Wiedergabemitteln und einer Dateneingabeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.