Beschreibung

Auf dem Computermarkt sind bereits viele periphere Arbeitshilfen erhält¬ lich, welche dem ßenützer die Steuerung des Cursors auf dem Bildschirm er¬ leichtern. Am beliebtesten davon ist die sogenannte "Maus", durch deren Be¬ wegung die Bewegung des Cursors gesteuert wird. Bisherige Mäuse arbeiten meist nach optischen oder mechanischen Verfahren, wobei die Positionsbe¬ stimmung mit Hilfe eines speziellen Tableaus mit speziellen Unterlagen - für Mäuse - oder mit quer über das Tableau gespannten Drähten erfolgte. Da dafür relativ aufwendige mechanische Arbeiten oder die Herstellung speziel¬ ler Oberflächen erforderlich sind, deren Kosten mit den Anforderungen an die Genauigkeit und an das Auflösungsvermögen extrem ansteigen, wird seit einiger Zeit nach anderen Systemen zur Positionsbestimmung gesucht.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines beweglichen Objekts innerhalb einer vorgegebenen Begrenzung und relativ zu festen Bezugspunkten mit Hilfe von akustischen Signalen, vorzugsweise von Ultraschallimpulsen, mit Sende- und Empfangsmitteln für die Ultraschallim¬ pulse und mit Mitteln zur Bestimmung von deren Laufzeit zwischen dem beweg¬ lichen Objekt und den festen Bezugspunkten.

Eine Vorrichtung dieser Art ist in dem Artikel "Zweiohrige Maus" von P. endt in "mc Die Mikrocomputer Zeitschrift", Nr. 10/1984, beschrieben. Bei dieser Vorrichtung sind die Empfangsmittel durch Mikrofone gebildet und die LaufZeitmessung erfolgt dadurch, dass mit der Aussendung von Schallim- pulsen durch den Sender aufgrund eines Startsignals Zähler gestartet und bei Aufnahme eines Signals durch die Mikrofone gestoppt werden. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die Austrittsöffnung des Senders gegen die Mi¬ krofone gerichtet ist, weil sonst eventuell die Laufzeit von Reflexionen bestimmt wird.Aus diesem Grund und auch wegen der relativ grossen Abmessung der Mikrofone ist die Positionsbestimmung nicht sehr genau. Daher kann die¬ se bekannte Vorichtung auch nicht als sogenannter Digitizer, d.h. als Peri- pheriegerät für die Eingabe von Koordinaten einer Zeichnung in ein Rechner¬ system zur geometrischen Datenverarbeitung, verwendet werden.

Durch die Erfindung soll nun eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung ange¬ geben werden, welche sich durch eine möglichst präzise .Positionsbestimmung und ein hohes Auflösungsvermögen auszeichnet.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangsmittel durch zylindrische Ultraschallwandler gebildet sind.

Die Verwendung zylindrischer Ultraschallwandler erlaubt eine sehr einfache und genaue Berechnung der Koordinaten der Maus und erfordert keine gegen¬ seitige Ausrichtung von Sende- und Empfangsmitteln. Die Präzision der Posi¬ tionsbestimmung und das Auflösungsvermögen liegen um etwa eine Grössenord- nuπg höher als bei der zitierten "Zweiohrigen Maus".

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann sowohl als verdrahteter als auch drahtloser Cursor verwendet werden, das heisst, das bewegliche Objekt kann entweder mit der Steuereinheit der Vorrichtung über eine Leitung verbunden sein, wodurch sich die Bestimmung der Laufzeit relativ einfach gestaltet, oder es weist keine körperliche Verbindung zur Steuereinheit auf, wodurch die freie Beweglichkeit des Objekts nicht durch eine Leitung eingeschränkt ist.

Gemäss einer ersten bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemässen Vor¬ richtung sind Mittel zur Aussendung von Impulsen im Bereich des sichtbaren oder unsichtbaren Lichtes zum Zweck der drahtlosen Anzeige des Zeitpunkts der Aussendung oder des Empfangs der Ultraschallimpul.se sowie Mittel zur Detektion dieser Lichtimpulse vorgesehen.

Daraus resultiert eine maximale freie Beweglichkeit des beweglichen Objekts und ausserdem macht die erfindungsgemässe drahtlose Anzeige des Zeitpunkts der Aussendung oder des Empfangs der Ultraschallimpulse mittels optischer Impulse die Laufzeitmessung gegen elektrische Störungen weitgehend immun.

Gemäss einer zweiten bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemässen Vor¬ richtung sind die zylindrischen Ultraschallwandler sogenannte Sellwand er, welche an ihrem Mantel mit einer elektretisierten, auf einer Seite metalli¬ sierten Kunststoffolie versehen sind, welche die bewegliche Elektrode eines einen Luftspalt aufweisenden Kondensators bildet.

Dadurch können an die umgebende Luft äusserst kurze Impulse, sogenannte akustische Schockwellen, abgegeben werden, wodurch die Präzision der Be¬ rechnung der Maus-Koordinaten weiter verbessert wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestell¬ ten Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemässen Vorrichtung im Grundriss, Fig. 2 ein FunktionsblockschaTtbild der erfindungsgemässen Vorrichtung, Fig. 3 ein ZeitabiaufSchema zur Funktionserläuterung, Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Ultraschallwandler, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V - V von Fig. 4, Fig. 6 eine Skizze einer Variante der Vorrichtung von Fig. 1, und ^' Fig. 7 eine Skizze eines Personal Computers mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung

Gemäss Fig. 1 sind zwei UltraschalIsender 1 und 2 zur Messung der Position eines innerhalb einer Fläche 3 manuell beweglichen Objekts M, einer soge¬ nannten Maus, vorgesehen. Die Ultraschallsender 1 und 2 sind Bestandteil der Basisstation B der Vorrichtung, welche ausserdem einen Rechner 4 und einen Infrarotempfänger 5 aufweist. Der Rechner 4 steuert die Ultraschall- sender 1 und 2 zur Aussendung von Ultraschallimpulsen I an und ist ausser¬ dem mit dem Infrarotempfänger 5 verbunden.

Die Maus M enthält im wesentlichen einen Ultraschal empfänger 6 und einen Infrarotsender 7. Die UltraschalIsender 1 und 2 weisen in der einen Koordi¬ natenrichtung, darstellungsgemäss in der x-Richtung, einen gegenseitigen Abstand a auf.

Für die Bestimmung der Position der Maus M, bezogen auf ein festes Koordi¬ natensystem x, y, werden nacheinander die Laufzeiten der Ultraschallimpul- se I von den UltraschalIsendern 1 bzw. 2 der Basisstation B zum Ultra¬ schalle pfänger 6 der Maus M gemessen. Durch Anlegen eines Startimpulses S an den UltraschalIsender 1 oder 2 wird jeweils ein kurzer, genau definier¬ ter Ultraschallimpuls I ausgelöst. Gleichzeitig mit dem Startimpuls startet ein Zähler.

Die Ultraschallimpulse I werden vom Ultraschallempfänger 6 der Maus M emp¬ fangen, wobei die zeitlichen Abstände zwischen Auslösung und Empfang jedes Ultraschallimpulses I von den räumlichen Abständen b und c des Ultraschall- empfängers 6 der Maus M von den Ultraschallsendern 2 bzw. 1 der Basissta¬ tion B abhängen. Die empfangenen Ultraschallimpulse I werden in der Maus M in elektrische Signale umgewandelt und es wird das erste Maximum des ent¬ sprechenden Signals detektiert. Anhand dieser Detektion sendet der Infra¬ rotsender 7 der Maus M eine Infrarotimpulsfolge IR an die Basisstation B zurück, die von deren Infrarotempfänger 5 empfangen wird und jeweils den Zähler stoppt.

Der Stand des Zählers ist somit für die Laufzeit des entsprechenden Ultra¬ schallimpulses über die Entfernung b bzw. c charakteristisch und damit, bei bekannter Schallgeschwindigkeit, auch für den entsprechenden Abstand b oder c der Maus M vom Sender 2 bzw. 1. Aus den Werten b und c und aus dem be¬ kannten gegenseitigen Abstand a der beiden Ultraschallsender 1 und 2 kann der Rechner 4 die Koordinaten x und y der Maus M mittels folgender Formeln bestimmen:

_ _ u x = 2/a.(p-b).p-c, y = Quadratwurzel aus (c2-x2) wobei gilt: p = (a+b+c)/2

{Dabei.ist vorausgesetzt, dass der Nullpunkt des Koordinatensystems im Zen¬ trum des Ultraschallsenders 1 liegt.)

In Fig. 2 ist ein Funktionsblockschaltbild der erfindungsgemässen Vorrich¬ tung mit der Basisstation B und der Maus M dargestellt.

Die Maus M besteht darstellungsgemäss aus drei Funktionsblöcken, aus dem Ultraschallempfänger oder Empfangstransducer 6, aus einem Vorverstärker 8 und einem Maximumdetektor 9 und aus einem digitalen Logikteil 10 und dem Infrarotsender 7.

Der Ultraschallempfänger 6 besitzt die Form eines kurzen Hohlzylinders und weist in seiner Bohrung eine Plexiglasscheibe mit einem Fadenkreuz 11 auf, damit die Maus M genau auf einen bestimmten Punkt positioniert werden kann. Dem Fadenkreuz 11 kann eine Lupe als Positionierungshilfe zugeordnet sein. Der Ultraschallempfänger 6 ist äusserlich vollständig geerdet und durch ein geerdetes Metallgitter 12 vor mechanischen Einwirkungen und sehr starken elektrischen Störungen geschützt.

Damit ein vom Ultraschallempfänger 6 empfangener Ultraschallimpuls anhand seines Maximums oder seines ersten Maximums optimal detektiert werden kann, sollte er ohne vorheriges Unterschwingen möglichst schnell ein Maximum er reichen und ebenso schnell wieder abfallen. Schallimpulsformen, welche die-

se Bedingungen erfüllen, sind solche, die durch eine Sinuswelle einer hal¬ ben oder einer ganzen Periode angenähert werden können. Beide Formen sind zulässig, da ja das erste Maximum des Ultraschallimpulses detektiert wird.

Entsprechend diesen zulässigen Schallimpulsformen werden von den Ultra¬ schallsendern 1 und 2 (Fig. 1) Schallimpulse I abgegeben, deren Form durch eine Sinushaibwelle oder eine Sinuswelle angenähert werden kann. Der Ultra¬ schallempfänger 6 wandelt dieses akustische Signal in ein entsprechendes elektrisches Signal um, welches also ebenfalls die Form einer Sinushalbwel¬ le oder einer Sinuswelle hat. Dieses elektrische Signal wird vom Vorver¬ stärker 8 selektiv verstärkt und das erste Maximum dieses verstärkten Si¬ gnals wird vom Maximumdetektor 9 detektiert. Mit der Detektion des ersten Maximums des dem Ultraschallimpuls entsprechenden verstärkten elektrischen Signals gibt der Maximumdetektor 9 an den digitalen Logikteil 10 ein ent¬ sprechendes Signal ab, durch welches die Aussendung einer Infrarotimpuls¬ folge durch den Infrarotsender 7 gestartet wird, deren ^' Startbit den Zähler der Basisstation stoppt. Das Datenformat der Infrarotimpulsfolge ist so ge¬ wählt, dass neben dem Startbit auch die Zustände von drei Betriebstasten Tl bis T3 sowie der Betriebszustand der Maus M seriell zur Basisstation B übertragen werden. Die Impulsbreite eines Impulses der Infrarotimpulsfolge beträgt 10 um, der Abstand von zwei aufeinanderfolgenden Impulsen 64 um, und das Tastverhältnis der Infrarotimpulsfolge somit ungefähr 1:6.

Die Stromversorgung der Maus M erfolgt durch einen durch Batterien 13 ge¬ speisten Speisungsteil 14. Wegen des relativ hohen Stromverbrauchs des durch den Vorverstärker 8 und den Maximumdetektor 9 gebildeten analogen

Schaltungsteils muss die Maus M so oft wie möglich abgeschaltet werden. Zu diesem Zweck ist eine spezielle Ein-/Ausschaltlogik 15 mit einem Berüh¬ rungssensor 16 vorgesehen.

Bei der ersten Berührung der abgeschalteten Maus M wird die Speisespannung für die Elektronik eingeschaltet (Speisungsteil 14) und darnach wird durch den Infrarotsender 7 der Basisstatioπ B eine Infrarotimpulsfolge übermit¬ telt, welche dieser anzeigt, dass die Maus M in Betrieb ist und dass eine Positionsbestimmung vorgenommen werden soll. Wird dann die Maus M innerhalb einer bestimmten Zeit von einigen, beispielsweise 4 Sekunden nicht weiter berührt, dann wird in der Infrarotimpulsfolge ein Abschaltbit gesetzt, wo¬ durch einerseits eine Abmeldung der Maus M bei der Basisstation B erfolgt und anderseits der Speisungsteil 14 auf Standby-Betrieb umschaltet.

Die Basisstation B besteht darstellungsgemäss aus den Ultraschallsendern oder Sendetransducern 1 und 2, dem Rechner 4, dem Infrarotempfänger 5, zwei elektrischen Impulssendern 17 und 18, einem digitalen Logikteil 19 und aus zwei Zählern 20 und 21. Ausserdem sind zwei Anschlüsse 22 für die Stromver¬ sorgung, ein Anschluss 23 zur Erdung der Basisstation B und ein Anschluss 23' für einen Rechner vorgesehen.

Jedesmal, wenn eine Messung gemacht werden soll, erhalten die elektrischen Impulssender 17, .18 ein Startsignal S (Trigger-Signal), mit welchem zu¬ gleich der zugehörige Zähler 20 bzw. 21 gestartet wird. Der elektrische Im- pulssender 17 oder 18 produziert einen geeignet geformten Impuls, welcher auf den zugehörigen UltraschalIsender 1 bzw 2 gegeben wird und die Ausseπ-

düng eines Ultraschallimpulses I bewirkt. Dann empfängt die Basisstation B ein Infrarotsignal des Infrarotsenders 7 der Maus M, welches im Infrarot¬ empfänger 5 in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. D>ies gelangt einerseits an den entsprechenden Zähler 20 oder 21 und stoppt diesen und geht anderseits zur digitalen Logikschaltung 19, welche die Information der Infrarotimpulsfolge entschlüsselt und diese in ein Register einliest, wo sie vom Rechner 4 gelesen werden kann.

Wie schon früher erwähnt wurde, laufen die soeben beschriebenen Vorgänge für beide Ultraschallsender 1 oder 2 nacheinander ab, d.h. es wird zuerst die Schallaufzeit vom Ultraschallsender 1 und nachher diejenige vom Ultra¬ schallsender 2 zur Maus M gemessen. Wie ebenfalls schon erwähnt wurde, wer¬ den von den UltraschalIsendern 1 und 2 Schallimpulse abgegeben, deren Form durch eine Sinuswelle einer halben oder ganzen Periode angenähert werden kann. Diese Schallimpulse sollen selbstverständlich im hörbaren Bereich möglichst leise sein.

Es hat sich gezeigt, dass diese Forderung durch einen Schalli puls von der Form einer Sinuswelle einer ganzen Periode sehr gut erfüllt wird. Die Laut¬ stärke des von den Ultraschallsendern 1, 2 ausgelösten "Knalls" lässt sich durch die Verwendung einer derartigen Schallimpulsform soweit reduzieren, dass diese vom üblicherweise herrschenden Bürolärm überdeckt und kaum mehr wahrgenommen wird.

Die Erzeugung dieses Spannungsimpulses erfolgt durch den elektrischen Im- pulssender 17, 18, der somit die Aufgabe hat, nach einem vom Rechner 4 emp-

fangenen Startimpuls ein elektrisches Signal mit einer für den Ultraschall¬ sender 1 bzw. 2 geeigneten Form zu produzieren. Dieses Signal ist ein rechteckförmiger Spannungsimpuls mit einer Amplitude von etwa 200 V und einer Dauer von etwa 1,5 us. Der genannte Amplitudenwert ist erforderlich, damit der vom UltraschalIsender 1, 2 ausgesandte Schallimpuls ausreichend stark ist und die Form des Schallimpulses ergibt sich aus den Eigenschaften des Ultraschallsenders 1, 2.

Die Ultraschallsender 1, 2 sind ebenso wie der Ultraschallempfänger 6 der Maus M im Prinzip ein Kondensator mit einem Luftspalt und mit einer festen und einer beweglichen Elektrode. Die bewegliche Elektrode ist eine auf ih¬ rer einen Seite metallisierte Plastikfolie, welche mit ihrer anderen Seite über die feste metallische Elektrode gespannt ist. Dabei bilden die leiten- de Fläche der Plastikfolie und die feste Elektrode den Kondensator. Wird nun an die Elektroden dieses Kondensators eine Spannung angelegt, so wird die die bewegliche Elektrode bildende Plastikfolie gedehnt und dadurch eine von dieser ausgehende akustische Wellenfront gebildet. Vice versa erzeugt beim Ultraschallempfänger 6 der Maus M die ankommende akustische Wellen¬ front eine Bewegung der Plastikfolie, welche eine korrespondierende Span¬ nungsänderung zwischen den Elektroden des Kondensators bewirkt. Die Theorie und die Eigenschaften von UltraschalItransducern sollen hier nicht weiter erörtert werden, es wird in diesem Zusammenhang auf die Publikation "An Ultrasonic Radar Graphic Input Table" von P. de Bruyne in SCIENTIA ELECTRI- CA, Vol. 30, Fase. 1 (1984), Seiten 1 bis 26 und auf die in dieser Publika¬ tion zitierten Literatustellen verwiesen.

Um eine gute Auflösung zu erhalten, sollten die beiden UltraschalIsender 1 und 2 einen gewissen gegenseitigen Abstand a (Fig. 1) aufweisen. Bei einer praktisch erprobten Ausführungsform ist a = 40 cm. Im übrigen wird bezüg¬ lich weiterer Details der Ultraschallsender 1 und 2 auf Fig. 4 und auf die dazugehörige Beschreibung verwiesen.

Der Infrarotempfänger 5 hat die Aufgabe, für jedes empfangene Infrarotsi- gπal ein elektrisches Signal abzugeben, welches dazu verwendet wird, einer¬ seits den entsprechenden Zähler 20 oder 21 zu stoppen und anderseits fest¬ zustellen, welche Informationen von der Maus M ausgesandt werden, welche der Tasten Tl bis T3 also gedrückt ist.

Derartige Infrarotempfänger werden heute für die Unterhaltungselektronik in integrierter Bauweise hergestellt. Sie sind für Datenübertragung geeignet und gegenüber Störungen weitgehend unempfindlich. Noch bessere Ergebnisse liefert die Verwendung eines Maximumdetektors (ähnlich wie bei der Detek- tion des einem Ultraschallimpuls I entsprechenden elektrischen Signals in der Maus M) für den Empfang des Infrarotsignals.

Der digitale Logikteil 19 dient im wesentlichen- zur Dekodierung. d.h. zur Seriell/Parallel-Wandlung der empfangenen Infrarot-Daten und zu deren Wei¬ terleitung an den Rechner 4. Der Rechner 4 gibt unter anderem die Startim¬ pulse für die UltraschalIsender 1 , 2 an die Impulssender 17 bzw 18 ab und startet die Zähler 20, 21. Ausserdem liefert der Rechner 4 die Pulsrepeti- tionsfrequenz, d.h. die Frequenz, mit der die einzelnen Schallimpulse ge¬ sendet werden. Die beiden Zähler 20 und 21 zählen mit einer Frequenz von 10 MHz, erlauben also eine Zeitmessung auf 0,1 us genau.

Die Messung der Schallaufzeit von einem Ultraschallsender 1, 2 der Basis¬ station B zur Maus M ist in Fig. 3 anhand eines ZeitabiaufSchemas darge¬ stellt, dessen Zeitachse (Abszisse) jedoch nicht massstabgetreu ist.

In Fig. 3 ist in Zeile a der vom Impulssender 17 oder 18 nach Erhalt eines Startbefehls vom Rechner 4 an den Ultraschallsender 1 bzw 2 abgegebene Startimpuls S (Fig. 1) dargestellt. Dieser hat die Form eines Rechtecks mit eines Amplitude von 200 V und einer Länge von 1,5 us. Mit dem Startbefehl des Rechners 4 wird gleichzeitig der zugehörige Zähler 20 oder 21 gestartet (Zeile g).

Der Startimpuls S des Impulssenders 17 oder 18 bewirkt im Ultraschallsender 1 bzw. 2 die Aussendung eines Schallimpulses I von der in Zeile b darge¬ stellten Form einer Sinuswelle. Die Länge des Schallimpulses I beträgt 6,5 us. Der Schallimpuls I löst im Ultraschallempfänger 6 der Maus M ein entsprechendes elektrisches Signal aus, welches vom Vorverstärker 8 ver¬ stärkt und dem Maximumdetektor 9 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 8 ist in Zeile c dargestellt und mit I' bezeichnet.

Der Maximumdetektor 9 detektiert das erste Maximum des Signals I* und zwar anhand der unmittelbar auf dieses Maximum folgenden positiven Spannungsän¬ derung dieses Signals. Diese Spannungsänderung bewirkt gemäss Zeile d im Maximumdetektor 9 ein annähernd trapezförmiges Signal P, dessen steile An¬ stiegsflanke gemäss Zeile e das Startbit der Infrarotimpulsfolge IR des In¬ frarotsenders 7 auslöst. Die einzelnen Impulse der Infrarotimpulsfolge IR haben eine Länge von 10 us und einen gegenseitigen Mittenabstand von 64 us.

Im Infrarotempfänger 5 wird die empfangene Infrarotimpulsfolge IR in ein TTL-Signal R umgewandelt (Zeile f), dessen positive Flanke den Zähler 20 oder 21 stoppt (Zeile g).

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Ultraschallwandler UW, der mit geringfügigen Modifikationen sowohl als Ultraschallsender 1, 2 als auch Ultraschallemp¬ fänger 6 (Fig. 2) verwendet wird; Fig. 4 zeigt eine Draufsicht (mit abge¬ nommenem Oberteil) und Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung, beide jeweils im Masstab von etwa 2:1.

Der Ultraschallwandler ist ein sogenannter Sellwandler von zylindrischer Form und ist im Prinzip ein Kondensator mit einem Luftspalt, wobei die eine Elektrode dieses Kondensators fest und die andere beweglich ist. Durch die zylindrische Form wird die Genauigkeit der LaufZeitmessung der Ultraschall- impulse erhöht und ausserdem ist diese Laufzeitmessung nicht richtungsab¬ hängig.

Darstellungsgemäss besteht der Ultraschallwandler UW aus einem aus zwei ringartigen Teilen aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Alumi¬ nium gebildeten Träger 24, aus einem vom Träger 24 gehaltenen Kunststoff¬ ring 25 aus Plexiglas, auf dessen Aussenflache mittels einer Klebschicht 26 eine etwa 0,1 mm dicke Metallfolie 27, beispielsweise eine Kupferfolie, appliziert ist, und aus einer an der Metallfolie 27 aussen anliegenden und an ihrer Aussenseite etallbeschichteten Kunststoffolie 28. Die Folie 28 ist beispielsweise eine mit Aluminium beschichtete Polypropylenfolie mit einer Dicke von 10 um.

Die Kupferfolie 27 weist eine aufgerauhte Oberfläche auf, wodurch zwischen den beiden Elektroden 27 und 28 ein Luftspalt von etwa 20 um besteht. Die Kunststoffolie 28 ist elektretisiert, weist also eine innere Polarisation auf, wodurch sowohl in der MetallSchicht der Kunststoffolie 28 als auch in der Kupferfolie 27 Influenz entsteht, also entgegengesetzte Ladungen er¬ zeugt werden. Dadurch haftet die Kunststoffolie 28 stark an der Kupferfolie 27 und befestigt sich somit praktisch selbst an dieser.

Wie man Fig. 4 entnehmen kann, bedeckt die Kupferfolie 27 nicht den ganzen Umfang von 360° des Kunststoffrings 25, sondern nur etwa 260°, der wirksame Bereich des Ultraschallwandlers UW beträgt dementsprechend etwa 210°. Die Länge der Kunststoffolie 28 ist so bemessen, das sich ihre Enden überlap¬ pen, so dass das aussen l egende Folienende an der darunter liegenden Folie mit einem elastischen Klebeband 29 befestigt werden kann.

Die Kupferelektrode 27 ist an ihrer Innenseite mit einer gefächerten, fei¬ nen Litze 30 verlötet, welche durch eine Bohrung im Kunststoffring 25 in den Innenraum des Ultraschallwandlers UW geführt ist. Die Kontaktierung der beweglichen Elektrode, der Kunststoffolie 28, erfolgt durch eine Schraube 31, an welcher einerseits eine Litze 32 angelötet ist und welche anderseits über eine Metallscheibe 33 und ein graphitiertes Plastikgewebe 34 mit der Metallschicht der Kunststoffolie 28 elektrisch leitend verbunden ist. Aus¬ sen ist der Ultraschallwandler UW mit einem metallischen Schutzgitter 12 umgeben.

Der in Fig. 5 dargestellte Ultraschallwandler UW entspricht im wesentlichen der Ausführungsform für den Ultraschallempfänger 6 (Fig. 2) und trägt an seinem Boden eine mit dem Fadenkreuz 11 (Fig. 2) versehenen Scheibe 35 aus Plexiglas. Wenn als weitere Positionierungshilfe eine Lupe verwendet wird, dann liegt diese oberhalb der Scheibe 35.

Bei der Verwendung als Ultraschallsender 1, 2 (Fig. 1) ist der Ultraschall¬ wandler UW an seiner Boden- und Deckenfläche je mit einem Aluminiumdeckel versehen und der Trägerkörper 24 ist entsprechend modifiziert und ist aus¬ serdem so ausgelegt, dass der Impulssender 17, 18 (Fig. 2) in den Ultra¬ schallwandler UW eingebaut werden kann.

Das in Fig. 2 dargestellte Funktionsblockschaltbild der Basisstation B der Maus M ist als Ausführungsbeispiel zu verstehen und kann selbstverständlich variiert werden. So brauchen beispielsweise bei Verwendung des Rechners 4 nicht zwei Zähler 20 und 21 vorhanden sein, sondern es genügt auch ein Zäh¬ ler. Ausserdem könnte die Zeitmessung auch mit einem programmierten Coun- tertimer auf dem Rechner 4 erfolgen. Der Rechner 4 ist durch einen handels¬ üblichen Personal Computer gebildet, der entweder alle Berechnungen selber durchführt oder dem ein separater Mikroprozessor für die Auswertung der SchallaufZeiten und Berechnung der Koordinaten zugeordnet ist. Die vorzu¬ ziehende Lösung richtet sich nach dem Aufwand einerseits und nach der Fle¬ xibilität und der Anschlussmöglichkeit an andere Systeme anderseits.

Wesentlich für die beschriebene Vorrichtung zur Positionsbestimmung sind in erster Linie die zylindrischen Ultraschallwandler, die die LaufZeitmessung

richtungsunabhängig machen. Vorteilhaft sind auch der Infrarotsender 7 und der Infrarotempfänger 5 für die drahtlose Anzeige des Zeitpunkts des Emp¬ fangs der Ultraschallimpulse.

Ausserdem ist auch der Aufbau der Ultraschallwandler, insbesondere die Ver¬ wendung der eiektretisierten Folie als bewegliche und aufgerauhte feste Elektrode, von wesentlicher Bedeutung, weil dadurch äusserst kurze Schal1- impulse abgegeben werden können.

Selbstverständlich könnte auch der Ultraschallsender in der Maus und die Ultraschallempfänger, von denen dann zwei Exemplare erforderlich wären, in der Basisstation angeordnet sein. Infrarotsender und Infrarotempfänger wä¬ ren ebenfalls entsprechend vertauscht. Es ist auch möglich, den Infrarot¬ sender am Ort des oder der Ultraschallsender und den Infrarotempfängern am Ort des oder der Ultraschallempfänger anzuordnen. In diesem Fall würde gleichzeitig mit dem Ultraschallimpuls ein Infrarotsignal ausgesandt werden und die Laufzeit könnte aus den unterschiedlichen Empfangszeitpunkten von Ultraschall- und Infrarotsignal berechnet werden.

Wie schon in der Beschreibungseinleitung erwähnt wurde, kann die erfin¬ dungsgemässe Vorrichtung sowohl als drahtloser als auch verdrahteter Cursor verwendet werden. Während in den Fig. 1 und 2 eine drahtlose Ausführungs¬ form beschrieben ist, zeigt Fig. 6 eine solche mit einem Drahtcursor.

Gemäss Fig. 6 sind an die Basisstation B zwei fixe Ultraschallempfänger 6, 6' angeschlossen und der Cursor oder die Maus M enthält einen (beweglichen)

Ultraschallsender 1. Cursor oder Maus M sind mit der Basisstation B über eine Leitung L verbunden. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass nur ein Ul¬ traschallsender erforderlich ist. Daher werden die beiden Entfernungen b und c (Fig. 1) simultan gemessen und die Abtastfrequenz für eine gegebene Arbeitsfläche kann verdoppelt werden. Beispielsweise ergibt sich für ein Arbeitsfeld von 1 eine Abtastrate von 250 Koordinaten pro Sekunde. Aus¬ serdem kann anstelle des Cursors oder der Maus M darstellungsgemäss auch ein ebenfalls über eine Leitung an die Basisstation B angeschlossener Fun¬ kengriffel F verwendet werden. Geeignete Funkengriffel F sind aus der Lite¬ ratur bekannt, siehe beispielsweise US Patent Nr. 3 838212 und IEEE TRANS- ACTIONS ON COMPUTERS, Vol. C-19, Nr. 6, Juni 1970, S. 546-548, "A Sonic Pen: A Digital Stylus System" von A.E. Brenner und P. de Bruyne.

Wenn man eine Maus der gegenwärtig erhältlichen und üblichen Art zusammen mit einem Personal Computer verwenden möchte, dann ist es nicht möglich, Daten einer graphischen Vorlage in den Computer einzugeben, sondern man benötigt dazu ein sogenanntes Digitizer-rTableau. Dieses stellt eine zusätz¬ liche Einheit von beträchtlicher Grosse dar, die praktisch nicht in den Personal Computer oder in das Tastenfeld integriert werden kann. Wenn man jedoch die beschriebenen Ultraschallwandler UW-(Fig. 4, 5) verwendet, ist kein Tableau erforderlich und die Ultraschallsender und die Steuerelektro¬ nik können in den Personal Computer integriert werden.

Eine derartige Applikation der beschriebenen Positionierungsvorrichtung mit einem durch einen Bildschirm BS und ein Tastenfeld K symbolisierten Perso¬ nal Computer ist in Fig. 7 schematisch dargestellt. Die Ultraschallsender 1

und 2 sind mit der Basisstation B (Fig. 2) zusammengefasst und bilden eine Unterlage für das Tastenfeld K. Der Platz auf dem. Tisch A neben dem Tasten¬ feld K kann als "Tableau" verwendet werden, auf dem die drahtlose Maus M oder der drahtlose Cursor mit dem Ultraschallempfänger 6 und dem Infrarot¬ sender 7 ohne Einschränkungen bewegt werden kann. Der Cursor und die Unter¬ lage unter dem Tastenfeld K mit den Ultraschallsendern 1 und 2 und der 8a- sisstation haben kleine Abmessungen und stören in keiner Weise wenn das Ar¬ beitsfeld des Cursors für andere Zwecke benötigt wird. Diese Bequemlich¬ keit, die bisher nur Maus-Anordnungen, nicht aber Digitizer ausgezeichnet hat, ist ein ganz wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung, die ja als Digitizer verwendet werden kann.