DE60000980T2

DE60000980T2 - Betätigungsvorrichtung für personalcomputer

Info

Publication number: DE60000980T2
Application number: DE60000980T
Authority: DE
Inventors: Joel Collins; Robert Mcclurg; Edward Partin; David Swansey; Shumin Zhai
Original assignee: IBM United Kingdom Ltd; International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: JP3935675B2; EP1166200B1; KR20020000157A; CN1215395C; HUP0200541A2; JP2004538533A; ATE229669T1; RU2225998C2; HK1042758B; CN1344391A; WO2000058819A1; HU222860B1; IL144732A0; MY123491A; EP1166200A1; CZ20013481A3; DE60000980D1; PL350161A1; CA2367300C; CA2367300A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für einen Personalcomputer, üblicherweise zur Integration als Joystick in einer Computermaus.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die IBM ScrollPoint-Maus ist eine Maus mit einem im Vorderteil einer Maus eingefügten Miniatur-Joystick. Dieser spezielle Joystick ist für Bildlauf- und Bildvergrößerungsfunktionen beim Betrachten und Bearbeiten eines elektronischen Dokuments oder beim Betrachten von Webseiten vorgesehen. Der Joystick ist mit einem druckempfindlichen Widerstandssensor (force sensitive resistor, FSR) ausgestattet, der den auf den Stift ausgeübten Druck in elektrische Signale wandelt, welche verarbeitet und als Bildlaufinformationen an den Host gesendet werden. Der Joystick wird mit einem Finger bedient, der möglichst bequem auf dem äußersten Teil oder der Endkappe des Joysticks liegt. Die Form der Endkappe der Betätigungsvorrichtung wirkt sich entscheidend auf die Erfahrung des Benutzers mit einer Vorrichtung wie der ScrollPoint-Maus aus.
Einige frühere IBM ScrollPoint-Mäuse benutzten ein Betätigungsvorrichtung mit der Form einer kleinen oder ungefähr 0,7 mm breiten kreisförmigen Kuppel, was zu einigen der folgenden, überaus unerwünschten Situationen führte. Zum Beispiel nahm man an, dass es infolge der relativ kleinen Kontaktfläche mit der Unterseite der Fingerspitze von Vorteil sei, ein "katzenzungenähnliches" Fasermaterial für die Betätigungsvorrichtung zu entwickeln, damit die Reibung zwischen dem Finger und der Kappe erhöht wird. Bei der Herstellung dieses Materials ist ein ziemlich kompliziertes mehrstufiges Verfahren erforderlich, um ein haltbares Produkt zu erzeugen. Dadurch wird die Katzenzungenoberfläche bezogen auf die Gesamtkosten der Maus relativ teuer. Ferner bietet das Katzenzungenmaterial zwar für die Fingerbetätigung eine gute oder zufriedenstellende Reibung, jedoch wird die Berührung von einigen Benutzern als unangenehm empfunden. Außerdem kann ein Benutzer bei einer kuppelförmigen Betätigungsvorrichtung durch sein Gefühl nicht einfach genug zwischen der vertikalen und der horizontalen Richtung unterscheiden. Wenn der Bildlauf eines Dokuments vertikal erfolgen soll, kann durch unabsichtliches diagonales Anstoßen der kuppelförmigen Betätigungsvorrichtung eine horizontale Bildlaufkomponente hinzugefügt werden. Der Bildlauf unterscheidet sich von der Punktsteuerung und erfordert oft, dass die Bewegung genau in vertikaler oder genau in horizontaler Richtung erfolgt.
Diese Aspekte sind für die Benutzung und den Verkauf einer Computervorrichtung von Bedeutung, da eine Maus einen wichtigen Bestandteil eines Computers darstellt, die die Benutzer während der Kaufentscheidung für ein System leicht ertasten und fühlen, wenn sie die ausgewählte Maschine benutzen.
Die Patentanmeldung GB 2 264 196 beschreibt einen Betätigungsknopf für eine Tastatur, beispielsweise an einem Rechner oder einem Telefon, der eine obere Fläche aufweist, die mit einem aus einer Richtung X konkaven Profil und mit einem aus einer dazu senkrechten Richtung konvexen Profil geformt ist.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Deshalb stellt die Erfindung eine Betätigungsvorrichtung für einen Joystick eines Personalcomputers bereit, wobei die Vorrichtung eine obere Fläche zum Berühren durch einen Finger eines Benutzers der Vorrichtung aufweist, welche sattelförmig geformt ist, damit der Finger bei Kontakt mit der Fläche der Vorrichtung zum Steuern des Joysticks wippen kann und in seitlicher Richtung bewegt werden kann.
Eine derartige Anordnung und Form der Fläche der Betätigungsvorrichtung ist gut für die Verwendung bei einem Bildlauf-Joystick geeignet, wie beispielsweise der ScrollPoint-Maus der IBM Corporation oder jeder anderen Maus- oder jeder anderen Betätigungsknopfkonstruktion, die beispielsweise bei einem Joystick mit integrierter Bildlauffunktion verwendet wird. Die Betätigungsvorrichtung (oder deren Kappe) bietet dem Benutzer bei niedrigeren Herstellungskosten eine verbesserte Steuermöglichkeit und ein angenehmeres Gefühl. Die speziell geformte und texturierte sattelförmige Betätigungsvorrichtung stellt eine Vorrichtung zur Verfügung, die ein Benutzer leicht und erfolgreich steuern kann, wobei sich die Operationen mit der Steuervorrichtung bequem ausführen lassen. Obwohl die Betätigungsvorrichtung bei der bevorzugten Ausführungsart für die Benutzung und den Einsatz in der IBM ScrollPoint-Maus ausgelegt wurde, kann dasselbe Design auch für beliebige andere Vorrichtungen verwendet werden, die durch den menschlichen Finger oder Daumen bedient und in Steuervorrichtungen des Personalcomputers benutzt werden. Insbesondere ist die IBM ScrollPoint-Vorrichtung ein isometrischer Joystick, der Kräfte misst, welche auf eine Vielzahl von vorzugsweise vier druckempfindlichen Widerstandssensoren oder FSR ausgeübt werden. Dasselbe Design der Betätigungsvorrichtung kann auch auf nichtisometrische Steuervorrichtungen angewendet werden, die auf der Messung von Verschiebungen beruhen.
Das ursprüngliche Katzenzungen-Design wurde von der IBM ThinkPad-TrackPoint-Vorrichtung übernommen. Bei der TrackPoint-Vorrichtung muss die Betätigungsvorrichtung klein sein, damit sie zwischen die Tasten der Tastatur passt. Da die TrackPoint-Vorrichtung vorwiegend Zeigerfunktion besitzt, wird keine asymmetrische Form verwendet. Da bei einer Maus die räumlichen Beschränkungen weniger gravierend sind und der Bildlauf durch einen speziellen Sensor erfolgt, kann die Form der Betätigungsvorrichtung gemäß den Anforderungen seitens des Bildlaufs optimiert werden. Im Wesentlichen wird ein Formdesign bevorzugt, bei dem die Geometrie in seitlicher Richtung asymmetrisch zur Geometrie in senkrechter Richtung ist.
Die sattelförmige Betätigungsvorrichtung der bevorzugten Ausführungsart ist bequem zu berühren und teilweise leicht zu bedienen, da die katzenzungenähnliche Oberfläche nicht erforderlich ist, da die Berührungsfläche des Fingers vergrößert ist, da die Form der Betätigungsvorrichtung mit der Fingerform übereinstimmt und da durch das Muster der konzentrischen ovalen Streifen auf der Fläche der Betätigungsvorrichtung das Verrutschen des Fingers verringert wird. Infolge der bevorzugten Asymmetrie zwischen dem seitlichen und dem Längsprofil verfügt der Benutzer über deutliche Zeichen, um zwischen dem vertikalen und dem horizontalen Bildlauf zu unterscheiden.
Aus diesem Grund wird hier eine Steueroberfläche und eine Oberflächenform einer Eingabevorrichtung für einen Personalcomputer beschrieben, insbesondere die Texturierung und die in unterschiedlichen Winkeln angebrachten Facetten für die Berührung durch einen Finger einer menschlichen Hand, die darauf Druck und Kraft ausübt, um den Cursor und die Bilder eines Personalcomputer-Bildschirms zu bewegen und deren Steuerungsgeschwindigkeit zu beeinflussen.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsart übt die fingergesteuerte Betätigungsvorrichtung einer Maus oder einer anderen Vorrichtung eines Personalcomputers Druck auf eine druckempfindliche Widerstandsschaltung aus, um in einem oder für einen Personalcomputer Bildlauf- oder andere ähnliche Steuerfunktionen bereitzustellen, wobei die Betätigungsvorrichtung speziell strukturierte, z. B. gerippte, und geformte, z. B. sattelförmige, Oberflächen aufweist, damit der Finger eines Benutzers des Personalcomputers wippen kann und zwischen dem Fleisch des Fingers und der Oberfläche der Betätigungsvorrichtung ausreichend Haftung ermöglicht wird, damit ein vertikales oder horizontales Verrutschen in einer von mehreren Richtungen oder ein Verrutschen in einen Quadranten der beiden Richtungen verhindert wird sowie die Bewegungen des Fingers und der Hand des Benutzers bequem sind und damit sich der Finger bezüglich der Betätigungsvorrichtung und des Mausgrundkörpers selbst orientieren kann, um beispielsweise die Reibung für den Bildlauf richtig zu steuern und zu bedienen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es wird eine Ausführungsart der Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Maus mit einer sattelförmigen Betätigungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der sattelförmigen Betätigungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 eine Ansicht der oberen Oberfläche mit dem Aussehen einer ovalen Rennbahn der Betätigungsvorrichtung gemäß einer Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist, die die Texturierung der oberen Oberfläche veranschaulicht;
Fig. 4 eine Ansicht der symmetrischen konkaven Form der Betätigungsvorrichtung beim Betrachten des von links nach rechts über die Betätigungsvorrichtung verlaufenden Querschnitts, bzw. einer Vorderansicht (Ansicht von der Fingerspitze aus) oder alternativ einer Rückansicht (Ansicht von der Mausmitte aus)
Fig. 5 eine Seitenansicht der Betätigungsvorrichtung entlang des zum Steuern der Betätigungsvorrichtung benutzten Fingers, die die symmetrische konvexe Form der Kontaktfläche beim Betrachten des von vorn nach hinten verlaufenden Querschnitts von der linken oder der rechten Seite der Betätigungsvorrichtung zeigt;
Fig. 6 eine weitere Veranschaulichung der in Fig. 4 gezeigten Betätigungsvorrichtung und eine Vorderansicht eines menschlichen Fingers auf der Kappe der Betätigungsvorrichtung ist und die Bewegung des Fingers sowie ein resultierendes Kräftediagramm bzw. die auf die Geometrie der Betätigungsvorrichtung ausgeübten Kraftvektoren zeigt; und
Fig. 7 eine weitere Veranschaulichung der in Fig. 5 gezeigten Betätigungsvorrichtung und eine Seitenansicht eines Fingers auf der Betätigungsvorrichtung oder der Kappe ist und die Kippbewegung des Fingers auf der Kappe zeigt, durch die Kraftvektoren auf der Kappe erzeugt und auf und durch den mit der Kappe verbundenen Stift übertragen werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSART

Eine sattelförmige Betätigungsvorrichtung 10 ist in Fig. 1 veranschaulicht und in einem Mausgrundkörper 12 mit anderen Tasten, wie beispielsweise den Tasten 14, 16 und 18, zum Steuern der Funktionen eines Personalcomputers angebracht. Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer asymmetrisch geformten Betätigungsvorrichtung mit einer texturierten Oberfläche, die beispielsweise eine Waschbrettstruktur oder eine Sägezahnoberfläche 22 oder jede Fläche mit leicht erhabenen Rippen oder pickelartigen Erhebungen aus der oberen Fläche 22 der Betätigungsvorrichtung 10 sein kann, wobei die Betätigungsvorrichtung dem Finger eine verbesserte Haftung ermöglicht, wenn eine Kraft direkt oder auf gerichtete Weise oder durch einen gerichteten Vektor darauf ausgeübt wird, die nicht senkrecht oder in Längsrichtung auf den Stift 20 eines Joysticks ausgeübt wird, wie in Fig. 4 und Fig. 5 veranschaulicht ist. Die bevorzugte Oberflächenform oder - gestalt oder -textur kann unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Herstellungsverfahren, z. B. Gießen der Textur oder Oberflächengestalt direkt auf die Fläche 22 aufgebracht werden. Die Fläche muss unterschiedlich hohe Stellen oder ein Material aufweisen, um einen Haftungskontakt zwischen dem Finger und der Fläche der Betätigungsvorrichtung 22 herzustellen. Bevorzugt ist ein geeignetes und dauerbeständiges Reibungsmaterial. Ein gummiähnliches Material kann eine geeignete Alternative darstellen. Es gibt weitere Verfahren zum Texturieren der Betätigungsvorrichtung 10 nach der Herstellung. Der Stift 20 ist in den Figuren nur teilweise und im Querschnitt veranschaulicht. Die Draufsicht der Betätigungsvorrichtung 10 in Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Texturierungsmuster bzw. eine bevorzugte Texturierungsform der Fläche 22.
Die obere Fläche der Betätigungsvorrichtung 10 ist gemäß der bevorzugten Ausführungsart, wie in Fig. 4 veranschaulicht, in Links-Rechts-Richtung bzw. in Rechts-Links-Richtung konkav und, wie in Fig. 5 veranschaulicht, in. Längsrichtung konvex. In den gezeigten Abbildungen ist sie wie eine Art hyperbolisches Paraboloid geformt. Die Abbildungen weichen von der wahren Form eines hyperbolischen Paraboloids nur insofern ab, als sich die Längsdimension oder Länge des Sattels in seiner Mittellinie in der Draufsicht nicht wesentlich ändert, wenn man die Längsdimensionen außerhalb der Lage der Mittellinie von den Seiten des Mausgrundkörpers 12 aus betrachtet. Ein echtes hyperbolisches Paraboloid ist durch seine geometrische Formel bestimmt.
Sowohl in Vorderansicht als auch in den Seitenansichten der Fig. 3 oder 4 kann bezüglich der Mittellinie der Oberfläche 22 Symmetrie vorliegen oder die Oberfläche könnte bezüglich jeder der Mittellinien der Betätigungsvorrichtung 10 asymmetrisch geformt sein. Zum Beispiel könnte, wie in Fig. 5 gezeigt, der in Richtung der Hand des Benutzers zeigende Teil der konvexen Kurve einen anderen Anstieg aufweisen als der zur Fingerspitze des Benutzers zeigende Teil der konvexen Kurve. Die Draufsicht der Betätigungsvorrichtung in Fig. 3 könnte als eine ovale Rennstrecke beschrieben werden, die in der bevorzugten Ausführungsart eine Breite von ungefähr 14 mm (von links nach rechts) und eine Länge von 10 mm (von vorn nach hinten) aufweist.
Ein derartiges Design bietet mindestens die folgenden Vorteile, durch die die unerwünschten Merkmale der Oberflächenformen und -gestalten der Betätigungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik beseitigt werden. Die vergrößerte Oberfläche ermöglicht eine zusätzliche und ausreichende Reibung zwischen der Fingeroberfläche und der Oberfläche 22 der Betätigungsvorrichtung 10. Mit einem derartigen Ansatz bei dieser Lösung ist eine Katzenzungenoberfläche nicht erforderlich, wodurch die Herstellungskosten verringert werden.
Die Betätigungsvorrichtung funktioniert mechanisch auf folgende Weise. Die Form der Kappe der Betätigungsvorrichtung 10 eignet sich speziell für das genaue Ausüben von Kraft durch die Fingerspitze. Es wurde eine Studie angefertigt, in der die Bewegung der Fingergelenke und -muskeln beim Ausüben von Kraft auf die Fingerspitze sowie die Wechselwirkung des weichen Teils der Fingerspitze mit der harten Kappenform untersucht wurde. Es wurde gezeigt, dass sich die Dynamik der Fingerstruktur bei Ausüben von Druck in Längsrichtung stark von der Dynamik bei Ausüben von Druck in seitlicher Richtung (links-rechts) unterscheidet.
Bei der horizontalen Bewegung dreht sich oder kippt die Fingerspitze, wie in Fig. 4 durch den Doppelpfeil 21 andeutungsweise veranschaulicht wird, leicht in diese Richtung, sodass Kraft auf die erweiterten Flächen in Richtung der Kanten 24 und 26 der Kappe 10 ausgeübt wird. Diese in Richtung der Kanten 24 und 26 erweiterten Flächen verhindern, dass der Finger abrutscht, wie am besten in Fig. 4 und Fig. 6 zu sehen ist.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann der Finger 28 vorwärts und rückwärts in beide Richtungen des Doppelpfeils 30 gegen die Fläche 22 der Betätigungsvorrichtung 10 bewegt werden, wodurch eine Kraft auf die Fläche 22 ausgeübt und auf den mit der Betätigungsvorrichtung 10 verbundenen Stift 20 übertragen wird, wie in der Teilansicht in Fig. 5 gezeigt ist. Wie bekannt und bei der IBM ScrollPoint-Maus der Fall ist, führt die übertragene Kraft zum Ausführen der Bildlauffunktion; dies ist ein Beispiel dafür, was durch die Betätigungsvorrichtung und diese Art von Kraftausübung bewirkt werden kann. Die erforderlichen Signale werden von den FSR-Sensoren in der schematisch veranschaulichten FSR-Einheit 23 bereitgestellt.
Die in Fig. 5 veranschaulichte Wirkung des Fingers, bei der eine Vorderansicht des Fingers 28 auf der Kappe 10 gezeigt wird, ermöglicht eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung. Diese Bewegung wird auf dem Monitor in einen senkrechten Bildlauf umgesetzt. Um dies zu erreichen, kippt die Fingerspitze leicht in eine durch den gekrümmten Pfeil 32 (Fig. 7) angezeigte Richtung, welche der auf die Kappenoberfläche ausgeübten Kraft entgegengesetzt ist. Das weiche Gewebe des Fingers 28 passt sich der konvexen Form der Betätigungsvorrichtung 10 in Längsrichtung an und übt, ohne abzurutschen, eine gleichmäßige Kraft auf die Kappe 10 aus, wie in Fig. 7 gezeigt ist. In Fig. 7, die die Seitenansicht des Fingers 28 auf der Kappe 10 zeigt, wird ferner die Bewegung des Fingers auf der Kappe 10 gezeigt, die die Kräfte auf den Stift. 20 ausübt.

Claims

1. Betätigungsvorrichtung (10) für einen Joystick (20) eines Personal Computers, wobei die Vorrichtung eine obere Fläche (22) für die Berührung durch einen Finger (28) eines Benutzers der Vorrichtung aufweist, welche sattelförmig geformt ist, damit der Finger beim Kontakt mit der Fläche (22) der Vorrichtung wippen kann, und welche in einer seitlichen Richtung beweglich ist, um den Joystick zu steuern.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung für eine Maus (12) für den Personalcomputer vorgesehen ist und eine obere Fläche (22) zum Aufnehmen des Fingers (28) des Benutzers der Maus aufweist, wobei die Fläche eine in Draufsicht im Wesentlichen ovale Form aufweist und eine Oberflächengestalt aufweist, die aus einer ersten Richtung, die eine erste Seitenansicht darstellt, eine konkave Oberflächenform und aus einer zweiten, zur ersten Richtung senkrechten Richtung, die eine zweite Seitenansicht darstellt, eine konvexe Oberflächenform aufweist.

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner eine der Fläche aufgeprägte Textur aufweist, damit der Finger (28) des Benutzers der Maus (12) in der konkaven und der konvexen Form der Fläche der Betätigungsvorrichtung (22) Halt findet.

4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die der Fläche der Vorrichtung aufgeprägte Textur dem Benutzer die Unterscheidung zwischen Bildlaufrichtungen ermöglicht.

5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Textur aus der Fläche herausragende Erhebungen aufweist, um dem Finger auf der Oberfläche Halt zu geben, wenn der Finger gegen die Bildlaufvorrichtung gedrückt wird, um im Personalcomputer den Bildlauf zu erreichen.

6. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei der die der Fläche aufgeprägte Textur von gummiartiger Beschaffenheit ist, um dem Finger (28) des Benutzer ein Gefühl der Reibung zu vermitteln.

7. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der die konkave Form der Fläche (22) der Vorrichtung eine Fläche zum Ausüben von Druck (21, 30) auf die Vorrichtung durch den Finger bereitstellt, um zum Erreichen des Bildlaufs durch den Personalcomputer die auf die Fläche der Oberfläche ausgeübte Kraft auf eine druckempfindliche Widerstandsanordnung (23) zu übertragen.

8. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung für den Bildlauf vorgesehen ist und die Fläche (22) der Vorrichtung (10) die Form eines hyperbolischen Paraboloids zum Aufnehmen des Fingers (28) des Benutzers zum Betätigen der Vorrichtung aufweist, um den Bildlauf in dem Personalcomputer zu erreichen.

9. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Fläche (22) so texturiert ist, dass aus der Fläche herausragende Erhebungen gebildet werden, die dem Finger (28) auf der Oberfläche (22) Halt geben, wenn der Finger gegen die Vorrichtung (10) gedrückt wird, um den Bildlauf in dem Personalcomputer zu erreichen.

10. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der die obere Fläche so ausgebildet ist, dass sie eine in Querschnittsansicht entlang einer Ebene durch eine Mittellinie längs durch den Körper der Betätigungsvorrichtung konvexe Form aufweist und so ausgebildet ist, dass sie eine in Querschnittsansicht entlang einer Ebene durch eine seitlich durch den Körper der Betätigungsvorrichtung verlaufende Mittellinie konkave Form aufweist.

11. Maus (12), die einen Joystick (20) umfasst, welcher die Kappe der Betätigungsvorrichtung (10) eines der vorangehenden Ansprüche zur Benutzung für das Ausführen einer Bildlaufoperation aufweist.

12. Personal Computer, der die Maus (12) nach Anspruch 11 beinhaltet.