Устройство управления курсором для использования с системой отображения


H03M1/24 - Кодирование, декодирование или преобразование кода вообще (с использованием гидравлических или пневматических средств F15C 4/00; оптические аналого-цифровые преобразователи G02F 7/00; кодирование, декодирование или преобразование кода, специально предназначенное для особых случаев применения, см. в соответствующих подклассах, например G01D,G01R,G06F,G06T, G09G,G10L,G11B,G11C;H04B, H04L,H04M, H04N; шифрование или дешифрование для тайнописи или других целей, связанных с секретной перепиской, G09C)
H03M1/22 - Кодирование, декодирование или преобразование кода вообще (с использованием гидравлических или пневматических средств F15C 4/00; оптические аналого-цифровые преобразователи G02F 7/00; кодирование, декодирование или преобразование кода, специально предназначенное для особых случаев применения, см. в соответствующих подклассах, например G01D,G01R,G06F,G06T, G09G,G10L,G11B,G11C;H04B, H04L,H04M, H04N; шифрование или дешифрование для тайнописи или других целей, связанных с секретной перепиской, G09C)

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4784456/24 (22) 18.01.90 (46) 30.01,92. Бюл. t4 4 (71) Институт прикладной физики (72) В.И. Минин и В.Ф. Степанов (53) 681.325(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

t4 1206765, кл. G 05 G 9/00, 1986.

Патент США ht 4464652, кл, 6 09 6 1/00; опублик. 1984. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КУРСОРОМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С СИСТЕМОЙ ОТОБРАЖЕНИЯ . (57) Изобретение относится,к управляющим устройствам, а именно к устройствам управ.Я ) 1709520 А1 (я)з Н 03 М 1/22, 1/24, G 05 G 9/00

1 ления курсорами для дисплейных систем, Целью изобретения является повышение разрешающей способности устройства. Устройство состоит из основания I., шарового привода 2. шара 3, свободно вращающегося вокруг своего неподвижного центра. двух передающих элементов, каждый из которых связан.со своим кодовым диском 5,. который вместе с коллиматором установлен между двумя источниками и двумя светоприемниками. Повышение разрешающей способности устройства достигается за счет повышения степени дискретности его выходного сигнала и устранения влияний погрешности изготовления его кинематических элементов. 4 ил.

1709520

Изобретение относится к управляющим Поэтому такое устройство целесообразнее устройствам, а именно к устройствам управ- использовать для управления скоростью ления курсорами для дисплейных систем.. движения курсора, а не его позицией..

В графических дисплейных станциях, Наиболее близким к изобретению являработающих автономно, либо в составе вы- 5 ется устройство. управления курсором для числительного комплекса для вывода или использования с системой отображения, соотработки изображения на экране дисплея держащее шар, свободно вращающийся имеет место постоянная потребность в пря- вокруг своего неподвижного центра, фрикмом управлении относительными переме- ционно связанный с двумя передающими щениями курсора по экрану дисплея с 10 элементами сопряжения, выполненными в помощью компактного устройства, позволя- виде взаимно перпендикулярных валов, на ющего с достаточной точностью отклежи- каждый из которых насажено по одному ковать перемещения курсора в зависимости довому диску с окнами по ободу, при вращеотперемещенияэлементауправленияэтого нии которых у каждого происходит устройства. 15 прерывание двух лучей света, распростраКроме того, для прорисовки мелких де- няющихся от источников к светоприемниталей в заданной зоне экрана это устройст- кам, в результате чего формируются во должно обеспечивать малые импульсные сигналы, представляющие приотносительные изменения позиции курсо- ращения перемещений, а порядок, в котора на всем поле экрана, что возможно толь- 20 ром происходит прерывание, задает ко при достаточно большой рабочей зоне направление движения экранного курсора. перемещения элемента управления и доста- Данное устройство достаточно компакточно высокой разрешающей способности тно; имеет неограниченную рабочую зону устройства. перемещения элемента управления, что поТак, например, при разводке печатных 25 зволяет обрабатывать изображение в люпла ., имеющих высокую плотность монта- бой заданной точке экрана. жа, где толщины печатных проводников со- Кроме того, обладая высокой технолоставляют 0,15-0;25 мм„разрешающая гичностью, устройство. может изготавлиспособность устройства должна быть не ме- ваться большими сериями; нее 4-6 линий на мм, ЗО Однако известное устройство не позвоРазрешающая способность подобных ляет прорисовывать достаточно мелкие деустройствимеетбольшоепрактическоезна- тали на экране дисплея, так как его чение, поскольку эти устройства использу- разрешающая способность невелика из-за ются в самых различных областях недостаточногоколичестваимпульсныхсигприменения. К таким, областям относятся 35 налов, вырабатываемых за один оборот ковычислительные комплексы математическо- дового диска, т. е из-за малого количества го моделирования и численного экспери- окон вкодирующейдорожке. мента, системы обработки изображений, Достаточное увеличение количества системы автоматизации научных исследо- окон кодовых дисов s данной конструкции ваний, автоматизированные системы уп- .40 невозможно, так как при увеличении колиравления технологическими процессами,. чества окон их ширина соответственно видеографика и спецэффекты в студийных уменьшается, Но уменьшение ширины окон комплексах вещательного телевидения и кодовых дисков ограничено размерами

IlPi входных окон светоприемников, так как при

Известно компактное устройство пере- 45 размерах кодирующих окон меньших, чем мещения курсора с Злементом управления, окна светоприемников, происходит засветвыполненным в виде рычага, связанного с ка светоприемников через два или нескольпомощью двух взаимно перпендикулярных ко соседних окон кодового диска. 8 этом осей качания с двумя перфорированными случае невозможно сформировать ни имполукольцдми, изменение положения кото- 50 пульсные сигналы, ни порядок их прохождерых регистрируетсясоответствующимидат- ния, что делает данное устройство чиками. неработоспособным.

Не смотря на очень высокую точность Кроме того, при достаточно большом ко- . отслеживания, это устройство трудно ис- . личестве окон, когда их размеры становятся пользовать для прямого управления пози- 55 соизмеримы с размерами величин технолоцией курсора., поскольку небольшие гических погрешностей изготовления, в чадемжения руки оператора из-as ограничен- стности с величиной радиального биения ности рабочей зоны перемещения элемеита кодового диска, при его вращении кодируюуправления отражаются в положении эк- щее окно смещается на величину этого бие-. ранного курсора усиленными в 5 — 10 раз. ния в пределах одного оборота кодового

1709520 диска, что нарушает порядок прерывания (по площади) светового потока от излучатесветовых лучей и также делает данное уст- ля при совпадении окон, и не пропускать ройство неработоспособным. ничего в тот момент времени, когда окна на

Например, при ширине кодового окна кодирующем диске и коллиматоре находятдиска, равной 0,2 мм, величина радиального 5 ся s противофазе. биения для обеспечения надежной органи- Смещение коллимирующих. дорожек на зации порядка прерывания световых лучей вышеуказанную величину позволило о д нои конструкции должна быть меньше низовать порядок прерывания световых лули оргаширины окна примерно на порядок, т.е.0.02 чей, а следовательно, и порядок мм. 10 формирования импульсных сигналов в завиПоэтому при выполнении таких жестких симости от направления вращения кодовых допусков появляется необходимость в юс- дисков. тировке при сборке устройства или приме- Повышение разрешающей способнонении специального оборудования сти,т,е,увеличениеколичестваокон кодово(специальнойтехнологии)приизготовлении 15 го диска при сохранении

4 нении существующих и сборке этого устройства. погрешностей изготовления, а именно велиВсе это удорожает производство, по- чины радиального биения..возможно только скольку. введение сложных и трудоемких в том случае, если максимальный угол межопераций при изготовлении устройства и ду оптопарами не превышает угла.в вышеприменение специального оборудования .20 укаэанном выражении. существенно сказываются на трудозатратах и стоимости изделий. пар кодового диска под требуемыми углами

Цель изобретения — -повышение разре- позволило снизить влияние величины радишающей способности устройства. ального биения кодирующей дорожки ко оос авленная цель достигается тем, что 25 вого диска на стабильность органиэации в устройство управления курсором для ис- порядка прерывания световых лучей, а слепользования с системой отображения, со- довательно, и порядка формирования имдержащее шар, установленный в корпусе с пульсных сигналов при вращения кодового возможностью вращения вокруг своего не- диска. подвижного центра, и два сопряженных с 30 Все зто дает возможность изготавлишаром передающих элемента, каждый из вать устройства с повышенным количеством которых связан со своим кодовым диском, кодирующих окон на кодовых дисках, а слеустановленным между двумя источниками и довательно, и с повышенной разрешающей, двумя светоприемниками, дополнительно способностью без усложнения конструк вве дены два непрозрачных экрана, каждый 35 и технологии его изготовления, у ции из которых установлен перед парой свето.- . На фиг, 1 изображено предлагаемое с р емников и имеет два ряда равномерно тройство ручного управления; на фиг. 2—

У расположенных оптических окон, причем коллиматор со смещенными оптическими начала этих рядов сдвинуты относительно дорожками; на фиг. 3 — сформированные друг друга на величину 40 импульсные сигналы и порядок их прохоже= +kt, 1 дения; на фиг. 4 — расположение оптических осей оптопар, угол между ними; величины где Ь вЂ” ширина оптического окна; t — цниаг радиального биения и смещений располоокон; М вЂ” любое натуральное число, а цейт-. жения окон.от номинальных положений. ральный уголамежду осями соседних све- 45 . Устройство состоит (фиг. l) из основатоприемников ния 1 с закрепленным на нем шаровым приа <<2arcsin(„,), водом 2, позволяющим шару 3 свободно вращаться вокруг своего неподвижного где — расстояние между осью вращения центра, двух передающих элементов 4, выкодового диска и оптическими осями свето- 50 полненных в виде дисков, каждый из котоприемников; и — количество кодирующих рых соединен с кодовыми дисками 5. С окон кодового диска; R — величина радиаль- одной стороны кодовых дисков установлены ного биения кодового диска. источники 6, а с другой — коллиматоры 7 со

Установка щелевых коллиматоров с рав- смещенными коллимирующими дорожками номерными оптическими дорожками, шаг 55 и светоприемники 8. которых равен шагу кодирующей дорожкй Устройство работает следующим обра-." кодового диска, позволяет независимо от зом. количества коллимирующих окон пропу- При повороте шара на нужный гол с а ь на каждый светоприемник половину помощью передающих элементов поворау л чиваются и кодовые диски с окнами. При

1709520 этом происходит определенное количество прерываний световых лучей, пропорциональное углу поворота шара, и формирование управляющих импульсных сигналов с определенным порядком их прохождения, Механизм организации порядка, прохождения сформированных импульсных сигналов следующий.

При смещении коллимирующих дорожек двух соседних оптопар на величину смещения е. при вращении кодового диска также происходит смещение сформированных импульсных сигналов (см. фиг. 3), где импульс первого сигнала идет с опережением относительно импульса второго на величину Лt, равную четверти периода Т выходного сигнала в случае, если длительность импульса равна длительности паузы.

Но если вращать диск в противоположную сторону, то первый сигнал будет отставать от второго на четверть периода. Этим самым и определяется направление движения экранного курсора.

При изготовлении устройства управления, как и при изготовлении любого другого уст ойства, имеют место технологические погрешности изготовления, такие, как поля допусков на размеры, форму и расположеwe поверхностей деталей. Поэтому смещение импульсных сигналов относительно друг друга может колебаться в пределах одного оборота кодового диска, Как видно из фиг. 3, устойчивая работа устройства имеет место только в том случае, когда передний фронт импульса второго сигнала находится между передним и задним фронтами импульса первого сигнала.

Самый благоприятный случай, это когда передний фронт находится строго посередине между ними. Но работоспособность устройства сохранится и в том случае, если колебание смещения не будет превышать длительности импульса выходного сигнала, Период импульсных выходных сигналов при постоянной Скорости вращения кодового диска прямо пропорционален шагу расположения окон кодирующей дорожки кодового диска.

Поэтому максимальное смещение окон кодирующей дорожки кодового диска относительно расположения коллимирующих окон не должно превышать велйчину их ширины, т.е.68су Ь, (1) где Ь$сум — величина суммарного колебания смещения кодирующих и коллимирующих Оком;

Ь ширина этих Окон, Суммарное колебание смещения состоит из колебаний смещения окон кодового диска и коллиматора. Поэтому величина колебания смещения кодового диска составит

ASg = 0,5.b (2)

Но, учитывая технологические погрешности изготовления кодирующих и коллимирующих окон, необходимо уменьшить величину колебаний смещения окон на величину поля допуска этих окон примерно на

20 4, что соответствует точности примеро по 11-12 квалитету согласно СТ СЭВ 144 — 75 и вполне приемлемо для изготовления в условиях серийного производства

Тогда допустимое колебание смещения кодирующих и коллимирующих окон равно

ЛЗдоп = 0,3 Ь (3)

Теперь рассмотрим, какую величину колебаний смещения кодового диска при его

20 вращении вносит величина радиального биения кодирующей дорожки.

Колебание смещения окон кодового диска ЬЯ складывается из двух величин: из колебания смещения окон от номинального

25. значения первой оптопары AS1,и второй

А S2 (фиг. 4). Как видно из фиг. 4, колебания смещения кодового диска можно опреде30

Ç5

55 лить из выражения

AS = AS1+ AS2 = R (Sin P+ Sin (a

-Р)) (4) где R — величина радиального биения кодового диска; а- центральный угол между оптическими осями оптопар;

P — текущий угол расположения геометрического центра кодирующей дорожки при повороте кодового диска.

Исследуя это выражение, находим, что максимальное значение Ь S èìååò только в том случае, когда текущий угол р расположения геометрического центра кодирующей дорожки равен половине центрального угла а между оптическими осями оптопар, т.е. только при

Р=— а

2 (5)

При этом выражение справедливо при любыхзначениях аиф .

Подставив выражение (5) в выражение (4), получим зависимость максимального колебания смещения окон кодового диска.от величины радиального биения и центрального угла между оптическими осями оптопар. 8макс = 2 R З!п (— ) а

2 (6)

Для нормальной работы устройства управления величина максимального колеба1709520

\ ния смещения окон дисков не должна превышать его допустимого значения, т.е.

ЛЗ макс « ЛЯдоп Р)

Тогда, подставив выражения (3) и (6) в выражение (7), получим 5 а 2 arcsin („) (8)

В выражении (8) показана зависимость центрального угла между оптическими осями оптопар от величины ширины кодирую- 10 щих и коллимирующих окон и радиального биения кодового диска. Но гораздо удобнее будет пользоваться этой формулой, если центральный угол будет вычисляться в зави- . симости от количества кодирующих окон, 15 характеризующего разрешающую способность устройства.

Ширина кодирующих окон, в случае, если она равна ширине промежутка между ними, определяется из выражения 20

Ь= (9) где — расстояние от оси вращения диска до оптической оси оптопары (фиг. 4); и — количество кодирующих окон кодо- 25 вого диска.

Подставив выражение (9) в выражение (8), получим аа2агсз!п(0 5 !) (10)

0,15 к. п.R 30

Макет предлагаемого устройства был изготовлен и опробован с целью использования его в высокоразрешающей графической дисплейной станции.

В этом макете в контакте с пластмасса- 35 вым шаром диаметром 70 мм находятся два передающих элемента, выполненные в виде плоских фторопластовых дисков. На одном валу с каждым из этих дисков закреплено по одному кодовому диску с окнами, которые 40 при вращении прерывают световые лучи, идущие от источников к светоприемникаь!.

Количество окон, необходимых для получения заданной разрешающей способности, было выбрано равным 120. .45

В качестве источников использовались светодиоды ЗЛ107Б, в качестве светоприемников — фотодиоды ФД256. Перед каждой парой светоприемников установлено по. одному коллиматору со смещенными колли- 50 мирующими дорожками (см. фиг. 2). Сформированные в результате прерываний импульсные сигналы определяли величину и направление перемещения экранного кур- сора. 55

Первоначально величина угла между оптопарами составляла 83 при расстоянии от центра вращения до оптических осей оптопар, равном 12 мм. При этом допускаемое радиальное биение кодового диска составило 0,07 мм. Эта величина складывалась из допуска на биение в подшипнике, допуска на посадку вала сопрягаемого элемента, несоосности этой посадочной поверхности с поверхностью, на которую базируется кодовый диск, допуска при посадке кодового диска на вал и несоосности осей посадочного отверстия кодового диска и геометрического центра кодирующей дорожки.

Поэтому для получения вышеуказанного радиального биения-необходимо было либо изготавливать эти детали с допусками-на посадочные размеры по 6-му квалитету точности согласно СТ С38 144 — 75, что неприемлемо для условий серийного производства, либо производить юстирЭвку при установке кодового диска под микроскопом, что требует высокой квалификации сборщика и дополнительных затрат времени и средств на изготовление устройства..

Затем величина радиальйого биения была выбрана равной 0,2 мм, что,позволило изготавливать детали устройства по 11-му квалитету точности. При этом максималь.ный угол между оптопарами уменьшили до

27 . В результате этого работоспособность изделия была достигнута при сборке беэ дополнительных юстировок, что вполне приемлемо для условий серийного производства.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет устранить отрицательные явления, возникающие при увеличени количества кодирующих окон кодового диска, что дает возможность повысить разрешающую способность устройства, сохраняя при этом простую технологию его изготовления и сборки, Кроме того, предлагаемое устройство позволяет путем варьирования .углами между оптическими осями оптопар изготавливать устройства управления курсором для использования с системой отображения с наперед заданной разрешающей способностью в условиях серийного производства.

Формула изобретения

Устройство управления курсором для использования с системой отображения, содержащее шар, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг своего неподвижного центра, и два сопряженных с шаром передающих элемента,. каждый из которых связан со своим кодовым диском, установленным между двумя источниками и двумя светоприемнйками, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения разрешающей способности устройства, в него дополнительно введены два непрозрачных экрана, каждый из которых установлен пе12

1709520

1- ae dd роркиро5аноя ЬаОдеа оипщьснык вга7юу

Ю" k404&4 PNP2fPH0Я ОМЩА60М6!х ЬПВИ6!х вгмю/ ред парой светоприемников и имеет два ряда равномерно расположенных оптических окон, причем начала этих рядов сдвинуты относительно друг друга на величину е y+kt, Ь где Ь вЂ” аирина оптического окна; t — шаг окОн; k - любое йатуральное число, а центральный угол а междуосями соседних светоприемников соответствует выражению а 2 агсзЬ(. ), n R

5 где l — расстояние между осью вращения кодового диска и оптическими осями свето. приемников; n — количество кодирующих окон кодового диска; Я вЂ”. величина радиального биения кодового диска.

1709520 гттмричкква центра шйруницсй 5 0жхо

Составитель В.Минин

Редактор М.Бандура Техред М,Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 436 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС ;Р

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Устройство управления курсором для использования с системой отображения Устройство управления курсором для использования с системой отображения Устройство управления курсором для использования с системой отображения Устройство управления курсором для использования с системой отображения Устройство управления курсором для использования с системой отображения Устройство управления курсором для использования с системой отображения Устройство управления курсором для использования с системой отображения 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аналого-цифровой и информационно-измерительной технике

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для получения информации об энергетических параметрах экспоненциальных видеоимпульсов , для получения информации о параметрах сложных электрических цепей, в процессе обработки сложных сигналов, для идентификации механических систем

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для получения информации об энергетических параметрах экспоненциальных видеоимпульсов, для получения информации о параметрах сложных электрических цепей, в процессе обработки сложных сигналов , для идентификации механических систем

Изобретение относится к приборостроению и автоматике и может быть использоно для аналого-цифрового преобразования линейных и угловых перемещений в цифровой код

Изобретение относится к импульсной технике и, в частности к преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации автоматизированных систем контроля и управления, выполняемых на средствах вычислительной техники Недостатком известного и близкого по технической сущности аналого-цифрового преобразователя АЦП является то, что на результат преобразования оказывают влияние остаточные параметры смещения преобразователя напряжения в частоту импульсов, вызывающие дополнительные погрешности Целью изобретения является повышение точности АЦП за счет исключения этих погрешностей АЦП содержит источник опорного напряжения, преобразователь напряжения в частоту импульсов, переключатели, источник тока смещения, два реверсивных счетчика, элементы И и ИЛИ, блок управления

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и позволяет осуществить преобразование временных интервалов, начало и конец которых ограничены различными сигналами, требующими их предварительного усиления, и может быть использовано в ультразвуковых расходеи скоростемерах ИзоЬретение позволяет повысить точность устройства за счет того,что в устройство, содержащее два усилителя и преобразователь время напряжение, введены два коммутатора, триггер и блок усреднения

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования быстроменяющихся аналоговых сигналов в цифровой код Цель изобретения - повышение точности и помехозащищенности на границах поддиапазонов устройства

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для связи источников информации с исполнительными устройствами

Изобретение относится к аналого-цифровой и информационно-измерительной технике

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для получения информации об энергетических параметрах экспоненциальных видеоимпульсов , для получения информации о параметрах сложных электрических цепей, в процессе обработки сложных сигналов, для идентификации механических систем

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для получения информации об энергетических параметрах экспоненциальных видеоимпульсов, для получения информации о параметрах сложных электрических цепей, в процессе обработки сложных сигналов , для идентификации механических систем

Изобретение относится к приборостроению и автоматике и может быть использоно для аналого-цифрового преобразования линейных и угловых перемещений в цифровой код

Изобретение относится к импульсной технике и, в частности к преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации автоматизированных систем контроля и управления, выполняемых на средствах вычислительной техники Недостатком известного и близкого по технической сущности аналого-цифрового преобразователя АЦП является то, что на результат преобразования оказывают влияние остаточные параметры смещения преобразователя напряжения в частоту импульсов, вызывающие дополнительные погрешности Целью изобретения является повышение точности АЦП за счет исключения этих погрешностей АЦП содержит источник опорного напряжения, преобразователь напряжения в частоту импульсов, переключатели, источник тока смещения, два реверсивных счетчика, элементы И и ИЛИ, блок управления

Изобретение относится к импульсной и вычислительной технике и позволяет осуществить преобразование временных интервалов, начало и конец которых ограничены различными сигналами, требующими их предварительного усиления, и может быть использовано в ультразвуковых расходеи скоростемерах ИзоЬретение позволяет повысить точность устройства за счет того,что в устройство, содержащее два усилителя и преобразователь время напряжение, введены два коммутатора, триггер и блок усреднения

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования быстроменяющихся аналоговых сигналов в цифровой код Цель изобретения - повышение точности и помехозащищенности на границах поддиапазонов устройства

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для связи источников информации с исполнительными устройствами

Изобретение относится к машиностроению , преимущественно к автомобилестрое20 нию, в частности к механизмам управления коробками передач
Наверх