DE102006045112A1

DE102006045112A1 - Eingabevorrichtung mit verringerter Reibung

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Publication number: DE102006045112A1
Application number: DE102006045112A
Authority: DE
Inventors: Marc Bidiville; Tim O'sullivan; Denis O'keeffe; Darragh Luttrell; Martin Gleeson; Neil O'connell; Jacques Antoine Dayer; Antoine La Provence Merminod
Original assignee: Logitech Europe SA
Current assignee: Logitech Europe SA
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2007-11-29
Also published as: US8188974B2; US20070069088A1

Abstract

System und Verfahren zum Steuern der Reibung zwischen einer Maus und der Fläche, auf der sie plaziert ist. Die Verringerung der Reibung kann auf verschiedene Arten erreicht werden, darunter: Herstellen der Füße der Maus aus unterschiedlichen Materialien, Erzeugen von Luftschichten zwischen der Maus und der Fläche, Erzeugen abgeschrägter Ränder für die Füße der Maus etc. In einer Ausführungsform bestehen die Füße der Maus aus einer piezoelektrischen Schicht, die mit einer anderen Schicht verbunden ist, die aus einem unterschiedlichen Material besteht. Die Anregung der piezoelektrischen Schicht bei bestimmten Frequenzen veranlaßt, daß die Schichten sich unterschiedlich ausdehnen und zusammenziehen, wodurch Oszillationen der Füße erzeugt werden. In noch einer anderen Ausführungsform werden Abschnitte der Füße der Maus aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten gebildet. Diese unterschiedlichen Abschnitte der Füße können mit variierendem Druck auf die Fläche gedrückt werden, wodurch die Reibung geändert wird.

Description

QUERVERWEISE ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Erfindung beansprucht gemäß 35 USC § 119(e) die Priorität der U.S. Provisional Application Nr. 60/722,648, die am 29. September 2005 unter dem Titel "Gliding Mouse" eingereicht wurde, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in die vorliegende Schrift aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Eingabevorrichtungen, und insbesondere die Verringerung von Reibung bei Eingabevorrichtungen.
2. BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDES DER TECHNIK
Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurde die Benutzung von Computern und ihrer zugehörigen Eingabevorrichtungen (wie beispielsweise Mäuse, Trackballs, Tastaturen etc.) allgegenwärtig. Die Verwendung von etlichen Eingabevorrichtungen basiert auf der Bewegung der Eingabevorrichtung selbst (wie es beispielsweise bei Mäusen der Fall ist) oder auf der Bewegung eines Teils der Eingabevorrichtung (wie es beispielsweise bei Trackballs der Fall ist).
Es sei insbesondere die Bewegung eines Teils einer Eingabevorrichtung betrachtet, die die Bewegung eines Cursors auf dem Bildschirm einer zugehörigen Anzeige steuert. Beispielsweise ist dies im Falle einer Maus die Bewegung der Maus über eine Arbeitsfläche (zum Beispiel ein Mauspad, eine Tischoberfläche etc.). Im Falle eines Trackballs wäre dies die sich drehende Kugel bezüglich ihres Gehäuses. Solche Bewegung umfaßt notwendigerweise Reibung aufgrund der Kontaktfläche zwischen der Maus und der Arbeitsfläche. Solche Reibung erhöht die Mühe, die der Benutzer aufbringt, um den Cursor von einer Position zu einer anderen zu bewegen.
Derartige Reibung verringert sowohl die Geschwindigkeit der Aktionen des Benutzers als auch die Präzision, mit der er den Cursor positioniert. Ferner kann derartige Reibung zu mehr Geräuschen führen, wenn die Maus über die Arbeitsfläche bewegt wird. Die Verringerung von Reibung verbessert das Gleiten und die Genauigkeit der Maus. Ferner hilft die Verringerung von Reibung dabei, das Ruckgleiten bzw. den sogenannten "Slip-Stick" zu verringern oder zu eliminieren – den Effekt, der durch den Unterschied zwischen statischer und dynamischer Reibung bzw. Haft- und Gleitreibung verursacht wird. Aus diesen und anderen Gründen verbessert die Verringerung und/oder die Steuerung dieser Reibung das Empfinden des Benutzers wesentlich.
Man beachte jedoch, daß etwas Reibung für manche Zwecke nötig ist. Beispielsweise wäre ein Benutzer nicht in der Lage, die vielfach verwendete Aktion des Doppelklickens durchzuführen, wenn er nicht in der Lage wäre, zweimal auf denselben Punkt zu klicken (d.h., wenn die Maus sich aufgrund fehlender Reibung zwischen den beiden Klicks bewegt hat). Ein weiteres Beispiel ist, daß die Eingabevorrichtung sich nicht von der Stelle, an der der Benutzer sie gelassen hat, infolge von fehlender Reibung wegbewegen sollte, wenn die Eingabevorrichtung nicht benutzt wird. Somit ist es wichtig, das Ausmaß an Reibung zu unterschiedlichen Zeiten zu steuern (z.B., in Abhängigkeit von der gegenwärtigen Nutzung der Maus).
In herkömmlichen Vorrichtungen, die gegenwärtig erhältlich sind, wurden manche Maßnahmen ergriffen, um die Reibung zwischen der Maus und der Arbeitsfläche zu verringern. Mehrere Mäuse, die gegenwärtig auf dem Markt sind, verwenden kleine Teile aus Materialien mit geringer Reibung (wie beispielsweise Polyethylen mit hohem Molekulargewicht ("High Molecular Weight Poly Ethylene", HMWPE), Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Teflon), die auf Bereiche der Maus geklebt werden, die mit der Arbeitsfläche in Kontakt kommen (oft die "Füße" der Maus an dem unteren Gehäuse). In Abhängigkeit von dem Material der Arbeitsfläche und deren Zustand ist die Reibung und die Geräuschentwicklung zwischen der Maus und der Arbeitsfläche variabel. Ferner werden die Füße einer Maus nach einiger Benutzungszeit verkratzt, und die Reibung und die Geräuschentwicklung nehmen zu. Dies liegt daran, daß Materialien, wie Staub, Sand etc. vorliegen, die mit den Materialien niedriger Reibung, die für die Füße verwendet werden, interferieren. Im Laufe der Zeit nimmt die wahrgenommene Reibung zwischen der Arbeitsfläche und der Maus wesentlich zu.
Keine der herkömmlichen Vorrichtungen führt eine Verringerung der Reibung auf eine effektive Weise durch, die mit der Zeit anhält. Ferner bietet keine der herkömmlichen Vorrichtungen die Möglichkeit, die Reibung zwischen der Maus und der Arbeitsfläche zu unterschiedlichen Zeiten und/oder unter unterschiedlichen Umständen zu steuern.
Was daher benötigt wird, ist ein Verfahren und ein System zum effizienten Verringern der Reibung zwischen einer Eingabevorrichtung und der Arbeitsfläche. Darüber hinaus besteht ein Bedarf für ein Verfahren und ein System zum Verringern der Geräusche, die durch solch eine Bewegung erzeugt werden. Ferner besteht ein Bedarf an einem intelligenten Management der Verringerung der Reibung, so daß ein Mangel an Reibung nicht problematisch wird.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung besteht in einem System und einem Verfahren zum Verringern und/oder Steuern der Reibung, die durch die Bewegung einer Eingabevorrichtung über eine Arbeitsfläche erzeugt wird, oder zum Verringern und/oder Steuern der Reibung, die durch ein sich bewegendes Teil in einer Eingabevorrichtung erzeugt wird, die eine Cursorbewegung auf einer zugehörigen Anzeige steuert. In einer Ausführungsform bestimmt ein intelligenter Algorithmus, wann die Reibung zu verringern ist.
Verschiedene Ausführungsformen dieser Erfindung decken viele unterschiedliche Lösungen ab, die allein oder in Kombination verwendet werden können, um die dynamische und/oder statische Reibung zu verringern. Manche Ausführungsformen bestehen in optimierten Kombinationen von Materialien. Bessere Materialien führen zu einer besseren Steuerung beider Seiten der Reibung, und zu einer Verringerung der Geräusche. Kombinationen von verschiedenen Materialien können verwendet werden, um die Füße der Mäuse zu bilden. Andere Ausführungsformen umfassen abgeschrägte Ränder der Füße der Eingabevorrichtung.
Andere Ausführungsformen erzeugen eine Gleitschicht zwischen den Flächen, die miteinander in Kontakt sind, so daß die Reibung wesentlich verringert (oder sogar ganz aufgehoben) wird. Es gibt eine Vielzahl von Arten, diese Schicht zu erzeugen. Manche von ihnen injizie ren Druckluft an der Grenzfläche, wobei der Luftfluß verhindert, daß die zwei Flächen einander berühren. Noch weitere Ausführungsformen umfassen die Erzeugung von Vibrationen (entweder in der Eingabevorrichtung selbst und/oder in der Arbeitsfläche). In einer Ausführungsform fangen solche Vibrationen eine Luftschicht ein, die die Reibung verringert.
Noch andere Ausführungsformen erzeugen eine Anhebekraft, die verhindert, daß die Maus den Tisch berührt, selbst wenn das Gewicht der Hand des Benutzers zum Gewicht der Maus addiert wird. In manchen Fällen nimmt die Anhebekraft stark ab, wenn der Abstand zum Tisch zunimmt, was zu einem geringen aber relativ stabilen Abstand zur Verfahrfläche führt. Manche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen Luft zwischen die Maus und die Fläche injiziert wird, folgen diesem Verhalten. Wenn der Zwischenraum gering ist, kann die Luft nicht leicht entweichen, und ein Druck baut sich auf. Sobald jedoch der Zwischenraum größer wird, wird der Pfad für das Entweichen der Luft größer, und der Druck sinkt.
Eine andere Ausführungsform umfaßt einen intelligenten Algorithmus zum angemessenen oder geeigneten Steuern der Reibung, wie es durch die Umstände erforderlich ist. Wenn beispielsweise der Benutzer an einem bestimmten Punkt auf der Anzeige unter Verwendung der Eingabevorrichtung einen Doppelklick durchführen möchte, kann eine größere Reibung zwischen der Eingabevorrichtung und der Arbeitsfläche benötigt werden. Auch kann zur Verwendung in verschiedenen Computerspielumgebungen mehr oder weniger Reibung wünschenswert sein. In einer Ausführungsform wird Mausfüßen, die aus piezoelektrischen Materialien bestehen, Leistung zugeführt, um Oszillationen hervorzurufen. Die zugeführte Leistung kann geändert werden, um das Ausmaß der Reibung zwischen der Maus und der Fläche dynamisch zu steuern. In einer anderen Ausführungsform bestehen die Mausfüße aus verschiedenen unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten. Diese unterschiedlichen Abschnitte können mit variierenden Drücken gegen die Fläche gedrückt werden (oder ganz von der Fläche abgehoben werden), um das Ausmaß der Reibung zwischen der Maus und ihrer Fläche dynamisch zu ändern.
Die Merkmale und Vorteile, die in dieser Zusammenfassung und der folgenden detaillierten Beschreibung beschrieben werden, sind nicht allumfassend, und insbesondere sind dem Fachmann viele zusätzliche Merkmale und Vorteile in Anbetracht der Zeichnungen, der Beschreibung und der Ansprüche ersichtlich. Darüber hinaus beachte man, daß die verwendete Sprache in der Beschreibung in erster Linie für die Lesbarkeit und Zwecke der Erläuterung gewählt wurde und nicht in allen Fällen gewählt wurde, um den Erfindungsgegenstand darzustellen oder zu umschreiben, sondern es sei auf die Ansprüche zurückgegriffen, die notwendig sind, um diesen Gegenstand der Erfindung zu bestimmen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung hat weitere Vorteile und Merkmale, die aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und der anhängenden Ansprüche ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen werden, von denen:
1A eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Maus gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
1B zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Maus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1C zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Maus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Maus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts einer Maus mit lösbaren Füßen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A zeigt eine Seitenansicht einer Maus mit einer Luftpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4B zeigt eine Seitenansicht einer Maus mit einer Luftpumpe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4C zeigt eine Draufsicht auf eine Maus mit einem entfernten Gebläse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A zeigt eine Unteransicht einer Maus mit Füßen, die aus piezokeramischem Material bestehen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5B zeigt eine Seitenansicht einer Maus mit Füßen, die aus piezokeramischem Material bestehen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5C zeigt eine Ansicht eines Fußes einer Maus, der aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6A zeigt eine Ansicht eines Abschnittes eines Fußes einer Maus, der aus piezoelektrischem Material besteht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6B zeigt eine Ansicht eines Abschnittes eines Fußes einer Maus, der aus einem piezoelektrischen Material hergestellt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6C zeigt eine Ansicht eines Trackballs mit Lagern, die aus piezoelektrischem Material hergestellt sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A zeigt einen Graph eines Luftspaltes, der gegenüber der Zeit aufgetragen ist.
7B zeigt einen Graph eines Druckes, der gegenüber der Zeit aufgetragen ist.
8 zeigt ein Flußdiagramm eines Algorithmus zum Bestimmen, wann die niedrige Reibung angemessen ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9A zeigt eine Querschnittsansicht eines Fußes einer Maus, der aus zwei verschiedenen Materialien hergestellt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9B zeigt eine Seitenansicht einer Maus mit einem Fuß einer Maus, der aus zwei verschiedenen Materialien hergestellt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9C zeigt eine Querschnittsansicht eines Fußes einer Maus, der aus zwei verschiedenen Materialien hergestellt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9D zeigt eine Querschnittsansicht eines Fußes einer Maus, der aus zwei unterschiedlichen Materialien hergestellt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9E zeigt eine Querschnittsansicht eines Fußes einer Maus, der aus zwei unterschiedlichen Materialien hergestellt ist und zwei befestigte Federn, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9F zeigt einen Graph des Widerstandes eines ersten Materials, des Widerstandes eines zweiten Materials und des Gesamtwiderstandes.
9G zeigt eine Bodenansicht einer Maus mit Füßen, die aus zwei verschiedenen Materialien hergestellt sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Figuren zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung. Man beachte, daß ähnliche oder gleiche Bezugszeichen in den Figuren eine ähnliche oder gleiche Funktionalität anzeigen können. Der Fachmann wird, ausgehend von der folgenden Diskussion, leicht feststellen können, daß alternative Ausführungsformen der Strukturen und Verfahren, die hier offenbart werden, verwendet werden können, ohne von den Prinzipien der Erfindung oder der Erfindungen abzuweichen, die hier offenbart ist bzw. sind. Man beachte, daß der Begriff "Maus", wie er hier verwendet wird, herkömmliche Mäuse umfassen kann, optische Mäuse, Trackballs etc. Ferner kann die vorliegende Erfindung bei beliebigen Vorrichtungen verwendet werden, die kontinuierlich bewegt werden müssen (beispielsweise, um eine Cursorbewegung zu steuern). Obwohl die nachfolgende Diskussion auf Mäuse konzentriert ist, können somit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit anderen solchen Vorrichtungen verwendet werden. Ferner können die Begriffe "Tisch", "Fläche" und "Arbeitsfläche" austauschbar verwendet werden, und sie sollen eine beliebige Fläche umfassen, auf der die Eingabevorrichtung verwendet werden kann, darunter ein Mauspad.
1A zeigt eine Maus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es wird ein Abschnitt einer Maus 100 gezeigt, wobei die Maus 100 ein Gehäuse oder eine Kapsel 105 aufweist und mit einer Arbeitsfläche 110 in Kontakt ist. Ein Fuß 115 der Maus besteht aus einer Schaumstoffschicht 125 und einem Material 120 mit geringer Reibung. Das Material 120 ist ein bekanntes Material geringer Reibung, beispielsweise Polyethylen mit hohem Molekulargewicht (High Molecular Weight Poly Ethylene, HMWPE), Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Teflon.
Eine Schicht eines weichen, geräuschabsorbierenden Materials 125 ist zwischen der Schicht 120 niedriger Reibung und der Maus 100 zugefügt. Das Zufügen einer Schicht eines solchen Materials 125 zwischen dem Mausgehäuse und der Reibungsschicht hat mehrere Vorteile. Diese Vorteile umfassen einen sehr guten Geräuschreduzierungseffekt, da der Schaumstoff verhindert, daß die Vibrationen von den Füßen 115 die gesamte Maus 100 erreichen und von dieser übertragen werden. In einer Ausführungsform hilft die Schaumstoffschicht 125 außerdem, die Flächen auszurichten. Wenn es beispielsweise mehr als drei Füße an einer herkömmlichen Maus gibt, berühren tatsächlich nur drei dieser Füße die Arbeitsfläche 110. Der Schaumstoff 125 gestattet leichte Verformungen, die erlauben, daß alle vier Füße die Arbeitsfläche berühren (und verhindern, daß die Maus wackelt). Darüber hinaus hilft die Schaumstoffschicht 125 dabei, daß der gesamte Mausfuß die Arbeitsfläche berührt, was Vibrationen, Instabilität und Abnutzung verringert. Ferner wird die Schaumstoffschicht 125 in einer Ausführungsform außerdem die geringen Höhenunterschiede zwischen den Füßen absorbieren.
1B zeigt eine Maus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform ist ähnlich zu derjenigen, die in 1A gezeigt ist, aber das Material 120 geringer Reibung ist etwas größer als der Schaumstoff 125. Dies gestattet, daß das Material 120 geringer Reibung den Rand des Schaumstoffs 125 schützt und verringert das Risiko eines Abschälens oder Abblätterns. Die Fläche der Mausfüße muß erhöht werden, um dieselbe Oberfläche in Kontakt mit dem Tisch zu halten. Eine größere Fläche macht die Bewegung sanfter, wenn über eine irreguläre Fläche bewegt wird.
1C zeigt eine weitere Ausführungsform, in der die Reibung zwischen der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 verringert ist und bei der Schaumstoff verwendet wird. In einer Ausführungsform werden zueinander passende Materialien für das Mauspad 110 und die Füße 115 verwendet, um die Reibung zu minimieren. Beispielsweise könnte Teflon auf Teflon oder Glas auf Glas verwendet werden. In einer Ausführungsform werden zwei Harte Materialien in Kontakt miteinander verwendet, um die Reibung zu verringern. In einer Ausführungsform müssen die miteinander in Kontakt befindlichen Flächen glatt sein. Dabei besteht jedoch ein erhebliches Risiko, daß die Bewegung Geräusche erzeugt. Wie oben erwähnt wurde, werden in einer Ausführungsform die Geräusche unter Kontrolle gehalten, indem eine Schicht aus einem weichen Material (beispielsweise Schaumstoff) 125 zwischen dem Fuß 115 und dem Rest der Maus 100 angeordnet wird, die verhindert, daß Vibrationen übertragen werden und von dem gesamten Mausgehäuse abgestrahlt werden. In einer Ausführungsform ist das Glas an dem Fußrand abgerundet oder abgeschrägt, so daß es nicht an der Tischfläche kratzt. Dadurch wird die Reibung weiter verringert. Ein mögliches Material für einen Teil des Mausfußes 115 ist Glas, welches poliert werden kann, um ein sehr glattes Finish zu erhalten, und welches hart genug ist, um Verkratzen auf den meisten Tischoberseiten zu verhindern. Andere Beispiele von Materialien, die verwendet werden können, umfassen Saphir, harten Stahl und ähnliche Materialien. Die Glasschicht ist dick genug, um sicherzustellen, daß die Ränder des Schaumstoffs durch Rippen 118 auf dem Boden des Gehäuses sicher geschützt sind. Die Rippen 118 können in 1B gesehen werden und erscheinen in der Figur als schmale Vor sprünge, die anzeigen, wo der Fuß 115 zu plazieren ist. Die Rippen 115 verhindern außerdem, daß der Stapel aus Glas und Schaumstoff aus seiner Position gleitet, wenn die Maus benutzt wird. In einer Ausführungsform ist die Rippe 118 ein Ring um den gesamten Fuß herum, welcher dessen äußere Form zeigt.
2 zeigt eine Maus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform werden Materialien mit einer Härchentextur verwendet, um die Reibung zu verringern. Ein jedes Haar biegt sich und springt unabhängig zurück, was zu einer sehr sanften Bewegung ohne jeglichen Ruckgleit- oder Stick-Slip-Effekt führt. Beispiele für solche Materialien sind Samt oder Bürsten. Ein spezifisches Beispiel solch eines Materials ist "Brushlon^TM", welches von 3M (St. Paul, MN) hergestellt wird. In einer Ausführungsform kann das bürstenartige Material mit geneigten Haaren befestigt werden, so daß ein Versatz in eine bestimmte Richtung hervorgerufen wird. In einer Ausführungsform wirkt der Kriecheffekt am besten, wenn die Arbeitsfläche 110 sehr glatt und poliert ist.
Es wurden oben verschiedene Materialien diskutiert, die verwendet werden können, um die Füße von Mäusen zu bilden und/oder zu bedecken, um die Reibung zwischen der Arbeitsfläche und der Maus 100 zu verringern. Mehrere andere Materialien können gleichfalls verwendet werden, um solch ein Resultat zu erzielen. Die Effektivität eines jeden dieser Materialien bei der Verringerung von Reibung hängt ab von dem Material der Arbeitsfläche, dem Zustand der Arbeitsfläche und dem Zustand des Materials der Mausfüße selbst.
In einer Ausführungsform kann der Benutzer die Füße der Maus 110 austauschen, wenn dies nötig ist. Beispielsweise kann der Benutzer die Füße der Maus austauschen, wenn das Material, aus dem sie bestehen, beginnt, abgenutzt zu sein, wenn sich der Zustand und/oder das Material der Arbeitsfläche ändert oder wenn die Verringerung der Reibung aus einem anderen Grund nicht optimal ist. Eine solche Ausführungsform, in der der Benutzer die Füße der Maus 100 auswechseln kann, wird im Zusammenhang mit 3 diskutiert. Solche austauschbaren Füße sind sehr nützlich, wenn manche Füße 115 aus manchen Materialien (z.B. Glas) bestehen, die auf manchen Flächen 110 sehr gut funktionieren aber die wirklich unbrauchbar auf anderen Flächen 110 sind (z.B. Glas auf Glas).
In einer Ausführungsform hat die Maus 100 an dem Ort der Füße einen "weiblichen" bzw. eingriffgewährenden Teil 310 einer Schwalbenschwanzverbindung. Die Füße sind auf einer kleinen Kunststoffhalterung montiert, die den "männlichen" Ende oder eingreifenden Teil der Schwalbenschanzverbindung umfaßt. Der Benutzer kann die Füße 115 der Maus einfach zur Seite schieben und sie mit neuen ersetzen oder mit solchen aus unterschiedlichen Materialien ersetzen, die auf der verwendeten Arbeitsfläche besser funktionieren etc. Einer der Vorteile des Schwalbenschwanzes besteht darin, daß keine Werkzeuge benötigt werden, um die Füße zu ersetzen. Ferner kann die Fußhalterung die verschiedenen Dicken von verschiedenen Fußstrukturen unterbringen. Man beachte jedoch, daß beliebige andere bekannte Montagetechniken verwendet werden können.
In einer Ausführungsform wird ein Luftpolster zwischen der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 erzeugt, um die Reibung zu verringern. 4A zeigt eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform nimmt ein Gebläse oder eine andere Luftpumpe (oder Luftkompressor) 410 Luft auf der Oberseite der Maus ein und bläst sie auf die Bodenseite. Man beachte, daß die Begriffe " Gebläse", "Luftpumpe" und "Luftkompressor" hier miteinander austauschbar verwendet werden. In einer Ausführungsform wird die Luft näherungsweise in die Mitte des Bodens der Maus geblasen. Die Luft bewegt sich unter der Bodenseite der Maus und tritt an dem Umfang des "Rocks" 420 aus. An dem Rand wird der Weg durch eine "Lippe" 430 verengt, so daß sich etwas Druck unter der Maus aufbaut, was zu einem Anheben der Maus führt. Die aktive Fläche wird aufgrund des Zufügens des Rocks 420 erhöht, so daß selbst von einem Gebläse mit niedrigem Druck ein ausreichendes Anheben erzeugt wird.
4B zeigt eine Maus gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der Luft verwendet wird, um die Reibung zwischen der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 zu verringern. In einer Ausführungsform wird eine Pumpe 410 mit höherem Druck verwendet, und die "Luft-geschmierte" Fläche wird entsprechend verringert und kommt näher zu der gegenwärtigen Fußfläche. Außerdem werden in einer Ausführungsform Rohre 440 geringerer Größe für die Verteilung der Luft verwendet. In einer Ausführungsform sind die Mausfüße Standardmausfüße und haben eine Öffnung 450 in der Mitte, um einen Weg für die Luft bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen bestehen die Füße aus Materialien geringer Reibung, wie beispielsweise HMWPE und haben eine Öffnung, die in ihnen ausgebildet ist. In noch anderen Ausführungsformen umfassen die Füße eine Zwischenschicht aus Schaumstoff 125 wie oben beschrieben zwischen dem Gehäuse und den Füßen, um mögliche Fehler in der Parallelität und der Höhe zwischen der Maus und dem Tisch auszugleichen. In solchen Ausführungsformen hat auch die Schaumstoffschicht 125 eine Öffnung 450, ebenso wie die anderen Schichten, aus denen die Füße 115 der Maus gebildet sind.
4C zeigt eine Maus gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform kann im Fall einer Maus mit einer Leitung das Gebläse bzw. die Pumpe aus der Maus entfernt werden und durch ein Rohr oder einen Schlauch verbunden werden, das bzw. der in das Mauskabel integriert ist. Dies verringert den Platzbedarf in der Maus 100. 4C zeigt eine entfernte Pumpe 410 und ein flexibles Rohr 460, das das Gebläse bzw. die Pumpe 410 mit der Maus 100 verbindet.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist eine Luftpumpe 410 in die Mausfüße selbst eingebaut. Dies führt dazu, daß die Pumpe und Rohre oder Luftleitungen zwischen der Pumpe und dem Fuß fehlen. Diese Rohre beanspruchen Platz und erzeugen zudem Druckverluste. In einer Ausführungsform hat die Arbeitsfläche Luftlöcher. Somit wird das Luftpolster durch die Arbeitsfläche (z.B. ein Mauspad, ein "Lufttisch" etc.) statt durch die Maus erzeugt. Dies ermöglicht eine Maus mit einer geringeren Größe. Ferner ist eine größere und plumpere Pumpe möglich, da sie nicht Teil der Maus 100 ist. Darüber hinaus ist es vergleichsweise leichter, die Luftpumpe, die Rohre etc. handzuhaben. Es wird dem Fachmann einleuchten, daß das Luftpolster zwischen der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 durch die Arbeitsfläche (z.B. ein Mauspad), durch die Maus 100 oder durch eine beliebige Kombination der beiden erzeugt werden kann.
In manchen Ausführungsformen werden Vibrationen in der Arbeitsfläche oder in der Maus als reibungsverringernde Maßnahmen verwendet. In einer Ausführungsform werden niederfrequente Makrovibrationen verwendet, um die Reibung zu verringern. In einer Ausführungsform können solche Makrovibrationen hervorgerufen werden, indem eine exzentrische Masse rotiert wird, wie beispielsweise ein Gewicht, welches an der Welle eines Motors befestigt ist. Die Frequenz der Vibrationen entspricht der Drehzahl des Motors. Wenn Vibrationen niedriger Frequenz zwischen der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 induziert werden, bewegt sich die Maus kontinuierlich relativ zur Tischfläche. Demzufolge verschwindet der unvermeidliche Unterschied zwischen dem statischen und dem dynamischen Reibungskoeffizient bzw. dem Haft- und Gleitreibungskoeffizient, gerade weil die Bedingungen für den statischen bzw. Haftreibungskoeffizient nicht vorliegen. Dies macht es viel leichter, den Cursor mit Genauigkeit zu positionieren. In einer Ausführungsform sind solche Makrovibrationen parallel zur Ebene der Bewegung der Maus 100 über die Fläche 110. Jedoch können Makrovibrationen hörbar werden und für den Benutzer unangenehm sein. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Schicht eines geräuschabsorbierenden Materials (z.B. Schaumstoff) 125 in die Mausfüße eingeführt, um solche Geräusche zu absorbieren.
In einer anderen Ausführungsform werden Ultraschall-Squeezefilme verwendet, um die Reibung zwischen der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 zu verringern. In einer Ausführungsform sind solche Vibrationen senkrecht zur Bewegungsebene der Maus 100 über die Fläche 110. 5A zeigt eine Maus 100 gemäß solch einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Maus in 5A hat drei separate scheibenförmige Füße 115, die eine Schicht aus einem piezoelektrischen Material enthalten. In einer Ausführungsform ist diese piezoelektrische Schicht mit einer anderen Schicht verbunden, die aus einem unterschiedlichen Material besteht. Dies wird unten mehr im Detail beschrieben. In einer anderen Ausführungsform bestehen die Mausfüße 115 aus einem Stapel, der nach oben und unten vibriert (z.B. einem Stapel von Piezoschichten). Dies wird ebenfalls unten mehr im Detail beschrieben. Beispiele für das piezoelektrische Material, welches verwendet werden kann, umfassen piezokeramisches Material, wie beispielsweise PIC 151, PIC 155 und PIC 255. In einer Ausführungsform können Piezopolymere anstelle der piezokeramischen Materialien verwendet werden. Man beachte, daß andere Materialien, welche ähnlich stimuliert werden können, ebenfalls verwendet werden können.
Wenn einer oder mehrere dieser Füße 115 elektrisch mit der richtigen Frequenz stimuliert bzw. angeregt wird bzw. werden, vibrieren sie und fangen eine Luftschicht zwischen sich und der Arbeitsfläche 110 ein. Der Luftfilm tritt aufgrund der Vibrationen auf, und die Vibrationen sind zu schnell, um zu gestatten, daß die Luft durch den engen Zwischenraum entkommt. Diese Luftschicht verringert die Reibung, und die Maus 100 bewegt sich schon bei der kleinsten Berührung auf der Arbeitsfläche herum. Dieses Resultat ist ähnlich zu den obigen Situationen, in denen eine Schicht mit einer Pumpe erzeugt wurde.
5B zeigt eine Teilansicht der Maus 110, bei der einer der Füße 115 mehr im Detail gezeigt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine Schicht eines piezokeramischen Materials 510 mit einer Stützschicht 520 verbunden, die aus einem anderen Material besteht. In dieser Diskussion werden diese Schichten als Scheiben bezeichnet, aber man beachte, daß diese Schichten eine beliebige Form haben können (z.B. rechteckig, elliptisch etc.). Wie in 5B gezeigt ist, ist eine Piezokeramikscheibe 510 mit einer Stützscheibe verbunden, die aus einem anderen geeigneten Material 520 besteht. In einer Ausführungsform besteht die Stützscheibe 520 aus Glas. In einer anderen Ausführungsform besteht die Stützscheibe 520 aus Stahl. In einer Ausführungsform haben die Piezokeramikscheibe 510 und die Glasscheibe 520 gleiche Dicken. Beispielsweise kann eine jede dieser Scheiben 1 mm dick sein. Die Piezokeramikscheibe 510 hat Elektroden, die auf ihr abgelagert sind. In einer Ausführungsform befinden sich die Elektroden auf den Piezoscheiben 510 auf beiden Seiten. In einer Ausführungsform wird eine herumgewickelte Elektrode verwendet, um eine einseitige Verkabelung zu erzielen. Es ist für den Fachmann einleuchtend, daß andere Oszillationsmoden und Elektrodenkonfigurationen möglich sind. Außerdem sind eine Piezohalterung 530 zum Halten der Piezokeramikscheibe 510 und der daran befestigten Glasscheibe 520 zu sehen. Ein piezoelektrischer Treiber (nicht gezeigt) wird verwendet, um eine Spannung zwischen den Elektroden anzulegen. In einer Ausführungsform muß sich die Spannung mit der Zeit (mit der erwünschten Oszillationsfrequenz) ändern, um zu veranlassen, daß die Piezoschicht oszilliert. In einer Ausführungsform wird Wechselstrom verwendet.
5C zeigt in weiterem Detail die Struktur des Fußes 115 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Am Boden befindet sich die oszillierende verbundene Scheibe: eine Schicht aus einer Piezokeramik 510 oben und eine Glasschicht 520 unten, die miteinander verklebt sind. Wenn zwischen den Elektroden eine Spannung angelegt wird, dehnt sich der Durchmesser der Piezokeramik 510 aus (oder zieht sich zusammen). Da das Glas 520 inert ist, verformt sich die verbundene Scheibe, so daß die Mitte etwas höher (oder tiefer) liegt, als die Ränder, und sie oszilliert zwischen den beiden Positionen (im allgemeinen nur um ein paar Mikrometer). Es gibt einen Kreis (Knotenkreislinie), der fest bleibt (sich jedoch etwas dreht). Auf diesem Kreis befindet sich die Halterung mit der Scheibe in Kontakt, so daß diese die Oszillationen nicht dämpft. Die Halterung ist auf einem Schwenkzapfen 540 angeordnet, so daß sie um die Spitze des Zapfens bzw. Stifts geschwenkt werden kann und die oszillierende verbundene Scheibe flach auf der Fläche 110 halten kann, selbst wenn einige Unregelmäßigkeiten vorliegen.
6A veranschaulicht die Funktionsweise der piezoelektrischen Füße 115 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie oben erwähnt wurde, ist eine Piezokeramikscheibe 510 mit einer Glas- oder Stahlscheibe 520 verbunden. Die zwei Schichten 510 und 520 sind in einer Ausführungsform so gewählt, daß sie das Biegen der verbundenen Scheibe optimieren. In einer Ausführungsform sind die relativen Dicken der beiden Scheiben 510 und 520 eingestellt, um die Verformungen zu optimieren.
Die Piezokeramikscheibe 510 wird mit einer spezifischen Frequenz angeregt. In einer Ausführungsform liegt die Oszillationsfrequenz oberhalb der hörbaren Frequenzen, so daß sie nicht gehört werden kann. In einer Ausführungsform liegt diese Frequenz geringfügig unterhalb der Ultraschallfrequenz. Wenn die Keramikscheibe 510 angeregt wird, expandiert und schrumpft ihr Durchmesser. Die Glasscheibe 520 (oder Stahlscheibe) tut dies nicht, was zu einer Biegung der verbundenen Scheibe führt. In einer alternativen Ausführungsform können zwei Keramikscheiben so verbunden werden, daß eine schrumpft und die andere sich ausdehnt, wenn eine Spannung angelegt wird, was zu einem verstärkten Biegeeffekt führt. In diesem Fall ist in einer Ausführungsform eine zusätzliche Fläche niedriger Reibung unter der Scheibe vorgesehen. Wie in 6A zu sehen ist, führt dies zu einer Ausdehnung und Kompression der Luft unter dem Fuß 115.
In einer Ausführungsform können anstelle einer einzelnen piezoelektrischen Scheibe 510 mehrere Schichten von piezoelektrischen Elementen 510a ... 510n übereinandergeschichtet werden, um die mechanischen Bewegungen zu steigern, die sich aus einer angelegten elektrischen Spannung ergeben. Dies ist in 6B zu sehen. Der Stapel 510a ... 510n biegt sich nicht, wie oben unter Bezugnahme auf 6A beschrieben wurde. Statt dessen bewegt sich der Stapel 510a ... 510n translatorisch bezüglich der Fläche 110 nach oben und unten. Wenn eine einzige dicke piezoelektrische Scheibe 510 verwendet wird, ist die benötigte Spannung sehr groß. Wenn ein Stapel 510a ... 510n gebildet wird, erlaubt dies, daß die Schichten parallel angeschlossen werden. Ein Beispiel für die Dicke einer jeden Schicht in dem Stapel 510a ... 510n beträgt ungefähr 1 mm. In einer Ausführungsform befinden sich die Elektroden von zwei benachbarten piezoelektrischen Schichten miteinander in Kontakt, und die Schichten sind in alternierenden Richtungen angeordnet, so daß sie sich alle ausdehnen (oder alle zusammenziehen) wenn eine Spannung angelegt wird. In einer Ausführungsform ist der piezoelektrische Stapel 510a ... 510n ferner mit der Stützscheibe 520 verbunden, so daß die Stützscheibe 520 die zerbrechlichen Elektroden auf den Piezoelementen 510a ... 510n schützen kann.
Man beachte, daß mehrere der hier beschriebenen Ausführungsformen nicht nur in Mäusen implementiert werden können, sondern auch in anderen Eingabevorrichtungen, wie bei spielsweise Trackballs. Im Falle eines Trackballs werden die Kontaktflächen, an denen die Verringerung der Reibung durchgeführt werden soll, durch den sich drehenden Ball und das oder die Lager gebildet, auf dem bzw. denen er sitzt. Beispielsweise sitzt in einer Ausführungsform ein Trackball auf drei Lagern. Bei mehreren gegenwärtig erhältlichen Trackballs (ohne Reibungsverringerung) bestehen diese Lager aus kleinen Rubinsphären (oder einem anderen harten Material). Um eine Reibungsverringerung bei Trackballs zu implementieren werden in einer Ausführungsform diese Lager durch sphärische Flächen (beispielsweise 10 bis 20 Quadratmillimeter) ersetzt, die zu dem Radius des Balls passen und durch Piezoelemente zu Oszillationen angetrieben werden und einen Luftspalt erzeugen, der wie eine Schmierung wirkt. In einer Ausführungsform wird ein "Horn" verwendet, um die mechanischen Vibrationen eines Stapels von Piezoelementen, die in Dickenrichtung arbeiten, zu verstärken. Das "Horn" ist eine bekannte Maßnahme, die in der Ultraschalltechnologie verwendet wird (beispielsweise zum Ultraschallschweißen). Solch eine Ausführungsform ist in 6C zu sehen. Obwohl die Flächen, die sich in Kontakt mit dem Trackball befinden, nicht eben, sondern sphärisch sind, bleiben die Prinzipien dieselben wie diejenigen, die im übrigen Dokument diskutiert werden.
Wiederum unter Bezugnahme auf 6A zeigen 7A und 7B wie die Kompression und Ausdehnung der Luft unter den Füßen 115 der Maus 110, die in 6A gezeigt sind, zu einer verringerten Reibung führen. 7A zeigt den Luftspalt (den Abstand zwischen der verbundenen Scheibe und der Arbeitsfläche 110), der über der Zeit aufgetragen ist. 7B zeigt den aufgebauten Druck über der Zeit. Durch Vergleich der 7A und 7B kann man sehen, daß eine Abnahme in der Höhe eines Abschnittes des Mausfußes (d.h., eine Komprimierung) zu einem Anstieg im Druck führt, während eine Zunahme in der Höhe (d.h., eine Ausdehnung) zu einer Abnahme im Druck führt. Es ist wichtig zu beachten, daß das Verhältnis zwischen dem Luftspalt "h" und dem Druck "p" nicht-linear ist. Ein Resultat dieser Nicht-Linearität ist eine Anhebekraft. Dies ist mehr im Detail im Kapitel 2 von "Squeeze Film Air Bearings using Piezo-Electric Bending Elements" von Markus Wiesendanger erläutert, welches durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird.
In einer Ausführungsform stimmt die Frequenz des Antriebssignals mit einer der Resonanzfrequenzen der Anordnung überein, um die Amplitude der Oszillation zu maximieren. In einer Ausführungsform sind die zwei Scheiben 510 und 520 entlang ihrer Knotenkreislinie (die Linie, die sich nicht bewegt, die Vibrationsknoten) befestigt, so daß die kombinierte Scheibe frei oszillieren kann. Solch eine Befestigung gestattet auch, daß die gesamte Fußanordnung leicht geschwenkt wird, um an die Tischfläche angepaßt zu werden und perfekt eben mit gleichförmigem Kontaktdruck zu sitzen. Wie oben erwähnt wurde, können auch andere Materialien als Glas für die Stützscheibe 520 verwendet werden, solange eine geeignete Biegung der verbundenen Scheibe möglich ist. Das Einstellen des Durchmessers und der Dicken der zwei Schichten 510 und 520 stellt ebenfalls Arten dar, die Amplitude der Verformung und die Oszillationsfrequenz zu optimieren.
In einer Ausführungsform hat ein jeder Fuß 115 eine separate Oszillator-/Verstärker-Schaltung, die über einen Trimmer oder durch ein automatisches Einstellungssystem auf Resonanz gestimmt ist. In einer Ausführungsform wird ein Niederspannungseingang verwendet, und ein Induktor wird verwendet, um die Spannung, mit der die Piezokeramikscheibe 510 angeregt wird, zu erhöhen. Beispielsweise könnte die Eingangsspannung 24 V betragen, während die Spannung, mit der Piezokeramikscheibe 510 stimuliert wird, 200 V beträgt.
In einer Ausführungsform ist es möglich, das System umzudrehen, um die Elemente, die den Ultraschall-Squeezefilm erzeugen, in die Arbeitsfläche (z.B. ein Mauspad) aufzunehmen. Beispielsweise würde das Mauspad die oben beschriebenen Komprimierungen und Ausdehnungen erzeugen und somit würde das Mauspad vibrieren anstatt daß die Maus 100 vibriert. Dies wird die Größe der Maus 100 und der von ihr verbrauchten Leistung verringern. Man beachte, daß eine beliebige Kombination solch einer Funktionalität in der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 hergestellt werden kann.
Auch gibt es mehrere andere Arten, auf die die Reibung zwischen einer Maus und der Arbeitsfläche verringert werden kann. Beispielsweise kann die Reibung in manchen Ausführungsformen verringert werden, indem gleichförmige Magnetfelder zwischen dem Pad und der Maus erzeugt werden, so daß die Maus über die gesamte Fläche des Pads abgestoßen wird. In einer anderen Ausführungsform benutzt die Maus Räder, um die Reibung zu verringern. In vielen Fällen sind normale Räder aufgrund ihres Richtungseffekts nicht die Räder der Wahl. Manche Hersteller verkaufen spezielle Walzen für Transportriemen, die an ihrem Umfang einen Satz von Rädern umfassen, die eine freie Bewegung in einer Richtung parallel zur Achse des Rades bzw. der Walze gestatten. Solche Räder (oder Anordnungen von Rädern) können sich frei in eine jede Richtung bewegen.
Oben wurden verschiedene Arten zum Verringern der Reibung zwischen der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 diskutiert. Jedoch kann es in manchen Situationen problematisch sein, die Reibung zwischen der Maus und der Arbeitsfläche sehr stark (z.B. auf beinahe Null) zu verringern. Wenn beispielsweise der Benutzer seine bzw. ihre Maus losläßt, kann die Neigung des Tisches ausreichen (selbst wenn sie ansonsten nicht wahrnehmbar ist), daß sich die Maus aufgrund ihres eigenen Gewichts und der Schwerkraft bewegt. Dies kann ein Problem sein, wenn die Maus sich zu weit bewegt, und selbst wenn die Verrückungen begrenzt sind, kann es störend sein, die Maus zu suchen, nachdem sie an einem Ort gelassen wurde. Um ein anderes Beispiel zu geben, kann bei einer überaus verringerten Reibung selbst das Doppelklicken an einem Ort problematisch sein, weil sich die Maus zu leicht bewegt.
Somit ist in manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein intelligenter Algorithmus in der Maus 100 eingebaut, auf Grundlage dessen die Vorrichtung bestimmen kann, ob und/oder um wieviel die Reibung verringert werden sollte. 8 ist ein Flußdiagramm, welches die Funktionsweise solch eines intelligenten Algorithmus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In einer Ausführungsform kann die Intelligenz in der Maus 100 untergebracht sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Intelligenz in dem Host (z.B. einem PC) untergebracht sein, mit dem die Maus 100 wechselwirkt. In noch einer anderen Ausführungsform befindet sich die Intelligenz teilweise in der Maus 100 und teilweise in dem Host.
Wie in 8 zu sehen ist, prüft das System zuerst (Schritt 810), ob sich die Hand des Benutzers auf der Maus befindet. Wenn festgestellt wird, daß die Hand des Benutzers nicht auf der Maus ist, werden die Reibungsverringerungstechniken zum Verringern der Reibung zwischen der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 nicht implementiert bzw. in Anwendung gebracht (Schritt 820), weil in solch einer Situation eine verringern Reibung dazu führen kann, daß sich die Maus von dem Ort wegbewegt, an dem der Benutzer sie gelassen hat.
Wenn festgestellt wird, daß sich die Hand des Benutzers nicht auf der Maus befindet, prüft das System (Schritt 830) um festzustellen, ob ein Klick detektiert ist. Wenn ein Klick detektiert ist, werden die Reibungsverringerungstechniken nicht in Anwendung gebracht (Schritt 820). Alternativ wird der Reibungsverringerungsmechanismus deaktiviert, wenn er bereits in Anwendung ist. Dies stellt sicher, daß für den Fall, daß der Benutzer einen Doppelklick versucht, die Maus sich nicht zwischen den beiden Klicks bewegt. Wenn kein Klick detektiert ist, werden die Reibungsverringerungstechniken in Anwendung gebracht bzw. in Kraft gesetzt (Schritt 840). Man beachte, daß in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Reibungsverringerungstechniken teilweise in Anwendung gebracht (implementiert) werden können (anstatt vollständig deaktiviert zu werden), um ein steuerbares Ausmaß an Reibung zu erhalten.
Man beachte, daß die speziellen Kriterien, die verwendet werden, um festzustellen, ob die Reibung verringert werden soll oder nicht, in unterschiedlichen Ausführungsformen von denjenigen, die in 8 gezeigt sind, verschieden sind. Beispielsweise können in anderen Ausführungsformen anstelle von oder zusätzlich zu dem Klick andere Mausaktivitäten (z.B. Schalterbenutzung, Rädchenbenutzung etc.) verwendet werden, um die Reibungsverringerung zu deaktivieren oder nicht zu implementieren. Darüber hinaus muß sich in einer Ausführungsform die Nicht-Implementierung der Reibungsverringerungstechniken für einige Millisekunden, nachdem solch eine Aktivität detektiert wurde, erstrecken (z.B. um eine "Drag and Drop"-Operation zu erleichtern).
Die Umsetzung der Implementierung von Reibungsverringerungstechniken (Schritt 840) und Nicht-Implementierung derselben (Schritt 820), je nach Bedarf, wird unten im Zusammenhang mit spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung diskutiert. In einer Ausführungsform, bei der die Reibungsverringerung durch Oszillationen von Piezokeramikscheiben implementiert wird, können die obigen Probleme angegangen werden, indem die Leistung gesteuert wird, die an das Piezoelement angelegt wird, so daß seine Oszillationen verringert oder sogar angehalten werden, wenn die Reibung nicht zu verringert werden braucht. In einer anderen Ausführungsform wird die Treiberelektronik, die zum Messen des Signals an dem Piezoelement (Amplitude und Strom) verwendet wird, überwacht. Dieses Signal ändert sich stark, wenn das Anheben durch die Luft beginnt oder anhält, weil der mechanische Kontakt zwischen dem Fuß und dem Tisch die Impedanz des Piezoelements und dessen Resonanzfrequenz signifikant beeinflußt. Durch Beobachten dieses Signals ist es möglich, den Piezo so anzutreiben, daß das System etwas unter dem Punkt bleibt, bei dem das Abheben beginnt, unabhängig von der Last auf der Maus (dem Gewicht der Hand des Benutzers). Diese geringe verbleibende Reibung verhindert, daß die Maus "davonfliegt".
Wie oben erwähnt wurde, kann ein anderes mögliches Problem auftreten, wenn der Benutzer versucht, einen "Doppelklick" vorzunehmen. Wenn die Reibung der Maus auf dem Tisch Null beträgt, wird die Handbewegung des ersten Klicks die Maus bewegen, was es unmöglich macht, daß der zweite Klick in derselben Position stattfindet, wie der erste. In einer Ausführungsform wird dieses Problem dadurch angegangen, daß die Piezoantriebsleistung verringert wird, wenn die Betätigung eines Knopfes detektiert wird.
9A bis 9F zeigen andere Ausführungsformen, in denen die Reibung gesteuert werden kann. Wie in 9A zu sehen ist, kann der Fuß 115 der Maus aus zwei (oder mehr) unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, die unterschiedliche Reibungskoeffizienten aufweisen. Ein Material (Material A) kann ein Material mit geringer Reibung sein, wie beispielsweise PTFE. Das andere Material (Material B) kann ein Material mit einer höheren Reibung sein, wie beispielsweise gegossener oder geformter Kunststoff mit hoher Reibung. In der in 9A gezeigten Ausführungsform befindet sich das Material niedriger Reibung in der Mitte und das Material höherer Reibung darum herum. Man beachte, daß diese spezielle Anordnung nur ein Beispiel darstellt und daß etliche unterschiedliche Anordnungen dieser Materialien in unterschiedlichen Ausführungsformen möglich sind. Beispielsweise können mehrere Segmente des Materials A zwischen mehrere Segmente des Materials B eingestreut sein.
Der in 9A gezeigte Fuß ist in 9B zusammen mit der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 aus einer anderen Perspektive gezeigt. Die relativen Positionen der Abschnitte des Fußes 115, die aus dem Material A und dem Material B hergestellt sind, können eingestellt werden. Diese Einstellung kann durch verschiedene Mittel hergestellt werden, beispielsweise auf eine einfache mechanische Weise. Ein Beispiel solch einer mechanischen Befestigung ist die Verwendung von Federn, die unten mehr im Detail unter Bezugnahme auf 9E diskutiert wird. Ein anderes Beispiel ist die Verwendung eines Hebels, um von einem Material zum anderen umzuschalten.
Dies würde es ermöglichen, mehrere verschiedene Moden mit verschiedenen Reibungsgraden zu haben. 9C zeigt einen Modus geringer Reibung, da nur das Material A mit der Arbeitsfläche 110 in Kontakt ist. Das Material B ist vollständig zurückgezogen. 9D zeigt einen Modus hoher Reibung, da nur das Material B mit der Arbeitsfläche 110 in Kontakt ist, und das Material A vollständig zurückgezogen ist. In einer Ausführungsform kann der Reibungsgrad auf verschiedene Reibungsgrade dazwischen eingestellt werden, da die Größe des Reibungswiderstands, der durch ein Material erzeugt wird, proportional zur Größe der Kraft, mit der das Material gegen die Fläche 110 gedrückt wird, und zum Reibungskoeffizienten des Materials ist. Wie in 9E gezeigt ist, wird in einer Ausführungsform ein einfacher federbasierter Mechanismus verwendet, um den Anteil des gesamten Gewichts der Maus einzustellen, der von einem jeden Material aufgenommen wird. Durch Montieren der Fußmaterialien an Federbefestigungen kann der Anteil des Gesamtgewichts, welcher durch ein jedes Fußmaterial aufgenommen wird, eingestellt werden, indem die Kompression an einer jeden Feder geändert wird. Dies wird zu unterschiedlichen Reibungsgraden zwischen den Füßen 115 der Maus 100 und der Arbeitsfläche 110 führen. In einer Ausführungsform wird die Kompression der Feder durch einen einfachen manuellen Schraubmechanismus geändert, der von dem Benutzer eingestellt wird. In einer anderen Ausführungsform wird die Kompression der Feder durch einen Aktor in der Maus 100 geändert. In einer Ausführungsform könnte der Benutzer die Software und/oder Firmware nutzen, um zu wählen, ob die Kompression der Feder manuell oder unter Verwendung des Aktors zu ändern ist. Darüber hinaus wird in einer Ausführungsform die Kompression der Feder durch den Aktor gesteuert, und der Aktor wird durch den Benutzer über Software/Firmware gesteuert. In noch einer weiteren Ausführungsform steuert ein intelligenter Algorithmus die Kompression der Feder automatisch.
Wie in 9F zu sehen ist, wird der Gesamtreibungswiderstand durch die Summe der Reibung von dem Material A und dem Material B gebildet. Wenn das Ausmaß des Gewichtes der Maus 100, welches durch das Material A getragen wird, zunimmt, nimmt das Ausmaß des Gewichtes der Maus 100, das von dem Material B aufgenommen wird, ab, wodurch die gesamte Reibung des Fußes geändert wird. Die X-Achse repräsentiert den Anteil der Last, die auf das Material A drückt. Wenn dieser Null beträgt, wird sämtliche Last von dem Material B getragen, und die Reibung ist diejenige des Materials B. Wenn er 1 beträgt, wird sämtliche Last von dem Material A getragen, und die Reibung ist diejenige des Materials A. Verschiedene dazwischenliegende Werte sind möglich.
9G ist die Bodenansicht einer Maus 100 mit drei Füßen 115, von denen ein jeder aus Materialien A und B, wie oben diskutiert, hergestellt ist. In einer Ausführungsform kann die Gesamtreibung der Maus verändert werden, indem alle drei Füße 115 simultan eingestellt werden. In einer Ausführungsform könnte durch das Einstellen der Reibung der einzelnen Füße 115 auf unterschiedliche Reibungsgrade das Gefühl und die Balance der Maus geändert werden, um den Anforderungen des Benutzers gerecht zu werden. Beispielsweise kann dadurch, daß die Reibung für die vorderen Füße 115a und 115b höher ist als für den hinteren Fuß 115c, das Drehzentrum der Maus geändert werden. Diese Art der Einstellung der Reibung ist vielseitiger als die Gewichtseinstellung von Mäusen.
Ein Beispiel für eine Anwendung solcher Ausführungsformen liegt auf dem Gebiet der Computerspiele. Computerspieler benötigen es oft, daß die Mäuse mehr oder weniger Reibung haben, in Abhängigkeit von den spezifischen Anforderungen zu unterschiedlichen Zeiten (z.B. Geschwindigkeit, Genauigkeit etc.). Man beachte, daß obwohl die obige Diskussion eine Maus mit unterschiedlichen Materialien an ihren Füßen betrifft, eine ähnliche Ausführungsform verschiedene Materialien auf der Arbeitsfläche (z.B. einem Mauspad) umfassen könnte. Die oben beschriebenen Ausführungsformen können für die Eingabevorrichtung für sich, für die Arbeitsfläche für sich oder als Kombination der beiden implementiert werden.
Manche verfügbaren Mauspads zur Verwendung bei Computerspielen haben unterschiedliche Materialien auf den unterschiedlichen Seiten mit erwünschten Eigenschaften, z.B. eine Seite für Geschwindigkeit, eine Seite für Genauigkeit. Jedoch hängen die Eigenschaften bezüglich Geschwindigkeit und Genauigkeit nicht nur von den Reibungskoeffizienten der Materialien ab, die sich in Kontakt befinden, sondern auch von den Slip-Stick-Eigenschaften dieser Materialien. Durch Verwenden des Fußdesigns mit zwei Materialien, wie es oben beschrieben wurde, können zwei Materialien zusammen kombiniert werden, um einen viel breiteren Bereich von erwünschten Geschwindigkeits- oder Genauigkeitseigenschaften zu erzielen, als man durch Verwendung bereits erhältlicher Mauspads für Computerspiele erreichen kann.
Obwohl spezielle Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf den genauen Aufbau und die genauen Komponenten beschränkt ist, die hier offenbart wurden, und daß verschiedene Modifikationen, Änderungen und Abweichungen, die dem Fachmann ersichtlich sind, in der Anordnung, im Betrieb und den Details des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie sie hier offenbar ist, gemacht werden können, ohne den Geist und den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Eingabevorrichtung mit geringer Reibung, die kommunikativ mit einem Host gekoppelt ist, wobei die Eingabevorrichtung auf einer Fläche zu plazieren ist und folgendes umfaßt: ein Gehäuse; einen Fuß, der auf der Fläche ruht, wobei der Fuß abgeschrägte Ränder hat.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Fuß eine Schicht aus einem Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten umfaßt.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Fuß ferner eine Schaumstoffschicht umfaßt.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Schicht des Materials mit dem niedrigen Reibungskoeffizienten die Schaumschicht schützt.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Fuß lösbar an dem Gehäuse befestigt ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Fuß unter Verwendung einer Schwalbenschwanzverbindung lösbar am Gehäuse befestigt ist.
Eingabevorrichtung, die kommunikativ mit einem Host gekoppelt ist, wobei die Eingabevorrichtung auf einer Fläche zu plazieren ist, wobei die Reibung zwischen der Eingabevorrichtung und der Fläche dynamisch steuerbar ist und die Eingabevorrichtung folgendes umfaßt: ein Gehäuse; einen Fuß, der auf der Fläche ruht, wobei der Fuß folgendes umfaßt: eine erste Schicht eines piezoelektrischen Materials, an das eine Wechselspannung angelegt ist, und eine zweite Schicht, die mit der ersten Schicht verbunden ist.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 7, bei der die angelegte Wechselspannung die erste Schicht und die zweite Schicht verformt.
Eingabevorrichtung, die kommunikativ mit einem Host gekoppelt ist, wobei die Eingabevorrichtung auf einer Fläche zu plazieren ist und die Reibung zwischen der Eingabevorrichtung und der Fläche dynamisch steuerbar ist, wobei die Eingabevorrichtung folgendes umfaßt: ein Gehäuse; einen Fuß, der auf der Fläche ruht, wobei der Fuß folgendes umfaßt: einen ersten Abschnitt aus einem ersten Material, welches einen ersten Reibungskoeffizienten aufweist; einen zweiten Abschnitt aus einem zweiten Material, welches einen zweiten Reibungskoeffizienten aufweist, wobei der zweite Reibungskoeffizient vom ersten Reibungskoeffizienten verschieden ist, wobei der erste Abschnitt einen ersten Anteil des Gewichts der Eingabevorrichtung trägt und der zweite Abschnitt einen zweiten Anteil des Gewichts der Eingabevorrichtung trägt.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Fuß ferner folgendes umfaßt: ein erstes elastisches Element, welches an dem ersten Abschnitt befestigt ist; und ein zweites elastisches Element, welches an dem zweiten Abschnitt befestigt ist.
Verfahren zum dynamischen Ändern der Reibung zwischen einer Eingabevorrichtung und einer Fläche, auf der die Eingabevorrichtung plaziert ist, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: kontinuierliches Bestimmen, ob die niedrige Reibung zwischen der Eingabevorrichtung und der Fläche angemessen ist; in Antwort auf das Feststellen, daß die niedrige Reibung angemessen ist, die Technik zum Verringern der Reibung zwischen der Eingabevorrichtung und der Fläche in Anwendung zu bringen; und in Antwort auf das Feststellen, daß die niedrige Reibung nicht angemessen ist, die Technik zum Verringern der Reibung nicht in Anwendung zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Feststellens, ob die niedrige Reibung zwischen der Eingabevorrichtung und der Fläche angemessen ist, das Detektieren zumindest eines der folgenden Umstände umfaßt: eine auf der Eingabevorrichtung plazierten Hand eines Benutzers; eine Taste an der Eingabevorrichtung, die betätigt wird; eine Aktivität eines Rädchens; und eine Mausbewegung.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Inanwendungbringens der Technik zum Verringern der Reibung folgendes umfaßt: Abwarten einer vorbestimmten Zeitdauer vor dem Inanwendungbringen der Technik zum Verringern der Reibung.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Inanwendungbringens der Technik folgendes umfaßt: Anlegen einer Wechselspannung an einen Fuß der Eingabevorrichtung, wobei der Fuß eine Schicht aus einem piezoelektrischen Material umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Inanwendungbringens der Technik folgendes umfaßt: Erzeugen einer Luftschicht zwischen der Eingabevorrichtung und der Fläche, auf der die Eingabevorrichtung plaziert ist.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Erzeugen der Luftschicht folgendes umfaßt: Verwenden einer Luftpumpe, die mit der Eingabevorrichtung gekoppelt ist, um Luft durch eine Öffnung in einem Fuß der Eingabevorrichtung zu pumpen.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Erzeugen der Luftschicht folgendes umfaßt: Verwenden einer Luftpumpe, die mit der Arbeitsfläche gekoppelt ist, um Luft durch eine Mehrzahl von Öffnungen in der Arbeitsfläche zu pumpen.
Verfahren zum dynamischen Steuern der Reibung zwischen einer Eingabevorrichtung und einer Fläche, auf der die Eingabevorrichtung plaziert ist, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Feststellen, ob die Hand eines Benutzers auf der Eingabevorrichtung plaziert ist; in Antwort auf die Feststellung, daß die Hand des Benutzers auf der Vorrichtung plaziert ist, Festellen, ob eine Betätigung einer Taste der Eingabevorrichtung detektiert ist; in Antwort auf die Feststellung, daß die Betätigung einer Taste nicht detektiert ist, Verringern der Reibung zwischen der Eingabevorrichtung und der Fläche, auf der sie plaziert ist.
Eingabevorrichtung mit niedriger Reibung, die kommunikativ mit einem Host gekoppelt ist, wobei die Eingabevorrichtung auf einer Fläche zu plazieren ist und folgendes umfaßt: ein Gehäuse; einen Fuß, der auf der Fläche ruht, wobei der Fuß folgendes umfaßt: eine Schicht aus einem harten Material, welche der Fläche am nächsten liegt; und eine Schicht aus einem Schaumstoff, welche nahe dem harten Material und dem Gehäuse liegt.
Eingabevorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Schicht des harten Materials mit dem niedrigen Reibungskoeffizient die Schaumstoffschicht schützt.
Eingabevorrichtungssystem mit niedriger Reibung, welches mit einem Host gekoppelt ist, wobei das System folgendes umfaßt: eine Eingabevorrichtung, die ein Gehäuse und einen Fuß, der auf einer Fläche ruht, umfaßt, wobei der Fuß eine Schicht aus einem Material niedriger Reibung umfaßt; und eine Unterlage, mit der sich die Eingabevorrichtung in Kontakt befindet, wobei die Unterlage aus dem Material niedriger Reibung besteht.
Eingabevorrichtung, die kommunikativ mit einem Host gekoppelt ist, wobei die Eingabevorrichtung folgendes umfaßt: ein Gehäuse; eine Kugel, die sich in dem Gehäuse dreht; ein Lager, welches die Kugel in dem Gehäuse trägt, wobei das Lager folgendes umfaßt: eine erste Schicht aus einem piezoelektrischen Material, an das eine Wechselspannung angelegt wird; und eine zweite Schicht, die mit der ersten Schicht verbunden ist.