NO300943B1

NO300943B1 - Redskap for posisjonering og kontroll av objekter i to eller tre dimensjoner

Info

Publication number: NO300943B1
Application number: NO951274A
Authority: NO
Inventors: Steinar Pedersen
Original assignee: Steinar Pedersen
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 1997-08-18
Also published as: CN1101967C; ATE209798T1; DE69617413T2; NO951274D0; DE69617413D1; CN1180434A; EP0819282A1; NO951274L; EP0819282B1; KR19980703542A; ES2166439T3; US6232959B1; JP2000507370A; WO1996031836A1

Description

Den beskrevne oppfinnelse omfatter et redskap som kan benyttes for styring og kontroll av to- eller tredimensjonale "objekter" (f.eks. PC-markører) som er projisert på en computer-skjerm eller i "virtuelle rom" generert ved hjelp av egnet visualiserings-utstyr, og for kontroll av fysiske objekter, f.eks. i forbindelse med robot-teknikk.

Den viktigste årsak til den raskt økende bruk av datamaskiner har sannsynligvis sammenheng med utviklingen av programvare som er generelt anvendbar, i tillegg til en stadig enklere interaksjon mellom bruker og datamaskin som tillater legmann uten spesiell erfaring å benytte systemet uten særlige vanskeligheter. I tillegg til tradisjonell data-innmating og aktivering av programvare via tastaturet, kan bruker nå legge inn informasjon og gi kommandoer ved å velge mellom menyer og grafiske symboler som framtrer på skjermen.

Hos datamaskiner som benyttes idag foregår dette ved hjelp av forskjellige spesialiserte styreredskaper,

hvorav de mest populære er musa, styrekulen og styrespaken.

Den elektromekaniske "bestefar-musa" som er beskrevet i U.S. Pat. 3,541,541 ble utviklet ved Stanford Research Institute. Denne musa anvender et par hjul som roterer potensiometre og omsetter X og Y bevegelse til analoge signaler. Videre utvikling av konseptet førte til anvendelse av en kule i stedet for to hjul, noe som ga en mer uniform bevegelse.

En typisk mus består av en innretning som holdes i hånden, hvor en bevegelse av musa på overflaten av et bord eller et annet fast underlag gir posisjonelle signaler til monitoren. Bevegelsen registreres av en kule som via valser er koplet til potensiometre som gir signaler som indikerer en X-Y posisjon (U.S. Pat.

3,304,434; 3,541,541; 3,269,190; 3,835,464; 3,892,963 og 3,987,685). Andre mus-systemer vil via den roterende kulen gi en rotasjon av et blendersystem som er plassert i en lysvei, og som ved bevegelse avbryter lysstråler og gir pulsformete posisjonssignaler til monitoren (U.S.

Pat. 3,892,963; 3,541,521 og 4,464,652).

En styrekule likner musa, men har den fordel at den kan inkorporeres i bærbare datamaskiner. I motsetning til musa er dette redskapet fastmontert, og i stedet for at kula beveges over en overflate vil brukeren roterer kula med tommelen eller med andre fingre. Eksempler på

styrekuler er gitt i U.S. Pat. 5,122,654 og 5,008,528.

Mens nevnte mus og styrekuler har vist seg å være svært nyttige for styring og kontroll av skjermmarkører har de ikke vært spesielt pålitelige, spesielt ikke etter lang tids bruk. Spesielt blir de mekaniske, bevegelige deler lett skitne, og kulen vil glippe mot underlaget og gi en uregelmessig bevegelse av skjermmarkøren. Ett hovedmål ved konstruksjon av nye muse-varianter har derfor vært å

redusere antall bevegelige deler for derved å eliminere de overfor nevnte ulemper og gi en mus med høy grad av

pålitelighet selv etter lang tids bruk. En utvikling har gått i retning av optisk deteksjon av muse-bevegelsene.

Konseptet med optisk "tracking", dvs. påvisning av bilder i form av spor, linjer, stavkoder etc. er ikke nytt. Eksempler på slik "tracking" er vist i U.S. Pat.

3,496,364; 3,524,067; 4,114,034 og 4,180,704.

Eksempler på slik "tracking" som utnytter en eller flere optiske detektorer er vist i U.S. Pat. 3,496,3 64;

3,524,067; 4,114,034 og 4,180,704. Ingen av disse "tracking"-redskapene er brukbare for å utføre de funksjoner som er nødvendig for styring av skjermmarkør,

dvs. de gir ingen mulighet for kontroll av retning og hastighet. U.S. Pat. 4,409,479 beskriver et redskap som utnytter et optisk deteksjonsprinsipp for å registrere mus-bevegelser. Signalet angir retning og bevegelse i forhold til et ortogonalt koordinatsystem. Redskapet bygger på et ortogonalt rastersystem med linjer som er plassert med jevne mellomrom. Et alternativt system for optisk "tracking" er beskrevet i U.S. Pat. 5,288,993

hvor pekeredskapet inkorporerer en vilkårlig mønstret kule som er bestrålt med diffust lys. Et bilde av det belyste området av kulen fokuseres ved hjelp av et optisk element på en fotosensitiv matrise. Logikk som er assosiert med den fotosensitive matrisen vil påvise en eventuell bevegelse av kulen, og vil omdanne bevegelses-informasjonen til et konvensjonelt kontroll-signal som overføres til maskinvaren.

En annen utviklingsretning som har siktet mot få

bevegelige deler er magneto-elektrisk deteksjon av "tracking"-funksjonene. Den europeiske patentsøknad EP

0,539,599 beskriver et redskap som overfladisk sett likner på en styrekule, og som opereres på samme måte.

Redskapet omfatter en halvkuleformet glider som har en sterk magnet festet til undersiden. Når glideren beveges vil flukstettheten gjennom de magneto-elektriske konversjonselementer som sitter i den stasjonære del av redskapet endres, og derved den resulterende spenning. Denne spennings endringen benyttes for å kontrollere posisjonen til markøren. Det beskrevne pekeredskapet innehar dessuten muligheter for endring fra posisjonskontroll til hastighetskontroll når glideren beveges ut over et bestemt bevegelsesområde. Når man skifter fra posisj onskontroll til hastighetskontroll, vil den siste og den nest siste posisjonsinformasjon benyttes for å etablere en vektor som er definert av de to posisjoner, og denne vektoren benyttes for å kontrollere markørens hastighet og retning. Det er ikke mulig å endre bevegelsesretning for skjermmarkøren mens hastighetskontroll-funksjonen er i bruk.

Styrekulene og den halvkuleformete glider opereres med tommelen som i utgangspunktet ikke er spesielt trenet for presis styring. Andre systemer anvender pekefinger-kontroll eller inkorporerer styrespaker som gripes med fingerne eller hånden, og gir således bedre presisjon. U.S. Pat. 4,736,191 beskriver et redskap som inkorporerer en fingerplate-aktuator som er montert på et underlag som er bevegelig i flere retninger. Posisjonen til fingerplaten kan registreres ved hjelp av potensiometre og benyttes for å kontrollere bevegelsen til en markør eller et annet bilde på datamaskin-skjermen. U.S. Pat. 4,680,577 beskriver en flerfunksjonen tast som kan beveges sideveis og dermed gi markør-kontroi1, og i tillegg beveges vertikalt for inntasting av tegn. Sensorer, f.eks. bøynings- eller trykk-sensorer koples til tasten og registrerer den sideveis bevegelsen. En tilnærmet identisk tast-basert kontrollredskap er beskrevet i PCT/US89/05662, og omfatter en tast som kan beveges i horisontalplanet med en finger. Bevegelser av tasten resulterer i en tilsvarende retningsbestemt bevegelse av markøren og en vertikal kraft applisert på tasten aktiverer en bryter som tilsvarer bruk av en museknapp. Flere ulike prinsipper er foreslått for å detektere horisontal bevegelse av tasten, som f.eks. stress-sensorer, optiske detektorer, kondensatorer og induktorer. En liknende styreanordning er beskrevet i EP A3 0,295,368, hvor et fingergrep som opereres tilsvarende en joy-stick utnytter en infrarød transmitter og fire eller åtte optiske detektorer for registrering av en lateral bevegelse av fingergrepet. EP Al 0,640,937 beskriver et annet tast-basert kontrollredskap som bygger på joy-stick prinsippet, hvor en sideveis bøyning av tasten i en vilkårlig retning påvirker ledningsevnen mellom kontaktpunkter på tasten og et nettverk av stasjonære,

omliggende kontaktpunkter.

En spesiell begrensning hos mange av de redskaper som er beskrevet i patentlitteraturen er at graden av presisjon er liten i forhold til den presisjon og regnekraft man finner hos dagens datamaskiner. En viktig årsak til manglende presisjon er at redskapene er vanskelige å kontrollere fordi de ikke utnytter motoriske evner og erfaring hos den menneskelige muskulatur. Redskapet som er beskrevet i U.S. Pat. 4,719,455 gir en noe bedre presisjon og er mer i overensstemmelse med operatørens evne til presis manøvrering idet det opereres ved hjelp av både hånd og fingerbevegelser, inkludert fin og grov bevegelseskontroll. Utstyret inkluderer et ytre, gripbart deksel og en indre, bevegelig finger-plate. En bevegelsesdetektor utnytter et raster-mønster som genereres av en laserstråle.

Andre redskaper som er beskrevet i patentlitteraturen inkorporerer en spake som sentralt kontrollelement.

PCT/JP89/01148 utnytter en penn-liknende griperedskap som kan anvendes for innmating av tegn og symboler.

Griperedskapet beveges på en overflate og passerer en rekke forhåndsdefinerte deteksjonssteder. Flere bevegelsesmønstre som korresponderer med tegn, symboler og prosess-kommandoer defineres på forhånd. Redskapet er ikke beregnet for markørkontroll. Et liknende redskap som er beregnet for innmating av tegn er beskrevet i PCT/CA90/00022 og omfatter en rekke brytere som aktiveres ved hjelp av en plate som beveges av en pennespiss. Redskapet som er beskrevet i U.S. Pat.

4,935,728 gir i sitt ene kontrollmodus en

markørbevegelse som er kongruent med håndtakets bevegelse og i sitt andre modus en bevegelse som er avhengig av avstand fra ytterkanten av display-området.

Det andre kontrollmodus kan aktiveres ved en bevegelse

som er større enn en forhåndsbestemt hastighet eller ved at markøren befinner seg i en posisjon i ytterkanten av håndtakets bevegelsesområde. Redskapet utnytter et opto-elektronisk system for deteksjon av bevegelse, hvor lysstråler passerer et rastersystem i detektorens vegger og genererer pulser simultant med bevegelse i to dimensjoner. Et liknende deteksjonsprinsipp er utnyttet i EP A3 0,556,93 6, hvor en lateral bevegelse av et håndtak genererer lyspulser som benyttes for å

registrere bevegelse i to ortogonale retninger parallelt til bevegelsesplanet.

Denne forfatter har utviklet et styreredskap som er beskrevet i PCT/N094/00113, hvor det sentrale kontroilelement er et gripbart håndtak som er festet til en plate, som igjen er koplet til to separate signal-genererende systemer. Det første omfatter et elektromekanisk, valse-basert system eller et opto-elektronisk system som gjør bruk av reflekterende kryss-mønster. Det første signal-genererende system er forbundet med platen og vil detektere platebevegelser i alle retninger i X-Y planet. En platebevegelse vil avstedkomme en kongruent bevegelse av skjermmarkøren. Det annet signal-genererende system er forbundet med håndtaket, og vil føle en bøyning eller lateral kraft via trykksensorer eller opto-elektroniske elementer. Det hevdes at denne oppfinnelsen har mange av de fordeler man leter etter hos den ideelle kontrollredskap.

De tidligere beskrevne redskaper er hovedsakelig ment å

detektere og formidle bevegelse i to dimensjoner.

Imidlertid har økt bruk av datamaskiner for representasjon og manipulasjon av geometriske figurer i tredimensjonale rom medført forsøk på utvikling av redskaper som tillater kontroll av objekter i tre dimensjoner. Dette er spesielt tilfelle i forbindelse med robotisering, modellering, simulering og animering av objekter. U.S. Pat. 3,898,445 beskriver en metode for å bestemme posisjonen av et objekt i tre dimensjoner ved å måle den tid det tar for et antall lysstråler å sveipe mellom bestemte referansepunkter og objektet. U.S. Pat.

4,766,423 og 4,812,829 beskriver kontrollredskaper og metoder for å styre en markør i et tredimensjonalt rom ved bruk av en joystick og en "gasspedal". U.S. Pat.

4,835,528 illustrerer et kontroll-system som utnytter bevegelsen av ei mus på en overflate som inneholder logisk definerte regioner, og hvor bevegelser av musa tolkes av systemet som bevegelse i et tredimensjonalt rom. Et styreredskap som er beskrevet i U.S. Pat.

4,787,051 utnytter en mus som er utstyrt med treghets-baserte aksellerasjonssensorer som tillater operatøren å

gi informasjon om tredimensjonal konfigurasjon. U.S.

Pat. 5,181,181 beskriver en mus som føler seks typer bevegelse i tre dimensjoner. Redskapet inkluderer aksellerometere som registrerer lineær bevegelse langs tre akser og angulære sensorer som føler rotasjon. Patentsøknad GB A 2,247,938 beskriver et kontrollredskap som gjør bruk av kondensatorer som er plassert i spesielle mønstre for å detektere bevegelse og posisjon i X-Y planet av en plate/håndtak-konfigurasjon. Dette redskapet har også mulighet for å benytte rotasjon og vertikal bevegelse av håndtaket som kontrollmodi, og kan således benyttes for markør- og objektkontroll i tre dimensjoner. Dets 3-D anvendelser er imidlertid begrenset på grunn av manglende muligheter for å avstedkomme rotasjon rundt vilkårlige akser i X-Y planet.

De tidligere beskrevne styreredskaper har en rekke begrensninger og mangler, hvorav de viktigste er de følgende: 1. Bevegelsen av musa på en overflate styres av muskler som ikke er trenet for presis manøvrering. Følgelig er heller ikke den ledsagende bevegelse av skjermmarkøren spesielt presis. Mens musas presisjon er tilstrekkelig for de fleste praktiske formål, er den ikke spesielt velegnet for grafikk og frihåndstegning. Musa som separat enhet har videre begrenset anvendelse i forbindelse med bærbare datamaskiner (laptop, notebook, sub-notebook og palmtop computere). Dessuten tapes tid under forsøk på presis posisjonering av markøren over ikoner og symboler og ved skifting mellom informasjonsinnmating via tastatur og mus. Kula og valsene blir lett dekket med skitt, noe som fører til ukontrollert og uregelmessig bevegelse etter kort tids bruk. Bevegelse av hånden under styring av musa kan videre medføre slitasjeskader, spesielt som følge av hyppig bruk. 2. Styrekula og liknende tommel-opererte redskaper gir unøyaktig bevegelse av markøren. Den er imidlertid mindre utsatt for skitt og slitasje enn den klassiske musa, og er velegnet for inkorporering i portable datamaskiner. 3. Finger og hånd-opererte redskaper som er basert på "joystick"-prinsippet (f.eks. "track-point" og andre tast-baserte innmatingsredskaper) tillater en rask og ubegrenset bevegelse av markøren. Selv om operasjonen kan være enkel og intuitiv, er ikke slike redskaper brukbare for presisjonsoppgaver 4. De deteksjonssystemer som er benyttet i redskaper som er beskrevet tidligere er ikke alle like presise, og er således ikke i samsvar med den presisjon som kreves av moderne computere, bl.a. for kontroll i virtuelle rom og for bruk i forbindelse med robot-teknikk. Ikke engang tidligere beskrevne laser-baserte detektorer utnytter fullt ut det potensiale for presisjon som denne teknologien innehar. 5. Redskaper som er beregnet for flerdimensjonal kontroll mangler kraften ved intuitiv manipulasjon, og gir ikke på langt nær den presisjon som trengs for tilfredsstillende objektkontroll, f.eks. i et tredimensjonalt, virtuelt rom.

Ideelt sett bør redskapet

1. være tilstrekkelig nøyaktig til å kunne benyttes for flerdimensjonale operasjoner og for grafisk computer-arbeid, 2. tillate rask og kontinuerlig bevegelse av et objekt eller en markør over hele computerskjermen og i et virtuelt rom og for rask og presis posisjonering av

objektet,

3. være godt egnet for presis og rask interaksjon mellom operatør og computer og programvare via en

grafisk interfase (menyer, ikoner etc.)

4. være velegnet for inkorporering både i stasjonære og portable computere, på en måte som tillater at samme

teknikk kan anvendes for alle typer maskiner,

5. tillate fullstendig integrering i tastatur eller computerchassis,

6. tillate ubegrenset markørbevegelse,

7. tillate rask iverksetting av kommandoer,

8. innebære minimalt skifte av grep under bruk,

9. gi logisk markørrespons, dvs. objektet eller markøren responderer som intuitivt forventet i to

eller tre dimensjoner,

10. ha gode ergonomiske egenskaper

11. ha få bevegelige deler

12. være velegnet for modulær konstruksjon; dvs. være velegnet for å kunne settes sammen for å

tilfredsstille ulike behov, og

13. være enkelt, varig, robust og billig

Det tidligere nevnte redskap som er utviklet av denne oppfinner og beskrevet i PCT/NO94/00113 tilfredsstiller mange av de ovennevnte krav, spesielt på grunn av at dens hovedkontrollelement, fingergrepet eller spaken håndteres ifølge en skrive- eller tegnebevegelse og derved utnytter den presise motoriske evne hos hånd, tommel og pekefinger i kombinasjon. De beskrevne anvendelser av nevnte oppfinnelse utnytter imidlertid ikke alle potensielle kontrollmuligheter som er innebygget i denne konfigurasjonen. Dette skyldes hovedsakelig at sensorsystemene som er anvendt setter begrensninger. Dette potensialet kan bare realiseres dersom det benyttes helt andre prinsipper for bestemmelse av bevegelse og/eller posisjon av kontrollelementene.

De fleste kontrollredskaper utnytter bevegelse av et kontrollelement for å generere et signal som er indikativt for retning og bevegelseshastighet. Dette er også tilfellet med deteksjonssystemet som er assosiert med platen (heretter betegnet basalplaten) som er beskrevet i PCT/NO94/00113. Dette genererer to puls-tog som ledsager platens bevegelse i X- og Y-retning. Antall pulser som genereres i hver retning og hastigheten for pulsgenereringen vil reflektere kontrollelementets hastighet og bevegelsesretning. Slike puls-tog kan relativt enkelt anvendes for markørkontroll. Andre deteksjonssystemer for bevegelse som er beskrevet i tidligere patenter er generelt mindre nøyaktige.

Disse signalgenererende systemer er ikke spesielt velegnet for bruk i forbindelse med mer enn to kontrollmodi. Dersom redskapet skal benyttes for flere kontrollmodi blir systemet komplisert, unøyaktig og kostbart.

Den nye familie av kontrollredskaper som er utviklet av denne oppfinner og presentert i det følgende er basert på en liknende konfigurasjon av kontrollelementer som ble benyttet for redskapet beskrevet i PCT/NO94/00113. Oppfinnelsen beskrevet i dette dokument gjør imidlertid bruk av to viktige modifikasjoner: Den utnytter et helt forskjellig system for posisjonsbestemmelse og for generering av kontrollsignaler, og den utnytter fullt ut alle mulige kontrollmodi som er innebygget i håndtak-og-plate konfigurasjonen, noe som gjør den ideell f.eks. for objektkontroll i tre dimensjoner.

I stedet for å la et detektorsystem generere et pulstog eller et variabelt, analogt signal basert på bevegelse, posisjonsendring eller påtrykt kraft, utnytter denne oppfinnelsen et system for adresseavlesning for på den måten å definere nøyaktig og utvetydig posisjonen til redskapens kontrollelementer. For å oppnå dette benytter redskapet ett eller flere referanseplan som kontrollelementenes posisjon blir definert i forhold til. En forutsetning for denne nøyaktige posisjonsbestemmelsen er at overflatene på referanseplanene er dekket med et nettverk av elektronisk adresserbare elementer, eller at hvert av disse elementene innehar posisjonsinformasjon som kan avleses ved hjelp av egnet utstyr. Dette kan oppnås på flere ulike måter, som beskrevet nedenfor for de ulike klasser av praktiseringer av oppfinnelsen.

Den teknologisk enkleste og derfor foretrukne klasse av anvendelser utnytter et nettverk av lysdetekterende enheter (fotodiode gitter, "charge-coupled device", aktiv pixelsensor, etc.) som er lagt ut på overflaten av et referanseplan, og hvor hver enhets posisjon kan identifiseres, f.eks. når den treffes av en innfallende laserstråle. I en annen klasse av praktiseringer er overflaten av referanseplanet inndelt i pixler som inneholder trykt, gravert eller magneto-polarisert adresseinformasjon i digitalisert form, eller et spesifikt mønster som definerer pixlenes posisjon i forhold til sine naboer. Disse adresser eller mønstre påvises eller leses ved hjelp av en laserstråle eller en annen form for dirigert, konsentrert lys eller elektromagnetisk stråling. For enkelthets skyld benyttes heretter begrepet laserstråle som fellesbetegnelse for alle nevnte former for stråling.

Pixeladresser på overflaten av et referanseplan definerer absolutte og relative posisjoner, og kan anvendes for kongruent bevegelseskontroll. I tillegg benyttes pixeladresser for å definere vektorer som kan avstedkomme kontinuerlig, rettet bevegelse.

Hver gang et kontrollelement beveges i forhold til et referanseplan forårsaker denne endringen en posisjonsendring av laserstrålen relativt til samme referanseplan slik at nye lyssensitive enheter på planets overflate treffes av strålen, eller en ny pixeladresse kan leses av den reflekterte stråle. Siden hver lyssensitiv enhet og hver pixel har en unik adresse, kan denne endring i kontrollelementets orientering bli nøyaktig definert, og adresseendringene kan deretter legges til grunn for en posisjonsendring eller en kontinuerlig bevegelse av de objekter som er underkastet kontroll, enten det er skjermmarkører eller et fysiske objekter. I praksis kan dette skje ved at en mikroprosessor som er assosiert med maskinvaren transformerer adresseforandringer eller vektorer til signaler som definerer translokasjoner i forhold til et sett av koordinatakser som definerer objektets rom, eller man lar en "driver" tolke adresseinformasjonen og iverksette samme posisjonsendringer indirekte. Andre teknikker kan også anvendes for å transformere adresseinformasjon til input for objektkontroll og vil være kjent for fagmannen.

Bruk av spesifikk adresseinformasjon for å definere den romlige orientering av kontrollelementer har flere fordeler framfor andre systemer, ved siden av å gi grunnlag for eksakt posisjonsinformasjon. En bestemt posisjonsforandring trenger bare å bli definert ved sin start- og slutt-posisjonen dersom den intermediære bevegelse er uten betydning. Dersom forløpet av bevegelsen er viktig, kan bevegelsesmønsteret bestemmes ved å justere frekvensen av adressebestemmelse. Jo hyppigere det foretas adressebestemmelser, dess høyere blir sensitivitet og presisjon ved bruk. Følsomheten ved objektkontroll kan derved justeres i henhold til behov ved å tilpasse frekvensen for adresse-sampling. Av denne grunn er det også mulig å øke presisjonen ved å senke hastigheten for bevegelse av kontrollelementene, dette i kontrast til systemer som er basert på signalgenerering assosiert med bevegelse.

Det beskrevne adresse-avlesningssystemet kan benyttes for å avstedkomme en kongruent bevegelse hos objektet som følge av en tilsvarende bevegelse av et kontrollelement (mus-operasjon) , men også for å gi opphav til en kontinuerlig, vektoriell bevegelse (joystick operasjon) . Sistnevnte kan oppnås ved at man lar kontrollelementene beskrive vektorer, der adressen til "normalposisjonen" definerer starten og adresser som beskriver avvik fra normalposisjonen definerer endepunktet av vektoren. På denne måten vil både retning og utstrekning av vektoren defineres ved et sett av adresser.

Redskapet kan også inkorporere analysefaciliteter som tolker posisjonsendringer hos kontrollelementene forskjellig, avhengig av elementenes orientering i forhold til normalposisjon og grensen for deres bevegelsesområde. En posisj onsendring nær yttergrensen kan f.eks. avstedkomme en mer utstrakt bevegelse av objektet enn endringer nær kontrollelementenes normalposisj on.

Det beskrevne prinsipp som anvender treffpunktet for en laserstråle på ett eller flere referanseplan for å definere en romlig orientering av kontrollelementer kan implementeres teknologisk på flere forskjellige måter. De fire klasser av tekniske løsninger som er utnyttet av oppfinneren er følgende: 1. Første klasse: Anvender referanseplan som er dekket med lys-detekterende enheter som hver har sin spesifikke adresse. Bestanddeler som er ansvarlig for å styre laserstråler mot referanseplanet (kan omfatte speil, linser, fokuserings-spoler, etc.; heretter betegnet stråledirigerende komponenter) er koplet til kontrollelementene. En endring i den romlige konfigurasjon av kontrollelementene vil endre orienteringen av de stråledirigerende komponenter og deres assosierte stråle(r), og følgelig strålens treffpunkt på overflaten av referanseplanet. Ett stasjonært referanseplan er tilstrekkelig for posisjonsbestemmelse av flere kontrollelementer, forutsatt at de ulike stråler kan identifiseres å være assosiert med spesifikke kontrollelementer. 2. Annen klasse: Anvender et referanseplan dekket med lys-detekterende enheter. Lysveien for laserstrålene er fiksert i forhold til redskapet, mens referanseplanene er koplet til, eller på annen måte arrangert slik at en bevegelse av kontrollelementene vil endre posisjonen til referanseplanene i forhold til de innfallende laserstråler. En endring i romlig orientering av et kontrollelement vil følgelig endre strålens treffpunkt. Denne tekniske løsning krever bruk av flere referanseplan, avhengig av antall kontrollmodi som er i bruk. 3. Tredje klasse: Anvender referanseplan med adresse-holdige pixler. Stråledirigerende komponenter er koplet til kontrollelementene. En endring i romlig konfigurasjon av et bestemt kontrollelement vil endre orienteringen av dens stråledirigerende komponenter og assosierte stråle(r), og følgelig strålen(e)s refleksjonspunkt fra referanseplanet. Ett referanseplan er tilstrekkelig for å beskrive orienteringen til mange kontrollelementer, forutsatt at de forskjellige strålerefleksjoner kan identifiseres å være assosiert med bestemte kontrollelementer. Redskapet inkorporerer også faciliteter som kan analysere refleksjonene, f.eks. enkle sensorer assosiert med scannere eller sensornettverk. 4. Fjerde klasse: Anvender referanseplan med adresse-holdige pixler. Laserstrålenes lysveier er fiksert i forhold til redskapet, mens referanseplanene er koplet til, eller på annen måte arrangert slik at en bevegelse av kontrollelementene vil endre posisjonen til referanseplanene relativt til de innfallende laserstråler. Denne tekniske løsning krever bruk av flere referanseplan, avhengig av antall kontrollmodi som anvendes. Redskapet inkorporerer også faciliteter for å analysere de reflekterte lysstråler, f.eks.

enkle sensorer assosiert med scannere eller sensornettverk.

Håndtaket (spaken) og basalplaten som anvendes som kontrollelementer ifølge herværende oppfinnelse gir muligheter for utnyttelse av fem ulike kontrollmodi: 1. Bevegelse av basalplaten i alle retninger i X-Y planet (mus-operasjon); 2. Bøyning av håndtaket relativt til platen (joy-stick operasjon); 3. Sideveis bevegelse av spaken relativt til platen; 4. Vertikal bevegelse av spaken relativt til platen; 5. Rotasjonsbevegelse av spaken relativt til platen.

Musa og joy-stick'en utnytter bare ett av de beskrevne kontrollmodi for kontroll av bevegelse og posisjon, mens PCT/N094/00113 anvender to (1 og 2 eller 1 og 3). Herværende oppfinnelse utnytter imidlertid alle fem kontrollmodi simultant, og gir derfor mulighet for utstrakt kontroll av objekter i tre dimensjoner: Modus 1 og 4 kan benyttes for romlig posisjonering, 2 og 5 for rotasjon rundt perpendikulære akser og modus 3 for "scrolling" eller transponering av referanserammen i en vilkårlig retning i et horisontalt eller vertikalt plan. En mer detaljert beskrivelse av redskapets deler og operasjoner er gitt i det etterfølgende.

Ifølge herværende oppfinnelse beskrives et styringsredskap som omfatter en finger- eller håndgripbar bestanddel (håndtak, spake) som er montert på en plate (basalplate), hvor begge utgjør sentrale kontrollelementer hos redskapet. Spaken har generelt en sylindrisk form med diameter på 3-50 mm og høyde på 5-150 mm, fortrinnsvis skulpturert og dekket med et gummi-liknende materiale som gir best mulig håndteringskomfort. Basalplaten er begrenset i sin bevegelse til et avgrenset område av planet som er ekvivalent med en sirkel med diameter 5-200 mm; området selv kan ha et vilkårlig form, men formen er fortrinnsvis en sirkel. Platen er definert å være i sin "normale" stilling når håndgrepet er lokalisert i sentrum av det avgrensede område. Basalplaten beveges ved hjelp av spaken.

Spaken er fleksibelt montert til basalplaten, noe som tillater en simultan bevegelse av de to

kontrollelementer relativt til stasjonære deler av redskapet, mens det samtidig tillater at håndgrepet kan beveges i forhold til basalplaten. Redskapet har

fleksible deler (fleksible kraver, fjærer, pneumatiske innretninger, etc.) som automatisk vil bringe spaken tilbake til en normal, foretrukket posisjon relativt til basalplaten dersom den ikke utsettes for en retningsbestemt kraft. Det er også inkorporert innretninger som får brukeren til å føle når spaken inntar sin normale posisjon. Redskapet har også analysefaciliteter som forhindrer spaken å initiere objekt-bevegelser inntil en posisj onsendring i forhold til normalposisjonen har passert en terskelverdi.

De fem kontrollmodi som er beskrevet ovenfor utnyttes på følgende måte: 1. Bevegelse av basalplaten relativt til en stasjonær del av redskapet benyttes for eksakt posisjonering og bevegelseskontroll for et objekt i X-Y-planet. Bevegelsesmønsteret for platen og objektet er generelt kongruent; 2. Bøyning av spaken i hvilken som helst retning relativt til basalplaten benyttes for å avstedkomme en kontinuerlig bevegelse og til å kontrollere hastighet og retning for bevegelse av et objekt i X-Y-planet; alternativt, å avstedkomme og kontrollere rotasjon av et objekt rundt en vilkårlig akse i X-Y planet. Bøynings retning og bøyningsvinkel for spaken relativt til normalposisjonen vil avgjøre retning og hastighet for objektbevegelse eller retning og hastighet for rotasjon; 3. Sideveis (lateral) bevegelse av spaken i en vilkårlig retning relativt til platen benyttes for å avstedkomme en kontinuerlig bevegelse og for å kontrollere hastighet og retning for bevegelse av et objekt i X-Y-planet; alternativt, å benyttes for "scrollig"-formål hvorved referanserammen blir transponert. Retning og grad av avvik fra normalposisjonen vil bestemme retning og hastighet

for objektbevegelse eller retning og hastighet for

"scrolling".

4. Løfting/nedtrykking av spaken relativt til basalplaten blir brukt for å kontrollere bevegelse av et objekt langs Z-aksen i et tredimensjonalt koordinatsystem, hvorved retning og grad av avvik fra en normalposisjon angir Z-koordinaten til objektet, eller alternativt, kontrollerer hastigheten for bevegelse opp eller ned langs Z-aksen. Løfting/nedtrykking av spaken kan også benyttes for bryterfunksjoner med tre eller fire bryterposisjoner;

alternativt, i form av kombinasjoner av Z-bevegelse

og bryterfunksjoner.

5. Rotasjon av håndgrepet med klokken eller mot klokken relativt til platen benyttes for å rotere et objekt rundt Z-aksen. To forskjellige operasjonsmodi benyttes: a) En normal, foretrukket posisjon defineres og rotasjon med klokken eller mot klokken begrenses innen en definert sektor,- retning og grad av avvik fra normalposisjonen definerer retning og rotasjonshastighet; eller b) håndtaket gis mulighet for å rotere uten begrensninger, og rotasjonen av håndtaket følges av en kongruent rotasjon av objektet.

De ovenfor beskrevne operasjonsmodi kan settes sammen i en hvilken som helst kombinasjon i henhold til spesifikke behov, idet redskapet er basert på en modulær konstruksjon. Redskapet omfatter detektorsystemer som kan definere den romlige posisjon av spaken i forhold til basalplaten og for å definere posisjonen til basalplaten relativt til de stasjonære deler av redskapet. Detektoren inkorporerer en eller flere laserstråler som treffer referanseplanene i punkter som kan identifiseres presist, enten som følge av at strålene treffer adresserbare, lys-detekterende enheter i et sensornettverk (arrays), eller som følge av at de reflekterer pixel-adresser fra treffpunktet; disse refleksjonen blir deretter analysert av lyssensorer eller sensornettverk. Sistnevnte teknologi blir brukt i optiske lagringsmedia (CD-ROM, CD-plater), hvor en reflekterende overflate bærer informasjon i form av en sekvens av reflekterene og ikke-reflekterende områder (laser-graverte eller magneto-polariserte prikker).

Lys-sensorene som enten er lokalisert på overflaten av referanseplanet eller i analyseseksjonen av redskapet er tilknyttet en prosessor som vil tolke sensorsignalene som adresseinformasjon, og vil overføre informasjon om adresseforandring til objektkontrollsystemet. Her vil informasjonen bli håndtert av drivere eller elektroniske kretser som vil posisjonere objektet eller markøren i henhold til posisjonsendringen av kontrollelementene.

Den tidligere omtalte adresseregistrering behøver ikke foretas kontinuerlig, men heller ifølge en forutbestemt frekvens som er bestemt av den ønskete sensitivitet og presisjon hos redskapet. Denne adresse-samplingsrutinen kan redusere systemets informasjonsbelastning og følgelig dets prosesseringsbehov.

De forskjellige kontrollmodi kan være i virksomhet samtidig og uavhengig. Det er imidlertid viktig å legge merke til at den laterale bevegelse av spaken i forhold til basalplaten fortrinnsvis utøves når platen skyves mot ytre kant av sitt bevegelsesområde.

Foretrukne anvendelser vil nå bli beskrevet ved hjelp av eksempler med referanse til medfølgende figurer, hvor: Fig. 1 viser en perspektivskisse av de to kontrollelementer i den beskrevne oppfinnelse; Fig. 2 viser en perspektivskisse av kontrollredskapet inkorporert i et computerchassis; Fig. 3 viser et vertikalt snitt av kontrollredskapet ifølge en foretrukket praktisering av oppfinnelsen; Fig. 4 viser kontrollredskapet inkorporert i en lap-top computer; Fig. 5 viser kontrollredskapet inkorporert i et computer tastatur; Fig. 6 viser et vertikalt snitt av hovedbestandelene av kontrollredskapet; Fig. 7 viser et vertikalt snitt av spaken og laserstråle dirigerende komponenter; Fig. 8 viser et vertikalt snitt av en stråledirigerende komponent som inkorporerer en fokuseringsspole; Fig. 9 viser et vertikalt snitt av en stråledirigerende komponent som inkorporerer en objektivlinse; Fig 10 viser sett ovenfra en skjerm med to blender som benyttes i den stråledirigerende komponent beskrevet i Fig. 9; Fig. 11 viser et vertikalt snitt av deler av kontrollelementene, inkludert tre stråledirigerende komponenter med indikasjon av lysveier fra hver komponent; Fig. 12 viser sett ovenfra et referanseplan, med prikker som illustrerer punkter hvor strålene treffer overflaten av planet; Fig. 13 og 14 viser effekten av å trekke spaken opp, og hvordan dette påvirker stråleveiene; Fig. 15 A-C viser strålenes treffpunkter på overflaten

av referanseplanet og nøkkeldistanser som blir brukt for å beregne den romlige orientering av kontrollelementene,-

Fig. 16, 17 og 18 illustrerer hvordan en manipulasjon av spaken påvirker stråleveiene og mønsteret for

treffpunktene ,-

Fig. 19 A og B viser et omriss av strålen når den treffer to sensornettverk med ulik pixelstørrelse; Fig. 20 A-H viser alternative strålemønstre og stråleformer som kan benyttes for å definere romlig orientering av kontrollelementene; Fig. 21 viser dels en perspektivskisse, dels et snitt av kontrollredskapet ifølge en annen klasse av praktiseringer av oppfinnelsen; Fig. 22 viser et vertikalt snitt av kontrollredskapet; Fig. 23 og 24 viser detaljstudier av et vertikalt snitt av kontrollelementer og detektordeler av redskapen,-Fig. 2 5 viser sett ovenfra laserkilden og stråleledende deler av redskapen,-Fig. 26 og 27 viser detaljstudier av strålesplitteren, inklusive lysveier,-Fig. 28 og 29 viser et vertikalt snitt og sett ovenfra platen som tjener som referanseplan for spakens bøyningsbevegelser; Fig. 3 0 viser overflaten av referanseplanet som er beskrevet i Fig. 28 og 29, som indikerer nærvær av et lysdetektornettverk; Fig. 31 og 32 viser vertikale snitt av et stråleledende system ifølge en praktisering av oppfinnelsen, inkludert stråleveiene,• Fig. 32 viser sett fra siden stråleledende moduler ifølge en praktisering av oppfinnelsen; Fig. 34 viser et horisontalt snitt av et stråleledende system; Fig. 35 og 3 6 viser et vertikalt snitt av kontrollelementer og detektordeler av redskapet ifølge en fjerde klasse praktiseringer av oppfinnelsen; Fig. 37 viser et horisontalt snitt av laserkilden og den stråleledende del av redskapet; Fig. 38 viser et horisontalt snitt av et stråleledende system; Fig. 39 viser en stråleleder sett fra siden; Fig. 40 viser stråleveiene i et stråleledende system,-Fig. 41 og 42 viser horisontale og vertikale snitt av et stråleledende system med separate sensorer; Fig. 43 viser stråleledende moduler sett fra siden; Fig. 44 viser lysveien i en stråleledende modul; Fig. 45 viser en alternativ stråleledende modul; Fig. 46 og 47 viser horisontale snitt av et stråle-ledende system, inklusive stråleveier; Fig. 48 illustrerer inkorporering av lys-fokuserende og lys-divergerende enheter i stråleveien; Fig. 49 og 50 illustrerer bruk av oscillerende komponenter for å oppnå stråle-sveip i X- og Y-retning; Fig. 51 illustrerer et sammensatt X-Y sveip; Fig. 52 og 53 viser sett ovenfra en praktisering av oppfinnelsen som inkorporerer en oscillerende komponent i tilknytning til en laserkilde; Fig. 54 er en konseptuell framstilling av en adresse-holdig pixel; Fig. 55 viser et nettverk av pixler; Fig. 56 illustrerer et sensornettverk; Fig. 57 illustrerer et todimensjonalt laser-sveip; Fig. 58 illustrerer en pixel med et lineært adresse-arrangement ,-Fig. 59 illustrerer et nettverk av pixler; Fig. 60 illustrerer en lyssensor, og viser et endimensjonalt nettverk av lys-detekterende enheter,-Fig. 61 illustrerer en pixel med 3x3 mønster-enheter,-Fig. 62 viser et nettverk basert på pixler ifølge Fig. 61; Fig. 63 illustrerer en lyssensor, og viser et 3x3 nettverk av lys-detekterende enheter,-Fig. 64 og 65 viser mulige mønstre som skapes når refleksjonen av et pixelnettverk beveges relativt til sensoren i Fig. 63; Fig. 66 og 67 viser forskjellige pixel-arrangementer på overflaten av et ref eranseplan,-Fig. 68 er et vertikalt snitt av spaken, og viser ett bestemt arrangement av det adresse-lesende system,-Fig. 69 viser et arrangement av en stråledirigerende komponent relativt til et sylindrisk referanseplan; Fig. 70 og 71 viser et alternativt arrangement av en stråledirigerende komponent relativt til et sylindrisk ref eranseplan, og illustrerer to mulige operas j onsmodi ,-Fig. 72-75 viser et utvalg av kontrollredskaper som inkorporerer ulike deteksjonssysterner,-Fig. 76 viser et vertikalt snitt av spaken, og illustrerer operasjonen av en bryteren i tilknytning til den vertikale bevegelseskontroll,-Fig. 77 viser et vertikalt snitt av en spake som inkorporerer en finger-operert bryter, samt dens bruk i forbindelse med den vertikale bevegelseskontroll; Fig. 7 8 viser et vertikalt snitt av kontrollredskapet med en spake som kontrollelement; Fig. 79 viser en foretrukket plassering av kontrollredskapet i forhold til et computer-tastatur; Fig. 80 illustrerer bruk av stråletreffpunkter for beregning av vektorer og andre nøkkelparametre som anvendes for obj ektkontrol1; Fig. 81 A-G illustrerer de forskjellige operasjonsmodi for redskapet.

En mer detaljert beskrivelse av de forskjellige deler av redskapet og dets ulike anvendelser er gitt i det følgende: Fig. 1, 2 og 3 illustrerer hovedkomponentene hos kontrollredskapet 1 ifølge en foretrukket praktisering av oppfinnelsen, og består av en spake (fingergrep) 2 og en sirkulær basalplate 3 som er inkorporert i et computer-chassis 4. Diameteren for den synlige del av basalplaten 3, som er omtrent lik bevegelsesområdet for fingergrepet, bør være mellom 0,5 cm og 20 cm og er typisk mellom 1 cm og 4 cm. Andre praktiseringer av oppfinnelsen kan utnytte andre tekniske løsninger hvor basalplaten er helt eller delvis skjult, og hvor forholdet mellom bevegelsesområdet og den synlige del av platen er forskjellig fra det beskrevne.

Kontrollredskapet er lokalisert i en fordypning på oversiden av computeren (Fig. 4) eller tastaturet (Fig. 5) , hvor fordypningen har skrånende vegger som gir plass til å gripe spaken 2 og bevege det i alle retninger. En styreplate 36 (Fig. 36) sammen med fordypningen 4, skaper et mellomrom som tillater en styrt, horisontal bevegelse av basalplaten 3.

Fingergrepet er fleksibelt montert på basalplaten med en spesielt festeanordning som tillater at fingergrepet kan beveges i alle retninger relativt til platen, og som sammen med en fleksibel krave 5 sikrer at fingergrepet returnerer til en normal posisjon etter en forflytning i en eller annen retning bort fra sin normalposisjon.

Når fingergrepet er i bruk holdes det mellom tommel og pekefinger, eller fingertuppen plasseres på toppen av fingergrepet for å bevege det. En bevegelse av hånden eller fingrene i horisontal retning vil forårsake en tilsvarende bevegelse av basalplaten.

Som vist i Fig. 3 og 6, vil laserstråler som er generert av en kilde 11 ledes via optiske fibre 80 til to stråledirigerende komponenter (strålestyrere), 81 og 82, hvorfra strålene siktes inn mot referanseplanet 7. (Det bør bemerkes at dersom det benyttes optiske fibre som ledere for laserstrålene, kan laserkilden være lokalisert hvor som helst i computer-chassiset eller i objektkontroll-enheten.) Referanseplanet har på overflaten et nettverk av lys-detekterende enheter, som gir et signal som tillater analysatoren å bestemme eksakt hvor laserstrålen treffer referanseplanet.

Den stråledirigerende komponent 81 er montert på basalplaten, og mønsteret som beskrives av strålens treffpunkt på referanseplanet vil således være kongruent med bevegelsesmønsteret til platen.

Den stråledirigerende komponent 82 er forbundet med fingergrepet 2, og kan derfor gis en bøyning og en lateral bevegelse i forhold til basalplaten. Den stråledirigerende komponent 82 er videre forbundet med fingergrepets ytre hylster via et bevegelig stempel, og kan derfor roteres og beveges vertikalt nå nevnte hylster manipuleres. 1 den beskrevne praktisering, benyttes det to laserstråler som kan produseres ved hjelp av en kilde kombinert med en strålesplitter, eller alternativt ved hjelp av to separate laserkilder.

Basalplaten inkorporerer et arrangement som forhindrer platen i å bli rotert. Det omfatter to spor 35 som er lokalisert i basalplaten, og to liknende spor i styreplaten 36; de to sett av spor er posisjonert i rett vinkel i forhold til hverandre, og med to styreglidere 34 som hviler i begge spor.

Fig. 7 gir en mer detaljert beskrivelse av fingergrepet 2 og de stråledirigerende komponenter 81, 82 og 83. Fingergrepet består av et ytre hylster 16, som er dekket med et gummi-liknende materiale 23 som gir optimale håndteringsegenskaper. Den indre del av fingergrepet består av et stempel 18 som er festet til hylsteret, og som kan beveges vertikalt inne i sylinderen 17. Sylinderen er utstyrt med en "leppe" eller framspring 24 som begrenser den vertikale bevegelse av stempelet. Hylsteret kan skyves ned eller trekkes opp, og vil returnere til en "normal" posisjon med hjelp av to fleksible ringer 85 som er laget av et resistent, fleksibelt materiale som vil gjendanne sin opprinnelige form etter en deformasjon, eller alternativt av fjærer eller pneumatiske komponenter. Den stråledirigerende komponent 82 er forbundet med stempelet 18 via et annet stempel med mindre diameter 87, som i denne praktiseringen også er gitt funksjonen som kopling til en mikrobryter 21. Stempelet 87 kan trekkes opp og ned og roteres i en utboring i sentrum av et kulehengsel 25, og kan således overføre vertikale og rotasjonelle bevegelser av fingergrepets ytre hylster til den stråledirigerende komponent. Kulehengselet tillater dessuten fingergrepet å bli bøyet sideveis relativt til basalplaten, samtidig som det gir en fast forankring av fingergrepet til basalplaten via et sett av klemmer 37. Fingergrepet er videre utstyrt med en fleksibel krave 5 som er laget av et bestandig, fleksibelt materiale som vil tillate en viss grad av bøyning, men vil føre grepet tilbake til normalstilling etter at bøyningskraften opphører. En bøyning av fingergrepet vil således forårsake at stråler som sendes ut fra den stråledirigernde komponent 82 vil forandre retning. I tillegg til en stråledirigerende komponent nummer to 81 som benyttes for posisjonsbestemmelse av basalplaten, anvender denne praktiseringen en tredje strålestyrer 83. Denne siste strålestyreren benyttes for å detektere lateral bevegelse av fingergrepet relativt til basalplaten. Den stråledirigerende komponenten er direkte forbundet med klemmene 37, og vil ikke beveges relativt til strålestyrer 81 dersom ikke fingergrepet og klemmene endrer posisjon relativt til basalplaten. En slik posisjonsendring er tillatt på grunn av en buffer sone mellom klemmene og platen, noe som tillater en sideveis bevegelse av klemmene relativt til platen. Denne buffersonen inneholder en fleksibel ring som er framstilt av et varig, fleksibelt materiale som beskrevet ovenfor, og som tillater klemmene og

fingergrepet å returnere til sin normale posisjon etter at den laterale kraft opphører. Denne laterale bevegelse kan bli iverksatt ved f.eks. å stoppe basalplaten med en finger, og dytte den fleksible kraven 5 sideveis med en

annen finger. Alternativt kan denne bevegelsen gjennomføres når basalplate og fingergrep er posisjonert i ytterkanten av deres bevegelsesområde og hvor den ring-formete ytterkant 84 stopper videre platebevegelse, på hvilket tidspunkt krave og/eller fingergrep kan dyttes videre utover i ønsket retning.

Fig. 8 og 9 illustrerer to forskjellige

stråledirigerende komponenter, og den detaljerte framstilling av disse komponentene er ment å indikere at forskjellige linser, fokuseringsspoler og skjerm/blender-arrangementer kan benyttes for å oppnå en ønsket konvergens, divergens, retningsbestemmelse og splitting av stråler ifølge foreliggende behov. Linser, fokuseringsspoler, reflektorer og strålesplittere er ikke nødvendigvis tegnet med riktig form og proporsjoner hverken her eller i andre figurer, men er kun presentert som symboler for å indikere bruk av denne kategori av komponenter. Linser, fokuseringsspoler, speil og andre stråle-modifiserende komponenter kan også substituere hverandre og bli brukt i kombinasjon, uten at dette vil bli spesielt indikert i forbindelse med den aktuelle beskrivelse. Slike modifikasjoner og spesifikke behov vil imidlertid være kjent for fagmannen.

Strålestyreren som er illustrert i Fig. 8 inkorporerer en fokuseringsspole 88 som benyttes for å fokusere og styre laserstrålen via reflektorspeilet 89 mot referanseplanet. I Fig 9 er spolen substituert med en objektivlinse som styrer laserstrålen som et parallelt knippe av stråler mot reflektorspeilet 89. De reflekterte stråler passerer gjennom en skjerm 92 med to sirkulære blendere, en (105) er posisjonert i sentrum av skjermen og den annen (93) er plassert litt til siden for sentrum som vist i Fig. 10. En av de resulterende stråler blir reflektert via et speil 94 og styrt i en vinkel mot referanseplanet, mens den andre blir tillatt å passere rett mot planet langs sentralaksen for grep/styrer-arrangementet.

Effekten på stråleveiene ved å benytte de to konseptuelle strålestyrings-arrangementene som er beskrevet ovenfor er vist i Fig. 11. De stråledirigerende komponenter 81 og 83 vil sikte inn enkle lysstråler i rette vikler mot sensornettverket 104, mens strålestyrer 82 vil gi to stråler, en som divergerer bort fra, og en annen som følger sentralaksen A mot referanseplanet 7. Mønsteret for treffpunkter som beskrives når stråler fra de tre strålestyrerne treffer sensornettverket 104 med dine lys-detekterende enheter 99 er vist i Fig. 12. Lysflekk 95 stammer fra den basalplate(3)-assosierte strålestyrer, lysflekk 98 fra den grep/klemme(37)-assosierte strålestyrer, og lysflekkene 96 og 97 stammer fra strålestyreren som er forbundet med fingergrep/stempel 87.

Avstanden mellom treffpunktene hvor de to stråler fra strålestyrer 82 treffer referanseplanet vil være avhengig av strålestyrerens avstand fra planet. Denne effekten kan utnyttes for å bestemme den vertikale posisjon av fingergrepet relativt til referanseplanet, som illustrert i Fig. 13 og 14. Her øker distansen dl mellom treffpunktene 96 og 97 til d2 når grepet trekkes opp, noe som forårsaker at stempel 87 beveger strålestyreren bort fra referanseplanet 7 med dets sensornettverk 104.

Fig. 15 A-C illustrerer effekten av å utnytte kontrollelementenes forskjellige kontrollmodi på mønsteret av lysflekker som skapes av stråler fra de tre strålestyrerne 81, 82 og 83. Fig. 15A viser en "normal" situasjon, hvor basalplaten 3 er lokalisert i en vilkårlig posisjon i X-Y planet som er definert av dens assosierte stråletreffpunkt P. Posisjonen til de andre treffpunktene C, B og G er beskrevet, både ved sine absolutte adresser og ved sine posisjoner relativt til referanseadressen P. I denne illustrasjonen er deres relative posisjoner benevnt ved P/C(X), P/G(X) og R. Treffpunktet C faller sammen med punktet 0 hvor fingergrepet/styrerens sentralakse A krysser referanseplanet når fingergrepet er lokalisert i sin "normale" posisjon.

I Fig. 15B, er fingergrepet løftet, noe som øker diameteren R mellom B og C. Samtidig er grepet bøyet mot klokken 4.30, noe som retter strålen i motsatt retning mot klokken 10.30. Basert på adressene til de detekterte stråletreffpunkter P, B, C og G, kan parametrene P/C(X), P/C(Y) og R beregnes av analysatoren, samt avledet informasjon som f.eks. vektoren OC som beskriver fingergrepets bøyningsvinkel og nøyaktig bøyningsretning, og fingergrepets vertikale avvik (Z-akse posisjon) som kan beregnes på grunnlag av R, OC og trigonometriske relasjoner. Avstand og posisjon av G i forhold til P har ikke endret seg, som indikerer at det ikke har vært foretatt noen lateral bevegelse av grepet i forhold til basalplaten.

Fig. 15C illustrerer en mer komplisert situasjon, hvor bruk av fire av de fem kontrollmodi resulterer i sammensatte posisjonsendringer av lysflekkene. Ved siden av at basalplaten inntar en tilfeldig posisjon i X-Y planet definert ved P, er fingergrepet rotert tretti grader med klokken og bøyet mot klokken 10.30 definert ved posisjonen av B og C. Samtidig er grepet beveget lateralt i retning av klokken 4.30 relativt til basalplaten, indikert ved posisjonen til G. Alle parametre kan beregnes på grunnlag av detekterte treffpunktadresser, noe som gir en absolutt bestemmelse av den romlige orientering av kontrollelementene.

Bruk av ulike kontrollmodi er videre illustrert i Fig. 16 og 17, hvor Fig. 16A-C viser effekten av å løfte og bøye fingergrepet 2 i retning av P. Effekten på stråler som stammer fra strålestyrer 82 er vist i Fig. 16B. Avstanden mellom B og C øker litt i forhold til den avstand en ser ved løfting i normalposisjon, noe som skyldes bøyningen. Denne effekten tas vare på under de trigonometriske beregninger som utføres av redskapets assosierte analysator/prosessor, eller ved objektkontrollredskapets driver. Fig. 17A-C illustrerer effekten av å rotere fingergrepet i en vinkel a mot klokken (ca. tretti grader) , mens grepet ellers inntar en normal posisjon. Fig. 18A-C illustrerer en sammensatt manipulasjon av fingergrepet, som utnytter tre forskjellige kontrollmodi. Grepet bøyes mot P, roteres en vinkel a mot klokken, og skyves lateralt i retning av T. Fig. 19A og 19B illustrerer at størrelsen av de lys-detekterende enheter 99 i forhold til størrelsen av stråletreffpunktet 95 vil påvirke presisjonen av posisjons-bestemmelsen. Dette beregnes som det punkt hvor strålens akse krysser referanseplanet, som ved grepet i en normalposisjon faller sammen med sirkelens sentrum.

I stedet for å benytte en tokomponent stråle for å bestemme den romlige orientering av fingergrepet kan også andre stråleformer benyttes. Noen av disse er vist i Fig. 20A-H, hvor Fig. 20A illustrerer at strålen (eller stråleknippet) bør være divergerende i en retning bort fra strålestyreren. Dette kan oppnås ved en passende kombinasjon av linser og skjerm/blender (93 og 100) som indikert. Med unntak av det sirkulære mønster som er indikert i Fig. 2OB (som ikke er brukbar for å bestemme rotasjonsvinkel når grepet befinner seg i normalstilling), så kan alle mønstre benyttes for posisjonsbestemmelse for alle tidligere beskrevne kontrollmodi. Fig. 21 til 31 illustrerer en annen klasse av praktiseringer av oppfinnelsen, hvor en forandring av orienteringen av kontrollelementer er assosiert med en endring av posisjonen til referanseplanene istedet for laserstrålene. Denne gruppen av redskaper krever bruk av flere referanseplan, og konstruksjonen er mer komplisert enn for klassen av praktiseringer som er beskrevet ovenfor. Hovedforskjellen er knyttet til det stråle-ledende system og det utstyr som benyttes for posisjonering av referanseplanene. Operasjonen av de fem kontrollmodi er forøvrig identisk med operasjonene som er beskrevet ovenfor. Bruk av et nettverk av adresserbare, lys-sensitive enheter på overflaten av referanseplanet er også identisk med sensornettverket som er beskrevet i Fig. 3-20. Denne klassen av praktiseringer kan også gjøre bruk av optiske fibre for å lede stråler fra laserkilden mot referanseplanene, noe som i mange tilfeller vil være foretrukket. For å illustrere at oppfinnelsen også tillater bruk av andre stråleledende hjelpemidler er reflekterende speil og linser her benyttet som stråleledere i de følgende beskrivelser. Fig. 21 viser en dels perspektivskisse og dels vertikalt snitt av nevnte praktisering, og viser fingergrep 2, laserkilde 11, strålesplitter 12, stråle-leder, en signalanalysator/prosessor 15 og et referanseplan 7. Fig. 22 viser et snitt av redskapet, som illustrerer styrende elementer som begrenser basalplate-bevegelsen til ett plan og samtidig forhindrer platen i å rotere (3, 4, 34, 35 og 36). Referanseplanet 7 er festet til redskapets chassis 6, og vil bestemme den laterale posisjon til kontrollelementene relativt til chassiset. Fig. 23 viser at fingergrepet består av et ytre hylster 16 med et belegg 23, en indre sylinder 17 med en "leppe" 24 som begrenser vertikal bevegelse av stempelet 18 som er festet til det ytre hylster 16, og hvor to fjærer 19 og 20 sikrer at hylsteret returnerer til normalposisj onen etter en forflytning i vertikal retning. Stempelet 18 er forbundet med en mikrobryter. Fingergrepet er festet til et kulehengsel, som forankrer grepet til basalplaten via et sett av klemmer 37. En bøyningsbevegelse av fingergrepet i en hvilken som helst retning vil forårsake en motsatt, lateral bevegelse av referanseplanet 9. Et annet referanseplan 8 er festet til basalplaten 3, og benyttes for deteksjon av laterale posisjonsendringer av fingergrepet og klemmene i forhold til basalplaten. Et sylindrisk referanseplan 10 er lokalisert inne i fingergrepet, og vil treffes av en laserstråle som føres via en optisk fiber 33 og en strålestyrer 30 som inkorporerer et reflekterende speil 31. Andre bestanddeler av redskapet er beskrevet ovenfor. Fig. 24 illustrerer et detaljert snitt av stråle-lederen, og viser også koplingen mellom kulehengselet og referanseplanet 9 som inkorporerer en fjærbelastet stift (26, 27), posisjonert i en fordypning 28 på toppen av referanseplanet 9. En detaljstudie av dette referanseplanet er gitt i Fig. 28-30, hvor Fig. 28 illustrerer sensornettverket 52 med individuelle lys-detekterende enheter 99 på overflaten av referanseplanet 9. Fig. 24 illustrerer videre at strålelederen omfatter reflekterende speil (43, 44, 45 og 46), som retter laserstrålen mot de forskjellige referanseplanene.

Figuren indikerer også at den optiske fiber som er ansvarlig for å føre laserstrålen til fingergrepets referanseplan holdes i posisjon samtidig som den tillates å bevege seg vertikalt i en utsparing i festeklemmene ved hjelp av en glider 38.

Et horisontalt snitt av strålelederen 13 er vist i Fig. 25, hvor 11 representerer laserkilden, 12 strålesplitteren, 50 lederhuset, 43-46 speilene, mens 8 og 9 indikerer posisjonen til de sirkulære referanseplanene og 15 analysatoren/prosessoren. Fig. 26 og 27 viser detaljer av strålesplitteren som inkorporerer totalt reflekterende og semi-reflekterende speil, som genererer fire separate, parallelle stråler (A, B, C og D) . Fig. 31 og 32 viser vertikale snitt av strålelederen 13, og illustrerer posisjonene og de stråleledende funksjoner av de ulike speil 43, 44, 45 og 46.

Kombinasjonen av separate speil kan substitueres med staver 56 som er framstilt av et transparent materiale (glass eller polymer) som vist i Fig. 33. De reflekterende overflater er framstilt ved å kutte angulære indenteringer 46 på bestemte steder langs stavene, hvor de enkelte overflater er dekket med et reflekterende materiale (f.eks. sølv). Fig. 34 viser sett ovenfra en kombinasjon av stråle-ledende staver.

Fig. 35 og 36 er vertikale snitt av fjerde klasse praktiseringer av oppfinnelsen som utnytter en laserstråle som er reflektert fra referanseplanene for å bestemme posisjonen til kontrollelementene. Hvert referanseplan er inndelt i pixler som bærer et spesifikt mønster av lysreflekterende og ikke-reflekterende seksjoner. Uttrykket "ikke-reflekterende" er her benyttet som felles beskrivelse av seksjoner som har lys-dispergerende, lys-deflekterende, lys-polariserende, lys-absorberende eller på annen måte lys-modifiserende egenskaper. I tillegg til deler som er beskrevet i forbindelse med Fig. 23, inkorporerer denne praktiseringen en separat lyssensor eller et sensornettverk 14, samt et sett av speil 42 som leder de reflekterte stråler mot sensoren. En annen viktig forskjell mellom denne og tidligere beskrevne

praktiseringer er at referanseplanet i stedet for å være dekket med et sensorarray har pixler med unike adresser. Disse adressene er lagt ut på hver pixel som mønstre av reflekterende og ikke-reflekterende prikker, striper, etc, hvor de ikke-reflekterende former er framstilt ved laser-gravering, magneto-polarisering eller deponering av et ikke-reflekterende materiale på en ellers lys-ref lekterende overflate. Disse adressene kan leses ved å rette en laserstråle mot referanseplanet, og ved å analysere mønsteret i den reflekterte stråle ved hjelp av en enkelt sensor eller et sensornettverk.

Fig. 37 og 38 viser horisontale snitt av de stråle-ledende deler, og angir posisjonene til sensoren 14 og de stråle-ledende speil 42-46. Fig. 39 og 40 viser stråle-lederen 50 sett fra siden, og illustrerer plasseringene av speil i stråleveiene. Fig. 41 og 42 viser en alternativ posisjonering av lyssensorene 14. Fig. 43 viser sett fra siden de transparente staver 56 som benyttes som stråleledende elementer, med to angulære (45°) indenteringer 42, 46 som tjener som stråledirigerende speil. Fig. 44 demonstrerer en anvendelse av ovennevnte stråleleder, og viser at strålen blir dirigert mot referanseplanet 9, for derfra å bli reflektert og dirigert gjennom en blende i en skjerm 57 mot lyssensoren 14. Fig. 45 illustrerer en alternativ plassering av den stråledirigerende indentering 58, hvor den reflekterende overflate er rotert 90° sideveis. Fire lys-ledende enheter er samlet som vist i Fig. 46 for å få de reflekterte stråler fra hver av referanseplanene til å bli dirigert mot det samme punkt på siden av strålelederen. Dette arrangementet av stråleledende elementer vil generelt kreve bruk av en oscillerende komponent som beskrevet i Fig. 52 og 53, hvor referanseplanene treffes sekvensielt av en enkelt laserstråle. Kombinert med en tidskoordinerende komponent kan dette arrangementet benyttes for sekvensiell deteksjon av posisjonsadresser assosiert med hver kontroilmodus. Fig. 47 illustrerer et alternativt arrangement av stråleledende komponenter, hvor de reflekterende indenteringer 42 har litt forskjellige posisjoner. Dette arrangementet tillater bruk av fire parallelle stråler, med den tilleggsfordel at strålene treffer sensoren som et konsentrert stråleknippe. Dette strålelederarrangementet, sammen med oscillerende komponenter som illustrert i Fig. 49-53, er benyttet for å skape et adresseavlesningssystem hvorved reflekterte adresser presenteres for en enkelt lys-sensor i form av et pulstog, noe som derved overflødiggjør bruk av et sensornettverk med adresserbare, lys-detekterende enheter. Fig. 48 illustrerer bruk av en kombinasjon av semi-transparente 42 og totalt reflekterende 45 speil, en fokuseringsspole 59 og en lys-divergerende objektlinse 60 som benyttes for å lede en laserstråle (C) og fokusere den på et referanseplan 9 for deretter å lede den reflekterte strålen til overflaten av sensornettverket 14. Ved å benytte denne eller liknende arrangementer i de beskrevne praktiseringer, er det mulig å forstørre det reflekterte pixel-bildet flere størrelsesordener før det treffer sensornettverket, for derved å øke oppløsning og sensitivitet hos detektorsystemet. Fig. 49 og 50 viser et konseptuelt arrangement av oscillerende komponenter 61 og 62 som benyttes for å oppnå et endimensjonalt eller et todimensjonalt sveip av pixeladresser. Dette arrangementet tillater blenderen i skjerm 57 å slippe igjennom et tog av lyspulser istedet for reflekterte bilder av adressemønstre. Ved å benytte dette arrangementet kan en enkelt lysdetekterende enhet 14 substituere sensornettverket. Fig. 51 viser et mulig sveip-mønster, hvor sirkelen indikerer et snitt av den reflekterte laserstråle mens det smale, avrundete rektangelet illustrerer bevegelsen av blenderåpningen. Den prikkede firkant indikerer størrelsen av en gruppe på fire pixler. Fig. 52 og 53 illustrerer bruk av en scanner (sveip-komponent) i tilknytning til laserkilden, som utnytter et lysfokuserende speil 63 med en sentral åpning og et roterende speil posisjonert i brennpunktet. Den reflekterte stråle scanner over blenderåpningen 41 som er posisjonert i enden av strålelederen 50, og sender derved et tog av lyspulser sekvensielt mot de forskjellige referanseplan, og deretter mot lyssensoren. Fig. 54 gir et eksempel på en adresse-holdig pixel 66, hvor X- og Y-koordinater er presentert på binær form og separert av et ikke-reflekterende område 70. Pixelen har også en reflekterende kant 69, som avgrenser den fra sine naboer. Adressen utgjøres av en sekvens av reflekterende 67 og ikke-reflekterende subenheter. Mønsteret, som her er idealisert, er framstilt ved lasergravering, magneto-polarisering eller deponering av et ikke-reflekterende materiale på en ellers reflekterende overflate. Fig. 55 illustrerer et nettverk av pixler 66. Reflekterende sub-seksjoner kan ha verdien en (1), og en ikke-reflekterende sub-seksjon verdien null (0); evt. motsatte verdier; eller som et ytterligere alternativ at reflekterende og ikke-reflekterende sub-seksjoner har verdier 0-10, avhengig av bredde, mellomrom og kombinasjoner av sub-seksjoner. Fig. 56 illustrerer en konfigurasjon av lys-detekterende enheter 71 i et sensornettverk 14, som er ment benyttet for å lese pixeladresser som illustrert i Fig. 54 og 55. I denne praktiseringen er diameteren av hver lys-detekterende enhet halvparten av diameteren for hver subenhet i det reflekterte adressemønster. Fig. 57 illustrerer bruk av en sveipende stråle 72 for å lese det samme adressemønster, som derved skaper et tog av lyspulser som kan tolkes som adresseinformasjon når dette er koplet til en "timer". Fig. 58 og 59 illustrerer bruk av et "endimensjonalt" adressemønster, som identifiserer X- og Y-koordinater ved spesielle grupper av reflekterende og ikke-ref lekterende striper som er posisjonert på venstre side av den digitaliserte adressen. Som et alternativ til å benytte et endimensjonalt sensornettverk som illustrert i Fig. 60 for å lese denne adressen, kan det også benyttes et endimensjonalt lasersveip 72. Fig. 61 og 67 illustrerer bruk av andre posisjons-indikerende mønstre i stedet for digitalisert adressekode som beskrevet ovenfor. Fig. 61 illustrerer en av en serie "flytende, 3x3-enhets pixler" som kan observeres i mønsteret som er illustrert i Fig. 62. De gjenværende 8 alternativer er presentert i Fig. 65. Hver pixel består av fem reflekterende 67 og fire ikke-ref lekterende 68 seksjoner. Når laserstrålen krysser et referanseplan som inneholder dette mønsteret, og strålen reflekteres til et 3x3-enhets sensornettverk 14 som illustrert i Fig. 63, vil detektoren registrere endringene i pixelmønster avhengig av bevegelsesretning. Dette er indikert i Fig. 64. De "flytende pixler" bærer ikke noen unik adresseinformasjon, men istedet et mønster som vil posisjonere hver pixel relativt til dens nabopixler.

Denne siste praktiseringen krever kontinuerlig adresseavlesning for å kunne funksjonere, mens bruk av pixler med digitalisert adressekode tillater en ikke-kontinuerlig adresse-sampling ifølge en på forhånd bestemt frekvens, hvor sampling-frekvensen er avhengig av den ønskede sensitivitet og presisjon hos redskapet.

I Fig. 66 er en ekstra "flytende 3x3-enhets pixel" introdusert: En totalt ikke-reflekterende pixel. Denne tillater oppbygning av et "gradert" refleksjonsmønster på overflaten av referanseplanene 7. Ved å utnytte slike mønster-komposisjoner, er det mulig å oppnå høy presisjon med en lav bevegelsesrespons når laserstrålen beveges nær sentrum av referanseplanet (dvs. når kontrollenheten beveges nær sin normalposisjon), og oppnå en øket bevegelsesrespons med minsket presisjon når laserstrålen beveges nær ytterkanten av kontrollenhetens bevegelsesområde. Dette arrangementet kan være nyttig for markørkontroll. Fig. 67 illustrerer det samme prinsippet, men her er mønsteret av lysreflekterende og ikke-reflekterende enheter hos pixlene reversert. Dette mønsteret er lettere å framstille, f.eks. ved lasergravering.

Fig. 68 til 71 illustrerer forskjellig konfigurasjoner av det sylindriske referanseplanet som er lokalisert i fingergrepet. I Fig. 68 er sensornettverket 70 montert i den stråledirigerende enhet, noe som forenkler konstruksjon og posisjonering av stråleledende enheter. I Fig. 69 er den stråledirigerende enhet 30 posisjonert på innsiden av referanseplanet/sylinderen, mens pixelnettverk og stråledirigerende enhet er posisjonert på utsiden i Fig. 70 og 71.

To alternativer er gitt for rotasjonskontroll, som illustrert i Fig. 70 og 71. I Fig. 71 er det definert en "normal" eller null(0)-posisjon. Fingergrepets hylster kan roteres i den ene eller andre retning innen visse grenser. Avviket fra normalposisjonen kan her benyttes for å kontrollere objektets hastighet og rotasjonsretning rundt Z-aksen. Denne tekniske løsningen benyttes for praktiseringen som er illustrert i Fig. 3. I Fig. 71 kan hylsteret roteres uten noen begrensning, og en rotasjon av fingergrepet er fulgt av en kongruent rotasjon av objektet. Fig. 72-75 illustrerer forskjellige konstruksjoner av redskapet som inkorporerer utvalgte stråleledere og referanseplan. Den modulære konstruksjonen tillater en sammensetning som er tilpasset det foreliggende behov, idet det kun utnyttes kontrollmodi som er nødvendig for bestemte applikasjoner. Fig. 76 illustrerer en kombinert operasjon av fingergrepet, som utnytter dets Z-rettede kontrollmodus sammen med en bryterfunksjon. Her er Z-kontrollen utnyttet i midt-området (-Z, 0, +Z) , mens bryterfunksjonen iverksettes ved å trekke opp (B) eller å trykke ned (A) fingergrepet ut over dette området. Avhengig av bruken av kontrollredskapet, kan Z-kontrollen, bryterfunksjonen eller begge være i funksjon.

Når bryterfunksjonen er i bruk, aktiveres den ved å løfte eller trykke ned fingergrepet. Når bryteren er i normal (midt-) posisjon, vil enhver bevegelse av kontrollelementene føre til bevegelser av objektet eller markøren som beskrevet ovenfor. Når grepet løftes, vil signalgenereringen eller transmisjonen bli avbrutt og kontrollelementene kan reposisjoneres uten å influere på posisjonen av objektet eller markøren (ekvivalent til å løfte musa fra underlaget og sette den ned på et nytt sted). Med bryteren i en "aktiverings-posisjon" f.eks. i en nedre posisjon vil et signal bli oversendt til objektkontrollenheten i tillegg til posisjons-informasjonen, noe som tilsvarer nedtrykking av en av museknappene. Med bryteren inkorporert i spaken er det unødvendig å endre grep for å aktivisere bryterfunksjonene. Et potensielt behov for flere enn tre bryterposisjoner kan tilfredsstilles ved å utstyre bryteren med mer enn tre posisjoner, eller ved å inkorporere ekstra brytere annensteds på fingergrepet eller på kontrollenheten.

Fig. 77 illustrerer en alternativ bryterbruk, hvor bryterfunksjonene aktiveres ved å trykke ned en separat knapp 74. Dette kan gjøres med spaken i en hvilken som helst vertikal posisjon. Alternativt kan en nedtrykking i de ekstreme +Z eller -Z posisjoner (betegnet som B eller A) tilegnes spesielle funksjoner.

Fig. 78 illustrerer hvordan den beskrevne oppfinnelse kan benyttes som basis for et håndgrep-basert redskap.

Posisjonen av kontrollredskapet i forhold til tastaturet er av spesiell betydning både når det gjelder ergonomi, brukshastighet og bruksmessig enkelthet. Med dette for øye er det også anvist en optimal plassering av redskapet som illustrert i Fig. 79. En halvsirkelformet fordypning i mellomromtasten utgjør en del av bevegelsesområdet for fingergrepet. Denne delvise fjerning av den tradisjonelle mellomromstasten tillater en meget tett integrasjon av kontrollredskapet i tastaturet, noe som tillater fingergrepet å bli manøvrert med tommelen eller grepet mellom tommel og pekefinger mens de andre fingrene hviler i sin normale posisjon på tastaturet. En meget fordelaktig konsekvens av dette er at brukeren kan veksle meget raskt mellom tastatur-innmating og markørinnmating av informasjon uten å forandre posisjon av hånden.

En annen fordel med denne løsningen er at den tillater en funksjonell kopling mellom fingergrepet og mellomromstasten. Dersom mellomromstasten trykkes ned mens fingergrepet er i opp- eller ned-posisjon kan dette gi to ekstra markør-innmatningskommandoer, tilsvarende å bruke en høyre og en midt-knapp hos musa. Alternativt kan denne funksjonskoplingen gjøre "opp"-posisjonen av fingergrepet unødvendig, idet en simultan nedtrykking av fingergrepet og mellomromstasten kan gis en kodestatus som avbryter signaloverføring, noe som tillater fingergrepet å bli manøvrert uten at dette fører til noen bevegelse av objektet eller markøren, svarende til å løfte og re-posisjonere musa. Denne kombinasjonen tillater tommelen og pekefingeren å hvile på toppen av fingergrepet under manøvreringsprosessen, noe som ytterligere reduserer behovet for å reposisjonere hånden relativt til tastaturet under aktiv markørmanipulasjon. En tilsvarende kombinert virkning av fingergrepet og mellomromstasten kan oppnås ved, eller utvides til å omfatte andre taster, for eksempel "Skift", "Kontroll" eller "Alt" .

Fig. 80 summerer hvordan adresseinformasjon assosiert med forskjellige kontrollmodi hos den første klasse av praktiseringer (Fig. 3-19) anvendes for å kontrollere objektbevegelse. De samme generelle prinsipper kan også anvendes for andre praktiseringer selv om det da kan være behov for flere referanseplan, i tillegg til at kontrollmodulene kan kreve et forskjellig antall laserstråler for posisjonsbestemmelse.

Generelt benyttes P-adressen for å bestemme objektets posisjon i X-Y planet; dvs. at en endring av P-adressen som tilkjennegir en posisjonsendring av basalplaten vil forårsake en tilsvarende posisjonsendring av objektet. Platebevegelse og objektbevegelse vil normalt være kongruente. C-adressen bestemmer bøyningsvinkel og bøyningsretning av fingergrepet. Bøyningsvinkelen er gitt ved størrelsen av vektoren VC som er lik lengden av linjen OC. Linjen OC beskriver også bøyningsretningen p av fingergrepet, og er lik ZPOC - 180°. Størrelsen av VC og 0 er nøkkelparametre som benyttes for å kontrollere hastighet og retning for bevegelsen av et objekt, enten rundt en akse eller lateralt i X-Y planet. Det bør bemerkes at dersom G flyttes fra sin normalposisjon, vil C bevege seg på tilsvarende måte og C-adressen vil måtte korrigeres for å kompensere for denne bevegelsen. B-adressen beskriver sammen med C, rotasjon og løft av fingergrepet. Rotasjonen bestemmes av vinkelen a, som er lik vinkelen mellom linjene PO og CB. Fingergrepets forflytning i forhold til "midtposisjonen" beskrives av R, som i utstrekning er identisk med distansen BC. Ved å benytte trigonometriske beregninger kan en "normal" R-verdi bestemmes for enhver bøyningsvinkel og grep-rotasjon når fingergrepet er i midtposisjon, og ethvert avvik fra denne normalverdien kvantifiserer en vertikal forflytning i -Z eller +Z retning, a-parameteren vil normalt benyttes for å kontrollere rotasjonsretning og hastighet for et objekt rundt Z-aksen i form av en kontinuerlig bevegelse, men kan alternativt benyttes for kongruent styring av rotasjonen av et objekt rundt Z-aksen hvor vinkelen definerer en rotasjonsposisjon. R-parameteren benyttes for å kontrollere hastighet og retning av bevegelse langs Z-aksen, men kan også benyttes for kongruent bevegelseskontroll.

G-adressen beskriver en lateral bevegelse av fingergrepet relativt til basalplaten. Størrelse og retning av vektoren VG er definert med utgangspunkt i "normal-adressen" (som er bestemt relativt til P) og adressen etter forflytning. VG-parameteren benyttes for å kontrollere en kontinuerlig bevegelse i X-Y planet, eller kan benyttes for "scrolling"-formål. Retning og hastighet bestemmes av VG's retning og størrelse.

Avstanden mellom naboadresser vil normalt være den samme uansett hvor på referanseplanet man befinner seg og dermed gi opphav til en uniform respons uavhengig av kontrollenhetens posisjon. Bruk av posisjonsadresser gir imidlertid muligheten for at adresser nær ytterkanten av kontrollenhetenes bevegelsesområde kan gis forskjellig verdi og funksjon. Grenseadresser kan for eksempel benyttes for å definere vektorer (som grunnlag for kontinuerlig, retningsbestemt bevegelse), mens adresser innenfor disse grensene gis en normal verdi og funksjon og vil bevirke en kongruent bevegelse av objektet som respons på kontrollmodulenes bevegelse. Ved å modifisere adressebruken på denne måten er det mulig å utvide kontrollpotensialet for redskapet.

Som støtte for de ovenfor beskrevne beregninger inkorporerer redskapet faciliteter for bestemmelse av geometriske nøkkelparametre assosiert med former eller mønstre som dannes av laserstrålene når de treffer referanseplanene. Aktuelle parametre er areal, geometrisk sentrum, akselengde, radius, fokalpunkt, rotasjonsvinkel, etc, basert på signaler fra de individuelle lysdetektorer.

Fig. 80 A-G illustrerer forskjellige operasjonsmodi for redskapet. Fig. 80A viser redskapet i sin normale posisjon. En computermonitor 77 avbilder en heksagonal pyramide 78 som er posisjonert i et tredimensjonalt koordinatsystem 79. Med pyramiden selektert vil en lateral (X-Y) bevegelse av fingergrepet i X-retning flytte pyramiden til høyre, som vist i Fig. 80B. Fig. 80C illustrerer effekten av en rotasjon (R) som snur pyramiden rundt Z-aksen. En løfting av fingergrepet i positiv Z-retning som vist i Fig. 80D vil bevege pyramiden oppover. En bøyningsbevegelse (P) mot klokken ett vil medføre en tilsvarende helning av pyramiden, som vist i Fig. 80E, mens en etterfølgende bøyningbevegelse mot klokken tre vil forårsake en tilsvarende helning av pyramiden. Til slutt vil en lateral bevegelse (L) av fingergrepet relativt til basalplaten forårsake en "scrolling"-bevegelse som transponerer koordinatsystemet (inklusiv ikke-selekterte objekter) mot venstre på skjermen.

Claims

Krav 1. Redskap for posisjonering og kontroll av PC-markører og andre virtuelle eller virkelige objekter i to eller tre dimensjoner, hvor redskapet inkorporerer to posisjonskontrollelementer, en basalplate (3) og en finger- eller håndgripbar spake (2), hvor sistnevnte er vertikalt montert på basalplaten; basalplaten (3) er bevegelig i alle retninger i et koordinat(X-Y)-plan ved hjelp av spaken (2), og spaken er vertikalt bevegelig (langs Z-aksen) og roterbar (rundt Z-aksen) relativt til nevnte koordinatplan; hvor redskapet videre inkorporerer brytere som er lokalisert i spaken eller et annet sted på redskapet; hvor redskapet videre inkorporerer detektorer for bestemmelse av posisjonen for basalplaten (3) og den romlige orientering til spaken (2) samt et system for omsetning av informasjon om posisjon, orientering og bryterposisjoner til elektroniske signaler som tilkjennegir disse, hvor nevnte signaler benyttes for å kontrollere posisjon, orientering, bevegelsesretning, hastighet og andre egenskaper ved nevnte markører eller objekter;karakterisert ved at posisjonen og den romlige orientering av basalplaten (2) og spaken (3) blir definert ved hjelp av diskrete lysstråler som sendes ut fra kilder som er forbundet med nevnte posisjonskontrollelementer (2, 3), hvorved nevnte stråler treffer ett eller flere referanseplan (7, 8, 9, 10) i form av avgrensete lysflekker hvis lokalisering på referanseplanet forandres som følge av en endring i posisjon og orientering av kontrollelementene (2, 3) ; hvor videre lysflekkenes lokalisering detekteres av sensorer som er i stand til utvetydig å identifisere deres adresser eller koordinater i forhold til referanseplanene; hvorved nevnte adresser eller koordinater benyttes for å definere posisjonen og den romlige orientering til kontrollelementene; 2. Et redskap i følge krav 1, karakterisert ved at spaken (2) er fleksibelt montert, noe som tillater den å bli bøyet i en hvilken som helst retning relativt til basalplaten (3) samtidig med at sistnevnte kan beveges i alle retninger innen nevnte koordinatplan; og hvor posisjonen av basalplaten og orienteringen til spaken relativt til basalplaten blir brukt simultant for markør- eller objektkontroll; 3. Et redskap ifølge krav 1-2, karakterisert ved at spaken (2) er fleksibelt montert på, og derved lateralt bevegelig i forhold til basalplaten (3), hvor bevegelsen er parallell til nevnte koordinatplan,- hvor videre posisjonen av basalplaten (3) og orienteringen av spaken (2) relativt til basalplaten blir brukt simultant for markør- eller obj ektkont roi 1 ,- 4. Et redskap ifølge krav 1-2, karakterisert ved at den fysiske konstruksjon som begrenser en uhindret bevegelse av basalplaten i X-Y-planet er fleksibel, som derved tillater basalplaten under bruk av kraft å bli skjøvet utenfor nevnte avgrensning i en hvilken som helst horisontal retning,- hvor posisjonen av basalplaten (3) og orienteringen av spaken (2) relativt til basalplaten blir brukt simultant for markør- eller ob jekt kont roi 1 ,- 5. Et redskap ifølge krav 1-4, karakterisert ved at lyskilden er en laserkilde,- 6. Et redskap ifølge krav 1-5, karakterisert ved at hvert referanseplan på sin overflate har et nettverk av lysdetekterende enheter, hvor hver enhet kan identifiseres ved en spesifikk adresse og således være velegnet for lokalisering av treffpunkter for lysstrålene,- 7. Et redskap ifølge krav 6, karakterisert ved at nettverket av lysdetekterende enheter består av "charge-coupled devices" (CCDs) eller aktive pixelsensorer; 8. Et redskap ifølge krav 1-5, karakterisert ved at hvert referanseplan er inndelt i pixler, hvor hver pixel har et mønster som koder for informasjon om dens posisjon i ref eranse<p>lanethvor denne posisjonen kan tolkes av et egnet system for adresse-lesing; 9. Et redskap ifølge krav 8, karakterisert ved at posisjonsinformasjon som er kodet på hver pixel består av spesielle mønstre av lys-reflekterende og ikke-ref lekterende områder som er framstilt ved lasergravering, magneto-polarisering, deponering av lysabsorberende materiale, eller andre modifikasjoner av en ellers lysreflekterende overflate i form av prikker, streker, rektangler, kvadrater, sirkler, sektorer eller andre geometriske former; hvor nevnte mønster på hver pixel koder for pixelens adresse i form av binærkode, desimalkode, stavkode eller andre kodemønstre som utvetydig definerer pixelens posisjon i referanseplanet; hvor videre nevnte system for adresse-lesing omfatter enkle lyssensorer eller sensornettverk som er i stand til å tolke adresseinformasjon i lysstråler som blir reflektert fra referanseplanet; 10. Et redskap ifølge krav 1-7, karakterisert ved at lysstrålene som blir brukt for å definere posisjon og orientering til spaken (2) treffer referanseplanet i form av en eller flere flekker som har form av en sirkel, et kvadrat eller en annen geometrisk form, hvor lysstrålen eller gruppen av lysstråler divergerer eller konvergerer i en retning bort fra strålekilden, noe som forårsaker at mønsteret for strålens treffpunkt på

referanseplanet endres når den romlige orientering av spaken endres; hvor redskapet videre omfatter faciliteter for tolking av nevnte mønster i form av informasjon om den romlige orientering av spaken,- 11. Et redskap ifølge krav 1-10, karakterisert ved at det benyttes en enkelt lysstråle for definisjon av posisjon og romlig orientering av basalplaten (3) og spaken (2) i forhold til stasjonære deler av redskapet; 12. Et redskap ifølge krav 1-10, karakterisert ved at det benyttes en enkelt lysstråle for å definere posisjonen til basalplaten i forhold til stasjonære deler av redskapet, og en eller flere lysstråler for å definere orienteringen til spaken (2) i forhold til basalplaten; 13. Et redskap ifølge krav 1-12, karakterisert ved at lysstrålene som benyttes for å definere posisjon og romlig orientering av kontrollelementene (2, 3) blir sendt ut i form av sekvensielle lys-pulser,- 14. Et redskap ifølge krav 1-13, hvor en forflytning av basalplaten avstedkommer en kongruent eller essensielt liknende forflytning eller bevegelse av markøren eller objektet i X-Y planet, mens en forflytning av spaken relativt til basalplaten blir benyttet for ett eller flere kontrollformål; hvor en vertikal forflytning av spaken relativt til basalplaten blir brukt til å kontrollere bevegelse av en markør eller objekt langs Z-aksen i et tredimensjonalt koordinatsystem,- og hvor en rotasjon av spaken benyttes for å rotere objekter rundt en Z-akse,-

hvor redskapet videre er karakterisert ved at når det benyttes for å utøve ett eller flere av de ovennevnte kontrollformål vil videre a) en bøyning av spaken enten avstedkomme en rotasjon av markøren eller objektet rundt en akse i X-Y planet, eller alternativt, avstedkommer en kontinuerlig, lateral bevegelse i X-Y planet hvor bøyningsretning og bøyningsvinkel i forhold til basalplaten bestemmer bevegelsesretning og bevegelseshastighet; b) en lateral bevegelse av spaken relativt til basalplaten eller en lateral, tvungen forflytning av basalplaten utenfor dens normale bevegelsesområde avstedkommer en kontinuerlige bevegelse av markøren eller objektet i et X-Y plan; hvor retning og størrelse av lateral forflytning av spaken eller basalplaten i forhold til dere normale posisjoner bestemmer bevegelsesretning og bevegelseshastighet; c) enten bøyning eller lateral forflytning benyttes for "scrolling" eller transponering av referanserammer; d) en vertikal forflytning av spaken relativt til basalplaten benyttes for å aktivere en bryter som er forbundet med spaken, hvor en løfting av spaken i forhold til dens normalposisjon vil avbryte signaloverføringen eller forårsake et resultat som tilsvarer nedtrykking av høyre (eller venstre) museknapp, og en nedtrykking av spaken gir et resultat som tilsvarer nedtrykking av venstre (eller høyre) museknapp; eller som et annet alternativ, hvor løfting og nedtrykking av spaken benyttes for å kombinere Z-akse bevegelse og bryterfunksjoner.

Krav 1. Redskap for posisjonering og kontroll av PC-markører og andre virtuelle eller virkelige objekter i to eller tre dimensjoner, hvor redskapet inkorporerer to posisjonskontrollelementer, en basalplate (3) og en finger- eller håndgripbar spake (2), hvor sistnevnte er vertikalt montert på basalplaten; basalplaten (3) er bevegelig i alle retninger i et koordinat(X-Y)-plan ved hjelp av spaken (2), og spaken er vertikalt bevegelig (langs Z-aksen) og roterbar (rundt Z-ciksen) relativt til nevnte koordinatplan; hvor redskapet videre inkorporerer brytere som er lokalisert i spaken eller et annet sted på redskapet; hvor redskapet videre inkorporerer detektorer for bestemmelse av posisjonen for basalplaten (3) og den romlige orientering til spaken (2) samt et system for omsetning av informasjon om posisjon, orientering og bryterposisjoner til elektroniske signaler som tilkjennegir disse, hvor nevnte signaler benyttes for å kontrollere posisjon, orientering, bevegelsesretning, hastighet og andre egenskaper ved nevnte markører eller objekter;

karakterisert ved at posisjonen og den romlige orientering av basalplaten (2) og spaken (3) blir definert ved hjelp av diskrete lysstråler som sendes ut fra kilder som er forbundet med nevnte posisjonskontrollelementer (2, 3), hvorved nevnte stråler treffer ett eller flere referanseplan (7, 8, 9, 10) i form av avgrensete lysflekker hvis lokalisering på referanseplanet forandres som følge av en endring i posisjon og orientering av kontrollelementene (2, 3); hvor videre lysflekkenes lokalisering detekteres av sensorer som er i stand til utvetydig å identifisere deres adresser eller koordinater i forhold til referanseplanene; hvorved nevnte adresser eller koordinater benyttes for å definere posisjonen og den romlige orientering til kontrollelementene; 2. Et redskap i følge krav 1, karakterisert ved at spaken (2) er fleksibelt montert, noe som tillater den å bli bøyet i en hvilken som helst retning relativt til basalplaten (3) samtidig med at sistnevnte kan beveges i alle retninger innen nevnte koordinatplan; og hvor posisjonen av basalplaten og orienteringen til spaken relativt til basalplaten blir brukt simultant for markør- eller objektkontroll; 3. Et redskap ifølge krav 1-2, karakterisert ved at spaken (2) er fleksibelt montert på, og derved lateralt bevegelig i forhold til basalplaten (3), hvor bevegelsen er parallell til nevnte koordinatplan; hvor videre posisjonen av basalplaten (3) og orienteringen av spaken (2) relativt til basalplaten blir brukt simultant for markør- eller objektkontroll; 4. Et redskap ifølge krav 1-2, karakterisert ved at den fysiske konstruksjon som begrenser en uhindret bevegelse av basalplaten i X-Y-planet er fleksibel, som derved tillater basalplaten under bruk av kraft å bli skjøvet utenfor nevnte avgrensning i en hvilken som helst horisontal retning; hvor posisjonen av basalplaten (3) og orienteringen av spaken (2) relativt til basalplaten blir brukt simultant for markør- eller objektkontroll; 5. Et redskap ifølge krav 1-4, karakterisert ved at lyskilden er en laserkilde; 6. Et redskap ifølge krav 1-5, karakterisert ved at hvert referanseplan på sin overflate har et nettverk av lysdetekterende enheter, hvor hver enhet kan identifiseres ved en spesifikk adresse og således være velegnet for lokalisering av treffpunkter for lysstrålene; 7. Et redskap ifølge krav 6, karakterisert ved at nettverket av lysdetekterende enheter består av "charge-coupled devices" (CCDs) eller aktive pixelsensorer; 8. Et redskap ifølge krav 1-5, karakterisert ved at hvert referanseplan er inndelt i pixler, hvor hver pixel har et mønster som koder for informasjon om dens posisjon i referanseplanet; hvor denne posisjonen kan tolkes av et egnet system for adresse-lesing; 9. Et redskap ifølge krav 8, karakterisert ved at posisjonsinformasjon som er kodet på hver pixel består av spesielle mønstre av lys-reflekteren.de og ikke-ref lekterende områder som er framstilt ved lasergravering, magneto-polarisering, deponering av lysabsorberende materiale, eller andre modifikasjoner av en ellers lysreflekterende overflate i form av prikker, streker, rektangler, kvadrater, sirkler, sektorer eller andre geometriske former; hvor nevnte mønster på hver pixel koder for pixelens adresse i form av binærkode, desimalkode, stavkode eller andre kodemønstre som utvetydig definerer pixelens posisjon i referanseplanet; hvor videre nevnte system for adresse-lesing omfatter enkle lyssensorer eller sensornettverk som er i stand til å tolke adresseinformasjon i lysstråler som blir reflektert fra referanseplanet; 10. Et redskap ifølge krav 1-7, karakterisert ved at lysstrålene som blir brukt for å definere posisjon og orientering til spaken (2) treffer referanseplanet i form av en eller flere flekker som har form av en sirkel, et kvadrat eller en annen geometrisk form, hvor lysstrålen eller gruppen av lysstråler divergerer eller konvergerer i en retning bort fra strålekilden, noe som forårsaker at mønsteret for strålens treffpunkt på referanseplanet endres når den romlige orientering av spaken endres; hvor redskapet videre omfatter faciliteter for tolking av nevnte mønster i form av informasjon om den romlige orientering av spaken; 11. Et redskap ifølge krav 1-10, karakterisert ved at det benyttes en enkelt lysstråle for definisjon av posisjon og romlig orientering av basalplaten (3) og spaken (2) i forhold til stasjonære deler av redskapet; 12. Et redskap ifølge krav 1-10, karakterisert ved at det benyttes en enkelt lysstråle for å definere posisjonen til basalplaten i forhold til stasjonære deler av redskapet, og en eller flere lysstråler for å definere orienteringen til spaken (2) i forhold til basalplaten; 13. Et redskap ifølge krav 1-12, karakterisert ved at lysstrålene som benyttes for å definere posisjon og romlig orientering av kontrollelementene (2, 3) blir sendt ut i form av sekvensielle lys-pulser; 14. Et redskap ifølge krav 1-13, hvor en forflytning av basalplaten avstedkommer en kongruent eller essensielt liknende forflytning eller bevegelse av markøren eller objektet i X-Y planet, mens en forflytning av spaken relativt til basalplaten blir benyttet for ett eller flere kontrollformål; hvor en vertikal forflytning av spaken relativt til basalplaten blir brukt til å kontrollere bevegelse av en markør eller objekt langs Z-aksen i et tredimensjonalt koordinatsystem; og hvor en rotasjon av spaken benyttes for å rotere objekter rundt en Z-akse; hvor redskapet videre er karakterisert ved at når det benyttes for å utøve ett eller flere av de ovennevnte kontrollformål vil videre a) en bøyning av spaken enten avstedkomme en rotasjon av markøren eller objektet rundt en akse i X-Y planet, eller alternativt, avstedkommer en kontinuerlig, lateral bevegelse i X-Y planet hvor bøyningsretning og bøyningsvinkel i forhold til basalplaten bestemmer bevegelsesretning og bevegelseshastighet; b) en lateral bevegelse av spaken relativt til basalplaten eller en lateral, tvungen forflytning av basalplaten utenfor dens normale bevegelsesområde avstedkommer en kontinuerlige bevegelse av markøren eller objektet i et X-Y plan; hvor retning og størrelse av lateral forflytning av spaken eller basalplaten i forhold til dere normale posisjoner bestemmer bevegelsesretning og bevegelseshastighet; c) enten bøyning eller lateral forflytning benyttes for "scrolling" eller transponering av referanserammer; d) en vertikal forflytning av spaken relativt til basalplaten benyttes for å aktivere en bryter som er forbundet med spaken, hvor en løfting av spaken i forhold til dens normalposisjon vil avbryte signaloverføringen eller forårsake et resultat som tilsvarer nedtrykking av høyre (eller venstre) museknapp, og en nedtrykking av spaken gir et resultat som tilsvarer nedtrykking av venstre (eller høyre) museknapp; eller som et annet alternativ, hvor løfting og nedtrykking av spaken benyttes for å kombinere Z-akse bevegelse og bryterfunksjoner.