DE102008020819A1

DE102008020819A1 - Wake-up Schaltung für eine Computermaus

Info

Publication number: DE102008020819A1
Application number: DE102008020819A
Authority: DE
Original assignee: Ident Technology AG
Current assignee: Neodron Ltd
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Computermaus. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen durch welche es möglich wird, die Einsatzdauer dieser Computermäuse auf kostengünstige Weise zu verlängern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Computermaus mit einer Gehäuseeinrichtung, einer Verlagerungserfassungseinrichtung zur Generierung von Steuerdaten die als solche mit der Verlagerung der Gehäuseeinrichtung in eine X- und eine Y-Achsrichtung korrelieren, und einer Handerfassungseinrichtung zur Generierung von Signalen die als solche den Näherungszustand einer Hand gegenüber der Gehäuseeinrichtung beschreiben, wobei die Handerfassungseinrichtung eine Elektrodengruppe mit drei Feldelektroden und eine mit diesen Feldelektroden gekoppelte Schaltungseinrichtung umfasst, die Schaltungseinrichtung so ausgebildet ist, dass die Feldelektroden jeweils mit einer auf einer Arbeitsfrequenz alternierenden Generatorspannung beaufschlagbar sind, und eine Abgriffsschaltung vorgesehen ist zur Generierung eines Elektrodensignales das einer Signalsteuereinheit zugeführt wird. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, unter äußerst geringem Leistungsbezug eine Detektion von Näherungsereignissen vorzunehmen und die übrige Mauselektronik erst dann zu aktivieren, wenn eine Handannäherung erkannt wurde.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Eingabeeinrichtung für ein EDV-System. Insbesondere richtet sich die Erfindung hierbei auf ein Eingabegerät in Form einer Computermaus die als solche die Abwicklung von Eingabevorgängen bei der Anwendung eines Computers, insbesondere bei CAD-Anwendungen, bei Text- und Bildverarbeitungsanwendungen, bei Programmierungsarbeiten, bei Kalkulationsanwendungen, der Internetnavigation, sowie bei Spielen ermöglicht.
Derartige, als Computermaus bezeichnete Eingabegeräte ermöglichen üblicherweise die Generierung von X/Y Steuerdaten durch die entsprechende Bewegung der Maus auf, oder gegenüber einer Unterlage. Diese Computermäuse sind weiterhin mit einer Tasteneinrichtung ausgestattet durch welche Selektionsoperationen durchgeführt werden können. Weiterhin sind Computermäuse häufig auch mit einem Scroll-Rädchen ausgestattet durch welches ebenfalls Eingabesignale generiert werden können.
Computermäuse werden in zunehmendem Maße als kabellose Geräte ausgeführt. Die Energieversorgung der Computermaus erfolgt dabei typischerweise durch Batterien oder Akkus. Bei diesen Mäusen besteht Gegenüber herkömmlichen Kabel-Mäusen das Problem, dass diese Batterien relativ häufig gewechselt, oder die Akkus nachgeladen werden müssen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen durch welche es möglich wird, die Einsatzdauer dieser Computermäuse auf kostengünstige Weise zu verlängern.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Computermaus mit:

– einer Gehäuseeinrichtung,
– einer Verlagerungserfassungseinrichtung zur Generierung von Steuerdaten die als solche mit der Verlagerung der Gehäuseeinrichtung in eine X- und eine Y-Achsrichtung korrelieren, und
– einer Handerfassungseinrichtung zur Generierung von Signalen die als solche den Näherungszustand einer Hand gegenüber der Gehäuseeinrichtung beschreiben, wobei:
– die Handerfassungseinrichtung eine Elektrodengruppe mit drei Feldelektroden, und
– eine mit diesen Feldelektroden gekoppelte Schaltungseinrichtung umfasst,
– die Schaltungseinrichtung so ausgebildet ist, dass die Feldelektroden jeweils mit einer auf einer Arbeitsfrequenz alternierenden Generatorspannung beaufschlagbar sind, und
– eine Abgriffsschaltung vorgesehen ist zur Generierung eines Elektrodensignales das einer Signalsteuereinheit zugeführt wird.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, unter äußerst geringem Leistungsbezug eine Detektion von Näherungsereignissen vorzunehmen und die übrige Mauselektronik erst dann zu aktivieren, wenn eine Handannäherung erkannt wurde.
Vorzugsweise ist die Abgriffsschaltung derart ausgebildet, dass die Impedanz am Signaleingang ein im Arbeitsfrequenzbereich liegendes Betragsminimum aufweist. Die Signalverstärkung wird hierbei vorzugsweise so abgewickelt, dass diese bei kleinstmöglicher Steilheit ein betriebsstabiles Maximum erfährt.
In vorteilhafter Weise erfolgt eine anschließende weitere Signalverstärkung, wobei die Ausgangsimpedanz der Abgriffsschaltung vorzugsweise derart abgestimmt wird, dass am Ausgang der Abgriffsschaltung ein direkt aus dem AC-Eingangssignal der Feldelektrode abgeleitetes DC-Ausgangssignal vorliegt. Dieses DC-Ausgangssignal wird einer als in sich geschlossene Baugruppe ausgeführten Signalsteuereinheit zugeführt.
Vorzugsweise ist die Generatoreinrichtung unmittelbar in die Signalsteuereinheit eingebunden. Es ist möglich, die Abgriffschaltung so an die Signalsteuereinheit anzubinden, dass die erste Verstärkungsstufe der Abgriffsschaltung über die Signalsteuereinrichtung mit Spannung beaufschlagt ist.
Die Signalsteuereinrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass über diese ein Sleepmodus und ein Aktivmodus herbeiführbar sind. Im Rahmen des Sleepmodus erfolgt die Erfassung von Näherungszuständen in Intervallen die durch Pausenabschnitte voneinander getrennt sind.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine einer erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung zur feldelektrischen Näherungsdetektion für das Einschalten und Ausschalten einer kabellosen Computermaus;
2 eine Prinzip-Skizze zur Veranschaulichung einer ersten Elektrodenanordnung;
3 eine Prinzip-Skizze zur Veranschaulichung der Feldüberbrückung bei der Elektrodenanordnung nach 2;
4 eine Schaltungsskizze zur Veranschaulichung eines bevorzugten Aufbaus einer erfindungsgemäßen, zur Signalaufbereitung herangezogenen Abgriffsschaltung;
5 eine Prinzip-Skizze zur Veranschaulichung eines bevorzugten Aufbaus der als Betriebsschaltung und als Schnittstelle zur Fremdhardware fungierenden MCU;
6a bis 6j weitere Darstellungen zur Veranschaulichung erfindungsgemäßer Varianten der Gestaltung des erfindungsgemäßen Elektroden-Trios;
7 eine weitere Schaltungsskizze zur Veranschaulichung des Aufbaus einer weitern Signalaufbereitungsbaugruppe.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Wie in 1 veranschaulicht, liegt die erfindungsgemäße Lösung in einer besonderen Kombination von drei Hauptbaugruppen.
Die erste Hauptbaugruppe umfasst drei E-Feld Elektroden zur Detektion der Annäherung der Hand eines Menschen.
Die zweite Hauptbaugruppe bewerkstelligt eine analoge Signalaufbereitung der seitens der ersten Hauptbaugruppe gelieferten Signale.
Die dritte Hauptbaugruppe ist als MCU ausgeführt und dient der Signalansteuerung der beiden vorgenannten Hauptbaugruppen und übergibt die gewonnenen Informationen aus dem E-Feld an eine angeschlossene Fremdhardware.
Zu den einzelnen Baugruppen:
A) Die E-Feld Elektroden
Eine besonders vorteilhafte Gestaltung der Elektroden ist in 2 veranschaulicht. Auf der Oberseite der PC-Maus befinden sich die drei E-Feld-Elektroden A, B, C. Die großflächige Elektrode A (= Sendeelektrode) ist mit einem Wechselsignal beaufschlagt, welches eine Frequenz zwischen 50 KHz und 300 KHz haben kann und eine Signalamplitude besitzt, welche den Wert von 20 V nicht überschreiten sollte. Die Elektrode B (= Kompensationselektrode), welche einen kleineren Flächenbedarf als die Elektrode A haben kann, wird ebenfalls mit der elektrischen Signalform der Elektrode A beaufschlagt. Der ein Detektionsmerkmal darstellende Unterschied der elektrischen Signale zwischen der Elektrode A und der Elektrode B ist eine Phasendifferenz von –140° bis zu +140°. Desweiteren kann optional eine Signalamplitudendifferenz zwischen diesen beiden Elektroden von Vorteil sein für das gewünschte, gegebenenfalls auch räumlich gerichtete Detektionsverhalten der E-Feld-Detektionselektrodenanordnung.
Die Elektrode C (= Empfängerelektrode) ist an den Signaleingang der nachgeschalteten analogen Signalaufbereitung angeschlossen.
In 3 ist das Zusammenspiel dieser Anordnung weiter veranschaulicht. Die drei Elektroden auf der Maus sind so ausgelegt, dass bei ausreichender Entfernung oder komplettem Fehlen einer Hand das einwirkende E-Feld an der Elektrode C durch das ausgesendete E-Feld von der Elektrode A mit Hilfe des phasenverschobenen ausgesendeten E-Feldes der Elektrode B ausgelöscht wird. Unterschreitet nun eine Hand eines sich annähernden Menschen den Mindestabstand zu der Maus, entsteht ein neuer Strompfad über diese Hand von der Elektrode A zu der Elektrode C, der sich dem Einflussbereich der Elektrode B entzieht und zu einem signifikanten Stromanstieg an der Elektrode C führt.
B) Die analoge Signalaufbereitung
In 4 ist eine bevorzugte Schaltungsstruktur einer analogen Signalaufbereitung für eine kabellose Maus veranschaulicht. Die Beschaltung von T1 ist so ausgelegt, dass zum einen die Impedanz an dem Signaleingang der Baugruppe im Arbeitsfrequenzbereich ein Betragsminimum besitzt, und zum anderen die Signalverstärkung mit Hilfe jenes Bauteiles und dessen kleinstmöglicher Steilheit ein betriebsstabiles Maximum erfährt.
Die anschließende Signalverstärkungen von T2 wie auch die Ausgangsimpedanz dieses Bauteiles sind in der Art ausgelegt, um, unter der Hilfe von DI, an dem Signalausgang der Baugruppe möglichst schnell und ohne hohen Leistungsbedarf ein direkt abgeleitetes DC-Signal von dem AC-Signal des Signaleinganges der Baugruppe zu bekommen.
C) Die Signalsteuereinheit (MCU)
In 5 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer Signalsteuereinheit für eine kabellose Maus veranschaulicht Die Signalsteuereinheit besteht zentral aus einer MCU. Der durch diese Baugruppe abgearbeitete Signalverarbeitungsprozess kann folgende mögliche Funktionen umfassen:

– Die MCU erzeugt mit Hilfe ihres Timers periodisch Zeitschlitze, z. B. 1 msec, in welcher die auszuführenden Aufgaben aller drei Baugruppen abgearbeitet werden (= aktive Phase); diese Zeitschlitze können erforderlichenfalls ausgedehnt oder verkürzt werden Wie aus 5 weiter ersichtlich sorgt die MCU in den verbleibenden Zeitintervallen, z. B. 100 msec, für einen minimalen Strombedarf aller drei Baugruppen (= ruhende Phase); diese Intervalle können z. B. durch Änderungen der erfassten Größen in der aktiven Phase beliebig ausgedehnt oder verkürzt werden
– Die MCU versorgt innerhalb der aktiven Phase die analoge Signalaufbereitung mit Hilfe ihrer Supply-Switches nur für die kürzeste notwendige Zeitspanne mit einer Versorgungsenergie
– Die MCU generiert innerhalb der aktiven Phase für einen vordefinierten Zeitraum die nötigen Wechselsignale für beide E-Feld-Elektroden; dieser Zeitraum kann beliebig ausgedehnt oder verkürzt werden.
– Die MCU misst innerhalb der aktiven Phase mit Hilfe ihres A/D-Konverters ihre aktuelle Betriebsspannung und zieht diese(n) Messwert(e) in die späteren Ergebniskalkulationen mit ein.
– Die MCU erfasst innerhalb der aktiven Phase mit Hilfe ihres ND-Konverters zu fest vorgegebenen Zeitpunkten die Wechselspannungs-/Mischspannungsgröße, welche die analoge Signalaufbereitung erzeugt hat, an ihrem Signaleingang, bzw. an ihren Signaleingängen.
– Die MCU bewertet innerhalb der aktiven Phase mit Hilfe der CPU, des REM, dem FLASH und den in ihrer Firmware eingebundenen Algorithmen alle Messwerte, zieht daraus logische Schlüsse und entscheidet über die folgenden auszuführenden Aktionen aller involvierten Baugruppen.
– Die MCU übermittelt innerhalb der aktiven Phase optional ihre Informationen an eine angeschlossene Fremdhardware, z. B. ein Wake-Up Signal, mit Hilfe ihres seriellen und/oder parallelen Schnittstellenbausteins
– Die MCU wartet innerhalb der aktiven Phase optional auf eine Antwort/Signal von der angeschlossenen Fremdhardware, z. B. ein Go-To-Sleep-Signal, wenn eine externe Routine abgearbeitet worden ist
– Die MCU versetzt sich am Ende der aktiven Phase selbst in einen Sleep-Mode (= Low-Power-Mode), aus welchem sie eigenständig und/oder durch ein äußeres elektrisches Signal zurückkehren kann

Das erfindungsgemäße Konzept führt zu einer Erhöhung der Standzeiten der eingesetzten Energiespeicher z. B. Batterien durch die Kombination aus „dem Blick in die Zukunft” mit Hilfe der über E-Felder realisierten Detektion einer Annäherung eines Menschen und dem optimierten Zusammenspiel eines spezifisch angepassten Analog-Front-End zusammen mit der alle Vorgänge steuernden MCU, sowie zu einer Verkürzung/Wegfall der „gefühlten” Reaktionszeiten bei einem Anwender, welcher z. B. eine PC-Maus mit dieser Technologie benützt
Die Elektroden können hinsichtlich ihrer geometrischen Gestaltung auch von den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend gestaltet sein.
6a zeigt eine achsensymmetrische Anordnung, wobei die Sende- und Empfangselektrode um 180° gedreht sind.
6b zeigt eine achsensymmetrische Anordnung, die hinsichtlich ihrer Detektionsreichweite optimiert ist.
6c zeigt eine halb-rotationssymmetrische Anordnung aller Elektroden.
6d zeigt eine willkürlich gedrehte Anordnungen, hier ca. 45°, aller Elektroden.
6e zeigt eine voll-rotationssymmetrische Anordnung aller Elektroden.
6f zeigt eine mehrfach gesplitterte Sende- und Empfängerelektroden in punktsymmetrischer Anordnung. Durch diese Gestaltung wird insbesondere die Detektion von Gesten in vorteilhafter Weise möglich.
6g zeigt mehrfach gesplittete seitlich angebrachte Sendeelektroden in Punkt-, achsen-, oder asymmetrischer Anordnung. Durch diese Gestaltung wird ebenfalls die Detektion von Gesten in vorteilhafter Weise möglich.
6h zeigt eine mehrfach gesplittete Empfängerelektroden in voll-rotationssymmetrischer Anordnung. Auch hiermit ist eine Detektion von Gesten möglich.
6i zeigt eine mehrfach gesplitterte Sendeelektroden in doppelter achsensymmetrischer Anordnung. die Detektion von Gesten ist hier möglich.
6j zeigt eine Spaßdesigns mit Hilfe der Elektroden, welche Achsen- oder Punktsymmetrien einiger/aller Elektroden beinhalten können oder auch vollständig asymmetrisch sind. die Detektion von Gesten ist hier möglich.
Alternativ zu der Ausführung der E-Feld Elektroden als entsprechend geformte und angesetzte, oder durch metallisierte Flächenabschnitte gebildete Elektrodenelemente ist es auch möglich, diese in einem einzigen oder weiteren z. B. Kunststoff und/oder dem Gehäusematerial in und/oder unter der Oberfläche des Gesamtgerätes/Bedienungsbereich auszubilden.
Weiterhin ist es auch möglich die Schaltung die Schaltung mit dem in 7 veranschaulichten Aufbau auszuführen. Bei dem in 7 gezeigten Schaltungsdesigns erfolgt die analoge Signalaufbereitung, mit Hilfe eines Operationsverstärker, welcher in der Form beschaltet wird, dass an seinem Signalausgang ein Abbild des Empfängerelektrodenstromes erzeugt wird (hier eine Ausführung ohne eine nachgeschaltete DC-Gleichrichtung). Die Bauelemente Ca, Ra, Cb und Rx sind optional nötig, für Rb empfiehlt sich eine diskrete oder indirekte Form seiner Realisierung. Weiterhin ist es möglich, auf den A/D-Konverters bei der Signalsteuereinheit zu verzichten und stattdessen die nun mehr nur noch an Hand von Ergebnissen eines oder mehrere Komparatoren die weiteren logischen Aktionen abzuwickeln.

Claims

Computermaus mit: – einer Gehäuseeinrichtung, – einer Verlagerungserfassungseinrichtung zur Generierung von Steuerdaten die als solche mit der Verlagerung der Gehäuseeinrichtung in eine X- und eine Y-Achsrichtung korrelieren, und – einer Handerfassungseinrichtung zur Generierung von Signalen die als solche den Näherungszustand einer Hand gegenüber der Gehäuseeinrichtung beschreiben, wobei – die Handerfassungseinrichtung eine Elektrodengruppe mit drei Feldelektroden und – eine mit diesen Feldelektroden gekoppelte Schaltungseinrichtung umfasst, – die Schaltungseinrichtung so ausgebildet ist, dass wenigstens eine der Feldelektroden mit einer auf einer Arbeitsfrequenz alternierenden Generatorspannung beaufschlagbar ist, und – eine Abgriffsschaltung vorgesehen ist zur Generierung eines Elektrodensignales das einer als Mikrocontrollereinheit (MCU) ausgeführten Signalsteuereinheit zugeführt wird.
Computermaus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz am Signaleingang der Abgriffsschaltung ein im Arbeitsfrequenzbereich liegendes Betragsminimum aufweist.
Computermaus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverstärkung so abgewickelt wird, dass diese bei kleinstmöglicher Steilheit ein betriebsstabiles Maximum erfährt.
Computermaus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend eine weitere Signalverstärkung erfolgt, wobei die Ausgangsimpedanz der Abgriffsschaltung vorzugsweise derart abgestimmt wird, dass am Ausgang der Abgriffsschaltung ein direkt aus dem AC-Eingangssignal abgeleitetes DC-Ausgangssignal vorliegt.
Computermaus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das DC-Ausgangssignal einer als MCU ausgeführten Signalsteuereinheit zugeführt wird.
Computermaus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoreinrichtung unmittelbar in die Signalsteuereinheit eingebunden ist.
Computermaus nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgriffsschaltung so an die Signalsteuereinheit angebunden ist, dass die erste Verstärkungsstufe der Abgriffsschaltung über die Signalsteuereinrichtung gesteuert mit Spannung beaufschlagt ist.
Computermaus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Signalsteuereinrichtung so ausgelegt ist, dass über diese ein Sleepmodus und ein Aktivmodus herbeiführbar sind.
Computermaus nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Sleepmodus die Erfassung von Näherungszuständen in Intervallen erfolgt, die durch Pausenabschnitte voneinander getrennt sind.