СВЕТОВОЕ ПЕРО Российский патент 2001 года по МПК G06K11/18 G06F3/33 

Изобретение относится к области информационной техники, точнее к манипуляторам, и может быть использовано для управления курсором и ввода графической информации в компьютер, телевизор и т.п.

Известно устройство "световое перо" [1], содержащее целеуказатель с оптическим окном и фотоприемником для преобразования вспышки люминофора электронно-лучевой трубки в электрический импульс и электронный блок для определения координат целеуказания. Координаты определяются по временным соотношениям между фронтом импульса с фотоприемника и импульсами строчной и кадровой разверток. Недостатками упомянутого устройства являются узость области применения, поскольку световое перо работает только с экранами электронно-лучевых трубок (световое перо невозможно использовать при работе с жидкокристаллическими дисплеями), низкая точность определения координат, необходимость подсвечивания экрана (световое перо не работает "по темному полю").

Также известно устройство для считывания графической информации [2], содержащее щуп с излучателем, планшет и блок измерения координат. Планшет известного устройства представляет собой сложную планарную структуру, состоящую из подложки, слоя электролюминофора, прозрачной пленки, фоторезистивного слоя, прозрачных электродов и полосковых индикаторных шин. Планшет и блок измерения координат образуют оптоэлектронную схему с обратной связью, в которой возникают автоколебания при направлении на рабочее поле планшета света излучающего щупа. Координаты целеуказания определяются исходя из параметров автоколебаний. Известное устройство имеет ряд недостатков, наиболее существенными из которых являются высокая сложность, невозможность совмещения рабочего поля с экраном дисплея, наличие на рабочем поле "слепых" участков, в которых координаты не определяются однозначно.

По совокупности существенных признаков устройство, описанное в [2], является наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению. Однако, поскольку "световое перо" [1] широко распространено и работоспособность его не вызывает сомнений, автор считает целесообразным выбрать в качестве прототипа устройство, описанное в [1].

Задачей, которую решает предлагаемое изобретение, является расширение области применения светового пера за счет возможности совмещения рабочего поля с экранами различных типов и повышение точности целеуказания.

Решение поставленной задачи достигается тем, что световое перо (в дальнейшем устройство) содержит целеуказатель, электронный блок и группу фотоприемников, расположенных по периметру рабочего поля, целеуказатель содержит излучатель, освещающий область рабочего поля, имеющую форму двух или более непараллельных полос, причем выходы фотоприемников группы соединены со входами группы электронного блока, выход которого является выходом светового пера и подключается к компьютеру.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг. 2 показаны примеры возможных диаграмм направленности излучения целеуказателя, на фиг. 3 - пример оптической схемы излучателя целеуказателя, соответствующей диаграмме направленности на фиг. 2а.

Устройство состоит из целеуказателя 1 (фиг. 1), выполненного в виде "пистолета" или "карандаша", группы фотоприемников 2, расположенных по периметру рабочего поля, границы которого показаны пунктиром, и электронного блока 3, входы группы которого соединены с выходами фотоприемников 2 группы. Электронный блок также может содержать дополнительную группу входов, к которым подключаются выходы целеуказателя 1. Дополнительная группа входов электронного блока, равно как и связи между целеуказателем и электронным блоком, не являются существенными признаками предлагаемого изобретения, служат для удобства работы со световым пером и приводятся для полноты описания и облегчения понимания работы устройства. Выход электронного блока 3 является выходом устройства и подключается к компьютеру 4. Световое пятно 5 в области рабочего поля имеет вид, изображенный на фиг. 2 а, 2 б или 2 в. Чтобы, например, получить диаграмму направленности излучения целеуказателя, соответствующую форме светового пятна 5 на фиг. 1 или, что то же самое, на фиг 2 а, целеуказатель 1 должен содержать два полупроводниковых лазера 6 и 7 (см. фиг. 3) и две цилиндрические линзы 8 и 9. Оптические оси лазеров 6 и 7 параллельны. Линза 8 установлена на оптической оси лазера 6 на некотором расстоянии от последнего, близком к фокусному расстоянию линзы. Аналогично линза 9 установлена на оптической оси лазера 7, но так, чтобы образующая цилиндрической поверхности линзы 9 была перпендикулярна образующей цилиндрической поверхности линзы 8. Хорошие результаты получаются при использовании одного лазера и голографической линзы, промодулированной двумя скрещенными дифракционными решетками. Целеуказатель 1 также может содержать кнопку-курок или несколько кнопок (не показаны), выходы которых подключены ко входам дополнительной группы электронного блока.

Устройство работает следующим образом. Целеуказатель 1 направляется оператором в произвольную точку рабочего поля. Фотоприемники 2 группы регистрируют излучение целеуказателя 1, причем распределение интенсивности падающего света по различным фотоприемникам группы зависит от вида формы светового пятна 5 в рабочей области и координат целеуказания. Электронный блок 3 преобразует электрические сигналы с выходов фотоприемников в цифровые коды, которые вводятся в компьютер 4. По совокупности сигналов с выходов фотоприемников 2 группы в компьютере 4 восстанавливается функция распределения интенсивности излучения целеуказателя по периметру рабочего поля светового пера. По указанной функции легко определяются координаты целеуказания. Например, если световое пятно в рабочей области имеет вид двух пересекающихся полос (фиг. 2 а), функция распределения интенсивности излучения по периметру рабочего поля имеет четыре максимума (точки А, В, С и D на фиг. 1), координаты которых известны. В этом случае координаты целеуказания XY определяются, как координаты точки пересечения отрезков АС и BD:
X = X_max (X1 Y_max + (X2 - X1) Y1)/(Y_max X_max - (X2 - X1)(Y2 - Y1))
Y = Y_max (Y1 Xmax +(Y2-Y1)X1)/(X_max Y_max - (Y2 -Y1)(X2 - X1)),
где Y1 и Y2 - Y-координаты точек А и С,
X2 и X1 - X-координаты точек В и D,
X_max и Y_max - размеры рабочего поля по осям X и Y соответственно.

При работе с экранами прямоугольной формы фотоприемники 2 располагаются по периметру экрана. Для работы с экранами специальной формы, например с круглыми экранами осциллографических трубок, фотоприемники 2 могут быть расположены по окружности, описанной вокруг экрана.

Для удобства работы целеуказатель может содержать кнопки или курок, связанные с блоком 3 и компьютером 4, а целеуказатель может излучать в невидимом (инфракрасном) диапазоне. Кнопки или курок используются для управления компьютерной программой.

Для повышения помехоустойчивости устройства спектральная чувствительность фотоприемников 2 адаптируется к длине волны излучения целеуказателя.

Электронный блок 3 содержит, как вариант, многоканальный аналоговый коммутатор, информационные входы которого образуют группу входов электронного блока, аналого-цифровой преобразователь, выход которого является выходом электронного блока и цепи синхронизации. Так как схемотехника электронного блока определяется типом используемого компьютера, способом ввода данных в компьютер, другими факторами и не является предметом изобретения, автор не считает необходимым приводить его подробное описание. Если таковое понадобится в процессе проведения экспертизы, затребованные дополнительные материалы будут предоставлены.

ЛИТЕРАТУРА
1. Ньюмен У., Спрулл P. Основы интерактивной машинной графики. М.: Мир, 1976, с. 191.

2. Авторское свидетельство СССР N 397944, G 06 K 11/18 от 22.11.1971 г.

Заявленное устройство относится к вычислительной техники, в частности к устройствам ввода типа перо. Техническим результатом является расширение области применения светового пера за счет возможности совмещения рабочей области с экранами различных типов, а также повышение точности целеуказания. Для этого световое перо, содержащее излучающий целеуказатель, группу фотоприемников и электронный блок, причем фотоприемники группы расположены по периметру рабочего поля светового пера, а диаграмма направленности излучения целеуказателя выбирается так, чтобы световое пятно в рабочей области имело вид двух или более непараллельных полос. 3 ил.

Световое перо, содержащее целеуказатель с излучателем, предназначенным для освещения рабочей области светового пера, группу фотоприемников, расположенных по периметру рабочего поля, и электронный блок, предназначенный для ввода в компьютер преобразованных в цифровой код электрических сигналов выходов группы фотоприемников, выход электронного блока является выходом светового пера, отличающееся тем, что целеуказатель выполнен с возможностью формирования диаграммы направленности его излучения, соответствующей форме светового пятна в виде двух или более непараллельных полос.