Устройство управления курсором для использования с системой отображения

(19 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 7 Фиг. 1 ГОСУДАРСТВЕН ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Институт прикладной физики(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1206765, кл, 6 05 6 9/00, 1986,Патент США М 4464652, кл, 6 09 6 1/00,опублик. 1984.(54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КУРСОРОМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С СИСТЕМОЙ ОТОБРАЖЕНИЯ. ф 7) Изобретение относится,к управляющимустройствам, а именно к устройствам управя)з Н 03 М 1/22, 1/24, О 05 6 9/О ления курсорами для дисплейных систем, Целью изобретения является повышение разрешающей способности устройства, Устройство состоит из основания 1., 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,3Изобретение 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 позициейВ графических дисплейных станциях, Наиболее близким к изобретению явля- работающих автономно, либо в составе вы ется устройство. управления курсором для числительного комплекса для вывода или использования с системой отображения, соотработкиизображения наэкранедисплея 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 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 ммразрешающая 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 в 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 пр входных окон светоприемников, так как приИзвестнокомпактное устройство пере размерах кодирующих окон меньших, чем мещвния курсора с злементом управления, окна светоприемников, происходит засветвыполненным в виде рычага, связанного с ка светоприемников через два или несколь- помощью двух взаимно перпендикулярных ко соседних окон кодового диска, 8 этом осей качания с двумя перфорированными случае невозможно сформировать ни имполукольцдми, изменение положения кото пульсные сигналы, ни порядок их прохождерых регистрируетсясоответствующимидат- ния, что делает данное устройствочиками. 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 соизмеримы с размерами величин технолоцией курсора., поскольку небольшие гических погрешностей изготовления, в чадвмжения руки оператора из-за ограничен- стности с величиной радиального биения ности рабочей зоны перемещения элемеита кодового диска, при его вращении кодирую- управления отражаются в положении эк- щее окно смещается на величину этого бие-.ранного курсора усиленными в 5 - 10 раз. ния в пределах одного оборота кодового1709520диска, что нарушает порядок прерывания (по площади) светового потока от излучатесветовых лучей и также делает данное уст- ля при совпадении окон, и не пропускатьройство неработоспособным. ничего в тот момент времени, когда окна наНапример, при ширине кодового окна кодирующем диске и коллиматоре находятдиска, равной 0,2 мм, величина радиального 5 ся в противофазе.биения для обеспечения надежной органи- Смещение коллимирующих. дорожек назации порядка прерывания световых лучей вышеуказанную величину позволило од нои конструкции должна быть меньше низовать порядок прерывания световых лули оргаширины окна примерно на порядок, т.е.0,02 чей, а следовательно, и порядокмм. 10 формирования импульсных сигналов в завиПоэтому при выполнении таких жестких симости от направления вращения кодовыхдопусков 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 сохранении4 нении существующихи сборке этого устройства. погрешностей изготовления, а именно велиВсе это удорожает производство, по- чины радиального биения,.возможно тбпькоскольку введение сложн.ых 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 трудозатратахи стоимости изделий, пар кодового диска под требуемыми угламиЦель 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 органиэациив 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 кодовоговозможностью 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 количествомкоторых 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 конструквве дены два непрозрачных экрана, каждый 35 и технологии его изготовления,у циииз которых установлен перед парой свето.- . На фиг, 1 изображено предлагаемое с р емников иимеет два ряда равномерно тройство ручного управления; на фиг. 2 -Урасположенных оптических окон, причем коллиматор со смещенными оптическимикачала этих рядов сдвинуты относительно дорожками; на фиг. 3 - сформированныедруг друга на величину 40 импульсные сигналы и порядок их прохоже= -кт,дения; на фиг, 4 - расположение оптическихосей оптопар, угол между ними; величиныгде Ь - ширина оптического окна; т - цниаг радиального биения и смещений располоокон; 1 - любое натуральное число, а цейт-. жения окон от номинальных положений.ральный угол а между осями соседних све . Устройство состоит (фиг. 1) из основатоприемников ния 1 с закрепленным на нем шаровым приа 2 агсз 1 п( , ,),водом 2, позволяющим шару 3 свободновращаться вокруг своего неподвижногогде- расстояние между осью вращения центра, двух передающих элементов 4, выкодового диска и оптическими осями свето полненных в виде дисков, каждый из котоприемников; и - количество кодирующих рых соединен с кодовыми дисками 5. Сокон кодового диска; Й - величина радиаль- одной стороны кодовых дисков установленыного биения кодового диска, источники 6, а с другой - коллиматоры 7 соУстановка щелевых коллиматоров с рав- смещенными коллимирующими дорожкаминомерными 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 са ь на каждый светоприемник половину помощью передающих элементов поворау лчиваются и кодовые диски с окнами. Приэтом 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 Ьс, 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 расположение 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 кодовогодиска.Поэтому максимальное смещение окон кодирующей дорожки кодового диска относительно расположения коллимирующих окон не должно превышать велйчину их ширины, т.е,ЬЗс,.- Ь, (1) где ЬЗсум - величина суммарного колебания смещения кодирующих и коллимирующих окон;Ь - ширина этих окон, Суммарное колебание смещения состоит из колебаний смещения окон кодового диска и коллиматора. Поэтому величина колебания смещения кодового диска составитЬЯц =0,5 Ь (2)Но, учитывая технологические погрешности изготовления кодирующих и коллимирующих окон, необходимо уменьшить величину колебаний смещения окон на величину поля допуска этих окон примерно на20 о 4, что соответствует точности примеро по 11-12 квалитету согласно СТ СЭВ 144 - 75 и вполне приемлемо для изготовления в успавиях серийного производстваТогда допустимое колебание смещениякодирующих и коллимирующих окон равноЬЯдоп = 0,3 Ь (3)Теперь рассмотрим, какую величину колебаний смещения кодового диска при его20 вращении вносит величина радиального биения кодирующей дорожки.Колебание смещения окон кодового диска ЬЯ складывается из двух величин: изколебания смещения окон от номинального 25 значения первой оптопары Ь 51,и второй ЬЯ 2 (фиг. 4). Как видно из фиг. 4, колебания смещения кодового диска можно опреде 30 35 40 45 50 55 лить из выраженияЬЯ= ЬЗ 1+ ЬЯ 2=й(п 3+п(а- -Р (4) где й - величина радиального биения кодового диска;а- центральный угол между оптическими осями оптопар;Р - текущий угол расположения геометрического центра кодирующей дорожки при повороте кодового диска.Исследуя это выражение, находим, что максимальное значение Ь Яимеет только в том случае, когда текущий угол ррасположения геометрического центра кодирующей дорожки равен половине центрального угла а между оптическими осями оптопар, т.е. только приР= -а2(5)При этом выражение справедливо при любых значениях а и р .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,Ь Змакс = 2 В 31 п ( - )а2(6)Для нормальной работы устройства управления величина максимального колебания смещения окон дисков не должна превышать его допустимого значения, т.е.Л 3 максЬ Ядоп Р)Тогда, подставив выражения (3) и (6) ввыражение (7), получим 5а2 агсзи() (8)В выражении (8) показана зависимостьцентрального угла между оптическими осями оптопар от величины ширины кодирующих и коллимирующих окон и радиальногобиения кодового диска. Но гораздо удобнеебудет пользоваться этой формулой, еслицентральный угол будет вычисляться в зависимости от количества кодирующих окон, 15характеризующего разрешающую способность устройства,Ширина кодирующих окон, в случае, если она равна ширине промежутка междуними, определяется из выражения 20Ь= (9)где- расстояние от оси вращения диска дооптической оси оптопары (фиг. 4);и - количество кодирующих окон кодового диска.Подставив выражение (9) в выражение(8), получима 2 агсзи() (100,15 кп Й 30Макет предлагаемого устройства былизготовлен и опробован с целью использования его в высокоразрешающей графической дисплейной станции.В этом макете в контакте с пластмассавым шаром диаметром 70 мм находятся двапередающих элемента, выполненные в видеплоских фторопластовых дисков. На одномвалу с каждым из этих дисков закреплено поодному кодовому диску с окнами, которые 40при вращении прерывают световые лучи,идущие от источников к светоприемникаь.Количество окон, необходимых для получения заданной разрешающей способности,было выбрано равным 120. 45В качестве источников использовалисьсветодиоды ЗЛ 107 Б, в качестве светоприемников - фотодиоды ФД 256, Перед каждой парой светоприемников установлено поодному коллиматору со смещеннымиколлимирующими дорожками (см. фиг, 2). Сформированные в результате прерыванийимпульсные сигналы определяли величинуи направление перемещения экранного кур-сора. 55Первоначально величина угла между оптопарами составляла 83 при расстоянии отцентра вращения до оптических осей оптопар, равном 12 мм. При этом допускаемое радиальное биение кодового диска составило 0,07 мм. Эта величина складывалась издопуска на биение в подшипнике, допускана посадку вала сопрягаемого элемента, несоосности этой посадочной поверхности споверхностью, на которую базируется кодовый диск, допуска при посадке кодового диска на вал и несоосности осей посадочногоотверстия кодового диска и геометрического центра кодирующей дорожки,Поэтому для получения вышеуказанного радиального биения необходимо было либо изготавливать эти детали с допусками.напосадочные размеры по 6-му квалитету точности согласно СТ СЭВ 144 - 75, что неприемлемо для условий серийногопроизводства, либо производить юстирэвкупри установке кодового диска под микроскопом, что требует высокой квалификациисборщика и дополнительных затрат времени и средств на изготовление устройстваЗатем величина радиальйого биениябыла выбрана равной 0,2 мм, что,позволилоизготавливать детали устройства по 11-муквалитету точности. При этом максималь.ный угол между оптопарами уменьшили до27. В результате этого работоспособностьизделия была достигнута при сборке беэдополнительных юстировок, что вполнеприемлемо для условий серийного производства.По сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет устранить отрицательные явления, возникающие приувеличени количества кодирующих окон кодового диска, что дает возможность повысить разрешающую способностьустройства, сохраняя при этом простую технологию его изготовления и сборки, Крометого, предлагаемое устройство позволяетпутем варьирования. углами между оптическими осями оптопар изготавливать устройства управления курсором дляиспользования с системой отображения снаперед заданной разрешающей способностью в условиях серийного производства.Формула изобретенияУстройство управления курсором дляиспользования с системой отображения, содержащее шар, установленный в корпусе свозможностью вращения вокруг своего неподвижного центра, и два сопряженных сшаром передающих элемента,. каждый изкоторых связан со своим кодовым диском,установленным между двумя источниками идвумя 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 непрозрачныхэкрана, каждый из которых установлен перед парой светоприемников и имеет два ряда равномерйо расположенных оптических окон, причем начала этих рядов сдвинуты относительно друг друга на величинууйМФ где Ь - иирина оптического окна; т - шаг окон; к - любое натуральное число, а центральный угол а междуЪсями соседних светоприемников соответствует выражению,1 ла2 агсзп ( , ) 5 где- расстояние между осью вращениякодового диска и оптическими осями саето. приемников; и - количество кодирующих окон кодового диска; Й - . величина радиального биения кодового диска.1709520 Составитель В,МининРедактор М.Бандура Техред М,Моргентал Корректор я каз 436 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб.; 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго гарина, 10