DE112005003184B4

DE112005003184B4 - Scheibenbasierte Zeigevorrichtung, die mehrere Knöpfe bereitstellt

Info

Publication number: DE112005003184B4
Application number: DE112005003184T
Authority: DE
Inventors: Jonah Mountain View Harley; Dale Scotts Valley Schroeder
Original assignee: Avago Technologies ECBU IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: TWI366779B; WO2006071355A3; US8471811B2; DE112005003184T5; CN101084538A; JP2008525888A; US20060139323A1; JP4988595B2; TW200622841A; CN101084538B; WO2006071355A2

Abstract

Eine Zeigevorrichtung (80, 200), die folgende Merkmale aufweist:
eine erste Oberfläche (94), die ein Scheibenbewegungsfeld aufweist, das auf derselben definiert ist; und
eine bewegbare Scheibe (95), die beschränkt ist, um sich auf der ersten Oberfläche zu bewegen;
einen Scheibenpositionsdetektor (59, 393), der eine Position der Scheibe (95) in dem Scheibenbewegungsfeld bestimmt,
wobei die bewegbare Scheibe (95) ein erstes Bauglied (191) und ein zweites Bauglied (192) aufweist, wobei das erste und das zweite Bauglied von einander durch einen federnden Abstandhalter (71) beabstandet sind, wenn keine Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten Bauglied ausgeübt wird, und wobei die Scheibe (95) einen Kippmechanismus (84, 192, 284) umfasst, um zu ermöglichen, dass das erste und das zweite Bauglied eine gekippte Konfiguration im Hinblick aufeinander einnehmen, ansprechend auf eine Kraft, die zwischen dem ersten und dem zweiten Bauglied ausgeübt wird, wobei die gekippte Konfiguration auf die Kraft-Position, -Richtung und...

Description

Hintergrund der Erfindung
Moderne Computerbetriebssysteme und Graphikprogramme benötigen eine Zeigevorrichtung zum Steuern der Position eines Cursors auf der Computeranzeige. Auf ähnliche Weise würden auch tragbare Vorrichtungen, wie z. B. persönliche Informationsverwalter und Zellentelefone von der Integration einer solchen Zeigevorrichtung profitieren. Für Desktop-PCs ist die erfolgreichste Zeigevorrichtung die „Maus”. Eine Maus ist ein tragbares Objekt, das über eine flache Oberfläche in der Nähe der Tastatur bewegt wird, um die Bewegung eines Cursors auf der Computeranzeige zu steuern. Die Richtung und Distanz, über die die Maus bewegt wird, bestimmt die Richtung und Distanz, die sich der Cursor auf der Anzeige bewegt. Eine herkömmliche Maus liefert ein starres Objekt, das ein Benutzer mit großer Präzision bewegen kann. Für einen Desktopcomputer liefert die Maus eine zufrieden stellende Lösung für das Zeigeproblem. In dem Fall, in dem der Arbeitsplatz nicht groß genug ist, um einen Weg bereitzustellen, über den sich die Maus bewegen kann und eine gewünschte Cursorbewegung auf dem Bildschirm ausführen kann, nimmt der Benutzer die Maus einfach hoch und zentriert die Maus in dem Arbeitsraum neu.
Zusätzlich zu der Bereitstellung der oben beschriebenen Zeigefunktion wurde die Maus entwickelt, um zusätzliche Knöpfe und Räder zu umfassen, die verwendet werden, um andere Eingabeformen zu dem Computer zu liefern, die aktiviert werden können, ohne zu erfordern, dass der Benutzer die Maus los lässt und einen Tastendruck auf einer Tastatur eingibt. Zum Beispiel weisen die meisten Mausentwürfe nun einen oder mehrere zusätzliche Knöpfe zum Signalisieren einer oder mehrerer anwendungsspezifischer Aktionen auf, wie z. B. Anzeigen das eines Menüs, aus dem der Benutzer andere Funktionen auswählen kann. Zusätzlich dazu ist bei vielen Entwürfen ein Scrollrad vorgesehen. Das Scrollrad wird verwendet, um Text auf dem Bildschirm zu scrollen oder bei spezifischen Anwendungen andere mehrwertige Funktionen zu steuern. Zum Beispiel kann bei vielen graphischen Programmen der Zoompegel durch Drehen des Scrollrades erhöht oder verringert werden.
Während die Maus eine zufrieden stellende Lösung für das Zeigevorrichtungsproblem auf dem Desktop-PC-Markt bereitgestellt hat, ist eine ähnlich erfolgreiche Vorrichtung für tragbare und per Hand gehaltene Computer nicht verfügbar. Diese Computer werden häufig in Umgebungen verwendet, die keine ausreichend große flache Oberfläche in der Nähe der Tastatur aufweisen, über die eine Maus bewegt werden kann. Zusätzlich dazu macht der Bedarf zum Tragen einer separaten Zeigevorrichtung die Maus nicht ganz ideal für diese Anwendungen. Somit wird eine andere Form einer Zeigevorrichtung benötigt, wenn diese Computer in solchen Umgebungen verwendet werden.
Eine Zeigevorrichtung zur Verwendung in diesen Umgebungen muss das Problem des schnellen und genauen Bewegens eines Cursors lösen. Zusätzlich dazu muss die Vorrichtung auf intuitive Weis arbeiten, die ein neuer Benutzer ohne umfassende Anweisungen verstehen kann. Zusätzlich dazu muss die Zeigevorrichtung in einem begrenzten Arbeitsraum arbeiten und in den Formfaktor des Computers oder der tragbaren Vorrichtung einpassen. Abschließend müssen auch die üblichen Einschränkungen von niedrigen Kosten, niedrigem Leistungsverbrauch und hoher Zuverlässigkeit erfüllt werden.
Gegenwärtig gibt es zwei vorherrschende Lösungen für das Zeigevorrichtungsproblem auf dem Laptop-Markt, das kapazitive TouchPad^TM von Synaptics und den IBM TrackPoint^TM Andere Unternehmen stellen Versionen dieser Vorrichtungen mit ähnlicher Funktionalität her. Beide dieser Vorrichtungen erfüllen die obigen Anforderungen nicht. Der Track-Point^TM ist ein kleiner Knopf, der üblicherweise in der Mitte der Laptop-Tastatur platziert ist. Der Knopf kann auf eine Weise analog zu einem „Joystick” bewegt werden, durch Ausüben einer lateralen Kraft auf die Oberseite des Knopfs mit einem Finger. Leider kann sich der Knopf nur um einen geringen Betrag bewegen; somit kann die Verschiebung des Knopfs nicht direkt in eine Verschiebung der Cursorposition auf der Computeranzeige abgebildet werden. Stattdessen steuert die Knopfverschiebung die Richtung und Geschwindigkeit, mit der sich der Cursor bewegt. Die Genauigkeit, mit der ein Benutzer den Cursor unter Verwendung dieser Art einer Geschwindigkeitssteuerung positionieren kann ist bedeutend geringer als die, die mit einer herkömmlichen Maus erreicht wird. Diese Einschränkung ist besonders offensichtlich bei Aufgaben, die kleine, präzise Bewegungen erfordern, wie z. B. das Zeichnen in einem Computergraphikprogramm. Zusätzlich dazu liefert diese Art einer Zeigevorrichtung nicht die Knopffunktionalität.
Das TouchPad^TM ist ein leeres, rechteckiges Feld, 50 bis 100 mm auf einer Seite, das bei den meisten Laptops üblicherweise an der Unterseite der Tastatur platziert ist. Die Vorrichtung erfasst die Position eines Fingers auf der Oberfläche des Rechtecks relativ zu den Rändern der Vorrichtung. Diese Erfassung wird erreicht durch Messen der Kapazitätsänderungen, die durch einen Benutzerfinger auf einer Reihe von Elektroden unter einem isolierenden Material mit niedriger Reibung eingebracht werden.
So wie der TrackPoint^TM leidet auch das TouchPad^TM unter mangelnder Präzision. Es ist von Natur aus schwierig, die kapazitiven Änderungen zu messen, die durch den Benutzer eingebracht werden, der ein unbekanntes Potential relativ zu der Schaltung aufweist. Ferner ist der Kontaktbereich des Benutzerfingers relativ groß. Somit muss die Vorrichtung, um eine genaue Messung der Fingerposition zu liefern, einige Parameter bestimmen, wie z. B. die Mitte des Kontaktbereichs zwischen dem Finger und der Auflagefläche. Leider variiert der Kontaktbereich in seiner Größe und Form mit dem Druck, der durch den Benutzer ausgeübt wird. Daher sind solche Bestimmungen bestenfalls von eingeschränkter Präzision. In der Praxis sind Benutzer nicht in der Lage, wiederholt präzise Bewegungen auszuführen.
Es gibt ferner Schwierigkeiten, die aus falschen Signalen entstehen, wenn der Benutzer unabsichtlich das Feld mit einem Finger oder dem Handgelenk berührt. Bei einigen Vorrichtungen ist die „Klick”-Funktion einer herkömmlichen Maus durch Greifen auf die Auflagefläche implementiert. Folglich verursacht eine solche unabsichtliche Aktivierung während des Schreibens, dass der Cursor mitten in der Schreiboperation zu einer neuen Position springt, und dass der Text an der neuen Position eingefügt wird.
Bei einer früher eingereichten U.S.-Patentanmeldung 10/723,957, die hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, ist eine Zeigevorrichtung beschrieben, die diese Anforderungen erfüllt. Die Zeigevorrichtung verwendet eine Scheibe, die sich in einem definierten Bewegungsfeld bewegt, wenn ein Benutzer Druck auf die Scheibe über den Benutzerfinger ausübt. Wenn der Benutzer die Scheibe loslässt, bringt ein Satz aus Federn die Scheibe in ihre zentrierte Position innerhalb des Bewegungsfeldes zurück. Die Position der Scheibe und der Druck auf die Scheibe werden durch Elektroden in der Vorrichtung bestimmt. Die Positionsinformationen werden verwendet, um einen Cursor auf dem Anzeigebildschirm zu positionieren. Software an der angebrachten Vorrichtung übersetzt die Bewegung der Scheibe während der Zeit, die der Benutzerfinger auf die Scheibe drückt, in die entsprechende Cursorbewegung auf der Vorrichtungsanzeige. Wenn der Benutzer die Scheibe loslässt wird die Kopplung zwischen der Scheibe und der Cursorposition durch die Software unterbrochen und somit bewegt sich der Cursor nicht zurück, während die Scheibe neu zentriert wird.
Während die Vorrichtung, die in der oben beschriebenen Patenanmeldung 10/723,957 gelehrt wird, wesentliche Vorteile gegenüber den vorherrschenden Lösungen auf dem Stand der Technik für das Zeigevorrichtungsproblem auf dem Laptop-Markt liefert, gibt es eine Reihe von Bereichen, in denen Verbesserungen nützlichen wären. Genauer gesagt würde diese auf einer Scheibe basierende Zeigevorrichtung von der Integration zusätzlicher Eingabefunktionen profitieren, die die Funktionalität und das Gefühl der Druckknöpfe auf einer herkömmlichen Maus liefern.
Ein iPod Benutzerhandbuch, 2004, Seiten 1 bis 64 offenbart ein sogenanntes Click-Wheel. Dies ist ein ringförmiger berührungssensitiver Bereich, wobei durch Bewegen eines Fingers über diesen ringförmigen Bereich z. B. die Lautstärke des iPods erhöht oder verringert werden kann oder durch eine Titelliste gescrollt werden kann. Das Click-Wheel ist fest in den iPod eingebaut und nicht beweglich.
US 6,285,356 B1 offenbart einen Joystick mit drucksensitiven Sensoren. Der Joystick weist ein in geringem Maße bewegliches Kraftapplikatorelement, welches gegen eine signifikante laterale Bewegung gehemmt ist durch mehrere ortsfeste Pfosten, die sich durch Löcher in dem Kraftapplikatorelement erstrecken. Zweck dieser Anordnung ist es, eine Ausrichtung von Elementen aus drucksensitivem Material mit variabler Leitfähigkeit (CSVC-Material) mit Schaltungselementpaaren zu gewährleisten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Zeigevorrichtung mit einer Scheibe, die darauf beschränkt ist, sich in einem Bewegungsfeld auf einer Oberfläche zu bewegen. Die bewegbare Scheibe weist ein erstes Bauglied und ein zweites Bauglied auf, die voneinander durch einen federnden Abstandhalter beabstandet sind, wenn keine Kraft zwischen dem ersten und zweiten Bauglied ausgeübt wird. Die Scheibe umfasst einen Kippmechanismus, um zu ermöglichen, dass das erste und zweite Bauglied eine gekippte Konfiguration im Hinblick aufeinander einnehmen, ansprechend auf eine Kraft, die zwischen dem ersten und zweiten Bauglied ausgeübt wird. Die gekippte Konfiguration ist ansprechend auf die Kraft-Position, -Richtung und -Größe. Ein Positionsdetektor bestimmt die Position der Scheibe in dem Scheibenbewegungsfeld und eine Kippposition des ersten Bauglieds im Hinblick auf das zweite Bauglied. Die bestimmte Kippposition wird verwendet, um zwei oder mehr Schalter zu emulieren, die durch Variieren der Kippposition betätigt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das erste Bauglied eine erste Elektrode, und das zweite Bauglied umfasst eine zweite und dritte Elektrode. Der Positionsdetektor umfasst eine Schaltung, die die Kapazitäten zwischen der ersten und der zweiten Elektrode und der zweiten und der dritten Elektrode misst. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Kippmechanismus einen Vorsprung an einem der Bauglieder. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Scheibe eine Mehrzahl von Klickern. Jeder Klicker umfasst eine mechanische Vorrichtung, die eine Abmessung aufweist, die sich ansprechend auf eine Kraft ändert, die auf dieselbe ausgeübt wird. Die Änderung der Abmessung ist eine nichtlineare Funktion der ausgeübten Kraft. Die Änderung der Abmessung kann durch einen Benutzer erfasst werden, wenn der Benutzer eine Kraft auf das erste Bauglied mit dem Finger des Benutzers ausübt. Bei einem Ausführungsbeispiel emuliert der Positionsdetektor einen ersten und zweiten Schalter, die geöffnet und geschlossen werden, wenn das erste Bauglied im Hinblick auf das zweite Bauglied mit vorbestimmten Konfigurationen gekippt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht der Zeigevorrichtung.
2 ist eine Querschnittsansicht der Zeigevorrichtung, die in 1 gezeigt ist, durch Linie 2-2.
3 ist eine Draufsicht eines Abschnitts der Oberfläche, die in 1 gezeigt ist, über die sich die Scheibe bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bewegt.
4 ist eine schematische Zeichnung einer Ersatzschaltung für die Elektroden 51–55, die in 3 gezeigt ist.
5 ist eine Querschnittsansicht einer Scheibe, die einen kuppelförmigen Klicker verwendet.
6 ist eine Querschnittsansicht einer Zeigevorrichtung 80 durch Linie 6-6, die in 7 gezeigt ist.
7 ist eine Draufsicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Zeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Querschnittsansicht der Scheibe 95, wenn die rechte Hälfte der Platte 91 durch Ausüben einer Kraft niedergedrückt wird.
9 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Zeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Draufsicht der Zeigevorrichtung, die in 9 gezeigt ist.
11 ist eine Draufsicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Scheibe gemäß der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Querschnittsansicht der Scheibe, die in 11 gezeigt ist, durch Linie 12-12.
13 ist eine schematische Zeichnung einer Schaltung zum Messen der verschiedenen Kapazitäten, die den Scheibenknöpfen zugeordnet sind.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Art und Weise, wie die vorliegende Erfindung ihre Vorteile bereitstellt, ist Bezug nehmend auf 1 und 2 einfacher verständlich, die eine Zeigevorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen, das in der oben beschriebenen Patentanmeldung 10/723,957 gelehrt wird. 1 ist eine Draufsicht der Zeigevorrichtung 10 und 2 ist eine Querschnittsansicht der Zeigevorrichtung 10 durch die Linie 2-2, die in 1 gezeigt ist. Die Zeigevorrichtung 10 umfasst eine Scheibe 11, die sich über eine Oberfläche 12 eines Substrats 15 innerhalb eines Scheibenbewegungsfeldes 19 bewegt, ansprechend auf eine laterale Kraft, die auf die Scheibe 11 ausgeübt wird. Die Kraft wird üblicherweise durch den Finger eines Benutzers auf die Scheibe 11 ausgeübt. Die Scheibe 11 umfasst einen Druckerfassungsmechanismus, der den vertikalen Druck misst, der auf die Scheibe 11 ausgeübt wird. Wenn der erfasste Druck eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, wird die Cursornachführfunktion aktiviert und der Cursor bewegt sich auf dem Bildschirm in einer Richtung und Distanz, die durch die Bewegung der Scheibe bestimmt wird. Zusätzlich dazu umfasst die Zeigevorrichtung 10 einen Erfassungsmechanismus zum Bestimmen der Position der Scheibe 11 auf der Oberfläche 12.
Wenn der Benutzer die Scheibe 11 durch Entfernen des Fingers 16 des Benutzers loslässt wird die Scheibe 11 zurück in ihre zentrierte Position bewegt, durch die Federn, die bei 13 gezeigt sind, die die Scheibe mit der Seite 14 des Scheibenbewegungsfeldes verbinden. Da der Finger des Benutzers während ihrer Rückbewegung keine vertikale Kraft auf die Scheibe 11 ausübt, wird die Änderung der Position, die dieser Rückbewegung zugeordnet ist, der Hostvorrichtung nicht berichtet. Das heißt, der Cursor bleibt an seiner vorhergehenden Position. Dies liefert eine geeignete „Neuzentrierungs”-Fähigkeit, die bei einer Maus üblicherweise durch Heben und Neuplatzieren der Maus in der Mitte des Bewegungsfeldes erreicht wird. Das Neuzentrieren ist insbesondere bei Laptopcomputern, tragbaren Vorrichtungen und anderen Miniaturanwendungen notwendig, bei denen das Bewegungsfeld eingeschränkt ist.
Die Art und Weise, wie die Position der Scheibe bei einem Ausführungsbeispiel erfasst wird, wird detailliert in der oben angegebenen Patentanmeldung 10/723,957 beschrieben, und wird somit hier nicht detailliert erörtert. Zum Zweck dieser Erörterung sei angenommen, dass ein kapazitives Erfassungsschema verwendet werden kann, um die Position der Scheibe zu bestimmen. Ein solches Schema ist in 3 dargestellt, die eine Draufsicht eines Abschnitts der Oberfläche 12 ist, die in 1 gezeigt ist, über die sich die Scheibe bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bewegt. Die Oberfläche 50 umfasst vier Elektroden, die bei 51–54 gezeigt sind, die Anschlüsse aufweisen, die mit einer externen Schaltung verbunden sind. Um die Zeichnung zu vereinfachen wurden diese Anschlüsse weggelassen. Die Scheibe weist eine untere Oberfläche auf, die eine Elektrode 55 umfasst, die in der Zeichnung in gestrichelten Linien gezeigt ist. Die Elektroden 51–55 sind elektrisch voneinander isoliert. Zum Beispiel kann die Elektrode 55 mit einer Schicht eines Dielektrikums abgedeckt sein, das die erforderliche Isolierung bereitstellt, während weiterhin ermöglicht wird, dass die Elektrode 55 über die anderen Elektroden gleitet. Die Elektroden können genau gesagt auf der Rückseite des Substrats strukturiert sein, dessen Oberfläche bei 50 gezeigt ist. Dies reduziert die Kapazität zwischen den Elektroden und der Scheibenelektrode, kann jedoch für Substratdicken von wenigen Millimetern oder weniger praktizierbar sein. Die überlappung zwischen der Elektrode 55 und jeder der Elektroden 51–54 hängt von der Position der Scheibe relativ zu den Elektroden 51–54 ab. Es wird auf die überlappungen zwischen der Elektrode 55 und den Elektroden 51–54 um A bis bzw. D hingewiesen.
Es wird nun Bezug auf 4 genommen, die eine schematische Zeichnung einer Ersatzschaltung für die Elektroden 51–55 ist. Der Abschnitt der Elektrode 55, der Elektrode 51 überlappt, bildet einen Parallelplattenkondensator mit einer Kapazität, die proportional zu Überlappung A ist. Auf ähnliche Weise bildet der Abschnitt der Elektrode 55, der die Elektrode 52 überlappt, einen Parallelplattenkondensator, der eine Kapazität aufweist, die proportional zu Überlappung B ist, usw. Da alle Kondensatoren Abschnitte der Elektrode 55 gemeinschaftlich verwenden, besteht die Ersatzschaltung aus vier Kondensatoren, die mit einer gemeinsamen Elektrode verbunden sind. Diese Elektrode ist die Elektrode 55. Somit kann durch Messen der Kapazität zwischen der Elektrode 55 und jeder der Elektroden 51–54 die Position der Elektrode 55 relativ zu den Elektroden 51–54 bestimmt werden. Diese Bestimmung kann durch eine Steuerung 59 ausgeführt werden, die ein Teil der Zeigevorrichtung oder ein Teil der Hostvorrichtung sein kann, von der die Zeigevorrichtung einen Teil bildet.
Bei den oben erörterten Ausführungsbeispielen ist die Elektrode an dem Boden der Scheibe in ihrer Form kreisförmig, um Fehler zu reduzieren, die aus der Form der Elektrode entstehen. Die Rückstellfedern ermöglichen, dass sich die Scheibe etwas dreht. Wenn der Finger des Benutzers während der Bewegung der Scheibe nicht auf der Scheibe zentriert ist, kann das resultierende Drehmoment verursachen, dass sich die Scheibe etwas dreht. Wenn die Scheibenelektrode kreisförmig symmetrisch ist, ändern solche Drehungen die Positionsmessung nicht. Wenn die Scheibenelektrode andererseits nicht kreisförmig symmetrisch ist, ist der Grad einer Überlappung zwischen der Scheibe und den verschiedenen Elektroden für unterschiedliche Drehungen unterschiedlich, obwohl die Mitte der Scheibe in jedem Fall an demselben Ort ist.
Um einen „Klick” zu implementieren, kann ein kuppelförmiger Klicker in die Scheibe eingelagert sein. Es wird nun Bezug auf 5 genommen, die eine Querschnittsansicht einer Scheibe 70 ist, die einen solchen Klicker verwendet. Die Scheibe 70 weist eine untere Elektrode 73 auf, deren Kapazität verwendet wird, um die Position der Scheibe in dem Bewegungsfeld zu bestimmen, wie oben beschrieben ist. Die Scheibe 70 umfasst ferner eine obere Elektrode 74, die niedergedrückt wird, wenn der Benutzer auf die Elektrode drückt. Die obere Elektrode 74 ist durch Federn befestigt, um diese Elektrode gegen die Arretierungen zu drücken, die bei 72 gezeigt sind, wenn der Benutzer nicht auf die Elektrode drückt. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 5 gezeigt ist, stellt eine Anzahl von Federn 71 diese Funktion bereit. Die Distanz zwischen den Elektroden 73 und 74 kann durch Messen der Kapazität zwischen diesen Elektroden bestimmt werden. Wenn der Benutzer leicht auf die Elektrode 74 drückt, bewegt sich die Elektrode abwärts, bis sie die Oberseite des Klickers 75 erreicht. Wenn der Benutzer mit einer Kraft auf die Elektrode 74 drückt, die größer ist als eine Schwellenkraft, die durch die physischen Eigenschaften des Klickers 75 und der Federn 71 bestimmt wird, schnappt der Klicker 75 in eine Konfiguration, in der die Kuppel umgedreht wird. Dies entspannt eine Aufwärtskraft auf die Elektrode 74 und die Elektrode 74 bewegt sich näher an die Elektrode 75. Diese neue Position kann durch Messen der Kapazität zwischen den Elektroden 74 und 75 erfasst werden.
Der Klicker, der in 5 gezeigt ist, ist aus einer kuppelförmigen Materiallage aufgebaut, die eine Höhe aufweist, die sich abrupt ändert, wenn die Kuppel unter eine vorbestimmte Höhe niedergedrückt wird. Die Änderung der Zustände wird durch eine Änderung der Kraft begleitet, die aufwärts auf die Elektrode 74 ausgeübt wird. Dies liefert den Benutzer ein Gefühl wie das, das erhalten wird, wenn ein Schalter geschlossen wird. Zum Zweck dieser Anwendung ist der Ausdruck „Klicker” definiert, um jegliche mechanische Vorrichtung zu umfassen, die eine ihrer Abmessungen ansprechend auf eine Kraft ändert, die auf dieselbe ausgeübt wird, wobei die Änderung der Abmessung eine nichtlineare Funktion der ausgeübten Kraft ist. Die bevorzugte Klasse eines Klickers weist eine bistabile Abmessung auf, die abrupt zwischen Zuständen schaltet, wenn die Kraft, die auf den Klicker ausgeübt wird, größer ist als eine erste Schwellenkraft, und in ihren Originalzustand zurückkehrt, wenn die ausgeübte Kraft unter eine zweite Schwelle fällt.
Die Scheibe, die in 5 gezeigt ist, stellt eine Einzelknopffunktion bereit; sie ist jedoch nicht geeignet zum Bereitstellen der Mehrknopffunktionalität, die herkömmlichen Zeigevorrichtungen zugeordnet ist. Es wird nun Bezug auf 6 und 7 genommen, die eine Zwei-Knopf-Zeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen. 6 ist eine Querschnittsansicht einer Zeigevorrichtung 80 durch die Linie 6-6, die in 7 gezeigt ist, und 7 ist eine Draufsicht einer Zeigevorrichtung 80. Die Zeigevorrichtung 80 umfasst eine Scheibe 95, die sich über eine Oberfläche 94 in einem Bewegungsfeld bewegt. Die Position der Scheibe 95 in dem Bewegungsfeld wird mit der Hilfe einer Mehrzahl von Elektroden in dem Bewegungsfeld gemessen und zwei Elektroden, die in der Scheibe angeordnet sind. Exemplarische Bewegungsfeldelektroden sind bei 88 und 89 gezeigt. Die Scheibenelektroden sind bei 93, 86 und 87 gezeigt. Um die oben erörterten Drehprobleme zu vermeiden, können die Elektroden 86 und 87 in der Form von Halbkreisen vorliegen und elektrisch während der Messung der Scheibenposition verbunden sein. Um die Zeichnung zu vereinfachen, wurden die äußere Umhüllung der Scheibe 95 und die Federn, die die Trennkraft für die Platten 91 und 92 liefern, wenn kein Druck auf die Platte 91 ausgeübt wird, weggelassen.
Die Zeigevorrichtung 80 liefert eine Zwei-Knopf-Funktion, die betätigt wird durch Ausüben einer Nettokraft auf die eine oder die andere der Hälften der Platten 91. Der Benutzer kann die erforderliche Kraft durch Kippen seines oder ihres Fingers oder mehrerer Finger ausüben, während er auf die Platte 91 drückt, um mehr Kraft auf die Hälfte der Platte 91 zu geben, die dem Knopf entspricht, den der Benutzer betätigen möchte. Alternativ kann der Benutzer seinen oder ihren Finger positionieren, um die Kraft nur auf eine Hälfte der Platte 91 auszuüben. Die Platte 91 umfasst einen Rand 84, der als ein Drehpunkt wirkt, um den die Platte 91 schwenken kann. Es wird nun Bezug auf 8 genommen, die eine Querschnittsansicht eine Scheibe 95 ist, wenn die rechte Hälfte der Platte 91 durch Ausüben einer Kraft niedergedrückt wird, wie bei 97 gezeigt ist. Die Kraft verursacht, dass die Platte 91 hin zu dem Klicker 83 gekippt wird und dass Druck auf diesen Klicker ausgeübt wird, wodurch der Klicker deformiert wird und verursacht wird, dass er seine niedergedrückte Höhe einnimmt. Ein Vorsprung, wie z. B. die Vorsprünge 81 und 85, kann in der Platte 91 umfasst sein, um die Betätigung der Klicker 82 bzw. 83 zu ermöglichen. Die durchschnittliche Distanz zwischen der Elektrode 87 und der Platte 91 wird im Vergleich zu der Distanz zwischen der Elektrode 86 und der Platte 91 reduziert. Diese Differenz wird durch Messen der Kapazität zwischen der Platte 91 und jeder der Elektroden 86 bzw. 87 erfasst.
Das Ausführungsbeispiel, das in 6 bis 8 gezeigt ist, verwendet einen Drehpunkt, um den Schwenkpunkt zum Ändern der Distanz zwischen der Platte 91 und den Elektroden 86 und 87 bereitzustellen. Andere Schwenkmechanismen können jedoch verwendet werden. Es wird nun Bezug auf 9 und 10 genommen, die ein anderes Ausführungsbeispiel einer Zeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. 9 ist eine Querschnittsansicht einer Zeigevorrichtung 100 durch Linie 9-9, die in 10 gezeigt ist. 10 ist eine Draufsicht der Zeigevorrichtung 100. Um die nachfolgende Erörterung zu vereinfachen, wurde jenen Elementen der Zeigevorrichtung 100, die Funktionen analog zu jenen Funktionen dienen, die Bezug nehmend auf Zeigevorrichtung 80 beschrieben wurden, dieselbe numerische Bezeichnung gegeben und dieselben werden hier nicht detailliert erörtert. Um die Zeichnung weiter zu vereinfachen, wurden die äußere Umhüllung der Scheibe 195 und die Federn, die die Trennkraft für die Platten 191 und 192 liefern, wenn kein Druck auf 191 ausgeübt wird, weggelassen.
Die Scheibe 195 bei der Zeigevorrichtung 100 weist eine obere Platte 191 auf, die sich relativ zu der unteren Platte 192 durch Schwenken um einen Vorsprung 184 bewegen kann. Die Bewegung der Platte 191 weist zwei Freiheitsgrade auf. Der erste Freiheitsgrad ermöglicht der Platte 191, sich rückwärts und vorwärts um eine Achse durch Linie 171 hin- und herzubewegen, die in 10 gezeigt ist. Diese Bewegung liefert dem Benutzer ein Mittel, den einen oder den anderen der „Knöpfe” niederzudrücken, die durch die Klicker 82 und 83 emuliert werden. Zum Beispiel kann der Benutzer auf den Knopf klicken, der dem Klicker 82 zugeordnet ist, durch Drücken des Bereichs der Platte 191 über dem Klicker 83 auf eine Weise analog zu der, die oben Bezug nehmend auf die Zeigevorrichtung 80 beschrieben wurde.
Der zweite Freiheitsgrad ermöglicht dem Benutzer, beide „Knöpfe” gleichzeitig zu drücken, durch Drücken der Platte 191 an einem Punkt entlang der Achse 171 in der Region in der Nähe von Linie 9-9. Somit liefert die Zeigevorrichtung 100 tatsächlich drei mögliche Signale. Das dritte Signal ist gekennzeichnet durch eine Erhöhung der Kapazität zwi schen der Elektrode auf der Platte 191 und beiden Elektroden 86 und 87.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen war die Elektrode auf der unteren Platte der Scheibe in zwei Elektroden geteilt, die mit der Messschaltungsanordnung separat verbunden sein könnten. Diese Anordnung ermöglicht, dass die Steuerung eine Bestimmung der Kapazität zwischen jeder Elektrode und der Elektrode auf der oberen Platte 191 der Scheibe ausführt und somit die Position der oberen Platte im Hinblick auf die untere Platte erfasst. Wie oben erwähnt wurde, ermöglicht diese Anordnung, dass bis zu drei unterschiedliche „Klick”-Signale erzeugt werden. Wenn die untere Elektrode an der Scheibe in mehr Elektroden unterteilt ist, können zusätzliche Knöpfe auf eine analoge Weise zu der implementiert sein, die oben beschrieben wurde.
Es wird nun Bezug auf 11 und 12 genommen, die eine Scheibe darstellen, die vier separate Knöpfe emulieren kann, die individuell oder in Gruppen von 2 Knöpfen gedrückt werden können. 11 ist eine Draufsicht der Scheibe 200 und 12 ist eine Querschnittsansicht der Scheibe 200 durch die Linie 12-12. Die Scheibe 200 umfasst eine obere Platte 291, die sich relativ zu einer unteren Platte 292 bewegen kann. Um die Zeichnung zu vereinfachen, wurden die äußere Umhüllung der Scheibe 200 und die Federn, die die Trennkraft für die Platten 291 und 292 liefern, wenn kein Druck auf 291 ausgeübt wird, weggelassen. Eine Stütze 284, die an der Mittelregion der Platte 291 angebracht ist, stellt die Minimaldistanz zwischen den Mittelregionen der Platten 291 und 292 ein, ermöglicht jedoch, dass sich die Platte 291 relativ zu der Platte 292 neigt, um die Distanzen zwischen der Platte 291 und jeder der Elektroden zu ändern. Ein kleiner Vorsprung ist über jedem Klicker vorgesehen, wie oben erörtert wurde. Exemplarische Vorsprünge sind bei 281 und 285 gezeigt.
In Betrieb übt der Benutzer Druck auf Platte 291 aus und Platte 291 bewegt sich hin zu Platte 292, bis die Stütze 284 die Oberfläche der Platte 292 in Eingriff nimmt. Diese Änderung ist die Distanz, die durch die Steuerung verwendet wird, um zu bestimmen, ob der Finger des Benutzers vorhanden ist, auf eine Weise analog zu der, die oben erörtert wurde. Während dieser Bestimmung sind die Elektroden 286–287 miteinander verbunden, um eine einzelne Elektrode zu bilden, die ihrerseits die untere Platte eines Kondensators mit der Elektrode 295 als seine obere Platte bildet. Die Änderung der Distanz wird durch Beobachten der Kapazität dieses Kondensators bestimmt.
Um einen der Knöpfe zu betätigen, übt der Benutzer einen Differenzdruck auf die obere Oberfläche der Platte 291 aus. Um z. B. den Knopf zu betätigen, der dem Klicker 283 entspricht, wird ein Druck auf die Platte 291 derart ausgeübt, dass sich die durchschnittliche Distanz zwischen den Platten 291 und 292 in der Region der Elektrode 287 verringert. Es sei für den Moment angenommen, dass diese Kraft über dem Vorsprung 285 zentriert ist. Die durchschnittliche Distanz zwischen den Platten 291 und 292 in der Region der Elektrode 288 erhöht sich simultan. Abschließend bleibt die durchschnittliche Distanz zwischen den Platten 291 und 292 durch diese Operation ungefähr unverändert. Somit kann durch Messen der Kapazität zwischen der Elektrode 295 und jeder der Elektroden 286–289 die Orientierung der Platte 291 bestimmt werden.
Es wird der Fall betrachtet, in dem der Druck zwischen zwei der Klicker-Positionen ausgeübt wird, z. B. Position 275. In diesem Fall würden beide Klicker 276 und 283 niedergedrückt werden. Die Kapazitäten zwischen der Elektrode 295 und der Elektrode 287 und zwischen der Elektrode 295 und der Elektrode 289 wären auf den höchsten möglichen Werten, während die Kapazitäten zwischen der Elektrode 295 und den Elektroden 286 bzw. 288 auf den niedrigsten Werten wären. Somit kann die Anordnung, die in 11 und 12 gezeigt ist, ferner das simultane Drücken von zwei benachbarten Knöpfen emulieren, um die Anzahl von unterschiedlichen Signalen weiter zu erhöhen, die durch die Scheibe erzeugt werden können.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele gehen davon aus, dass die Zeigevorrichtung eine Schaltung zum Messen der Kapazität zwischen der oberen Elektrode an der Scheibe und jeder der Elektroden an der unteren Platte der Scheibe umfasst. Es wird nun Bezug auf 13 genommen, die eine schematische Zeichnung einer Schaltung zum Messen der verschiedenen Kapazitäten ist, die den Scheibenknöpfen zugeordnet sind. Die Schaltung misst die Kapazität zwischen einem Satz aus Elektroden zu einer jeweiligen Zeit. Die bestimmte dieser Elektroden, die durch den Operationsverstärker gemessen wird, wird durch die Steuerung 393 durch Anlegen von Pulsen an die fraglichen Elektroden bestimmt. Um die Zeichnung zu vereinfachen, wurden die bestimmten Verbindungen von der Steuerung zu den Elektroden weggelassen. Wenn der Rückstellschalter 395 zuerst geschlossen wird, werden die Elektrode 295 und die Ausgangsspannung V_OUT auf das Potential V_REF gezwungen. Nachdem der Rückstellschalter wieder geöffnet ist, wird eine Antriebsspannung V₁ an eine der Elektroden 286–289 durch die Steuerung 393 angelegt. Es wird eine Messung an der Elektrode 286 betrachtet. Ladung entwickelt sich über den entsprechenden Kondensator gemäß Q₁ = C₁·(V₁ – V_REF), wobei C₁ die Kapazität des Kondensators ist, der durch Elektrode 295 und Elektrode 286 gebildet wird. Da sich keine Ladung auf die oder von der Erfassungselektrode 295 bewegen kann, legt der Operationsverstärker eine Spannung über den Rückkopplungskondensator 394 an, um die Elektrode 295 auf dem Potential V_REF zu halten. Somit gilt V_OUT – V_REF = C₁/C_REF·(V_REF – V₁), wobei C_REF die Kapazität des Kondensators 391 ist. Durch sequentielles Ausführen solcher Messungen an jeder der getriebenen Elektroden, kann die Distanz zwischen der oberen Platte auf der Scheibe und jeder der Elektroden, die einem der Knöpfe entspricht, bestimmt werden. Diese Schal tung ist vorteilhaft für diese Anwendung, da sie ermöglicht, dass zahlreiche Kapazitätsmessungen unter Verwendung eines einzelnen Operationsverstärkers und einfacher digitaler Treibersignale ausgeführt werden.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass eine analoge Schaltung verwendet werden kann, um die Kapazität zwischen jeder der Elektroden auf der Unterseite der Scheibe und jeder der Positionserfassungselektroden in dem Bewegungsfeld zu messen. Die Informationen können durch die Steuerung 393 verwendet werden, um Daten in eine Datenverarbeitungsvorrichtung 397 mit einer Anzeige 308 einzugeben, um die Position des Cursors 302 auf dem Bildschirm 300 zu steuern. Die Knöpfe, die auf der Scheibe implementiert sind, können verwendet werden, um Aktionen zu signalisieren, die der Position der Scheibe zugeordnet sind, oder um andere Funktionen auf dem Bildschirm zu steuern, wie z. B. eine Scrollleiste 301.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele haben eine einzelne Elektrode auf der oberen Platte der Scheibe und zwei oder mehr Elektroden auf der unteren Platte verwendet. Es können jedoch auch Ausführungsbeispiele, bei denen die obere Platte mehrere Elektroden aufweist und die untere Platte eine einzelne Elektrode aufweist, hergestellt werden. Solche Ausführungsbeispiele benötigen mehr elektrische Verbindungen zu der sich bewegenden Platte und sind somit komplexer, aber sie ermöglichen, dass eine einzige Erfassungselektrode auf der unteren Platte sowohl die X-Y-Position als auch den Knopfstatus misst.
Die elektrische Konfiguration der Elektroden in 11 und 12 kann auch umgekehrt sein, so dass eine einzelne Treiberelektrode 295 auf der oberen Platte vorliegt und mehrere Betriebsverstärker mit den Elektroden 286, 287, 288 und 289 verbunden sind. Die Messungen von diesen Betriebsverstärkern können dann verwendet werden, um die Scheiben-X-Y-Position in Verbindung mit Substratelektroden herzuleiten.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden eine Scheibe mit einer ersten und einer zweiten Platte, die im Hinblick aufeinander gekippt werden können. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können jedoch unter Verwendung jeglicher zwei Bauglieder aufgebaut sein, die im Hinblick aufeinander derart gekippt werden können, dass die gekippte Konfiguration durch die Steuerung erfasst werden kann.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verwenden Klicker, die an die untere Platte in der Scheibe angebracht sind. Ausführungsbeispiele jedoch, bei denen die Klicker an die obere Platte angebracht sind und die Vorsprünge zum Betätigen des Klickers an die untere Platte angebracht sind, können ebenfalls konstruiert werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwenden Federn zum Einstellen der Distanz zwischen der oberen und der unteren Platte der Scheibe, wenn keine Kraft auf die obere Platte ausgeübt wird. Es können jedoch andere Formen von federnden Abstandhaltern verwendet werden. Zum Beispiel können die Federn durch komprimierbare Gummiabstandhalter ersetzt werden.
Verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der vorangehenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung nur durch den Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche beschränkt sein.

Claims

Eine Zeigevorrichtung (80, 200), die folgende Merkmale aufweist: eine erste Oberfläche (94), die ein Scheibenbewegungsfeld aufweist, das auf derselben definiert ist; und eine bewegbare Scheibe (95), die beschränkt ist, um sich auf der ersten Oberfläche zu bewegen; einen Scheibenpositionsdetektor (59, 393), der eine Position der Scheibe (95) in dem Scheibenbewegungsfeld bestimmt, wobei die bewegbare Scheibe (95) ein erstes Bauglied (191) und ein zweites Bauglied (192) aufweist, wobei das erste und das zweite Bauglied von einander durch einen federnden Abstandhalter (71) beabstandet sind, wenn keine Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten Bauglied ausgeübt wird, und wobei die Scheibe (95) einen Kippmechanismus (84, 192, 284) umfasst, um zu ermöglichen, dass das erste und das zweite Bauglied eine gekippte Konfiguration im Hinblick aufeinander einnehmen, ansprechend auf eine Kraft, die zwischen dem ersten und dem zweiten Bauglied ausgeübt wird, wobei die gekippte Konfiguration auf die Kraft-Position, -Richtung und -Größe anspricht; und einen Kipppositionssensor (393), der eine Kippposition des ersten Bauglieds (191) im Hinblick auf das zweite Bauglied erfasst.
Die Zeigevorrichtung (80, 200) gemäß Anspruch 1, bei der das erste Bauglied (191) eine erste Elektrode (93) aufweist und das zweite Bauglied (192) eine zweite Elektrode (86) und eine dritte Elektrode (87) aufweist, und bei der der Positionsdetektor (59, 393) eine Schaltung zum Messen der Kapazitäten zwischen der ersten Elektrode (93) und der zweiten Elektrode (86) und der zweiten Elektrode (86) und der dritten Elektrode (87) aufweist.
Die Zeigevorrichtung (80, 200) gemäß Anspruch 1, bei der das erste und zweite Bauglied (191, 192) Platten aufweisen.
Die Zeigevorrichtung (80, 200) gemäß Anspruch 1, bei der der Kippmechanismus (84, 192, 284) einen Vorsprung an einem der Bauglieder aufweist.
Die Zeigevorrichtung (80, 200) gemäß Anspruch 1, die ferner eine Mehrzahl von Klickern (82, 83) aufweist, wobei jeder Klicker eine mechanische Vorrichtung aufweist, die eine Abmessung aufweist, die sich ansprechend auf eine Kraft ändert, die auf dieselbe ausgeübt wird, wobei die Änderung der Abmessung eine nichtlineare Funktion der ausgeübten Kraft ist, wobei die Änderung der Abmessung durch einen Benutzer erfassbar ist, wenn der Benutzer eine Kraft auf das erste Bauglied (191) ausübt.
Die Zeigevorrichtung (80, 200) gemäß Anspruch 1, bei der der Positionsdetektor (59, 393) einen ersten und zweiten Schalter emuliert, die geöffnet und geschlossen sind, wenn das erste Bauglied (191) im Hinblick auf das zweite Bauglied (192) in einer vorbestimmten Konfiguration gekippt ist.
Ein Verfahren, das eine Zeigevorrichtung (80, 200) mit einer Mehrzahl von Knöpfen emuliert, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer bewegbaren Scheibe (95), die sich in einem Bewegungsfeld bewegt, wobei die Position der Scheibe erfasst wird und wobei die Scheibe (95) ein erstes und ein zweites Bauglied (192) aufweist, die sich relativ zueinander bewegen können; Erfassen eines relativen Kippens zwischen dem ersten und dem zweiten Bauglied (191, 192), wenn ein Benutzer eine Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten Bauglied (191, 192) ausübt; und Emulieren eines ersten Knopfs, der betätigt wird, wenn das erfasste Kippen einen ersten Wert aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, das das Emulieren eines zweiten Knopfs aufweist, der betätigt wird, wenn das erfasste Kippen einen zweiten Wert aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, das ferner aufweist, dem Benutzer ein tastbares Gefühl zu liefern, wenn der Benutzer eine Kraft ausübt, die verursacht, dass das Kippen den ersten Wert aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das relative Kippen durch Messen der Kapazitäten zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (93, 86) und der zweiten und der dritten Elektrode (86, 87) erfasst wird, wobei die erste Elektrode (93) einen Abschnitt des ersten Bauglieds (191) aufweist und die zweite und dritte Elektrode (86, 87) einen Abschnitt des zweiten Bauglieds (192) aufweisen.