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Bezug zu verwandten Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung ist verwandt mit der ebenfalls anhängigen
Anmeldung Nr. US 60/990,493 mit dem Titel „System and Method
for Accurate Lift-Detection of an Input Device", die am 27. November
2007 angemeldet wurde. Diese Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme
vollständig in die vorliegende Beschreibung aufgenommen.
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Hintergrund der Erfindung
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Eingabegeräte,
und insbesondere die Abhebe-Detektion bei Eingabegeräten.
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2. Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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Eingabegeräte,
wie beispielsweise eine Maus oder ein Trackball sind bekannte Peripheriegeräte
in Datenverarbeitungsumgebungen. Eingabegeräte gestatten
beispielsweise die Manipulation eines Cursors auf einem Bildschirm
eines PC oder einer Workstation. Die Manipulation eines Cursors
umfasst Aktionen wie das schnelle Relokalisieren eines Cursors von
einem Bereich des Bildschirms zu einem anderen Bereich oder das
Auswählen eines Objekts auf dem Bildschirm. Im Laufe der
Jahre haben sich Eingabegeräte weiterentwickelt, sodass
sie mehr Funktionen enthalten, die nicht notwendigerweise mit der Cursorposition
in Beziehung stehen, wie beispielsweise Knöpfe, die beim
Browsing auf eine vorherige oder nächste Webseite führen,
verschiedene Funktionalitäten, die mit einem Rad assoziiert
sind usw.
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In
einer herkömmlichen opto-mechanischen Mausumgebung steuert
ein Nutzer den Cursor, indem er die opto-mechanische Maus über
eine Referenzfläche bewegt, wie beispielsweise ein Mauspad, sodass
sich der Cursor auf dem Bildschirm in eine Richtung und um eine
Strecke bewegt, die proportional zu der Bewegung der opto-mechanischen
Maus ist. Typischerweise basierte die herkömmliche opto-mechanische
Maus auf einem mechanischen Ansatz, bei dem eine Kugel größtenteils
innerhalb des Mausgehäuses angeordnet war und ein Teil
der Kugel frei lag, um mit der Referenzfläche in Kontakt
zu kommen, sodass die Kugel intern innerhalb des Gehäuses
gedreht werden konnte.
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Die
Kugel der herkömmlichen opto-mechanischen Maus berührt
ein Paar von Wellen-Kodierern. Die Drehung der Kugel dreht die Wellen-Kodierer,
die ein Kodier-Rad mit einer Mehrzahl von Schlitzen umfassen. Mindestens
eine LED oder ähnliche Lichtquelle ist an einer Seite des
Kodier-Rades angeordnet, während Fototransistoren oder ähnliche
Sensoren der LED gegenüber angeordnet sind. Wenn sich die
Kugel dreht, führt die Drehung des Kodier-Rades zu einer
Serie von Lichtimpulsen von der LED, die durch die Schlitze scheinen,
die von den Fototransistoren detektiert werden. Somit wird die Drehung
der Kugel in eine digitale Repräsentierung umgewandelt, die
dann verwendet wird, um den Cursor auf dem Bildschirm zu bewegen.
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Die
herkömmliche opto-mechanische Maus detektiert eine Verlagerung
nur dann, wenn die Kugel sich relativ zu einer Fläche bewegt
(z. B. auf einer Tischplatte oder einem Mauspad). Wenn solch eine Maus
von der Oberfläche abgehoben wird, dreht sich die Kugel
nicht, und somit wird keine Verlagerung detektiert, selbst wenn
die Maus relativ zur Oberfläche bewegt wird. Auf diese
Weise kann der Nutzer solch einer herkömmlichen Maus die
Maus bei Bedarf leicht repositionieren (z. B. um den Cursor auf
dem Bildschirm erneut zu zentrieren, die Position der Maus neu einzustellen,
wenn die Maus das Ende des Bewegungsbereichs der Hand des Nutzers
erreicht hat, weil der Rand der Arbeitsfläche erreicht
wurde usw.).
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Die
herkömmliche opto-mechanische Maus hat Nachteile, die man
bei vielen anderen Geräten mit mechanischen Teilen findet.
Beispielsweise unterliegen die mechanischen Komponenten im Laufe der
Zeit einem Verschleiß, verschmutzen oder gehen einfach
kaputt, sodass das Eingabegerät nicht mehr akkurat genutzt
werden kann, wenn es überhaupt noch benutzt werden kann.
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In
Antwort auf eine Reihe dieser Probleme wurden optische Eingabegeräte
(wie beispielsweise Mäuse und Trackballs) zunehmend gebräuchlich. Optische
Eingabegeräte verwenden die Verlagerung eines Bildes, um
eine Bewegung des Eingabegerätes relativ zu einer Oberfläche,
z. B. einer Tischoberfläche im Falle einer Maus oder einer
Kugel im Falle eines Trackballs zu detektieren. Optische Eingabegeräte
verwenden eine Lichtquelle, eine Beleuchtungslinse, eine Abbildungslinse
und einen Sensor, um eine Bewegung des Eingabegeräts zu
detektieren. Zum Zwecke der Diskussion sei eine optische Maus betrachtet.
Eine optische Maus misst die X-Y-Bewegung der Maus relativ zu einer
Arbeitsoberfläche (z. B. einem Tisch, einem Mauspad etc.)
und bildet diese Bewegung auf eine Bewegung des Cursors auf einem
zugehörigen Bildschirm ab. In bestimmten Situationen kann
die Maus jedoch eine X-Y-Bewegung relativ zur Arbeitsfläche
durchführen, obwohl der Nutzer nicht vor hat, diese Bewegung
in die Bewegung des Cursors auf dem zugehörigen Bildschirm
abzubilden. Dies passiert beispielsweise dann, wenn der Nutzer eine
Maus aus irgendeinem Grund abhebt. Wie oben erwähnt wurde,
kann ein Nutzer eine Maus beispielsweise abheben, um sie zu bewegen,
oder um sie an einer bequemeren Position neu zu positionieren, usw.
In solchen Fällen möchte der Nutzer nicht, dass
sich der Cursor entsprechend der Maus bewegt, sondern, dass er stehen
bleibt. Damit der Cursor trotz einer Änderung in X-Y-Richtung der
Maus relativ zur Arbeitsoberfläche stehenbleibt, muss die
Maus in der Lage sein, zu detektieren, dass sie abgehoben wurde.
Anders als im Falle einer herkömmlichen opto-mechanischen
Maus wird ein solches Abheben nicht automatisch detektiert, sondern es
muss stattdessen speziell detektiert werden. Dann kann ein Algorithmus
implementiert werden, gemäß dem, für
den Fall, dass ein Abheben detektiert wird, der Cursor auf dem zugehörigen
Bildschirm nicht bewegt wird, unabhängig von irgendwelchen Änderungen
in der X- und/oder Y-Koordinate der Maus.
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Eine
Reihe von Versuchen wurde unternommen, um diesen Themen durch Detektion
des Abhebens gerecht zu werden. Eine einfache mechanische Lösung
verwendet einen mechanischen Kolben oder Taucher in der Maus, der
aufgrund der Schwerkraft und/oder einer Feder nach unten fallt,
wenn das Gerät abgehoben wird, und der oben bleibt, wenn
die Maus auf der Arbeitsoberfläche ruht. Jedoch hat solch
eine Lösung die üblichen Probleme, die mit mechanischen
Geräten zusammenhängen, darunter beispielsweise
die Tatsache, dass mechanische Teile hängen bleiben, kaputt
gehen, mit Schmutz verkleben, dem Verschleiß unterliegen
usw. Andere herkömmliche Verfahren der Abhebe-Detektion
basieren darauf, dass ein Bild unscharf wird, um ein Abheben zu
registrieren. Diese Technik kann jedoch zu ungenauen Ergebnissen
führen. Beispielsweise bleibt die Oberfläche bei
kontrastreichen Oberflächen mit Muster einer niedrigen
Auflösung trotz eines Abhebens fokussiert, und daher kann
es passieren, dass ein Abheben nicht zutreffend detektiert wird.
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Das
Verbessern des Leistungsverhaltens des Trackings macht das Abhebe-Detektions-Problem
schwieriger, was zu einem Kompromiss zwischen dem Abheben und dem
Tracking führt. Beispielsweise impliziert ein leistungsfähigeres
Tracking die Detektion von selbst kleinen X-Y-Bewegungen der Maus,
das Tracking auf variierenden Oberflächen usw. Wenn beispielsweise
eine Maus auf einer transparenten oder transluzenten Oberfläche
platziert wird (im folgenden einfach als „Glas" bezeichnet),
ist die Tracking-Oberfläche entweder das Glas selbst, oder eine
diffundierende Oberfläche unter dem Glas (z. B. ein Holztisch,
auf dem eine Glasplatte liegt). Im letzteren Fall müssen
die Dicke der Glasplatte ebenso wie verschiedene Luftschichten (z.
B. der Zwischenraum zwischen der Glasplatte und dem darunter befindlichen
Tisch) berücksichtigt werden. Dies ist im Detail in den
ebenfalls anhängigen Anmeldungen Nr. US 11/522,834 und
US 11/471,084 der selben Anmelderin diskutiert, und die durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit in die vorliegende Beschreibung aufgenommen
werden. Für eine Detektion einer optischen Verlagerung
auf bestimmten Oberflächen, wie beispielsweise wenn das
Tracking auf einer diffundierenden Oberfläche unter Glas
durchgeführt wird, ist eine große Tiefenschärfe
besonders erstrebenswert. Für Eingabegeräte mit
einer langen Tiefenschärfe bleibt der abgebildete Bereich
trotz des Abhebens fokussiert, was wiederum dazu führt,
dass das Abheben nicht akkurat detektiert wird.
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Die
Tatsache, dass die Maus bereits eine bestimmte Höhe oberhalb
der Tracking-Oberfläche inne hat, macht bei solchen Szenarios
eine genaue Abhebe-Detektion noch komplizierter, insbesondere, wenn selbst
ein geringes Abheben detektiert werden muss. Eine Strahl-Triangulation
kann zum Ermitteln, wann das Gerät abgehoben wird, verwendet
werden und wurde in den oben erwähnten, ebenfalls anhängigen Anmeldungen
diskutiert. Jedoch sind verschiedene Komponenten, die bei der Abhebe-Detektion
verwendet werden (z. B. Lichtquelle, Sensor etc.) nicht für eine
Abhebe-Detektion optimiert, sondern stattdessen für die
Detektion einer optischen Verlagerung.
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Ein
weiterer Nachteil dieser verschiedenen Verfahren der Abhebe-Detektion
besteht darin, dass die Abhebe-Detektion lediglich als Funktion
der empfangenen Bildqualität gemessen wird. Daher funktionieren
solche Abhebe-Detektions-Algorithmen oft gut auf einigen Oberflächen,
aber nicht auf anderen, und sie hängen von der Qualität
oder der Art der Oberflächen ab. Es steht keine direkte
Höhenmessung zur Verfügung, und die Abhebe-Detektion
kann nicht durch den Nutzer eingestellt werden.
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Somit
besteht ein Bedarf für Eingabegerät, welches das
Abheben relativ zu einer beliebigen Oberfläche exakt detektieren
kann, ohne das Leistungsverhalten beim Tracking zu beeinflussen
und selbst für Tracking-Systeme mit hoher Leistungsfähigkeit.
Ferner besteht ein Bedarf dafür, in der Lage zu sein, das
Ausmaß des Abhebens direkt zu messen und/oder die Höhe
des Abhebens zu ermitteln, und dafür, dass die Abhebe-Detektion
einstellbar ist. Ferner besteht ein Bedarf dafür, ein Abhebe-Detektions-Modul
in einem Eingabegerät zu optimieren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfassen ein System und ein Verfahren,
die gestatten, dass ein optisches Gerät ein Abheben auf einer
beliebigen Oberfläche exakt detektiert, selbst wenn ein
verbessertes Tracking vorliegt. Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung gestatten, dass die Höhe des Abhebens von der
Oberfläche kontinuierlich und/oder direkt ermittelt wird,
und gestatten, dass die Abhebe-Detektion einstellbar ist. Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gestatten eine Optimierung des Abhebe-Detektions-Moduls
in einem Eingabegerät.
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Verschiedene
Verfahren werden für die Abhebe-Detektion gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet. Strahl-Triangulation stellt
eine Art dar, auf die das Abheben eines Eingabegeräts detektiert
werden kann. In einer Ausführungsform wird eine konfokale
Geometrie mit einer verlängerten Tiefenschärfe
verwendet. Gemäß einer Ausführungsform
wird eine einzelne Lichtquelle verwendet. Gemäß einer
Ausführungsform werden mehrere Lichtquellen verwendet.
Somit können die Triangulations-Berechnungen auch auf der
Bewegung von mehr als einem Fleck basieren (wobei ein jeder Fleck
einer Lichtquelle entspricht), und somit ist eine genauere Abhebe-Detektion
möglich. Gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein auf Optik basierendes Abhebe-Detektions-Modul
von dem optischen Tracking-Modul getrennt. Beispielsweise sind die
Lichtquelle und/oder der Sensor, die für das Abhebe-Detektionsmodul
verwendet werden, verschieden von der Lichtquelle und/oder dem Sensor,
die für die optische Tracking-Funktionseinheit verwendet
wer den. Dies erleichtert eine unabhängige Optimierung der
Komponenten zum Zwecke der Abhebe-Detektion und zum Zwecke des Trackings.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine kapazitive
Abhebe-Detektion verwendet. Ein Kondensator ist in den Boden des
Gehäuses der Maus eingebaut. Wenn die Maus auf einer Oberfläche
ruht, dient das Oberflächenmaterial als Dielektrikum für
den Kondensator. Wenn die Maus abgehoben wird, dient dann Luft als
Dielektrikum für den Kondensator. Diese Änderung
in dem Dielektrikum führt zu einer Änderung in
dem Wert der Kapazität. Diese Änderung der Kapazität
wird gemessen/detektiert, und basierend darauf kann festgestellt
werden, ob die Maus abgehoben wurde oder nicht. In einer Ausführungsform
kann die Höhe des Eingabegeräts oberhalb der Arbeitsoberfläche
ebenfalls gemessen werden – wenn das Eingabegerät
von der Arbeitsoberfläche fortbewegt wird, wird im allgemeinen
die hohe Elektrizitätszahl der Oberfläche nach
und nach durch die niedrige Dielektrizitätszahl der Luft
ersetzt.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
für die Abhebe-Detektion ein Kondensator verwendet, bei
dem ein leicht komprimierbares Material (z. B. ein Schaummaterial) zwischen
die beiden Elektroden gesetzt bzw. eingefügt ist. Wenn
die Maus auf der Oberfläche ruht und für die Cursor-Bewegung
bewegt wird, komprimiert das Gewicht der Maus und/oder der Hand
des Nutzers das eingefügte Material, wodurch ein dichteres Dielektrikum
erzeugt wird. Wenn die Maus von der Oberfläche abgehoben
wird, ist das eingefügte Material nicht mehr komprimiert,
und das Dielektrikum wird verdünnt (beispielsweise absorbiert
das Schaummaterial mehr Luft, wenn es nicht komprimiert ist). Ferner ändert
sich der Abstand zwischen den Kondensator-Elektroden aufgrund der Änderung in
der Kompression des eingefügten Materials. Diese Änderung
in dem dielektrischen Material führt gemeinsam mit der Änderung
im Abstand zwischen Elektroden zu einer Änderung in der
gemessenen Kapazität, was zum Detektieren des Abhebens
verwendet wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein mechanischer
Kolben oder Taucher mit einer elastischen Membran für die Abhebe-Detektion
verwendet. Der mechanische Kolben verbleibt innerhalb der Maus,
wenn die Maus auf dem Tisch ruht, aber steht (aufgrund der Schwerkraft, einer
Feder oder eines anderen elastischen Materials etc.) von der Maus
vor, wenn die Maus abgehoben ist. Eine elastische Membran, die den
Kolben bedeckt, verhindert, dass Schmutzpartikel das Gerät verunreinigen,
und sie kann außerdem für den Umgang mit einer
elektrostatischen Entladung (ESD) hilfreich sein. In einer Ausführungsform
aktiviert/deaktiviert ein Schließelement einen Schalter, der
für die Abhebe-Detektion verwendet wird. In einer Ausführungsform
kann solch eine optische Barriere schräg zwischen einer
Quelle und einem Detektor angeordnet sein, um eine fortschreitende
Detektion des Abhebens zu gestatten.
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Gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann die Abhebe-Detektion einstellbar und/oder
von dem Nutzer basierend auf seinen/ihren Vorlieben individualisierbar
sein. Ferner kann die Höhe des Abhebens detektiert werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung kann eine Messung der Höhe des Abhebens für
verschiedene Zwecke verwendet werden, die nicht mit dem Tracking
einer Verlagerung des Eingabegerätes relativ zu einer Oberfläche
in Zusammenhang stehen. Wenn beispielsweise ein Eingabegerät
um mehr als einen bestimmten Schwellenwert von der Oberfläche abgehoben
wird, können die „Gesten" des Eingabegeräts
verwendet werden, um Befehle und/oder Funktionen durchzuführen.
Um ein weiteres Beispiel zu geben, kann die Abhebe- und/oder Höhen-Detektion
zum Zwecke der Leistungsverwaltung verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann in vielen Bereichen verwendet werden,
und sie ist nicht auf irgendeine Anwendung oder irgendeinen Bereich
beschränkt. Viele Techniken der vorliegenden Erfindung können
auf ein anderes Gerät in irgendeinem Gebiet angewendet
werden. Beispielsweise kann das diskutierte Eingabegerät
eine Fernsteuerung zur Verwendung mit einem Computer oder mit Geräten
in einem Unterhaltungssystem eines Nutzers bilden. Die Abhebe-Detektion
kann für mehrere Zwecke für Fernsteuerungen nützlich
sein, beispielsweise für das Leistungsmanagement. Die in
dieser Zusammenfassung beschriebenen Merkmale und Vorteile und die folgende
detaillierte Beschreibung sind nicht allumfassend, und insbesondere
leuchten dem Fachmann viele zusätzliche Merkmale und Vorteile
in Anbetracht der Zeichnungen, der Beschreibung und der Ansprüche
ein. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die in der Beschreibung
verwendete Sprache vornehmlich in Hinblick auf Lesbarkeit und zu
Erläuterungszwecken gewählt wurde, und nicht in
jedem Fall gewählt wurde, um den Erfindungsgegenstand abzugrenzen
oder zu umschreiben, wohingegen zum Ermitteln des Erfindungsgegenstandes
auf die Ansprüche zurückzugreifen ist.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Erfindung hat weitere Vorteile und Merkmale, die aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der Erfindung und den anhängenden
Ansprüchen, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen
betrachtet werden, leicht ersichtlich werden, von denen:
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1 eine
Darstellung eines herkömmlichen Computersystems mit einem
optischen Eingabegerät ist.
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2A illustriert
eine Abhebe-Detektion unter Verwendung von Strahl-Triangulation
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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2B illustriert
einen Graph der Fleck-Verschiebung gegenüber der Höhe,
auf die das optische Gerät von der Oberfläche
abgehoben wurde, gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2C ist
ein Flussdiagramm, welches die Kalibrierung eines Höhenmesssystems
zum Zeitpunkt der Herstellung gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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2D ist
ein Flussdiagramm, welches die zum Zwecke der Höhenmessung
durchgeführten Schritte zeigt, wenn das Gerät
nach der Kalibrierung verwendet wird, gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2E ist
ein Flussdiagramm, welches Schritte zeigt, die für eine
Selbst-Kalibrierung und eine Höhenmessung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgenommen
werden.
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3 zeigt
ein Blockdiagramm eines Eingabegeräts gemäß der
vorliegenden Erfindung, welches ein optisches Verlagerungs-Tracking-Modul
und ein Abhebe-Detektions-Modul zeigt.
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4 zeigt
eine Maus, bei der ein Kondensator in den Boden des Mausgehäuses
eingebaut ist, gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
eine Maus mit einem Kondensator mit einem komprimierbaren Material,
der in den Boden des Mausgehäuses eingebaut ist, gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6A zeigt
einen mechanischen Kolben, der mit einer elastischen Membran gekoppelt
ist, gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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6B zeigt
einen optischen Verschließer, der mit einer elastischen
Membran gekoppelt ist, gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7A zeigt
eine optische Barriere und einen Verschließer gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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7B zeigt einen schrägen Verschließer gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
ein Flussdiagramm, welches die Modifikation des Verhaltens eines
Gerätes basierend auf verschiedenen Schwellenwerten zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
Figuren (oder Zeichnungen) zeigen eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung lediglich zum Zwecke der Illustration.
Man beachte, dass ähnliche oder gleiche Bezugszeichen in den
Figuren eine ähnliche oder gleiche Funktionalität anzeigen
können. Der Fachmann erkennt aus der folgenden Diskussion,
dass alternative Ausführungsformen der hier offenbarten
Strukturen und Verfahren verwendet werden können, ohne
von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung oder Erfindungen abzuweichen.
Es versteht sich, dass es, obwohl die folgende Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
im Zusammenhang mit einer optischen Maus präsentiert werden, andere
Vorrichtungen gibt, die die vorliegende Erfindung verwenden können,
beispielsweise ein optischer Scanner, ein optisches digitales Schreibsystem (z.
B. Logitech IO pen von Logitech, Inc. aus Fremont, CA) und in manchen
Fällen sogar ein herkömmliches opto-mechanisches
Eingabegerät.
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1 zeigt
ein beispielhaftes Diagramm eines herkömmlichen Computersystems
100,
welches zwei Eingabegeräte umfasst, nämlich eine
Tastatur
140 und ein optisches Eingabegerät
110,
die auf einer Arbeitsfläche
105 ruhen. Ein Beispiel
für ein Eingabegerät
110, welches eine
optische Verlagerungs-Detektionstechnologie verwendet, ist eine
optische Maus. Beispiele für Eingabegeräte, die
eine optische Detektionstechnologie verwenden und deren Betrieb
sind in dem
US-Patent Nummer 5,288,993 von
Bidiville, et al. (erteilt am 22. Februar 1994), welches den Titel „Cursor
Pointing Device Utilizing a Photodetector Array with Target Ball
Having Randomly Distributed Speckles" trägt und in dem
US-Patent Nummer 5,703,356 von
Bidiville, et al. (erteilt am 30. Dezember 1997) mit dem Titel "Cursor Pointing
Device Utilizing a Photodetector Array" beschrieben, deren relevanten
Abschnitte durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in die vorliegende
Offenbarung aufgenommen werden. Die Arbeitsfläche
105 kann
eine diffundierende Oberfläche sein (beispielsweise Holz,
Textilien, herkömmliche Mauspads etc.), eine transparente/transluzente
bzw. durchscheinender Oberfläche (z. B. Glas), eine transparente/transluzente
Oberfläche, die auf einer diffundierenden Oberfläche
angeordnet ist (z. B. eine Glasplatte, die auf einem Holztisch angeordnet
ist) usw. Man beachte, dass obwohl die Oberfläche
105 typischerweise eine
ebene Fläche ist, wie beispielsweise ein Mousepad, eine
Tischplatte oder dergleichen, dies nicht notwendigerweise so sein
muss. Die Oberfläche
105 kann irgendeine Oberfläche
sein, beispielsweise der Arm oder die Hand einer Person, eine Kugeloberfläche
(wie beispielsweise bei einem Trackball-Eingabegerät),
die Armlehne eines Stuhls oder einer Couch, oder irgendeine andere
Oberfläche, die in der Nähe des optischen Geräts
110 vorhanden
sein kann.
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Ein
Eingabegerät gemäß verschiedener Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet unterschiedliche Abhebe-Detektionstechniken.
Einige dieser Abhebe-Detektionstechniken werden unten diskutiert.
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Strahl-Triangulation mit einem
optimierten Abhebe-Detektions-Modul
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2A zeigt,
wie in einer Ausführungsform eine Strahl-Triangulation
zum Zwecke des Detektierens, wenn ein Eingabegerät 110 von
einer Arbeitsfläche 105 abgehoben wird, verwen det
werden kann. Die Arbeitsfläche 105, auf die sich
die Diskussion bezieht, kann irgendeine Oberfläche sein.
Beispielsweise kann die Arbeitsfläche 105 eine
optisch raue Oberfläche sein (z. B. Holz, Papier etc.),
oder eine optisch glatte Oberfläche (z. B. Glas). Alternativ könnte
die Oberfläche 105 durch eine optisch raue unter
einer optisch glatten Oberfläche sein (z. B. ein Holzschreibtisch,
der mit einer Glasplatte bedeckt ist).
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In
einer Ausführungsform erzeugt eine Lichtquelle (nicht gezeigt)
einen hellen Lichtfleck in der Mitte des Sichtfeldes des Abbildungssystems.
In einer Ausführungsform ist die Lichtquelle eine licht-emittierende
Diode (LED) (z. B. eine IR LED). In einer Ausführungsform
ist die Lichtquelle ein Laser. 2A ist
zu entnehmen, dass wenn ein Beleuchtungsstrahl 205 schräg
auf eine Oberfläche 105 gerichtet ist (möglicherweise
unter Verwendung einer Beleuchtungslinse (nicht gezeigt)), ein Beleuchtungsfleck 210 erzeugt
wird. Licht von diesem Beleuchtungsfleck gelangt durch eine Abbildungslinse 215 und
wird als Fleck 220 auf einem Sensor-Array 225 detektiert.
Wenn das optische Gerät 110 von der Oberfläche 105 abgehoben
wird, bewegt sich die Oberfläche relativ zum optischen
Gerät 110 nach unten. Diese neue relative Position
der Oberfläche 105a ist in 2 dargestellt.
Mit dieser neuen relativen Position der Oberfläche 105a wird
der Beleuchtungsfleck 210a an einer anderen Position gebildet.
Licht von diesem Beleuchtungsfleck 210a gelangt ebenfalls
durch die Abbildungslinse 215 und wird als Fleck 220a auf
dem Sensor-Array 225 detektiert. Aus 2A ist
ersichtlich, dass es eine laterale Verschiebung 240 des
auf dem Sensor gebildeten Flecks gibt, wenn das optische Gerät 110 von
der Oberfläche 105 abgehoben wird. Man beachte,
dass gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung der Beleuchtungsstrahl 205 (und
möglicherweise auch der Abbildungsstrahl) einen Winkel
mit der Arbeitsfläche 105 bilden muss, wenn die
Verschiebung des Beleuchtungsfleck auftreten soll.
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Zum
Auswerten der Position des Leuchtflecks auf dem Sensor 225 kann
irgendein Verfahren verwendet werden. Einige dieser Verfahren umfassen:
1. Extraktion eines Merkmals und Detektion der Merkmals-Position
(beispielsweise kann das Merkmal darin bestehen, dass eine Antwort
auf eine einlaufende Intensität wesentlich oberhalb einer
Dunkelpixel-Antwort liegt (Merkmal eines von Null verschiedenen
Pixels)); 2. von Null verschiedene Grenz-Pixel (ein erstes beleuchtetes
Pixel, das neben einem benachbarten dunklen Pixel auftaucht); 3.
die Beleuchtung hat ein leicht detektierbares Muster, wie beispielsweise
ein Kreuz unter Verwendung beispielsweise eines diffraktiven optischen
Elements und eines Lasers. Dieses Muster wird teilweise auf dem Bild
des Flecks reproduziert, sodass es wieder gewonnen werden kann und
seine Position abgeschätzt werden kann; 4. der Schwerpunkt
eines Flecks kann ein Merkmal sein; 5. der Schwerpunkt einer nicht-linearen
Transformation des Bildes des Flecks, usw., ohne darauf beschränkt
zu sein.
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In
einer Ausführungsform wird das Abheben des optischen Geräts
detektiert, wenn die laterale Verschiebung des Flecks größer
ist als ein spezifischer Abstand auf dem Sensor-Array (der, in einer Ausführungsform,
linear sein kann). In einer Ausführungsform ist dieser
spezifische Abstand vorbestimmt. In einer Ausführungsform
kann ein Vergrößerungsfaktor G < 1 verwendet werden,
um den Bereich der lateralen Verschiebung (d. h. die Größe
des Detektor-Arrays) zu verringern.
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2B zeigt
einen Graph der Verschiebung des Flecks 240, die über
der Höhe aufgetragen ist, auf die das optische Gerät 110 von
der Oberfläche 105 abgehoben ist, gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Man beachte,
dass der Graph sich in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren ändern
wird, wie beispielsweise die für die Abhebe-Detektion verwendete
Optik (z. B. Lichtquelle, der Sensor etc.), dem Einfallswinkel des
Lichtstrahl etc. Die Höhe des Eingabegerätes 110 über
der Oberfläche 105 kann somit direkt ermittelt
werden.
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Bevor
das Eingabegerät 110 für die Höhendetektion
verwendet werden kann, muss es kalibriert werden. Die Kalibrierung
kann entweder zum Zeitpunkt der Herstellung geschehen, oder während
der Benutzung des Geräts. 2C ist
ein Flussdiagramm, welches die Kalibrierung eines Höhenmesssystems
zum Zeitpunkt der Herstellung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Eingabegerät 110 auf
einer Oberfläche 105 platziert (Schritt 260).
Eine Lichtquelle, die für die Höhendetektion zu
verwenden ist, wird eingeschaltet (Schritt 262). Die Position
des empfangenen Musters am Sensor 225 wird als Referenzposition
aufgezeichnet (Schritt 264). In einer Ausführungsform
wird der Wert des Ausgangsortes des Musters auf dem Sensor 225 in
einem EEPROM gespeichert. Dann wird die Lichtquelle ausgeschaltet (Schritt 266).
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Nachdem
das Eingabegerät 110 bei der Herstellung kalibriert
wurde, kann das Gerät 110 verwendet werden, um
während dessen Benutzung dessen Höhe über
einer Oberfläche 105 zu messen. 2D zeigt
ein Flussdiagramm, welches die Schritte zeigt, die für
die Höhenmessung ausgeführt werden, wenn das Gerät 110 nach
der Kalibrierung benutzt wird, gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Lichtquelle wird eingeschaltet (Schritt 280) und
die Position des Musters auf dem Sensor wird gelesen (Schritt 282).
Die Lichtquelle wird ausgeschaltet (Schritt 284). Es wird
festgestellt (Schritt 286), ob die neue Position des Musters,
welche auf dem Sensor gelesen wird, um mehr als Delta (einen Schwellenwert)
von der Referenzposition entfernt ist, die während der
Kalibrierung aufgezeichnet wurde. (Der Schwellenwert kann eine fälschliche
Detektion des Abhebens verhindern. In einer Ausführungsform kann
der Schwellenwert leicht unterschiedliche Werte annehmen, wenn das
Gerät von der Arbeitsfläche abgehoben wird und
wenn es auf der Arbeitsfläche ruht). Wenn dies der Fall
ist, wird festgestellt, dass das Gerät abgehoben wurde
(Schritt 288), andernfalls wird festgestellt, dass das
Gerät nicht abgehoben wurde (Schritt 289). In
einer Ausführungsform werden die Schritte 282 bis 289 nach
einem spezifischen Zeitintervall wiederholt. Die gepunktete Linie zeigt,
dass diese Schritte für die Höhenmessungen nach
bestimmten Zeitintervallen als Teil der Ruheschleife der Firmware
durchgeführt werden. Die exakte Zeit zwischen Messungen
kann variabel sein und sie ist basierend auf unterschiedlichen Parameter
ausgewählt, beispielsweise in Abhängigkeit davon
ob bereits registriert wurde, dass das Gerät abgehoben
wurde, basierend auf den Bewegungen der Eingabevorrichtung, der
Aktivierung verschiedener Schalter, der Zeit seit der letzten Bewegung
usw.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform wird während der Herstellung
des Gerätes 110 keine Kalibrierung vorgenommen
und die Kalibrierung findet während der Verwendung der
Eingabevorrichtung 110 statt. 2E ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, die für eine
solche Auto-Kalibrierung und Höhenmessung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt
werden. Wenn das Gerät 110 verwendet wird, wie
oben unter Bezugnahme auf 2D erwähnt
wurde, die Lichtquelle eingeschaltet (Schritt 282), die
Position des Sensors wird aufgezeichnet (Schritt 282) und
die Lichtquelle wird ausgeschaltet (Schritt 286). Da jedoch
bei dieser Ausführungsform keine Kalibrierung während
der Herstellung vorgenommen wurde, gibt es keine gespeicherte Referenzposition
des Musters auf dem Sensor, mit der diese Position verglichen werden
kann. Stattdessen wird ein MIN-Wert erstellt und die Position des
Musters auf dem Sensor wird mit diesem MIN plus einem Schwellenwert
(Delta) verglichen. In einer Ausführungsform ist der Anfangswert
von MIN der erste Wert, der von dem Sensor gelesen wird. In diesem
Fall wird die Funktion nicht richtig funktionieren, bis die Maus
mindestens einmal auf die Arbeitsfläche gesetzt wurde.
Eine Alternative besteht darin, einen willkürlich gewählten
Wert zu nehmen, der nahe bei dem durchschnittlichen Schaltpunkt
einer großen Anzahl von Einheiten liegt (der in der Firmware
eingefroren ist). Noch eine weitere Alternative besteht darin, einen
Wert aus einer vorhergehenden Betriebsperiode zu behalten und ihn
in einem nicht flüchtigen Speicher zu speichern. In diesem
Fall wird die Bedingung, die Maus auf die Arbeitsfläche
zu setzen, um eine richtige Funktion der Abhebe-Detektion zu beginnen,
nur beim ersten Mal zu dem die Maus während eines Tests
nach der Herstellung eingeschaltet wird, vorliegen. Im Hinblick
auf die in 2D gezeigte Ausführungsform
verhindert das Delta auch in diesem Fall, dass Rauschen das Ergebnis
beeinflusst, indem es das geringe Abheben definiert, welches die
Abhebe-Detektion auslöst. Wenn die Position von MIN um
mehr als Delta abweicht, wird festgestellt (Schritt 288),
dass das Gerät 110 abgehoben wurde. Falls nicht,
wird festgestellt (Schritt 289), dass das Gerät 110 nicht
abgehoben wurde. In einer Ausführungsform bestimmt MIN
eine Höhe = 0. Dann werden alle anderen Höhen
von MIN abgeleitet, indem eine Zahl dazugezählt wird. Wenn MIN
sich ändert, folgen sämtliche anderen Höhen und
werden an die aktuellen Bedingungen angepasst.
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Das
Prinzip eines solchen Auto-Kalibrierungs-Algorithmus basiert auf
der kontinuierlichen Aktualisierung des MIN-Wertes, wenn das Gerät 110 von
der Oberfläche 105 abgehoben wird. Wenn ermittelt
wird (Schritt 289), dass das Gerät nicht abgehoben
ist, wird somit ermittelt (Schritt 292), ob die Position
kleiner als MIN ist. Wenn dies der Fall ist, wird der Wert von MIN
(Schritt 294) auf die Position gesetzt. Falls dies nicht
der Fall ist, wird ermittelt (Schritt 296), ob eine lange
Verzögerung verstrichen ist. Der Zweck für die
Erhöhung und die lange Verzögerung besteht darin,
zu verhindern, dass ein falscher Wert für immer gespeichert
wird und das System blockiert. Die „lange Verzögerung"
ist lang genug, dass selbst wenn die Maus für eine sehr
lange Zeit abgehoben bleibt, dies nicht so erscheint, als ob sie
wieder auf der Oberfläche ruht. Wenn festgestellt wird
(Schritt 289), dass das Eingabegerät nicht abgehoben
ist und ermittelt wird (Schritt 296), dass eine lange Verzögerung
verstrichen ist, wird MIN um 1 erhöht (Schritt 298).
Auf diese Weise wird der Wert für MIN kontinuierlich auf
eine Art Optimalwert eingestellt und er folgt der Entwicklung aller
Variablen, die die Messung beeinflussen können, sowohl
solche, die dazu neigen, ihren Wert zu erhöhen, als auch
solche, die dazu neigen, ihn zu verringern. Ebenso wie in 2D wird
die gestrichelte Schleifenlinie verwendet, um die Wiederholung der
Sequenz zu variablen Zeitintervallen als Funktion der selben Parameter
wie oben beschrieben anzuzeigen. Man beachte, dass in einer Ausführungsform
die Verfahren zum Definieren der Schwellenwerte an die Art der Systeme
und der Verfahren angepasst werden können, die eine Messung
der Höhe der Maus bereitstellen. Diese Höhendetektions-Systeme
und -Verfahren werden in dieser Anmeldung diskutiert (z. B. Triangulation,
kapazitive Verfahren, Taucher bzw. Kolben etc.).
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Die
Kalibrierung der obigen Ausführungsformen können
in Hardware, Software und/oder Firmware vorgenommen werden. In noch
einer anderen Ausführungsform wird keine Kalibrierung durchgeführt.
In noch einer weiteren Ausführungsform wird eine Kalibrierung
bei der Herstellung vorgenommen(,) und danach wird ebenfalls eine
Auto-Kalibrierung verwendet.
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Man
beachte, dass in einer Ausführungsform das Ausmaß des
Abhebens gemessen wird, indem die Verschiebung des Flecks in die
Höhe des Gerätes 110 übersetzt
wird, anstatt lediglich das Abheben zu detektieren (Schritt 288)
oder nicht zu detektieren (Schritt 289). Verschiedene Verwendungen
der Information bezüglich der Höhe des Abhebens
werden unten diskutiert. Ein Beispiel für das Verhältnis
zwischen der Verschiebung des Flecks und dem Ausmaß des
Abhebens ist oben in 2B angegeben.
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In
einer Ausführungsform werden mehrere Lichtquellen in einem
einzigen optischen Gerät 110 verwendet. Ferner
können die Lichtquellen kohärent sein (z. B. Laser)
oder inkohärent (z. B. LEDs. Die Verwendung von mehreren
Lichtquellen zum Detektieren der Verlagerung wurde im Detail in
den ebenfalls anhängigen Anmeldungen US 11/522,834 und US
11/471,084 des selben Anmelders diskutiert, die hiermit durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit in die Offenbarung aufgenommen werden. Mehrere
Lichtquellen können auch zum Zwecke der Abhebe-Detektion
verwendet werden. Beispielsweise wird eine jede Lichtquelle einen
Fleck erzeugen, der lateral verschoben wird, wenn das optische Gerät 110 von der
Oberfläche 105 abgehoben wird. Gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann eine oder mehrere dieser Verschiebungen
zum Zwecke der Abhebe-Detektion verwendet werden. Beispielsweise
kann der Durchschnitt der Verschiebungen der verschiedenen Flecke
als Metrik für die Abhebe-Detektion verwendet werden. Die
Verwendung mehrerer Lichtquellen kann den gemessenen Höhenbereich
des Abhebens erweitern. In einer Ausführungsform werden
mehrere LEDs verwendet, wobei eine jede LED einen etwas anderen
Einfallswinkel hat. Die Bereiche von unterschiedlichen LEDs korrespondieren
dabei mit unterschiedlichen Höhenbereichen (mit einer gewissen
möglichen Überlappung). In einer Ausführungsform
haben die mehreren Lichtquellen unterschiedliche Lichtwellenlängen.
Weitere Vorteile der mehrfachen Lichtquellen umfassen eine Steigerung
in der Präzision der Abhebe-Detektion, der Detektion des
Abhebens unabhängig von einer Verkippung usw. In einer
Ausführungsform wird eine Lichtquelle verwendet, um eine
optische Verlagerung entlang der X-Y-Dimension relativ zur Oberfläche
zu ermitteln, während eine andere Lichtquelle verwendet
wird, um die Höhe des Abhebens relativ zur Oberfläche
zu ermitteln. In einer Ausführungsform kann ein einziger
Sensor verwendet werden.
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Es
versteht sich, dass gemäß verschiedener Ausführungsformen
des Systems eine oder mehrere Beleuchtungslinsen (in 2A nicht
gezeigt) verwendet werden kann bzw. können. Darüber
hinaus können eine oder mehrere Abbildungslinsen 215 verwendet
werden. In einer Ausführungsform sind eine Abbildungslinse
und eine Beleuchtungslinse in einer einzigen physischen Einheit
enthalten. In noch einer weiteren Ausführungsform werden
keine Beleuchtungs- und/oder Abbildungslinsen verwendet. Es versteht
sich, dass, obwohl in 2A der Sensor 225 als
Sensor-Array gezeigt ist, mehrere unterschiedliche Arten von Sensoren
gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können. Beispielsweise kann
ein Sensor 225 ein einzelner Fototransistor sein, er kann
aus mehreren Einzelelementen bestehen, er kann durch eine eindimensionale
Pixelmatrix (ein lineares Array) gebildet werden, er kann durch
eine zweidimensionale Pixelmatrix gebildet werden, er kann durch
eine Positions-Erfassungsvorrichtung (PSD) gebildet werden usw. Man
beachte, dass obwohl die obige Diskussion auf die Erzeugung eines
Flecks 210, 210a fokussiert war, das Licht auf
der Oberfläche 105 irgendein anderes Muster bilden
kann, als einen Fleck. Ferner sind verschiedene Anordnungen verschiedener
optischer Komponenten möglich. Beispielsweise können
die Lichtquelle und der Sensor 225 in einer Ausführungsform
in einer Spiegelkonfiguration bzw. Reflexions-Konfiguration angeordnet
sein.
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In
einer Ausführungsform ist ein Modul, das für die
Abhebe-Detektion verwendet wird, von dem Modul, das für
die Verlagerungs-Detektion verwendet wird, getrennt. Solch eine
Ausführungsform ist in 3 dargestellt.
In 3 ist zu sehen, dass das optische Eingabegerät 110 ein
optisches Tracking-Modul bzw. Verfolgungs-Modul 310 und
ein Abhebe-Detektions-Modul 320 hat. Das optische Tracking-Modul 310 (das
alternativ auch als optisches Verlagerungs-Detektions-Modul bezeichnet
wird) umfasst eine Lichtquelle 311, eine Beleuchtungslinse 114, eine
Abbildungslinse 315 und einen Sensor 318. Das optische
Tracking-Modul 310 wird verwendet, um eine X-Y-Verlagerung
relativ zur Oberfläche 105 zu detektieren, die
in eine Bewegung des Cursors auf dem zugehörigen Displays übersetzt
wird. Das Abhebe-Detektions-Modul 320 umfasst eine Lichtquelle 321,
eine Beleuchtunglinse 324, eine Abbil dungslinse 325 und
einen Sensor 328. In einer Ausführungsform ist
eine Lichtquellenansteuerung in einem oder beiden Modulen 310 und 320 enthalten.
In einer Ausführungsform wird das Abhebe-Detektions-Modul 320 verwendet,
um die Höhe (Z-Abstand) des optischen Eingabegeräts 110 von
der Oberfläche 105 direkt zu messen. In einer
Ausführungsform ist diese Messung der Höhe direkt,
anstatt dass sie auf der Analyse der Qualität des Bildes,
das vom Sensor erfasst wird, basiert, wie dies im Stand der Technik
der Fall ist. Wenn die Abschätzung des Abhebens auf der Analyse
der Bildqualität basiert, ist diese Abschätzung
notwendigerweise von der Qualität der Tracking-Oberfläche
abhängig, was bei Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung nicht der Fall ist. In einer Ausführungsform
basiert eine solche Abhebe-/Höhen-Detektion auf einer Strahl-Triangulation, wie
oben diskutiert wurde.
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Information
wird von dem optischen Tracking-Modul 310 und dem Abhebe-Detektions-Modul 320 einem
Mikroprozessor 330 bereitgestellt. Manche Information (wie
beispielsweise die Kalibrierungsinformation) wird in einer Ausführungsform
in einem Speicher 340 gespeichert. Der Speicher 340 kann
beispielsweise durch einen EEPROM gebildet werden.
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Die Übersetzung
der Ausgabe des optischen Tracking-Moduls 310 in eine Cursor-Bewegung
(oder die Ausgabe des optischen Tracking-Moduls 310 selbst)
wird basierend auf der Ausgabe des Abhebe-Detektions-Moduls 320 kalibriert.
Beispielsweise gibt es in einer Ausführungsform keine Bewegung des
Cursors, selbst wenn eine X-Y-Verlagerung relativ zur Oberfläche 105 durch
das optische Tracking-Modul 310 detektiert wird, wenn ein
Abheben detektiert wird. In einer Ausführungsform stellt
das Abhebe-Detektions-Modul 320 Information bezüglich des
Ausmaßes des Abhebens (oder der Höhe) bezüglich
der Oberfläche 105 bereit, und dieses Ausmaß des
Abhebens wird verwendet, um die Cursor-Bewegung zu optimieren. Beispielsweise
wird in einer Ausführungsform, wenn eine Abheben detektiert
wird, dies in keinerlei Cursor-Bewegung übersetzt. In einer
anderen Ausführungsform wird ein detektiertes Abheben in
eine Cursor-Bewegung übersetzt, die mit einem Faktor skaliert
ist.
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Man
beachte, dass in unterschiedlichen Ausführungsformen ein
jedes der Module 310, 320 eine oder mehrere Lichtquellen,
eine oder mehrere Beleuchtungslinsen, einen oder mehrere Sensoren, eine
oder mehrere Abbildungslinsen usw. haben. Man beachte, dass eine
oder mehrere der beschriebenen Komponenten (z. B. Beleuchtungs-
und/oder Abbildungslinsen) nicht in allen Modulen 310 und/oder 320 enthalten
sein müssen. Ferner beachte man, dass mehrere Komponenten,
die in dem optischen Gerät 110 enthalten sind,
wie beispielsweise Mikropro zessoren, Platinen etc., in 3 nicht
gezeigt sind, um Verwirrungen und Überfrachtung zu vermeiden.
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Es
versteht sich, dass in manchen Ausführungsformen manche
der oben beschriebenen Komponenten (z. B. Beleuchtungslinse, Abbildungslinse, Sensor
etc.) von dem optischen Tracking-Modul 310 und dem Abhebe-Detektions-Modul 320 geteilt
werden. Beispielsweise könnte ein 2D-Sensor, der von dem
optischen Tracking-Modul 310 verwendet wird, auch von dem
Abhebe-Detektionsmodul verwendet werden.
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Wenn
separate Module 310, 320 für das optische
Tracking und die Abhebe-Detektion vorhanden sind, gestattet dies,
dass eine jede dieser Funktionen optimiert ist. Beispielsweise kann
eine Laser-Lichtquelle für ein akkurates optisches Tracking
wünschenswert sein, während eine LED für
eine akkurate Abhebe-Detektion wünschenswert sein kann.
Andere veränderbare Parameter für Lichtquellen
umfassen die Wellenlänge der Lichtquelle, den Winkel, unter dem
die Lichtquelle angeordnet ist etc. Wenn der selbe Bereich der Arbeitsfläche 105 sowohl
für das Verlagerungs-Tracking und die Höhenmessung
verwendet wird, müssen in einer Ausführungsform
die Zyklen für die Höhenmessung und die Verlagerungsmessung
derart verschachtelt sein, dass nicht beide Lichtquellen 311 und 321 gleichzeitig
eingeschaltet sind. Wenn mehrere Lichtquellen wie oben erwähnt für
die Abhebe-Detektion verwendet werden, können diese Lichtquellen
ebenfalls alternierend eingeschaltet werden.
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Die
optimale Größe und/oder Form des Sensors kann
für die Zwecke des optischen Tracking anders sein als für
die Zwecke der Abhebe-Detektion. Beispielsweise muss der Sensor 318,
der für das optische Tracking-Modul 310 verwendet
wird, ein zweidimensionales Array sein, um eine Verlagerung sowohl
in X- als auch Y-Richtung zu detektieren. Der Sensor 328,
der für das Abhebe-Detektions-Modul 320 verwendet
wird, kann jedoch lediglich eindimensional sein (ein lineares Array),
um die laterale Verschiebung 240 zu detektieren. In einer
Ausführungsform ist der Sensor 328, der in dem
Abhebe-Detektions-Modul 320 verwendet wird, ein lineares
Array von Foto-Transistoren. Solch ein lineares Array ermöglicht
es, die Höhe des optischen Gerätes 110 von der
Oberfläche 105 exakt zu messen, anders als wenn
nur ein einzelner Foto-Sensor (z. B. ein Foto-Transistor) als Sensor 328 verwendet
wird. Die Messung mit einem einzelnen Foto-Transistor 328 erfordert
einen Vergleich des Fotostroms mit einer feststehenden Referenz,
um zu entscheiden, ob die Maus abgehoben ist oder nicht. Dies hat
zur Folge, dass es nicht möglich ist, die Höhe
zu messen, weil der Fotostrom von den Eigen schaften der Arbeitsfläche 105 abhängt.
Außerdem wird ein „Abheben" in Abhängigkeit
von den Eigenschaften der Arbeitsfläche 105 bei
unterschiedlichen Abständen von dem Tisch detektiert werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden in dem Sensor 328 eine Mehrzahl von Foto-Transistoren
verwendet (z. B. in Form eines linearen Arrays). Dies gestattet die
Messung einer Verschiebung oder Bewegung des Mittelpunkts des Flecks
und gestattet somit eine echte Höhenmessung und eine Abhebe-Detektion, die
unabhängig von den Eigenschaften der Arbeitsfläche 105 ist.
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In
einer Ausführungsform wird eine konfokale Optik verwendet,
um die Bestimmung der Höhe des optischen Gerätes 110 zu
verbessern. Ein Beispiel einer Optik, die für eine Abhebe-Detektion
optimiert ist, umfasst eine Optik in konfokaler Geometrie mit einer
erweiterten Tiefenschärfe. Wie oben erwähnt wurde,
stellt die Ermittlung der Höhe des optischen Geräts 110 von
der Oberfläche 105 nicht nur eine binäre
Feststellung bereit, ob abgehoben wurde oder nicht, sondern zeigt
auch das Ausmaß des Abhebens an, wodurch es möglich
wird, den Abhebe-Algorithmus einzustellen und/oder individuell einzurichten,
wie unten diskutiert wird.
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In
einer Ausführungsform kann diese Zeile von Foto-Transistoren
von dem Mikroprozessor in dem optischen Gerät 110 ausgelesen
werden, und die Position des Flecks wird berechnet, bevor entschieden
wird, ob die Maus abgehoben wurde oder nicht, um wie viel sie abgehoben
wurde usw. Diese Lösung lässt sich zu sehr geringen
Kosten implementieren. In einer anderen Ausführungsform
wird ein ASIC verwendet, um die Berechnung durchzuführen und
das Ergebnis im Hinblick darauf, ob die Maus abgehoben wurde oder
nicht, um wie viel sie abgehoben wurde usw. bereitzustellen. In
einer Ausführungsform kann die Höhenmessung präziser
sein als der Abstand der Fototransistoren, die den Sensor 328 aufbauen,
wenn sie auf Interpolation basiert. Das Bild des Flecks auf dem
Sensor 328 muss zwei Foto-Transistoren oder mehr bedecken,
um eine Interpolation zu erlauben. In einer Ausführungsform
wird die Interpolation durchgeführt, indem der Schwerpunkt
der Flecke gemessen wird.
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In
einer Ausführungsform sollte der Abhebe-Sensor 328 so
nahe wie möglich beim Tracking-Sensor 318 liegen,
um eine Fehlanpassung bezüglich der Abhebezustände
zwischen den beiden zu minimieren.
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In
einer Ausführungsform kann die Positionierung des Abhebe-Detektionsmoduls 420 innerhalb
des Eingabegeräts 110 optimiert werden. Beispielsweise
heben Nutzer oft das Vorderen de der Maus 110 an, während
das Hinterende überhaupt nicht abgehoben wird, oder nicht
so hoch von der Oberfläche abgehoben wird, wie das Vorderende. Dies
liegt wohl daran, dass es ergonomisch bequemer und schneller ist,
einfach das Vorderende eines Eingabegeräts 110 abzuheben.
Um solch ein verstärkt vorderseitiges Abheben zu registrieren,
ist das Abhebe-Detektion-Modul 420 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Richtung auf
das Vorderende bzw. näher am Vorderende des Eingabegeräts 110 positioniert.
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In
einer Ausführungsform ist das Bodengehäuse des
Eingabegeräts 110 ein kontinuierliches Grundteil,
wie es in der ebenfalls anhängigen Anmeldung Nr. US 11/240,869
mit dem Titel „Continuous Base Beneath Optical Sensor and
Opical Homodyning System" der selben Anmelderin diskutiert ist,
die am 29. September 2005 eingereicht wurde, und die durch Bezugnahme
in die vorliegende Offenbarung aufgenommen wird. Allgemeiner gesprochen
ist es unter Bezugnahme auf 2A möglich,
eine Zwischenfläche zwischen den Flächen 215 und 105 vorzusehen.
Solch eine Zwischenfläche (wie beispielsweise der Boden
des Gehäuses der Maus) wird die korrekte Funktion des Abhebe-Moduls
nicht verhindern, solange sie nicht für die gewählte
Lichtquelle opak ist.
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Kapazitive Abhebe-Detektion
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In
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anstelle
einer optischen Lösung für eine Abhebe-Detektion
eine kapazitive Abhebe-Detektion verwendet. Ein Kondensator ändert
seine Kapazität, wenn eine Maus 110 sich auf der
Oberfläche 105 befindet im Vergleich zu einer
Situation, bei der sie abgehoben ist. Durch die Messung der Änderung der
Kapazität ist es möglich, den Abhebe-Status zu kennen
(und in manchen Fällen außerdem die Höhe/den
Abstand des Gerätes 110 von der Oberfläche 105).
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In
mehreren Ausführungsformen ist der Kondensator recht klein,
und die beste Art, ihn zu messen basiert auf Ladungstransfer. In
einer Ausführungsform wird ein unbekannter Kondensator
Cx geladen und seine Ladung wird dann in einen größeren
Sammelkondensator Cs übertragen. Der Zyklus wird wiederholt,
bis die Spannung des Sammelkondensators Cs eine Schwelle erreicht.
Die Anzahl von Zyklen ist umgekehrt proportional zu dem Wert des
unbekannten Kondensators. In einer Ausführungsform kann der
Nutzer eine Anzahl von Transferzyklen festsetzen, die dem abgehobenen
Zustand entspricht. Algorithmen, die ähnlich sind, wie
diejenigen, die in den 2C und 2D beschrieben
sind, können für das Ermitteln der Schwelle verwendet
werden.
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4 zeigt
eine Maus 110 mit einem Kondensator Cx 410, der
in den Boden 420 des Mausgehäuses eingebaut ist,
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, der mit einem Mikroprozessor 450 gekoppelt ist.
Der Kondensator 410 umfasst Elektroden 430 und 440.
In einer Ausführungsform umfasst der Boden 420 des
Mausgehäuses eine Platine mit zwei verschachtelten Elektroden
(nicht gezeigt). Die Verschachtelung bietet den Vorteil eines größeren
Kapazitäts-Wertes, ohne große Elektrodenoberflächen
zu erfordern. In einer Ausführungsform sind die Elektroden
nicht verschachtelt. In einer Ausführungsform befinden
sich die Elektroden (ob verschachtelt oder nicht) in der selben
Ebene und liegen so nahe wie möglich an der Arbeits-Oberfläche 105.
In einer Ausführungsform werden die Elektroden durch Materialien
mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante umgeben (z.
B. Luft oder ein Schaummaterial). In einer Ausführungsform
sollte die Dicke der Platine so gering sein wie möglich,
um die Änderung in der Kapazität zwischen der
abgehobenen Position und der Position auf der Arbeits-Oberfläche
so groß wie möglich zu machen, selbst wenn die
Arbeitsoberfläche 105 mit einem Material mit einer
relativ geringen Dielektrizitätskonstanten bedeckt ist.
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Der
Mikroprozessor 450 misst die Änderungen in der
Kapazität. Ein Beispiel eines Mikroprozessors 450 ist
der QT lxx, der von der Quantum Research Group (Hamble, UK) hergestellt
wird. Wenn die Maus 110 auf der Oberfläche 105 ruht,
dient das Oberflächenmaterial als Dielektrikum für
den Kondensator Cx 410. Wenn die Maus 110 abgehoben wird,
dient nun Luft als Dielektrikum für den Kondensator Cx 410.
Diese Änderung in dem Dielektrikum führt zu einer Änderung
im Wert der Kapazität. Diese Änderung in der Kapazität
wird gemessen bzw. detektiert und basierend darauf kann ermittelt
werden, ob die Maus 110 abgehoben ist, oder nicht. Um die Änderung
in der Kapazität zu maximieren, sind in einer Ausführungsform
die Elektroden 430, 440 von dem Mausgehäuse
durch eine Schicht aus (festem) Schaummaterial (nicht gezeigt) „isoliert".
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Wie
in 5 zu sehen ist, wird gemäß einer anderen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Kondensator 510 mit
einem leicht komprimierbarem Material 516 (z. B. einem
Schaummaterial), welches zwischen die zwei Elektroden 512, 514 gesetzt
bzw. eingefügt ist, für die Abhebe-Detektion verwendet.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Kondensator 510 als
Ring um die Öffnung 520 in dem Gehäuseboden 420 platziert.
Dieser Ringkondensator um die Öffnung 520 ist
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ein Ring um die Achse 318 des Verlagerungs-Sensors.
Mausfüße 540 und ein reibungsverringerndes
Material 550 (z. B. Teflon), welches zum Bedecken der Kondensatoren 510a, 510b verwendet
werden kann, sind ebenfalls in 5 zu sehen.
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Wenn
die Maus 110 auf der Oberfläche ruht und zur Bewegung
des Cursors verwendet wird, drücken das Gewicht der Maus
und/oder der Hand des Nutzer das zwischengesetzte Material 516 zusammen,
wodurch ein dichteres Dielektrikum und eine höhere Kapazität
erzeugt werden. Darüber hinaus nähern sich die
Elektroden 512, 514 aneinander an, wenn das zwischengesetzte
Material durch das Gewicht der Maus 110 oder der Hand des
Nutzers komprimiert wird, wodurch die Kapazität weiter
erhöht wird. Wenn die Maus 110 von der Oberfläche
abgehoben wird, wird das zwischengesetzte Material 516 nicht
mehr komprimiert, das Dielektrikum wird verdünnt (beispielsweise
absorbiert das Schaummaterial mehr Luft, wenn es nicht komprimiert
wird) und die Elektroden 512, 514 bewegen sich
weiter auseinander, wodurch die Kapazität abnimmt. Diese Änderung in
dem Wert der Kapazität wird verwendet, um das Abheben zu
detektieren und/oder das Ausmaß des Abhebens zu messen.
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In
einer Ausführungsform könnte der Kondensator
510 auf
dem Verlagerungs-Sensor platziert sein, sodass die Kompression und
Expansion des Schaummaterials
516 keinen Einfluss auf die
Höhe der Maus
110 hat. Dies würde die
Maus
110 außerdem vor elektrostatischer Entladung
schützen. In einer Ausführungsform ist der Sensor
flexibel montiert, wie in der
US
6,788,875 beschrieben ist.
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Die
unter Bezugnahme auf 5 beschriebene Konfiguration
gestattet auch eine Höhenmessung (die durch das Ausmaß der
Kompression des zwischengesetzten bzw. eingefügten Materials 516 beschränkt
ist). Der Wert des Kondensators Cx 510 wird durch das Schaummaterial 516 zwischen
den Elektroden 512, 514 beeinflusst. Sämtliche
anderen Variablen, wie beispielsweise die Eigenschaften der Arbeitsoberfläche 105 haben
nur einen geringen Effekt und können vernachlässigt
werden.
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Abhebe-/Höhen-Detektion mit einer
elastischen Membran
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In
einer Ausführungsform wird die Abhebe-Detektion unter Verwendung
eines mechanischen Kolbens bzw. Tauchers („plunger") durchgeführt,
der mit einer elastischen Membran bedeckt ist. Die Membran verschließt
die Öffnung des Bodens des Gehäuses vollständig
(abgedichtet). Die Membran kann aus Gummi oder einem anderen Material
hergestellt sein. Sie kann auch aus einer Folie hergestellt sein,
die mit einem Balgbereich vorgeformt oder geformt ist, um in der
Mitte eine vertikale Bewegung gewissen Ausmaßes zu gestatten.
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In
einer Ausführungsform sind Elemente an beiden Seiten der
Membran befestigt. Auf der unteren Seite befindet sich eine Reibungsfläche, ähnlich zu
dem Gleitmaterial 550 auf den oben beschriebenen Mausfüßen.
Dies verhindert, dass die Membran durch Verschleiß durchbrochen
wird und ein Pfad für elektrostatische Entladung geöffnet
wird. Auf der Oberseite der Membran befindet sich gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung eine Erweiterung zum Bilden einer Schnittstelle mit
dem Kolben. Diese Elemente können auf verschiedene Weisen
an der Membran befestigt werden, wie beispielsweise durch Klebstoff,
durch Ultraschallschweißen, Eingießen etc., wobei
Sorge getragen wird, dass kein Loch durch die Membran hindurch entsteht.
Die Membran wird auf ähnliche Weise am Boden des Mausgehäuses
befestigt.
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In
einer Ausführungsform wird ein mechanischer Kolben in Verbindung
mit einer elastischen Membran verwendet. Der mechanische Kolben
verbleibt innerhalb des Gehäuses 110, wenn die
Maus auf dem Tisch ruht, aber steht aufgrund der Schwerkraft, einer
Feder oder eines anderen elastischen Materials von der Maus vor,
wenn die Maus abgehoben ist. Obwohl mehrere der Nachteile, die mit
mechanischen Lösungen zusammenhängen (z. B. Geräusche,
Versagen, Brechen von Teilen, mechanische Abnutzung) verbleiben,
verhindert die elastische Membran, die den Kolben bedeckt, dass Schmutzpartikel
das Gerät kontaminieren, und sie ist auch nützlich
im Umgang mit elektrostatischer Entladung (ESD). Die Membran kann
beispielsweise aus dünnem Kunststoff, Gummi etc. bestehen.
Darüber hinaus kann sie eine Oberfläche mit höherer
Reibung aufweisen, die mit einem Material mit geringer Reibung bedeckt
ist, oder sie kann ein sehr hartes Material umfassen, wie beispielsweise
gehärteten Stahl, eine Keramik, Rubin oder dergleichen.
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In
einer Ausführungsform kann der Nutzer den mechanischen
Kolben manipulieren (beispielsweise unter Verwendung eines Nutzerknopfes,
um den Kolben in die Maus zu ziehen). Beispielsweise kann der Nutzer
den Kolben in die Maus drücken, wodurch ein Schalter betätigt
wird, der beispielsweise für eine Ein-Aus-Funktionalität
bestimmt ist.
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6A zeigt
eine Ausführungsform eines Eingabegerätes 110 mit
einem Kolben 635. Das Eingabegerät 110 umfasst
eine elastische Membran 610, die mit dem Kolben 635 gekoppelt
ist. Eine Lichtquelle 618 und ein Lichtsensor 619 sind
ebenfalls gezeigt. Licht, welches von der Lichtquelle 618 emittiert
wird, wird von der Oberseite des Kolbens 635 reflektiert
und von dem Sensor 619 empfangen. In einer Ausführungsform
ist der Reflektionssensor 619 stets der selben Fläche
zugewandt. Dies macht es möglich, den Abstand als Funktion
des Stroms zu messen, der von dem Sensor 619 empfangen
wird. Solche Messungen sind dann reproduzierbar und unabhängig
von den Eigenschaften der Arbeitsoberfläche 105.
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In
einer Ausführungsform ist eine Komponente wie beispielsweise
eine Feder 617 enthalten. In einer anderen Ausführungsform
ist keine Feder (oder ähnliche Komponente 617)
enthalten. In einer solchen Ausführungsform stellt die
elastische Membran 610 eine ausreichende Rückstellkraft
zum Bewegen des Kolbens 635 bereit. Wie oben erwähnt
wurde, ist in einer Ausführungsform ein Kissen bzw. Pad 615 mit
geringer Reibung unter der elastischen Membran 610 angeordnet.
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6B zeigt
eine Ausführungsform eines Eingabegeräts 110 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches eine
optische Barriere umfasst. Eine flexible Membran 610 mit
einem Balg-Abschnitt gestattet die Bewegung des mittleren Bereichs,
um einen Sensor oder Schalter zu aktivieren. Ein Abstandselement 620,
welches um einen gewissen Abstand (z. B. 1 mm) unter den Boden 420 des
Gehäuses 420 der Maus 110 vorsteht, wird in
einer Ausführungsform benötigt, sodass wenn die Maus 110 auf
der Arbeits-Oberfläche 105 angeordnet ist, der
Mittelteil der Membran 610 nach oben in die Maus 110 gedrückt
wird und dies den Schalter oder anderen Sensor aktiviert. In der
in 6 gezeigten Ausführungsform
ist der Schalter unter Verwendung einer optischen Barriere 630 und
eines Verschließers 635 implementiert.
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In
einer Ausführungsform ist die Form der Membran 610 vom
Boden betrachtet kreisförmig. In einer Ausführungsform
gestattet das Anordnen der Membran 610 auf dem Niveau der
obe ren Oberfläche des Bodens 420 des Gehäuses,
dass die Verbindungsstelle 625 der Membran 610 (beispielsweise der
Schweiß- oder Klebebereich) versteckt ist. Für eine
solche Anordnung der Membran 610 ist ein dickeres Abstandselement 620 auf
der Bodenseite erforderlich.
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7A zeigt
eine typische optische Barriere 630 und einen Verschließer 635 mehr
im Detail. Vor der LED (oder irgendeiner anderen Art von Lichtquelle) 710 befindet
sich eine schlitzförmige Apparatur 720. Wenn in
einer Ausführungsform eine digitale Ausgabe benötigt
wird, ist der Rand des Verschließers 635 parallel
zu der Länge des Schlitzes. Dadurch ändert sich
das von dem Sensor 730 empfangene Licht im Zuge einer geringen
Bewegung des Verschließers 653, die gleich der
Breite des Schlitzes 720 ist (z. B. 0,3 mm oder weniger)
sehr scharf. In einer alternativen Ausführungsform ist
es möglich, wenn eine Fähigkeit benötigt
wird, die Höhe des Abhebens zu einem? gewissen Grad zu
messen, einen schrägen Rand an dem Verschließer 635 vorzusehen,
wie dies in 7B gezeigt ist, sodass
ein viel größere Bewegung benötigt wird,
um das von dem Sensor 730 empfangene Licht von 100% auf
0% zu ändern. In einer anderen Ausführungsform
wird, wenn ein analoger Wert benötigt wird, ein PSD oder ein
lineares Array als Sensor 730 anstelle eines einzelnen
Fototransistors verwendet.
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In
einer anderen Ausführungsform kann anstatt eine Barriere
zu verwenden, ein einfacher-Reflektions-Opto-Sensor verwendet werden,
wobei Licht von der Oberseite der Membran oder einem zusätzlichen
Teil, welches daran befestigt ist, reflektiert wird. Dies ist einfacher
zu montieren, als der schräge Verschließer 635.
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Mehrere Änderungen
an dem oben beschriebenen Prinzip sind möglich. Beispielsweise
kann die Position des Kolbens auf eine oder mehrere Arten ermittelt
werden, z. B. unter Verwendung einer optischen Barriere, eines Mikroschalters,
eines Magnets oder eines Magnetsensors (z. B. eines Hall-Sensors, eines
magneto-resistiven Sensors, eines Reed-Schalters etc.), eines Folienschalters
oder eines kraftempfindlichen Sensors (FSR, Force Sensitive Resistor),
ohne darauf beschränkt zu sein. In einer Ausführungsform
kann eine optische Barriere schräg zwischen einer Quelle
und einem Detektor angeordnet sein, wodurch eine progressive Detektion
eines Abhebens gestattet wird (Höhenmessung).
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Es
versteht sich, dass Ausführungsformen, die eine auf einer
Membran basierende Lösung verwenden, unabhängig
von der Eigenschaft der Arbeits-Oberfläche 105 arbeiten.
Beispielsweise sind bei einem Verschließer 635 die
Eigenschaften (z. B. Farbe etc.) des sich bewegen den Teils immer
die gleichen, wodurch eine einfache Kalibrierung und eine präzisere
und konsistentere Abstandsmessung gestattet werden.
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Einstellbarkeit/individuelle Einstellung/Höhendetektion
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Wie
oben an zahlreichen Stellen erörtert wurde, kann eine Abhebe-Detektion,
die unter Verwendung einiger oder aller oben beschriebenen Techniken
implementiert ist, eingestellt und/oder individualisiert werden.
Darüber hinaus kann das Ausmaß oder der Grad des
Abhebens von der Oberfläche 105 detektiert werden.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung wird eine Messung der Höhe des Abhebens für
verschiedene Zwecke verwendet, die nicht im Zusammenhang mit dem
Tracking einer Verlagerung des Eingabegeräts bezüglich
einer Oberfläche stehen.
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In
einer Ausführungsform kann diese Ermittlung des Ausmaßes
des Abhebens dann verwendet werden, um die Abhebe-Detektion individuell
einzustellen. Beispielsweise können ein oder mehrere Parameter
oder Schwellwerte festgesetzt werden, bei denen kein Abheben registriert
wird, wenn das Ausmaß des Abhebens von der Oberfläche 105 geringer als
der Schwellenwert ist. Ein Beispiel für einen geeigneten
Schwellenwert wäre einer, der die Abhebefunktion in einer
opto-mechanischen Maus nachbildet, wie oben diskutiert wurde. Beispielsweise
führt in einer Ausführungsform das Abheben der
Maus 110 um 1 mm oder 2 mm dazu, dass die Maus 110 keine Verlagerungsmeldungen
sendet. Andererseits hört die Maus 110 nicht auf,
Verlagerungsmeldungen zu senden, wenn sie um 0,1 mm abgehoben wird,
denn wenn solche kleinen Abhebevorgänge detektiert werden,
führt dies dazu, dass Variationen in der Arbeits-Oberfläche 105 als
Abhebeereignisse erscheinen. In einer Ausführungsform wird
solche ein Schwellenwert vom Hersteller des Eingabegeräts 110 definiert.
In einer anderen Ausführungsform wird solch ein Schwellenwert
durch einen Nutzer definiert. Dies bietet dem Nutzer des optischen
Geräts 110 die Möglichkeit, die Abhebe-Detektion
für das Eingabegerät 110 individuell
einzustellen.
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Anstatt
einen Schwellenwert zu nehmen, ist gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine verfeinerte
Einstellung ebenfalls möglich. Beispielsweise können
unterschiedliche Skalierungsfaktoren für die detektierte
X-Y-Verlagerung verwendet werden, basierend auf der Höhe
des Eingabegeräts 110 bezüglich der Oberfläche 105.
Man beachte, dass die X- Y-Verlagerung auf irgendeine Weise detektiert
werden kann (z. B. optisch, optisch-mechanisch, rein mechanisch
etc.) und das Abheben kann ebenfalls auf irgendeine Weise detektiert werden
(z. B. Strahl-Triangulation, kapazitive Abhebe-Detektion, mit mechanischem
Kolben etc.).
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Die
Individualisierung/Einstellbarkeit der Abhebe-Detektion ist insbesondere
in bestimmten Szenarios nützlich, wie beispielsweise solchen,
die unebene Oberflächen verwenden und solchen, die die Verwendung
des Eingabegeräts 110 für Spiele einbeziehen.
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Ferner
kann eine solche Individualisierbarkeit/Einstellbarkeit des Eingabegeräts 110 für
andere Zwecke als die Optimierung der X-Y-Bewegung des Cursors auf
einem zugehörigen Display verwendet werden. In einer Ausführungsform
kann das Verhalten des Eingabegeräts 110 in Abhängigkeit
von der Höhe des Abhebens von der Oberfläche 105 unterschiedlich
modifiziert werden. Ein Flussdiagramm, welches dies illustriert,
ist in 8 gezeigt. Die Höhe des Eingabegerätes
oberhalb der Oberfläche 105 wird berechnet (Schritt 810).
Dann wird ermittelt (Schritt 820), ob diese Höhe
größer als ein erster Schwellenwert ist. Wenn
dies nicht der Fall ist, wird die Arbeit in dem normalen X-Y-Tracking-Modus
fortgeführt (Schritt 860) und die Höhe
des Eingabegeräts über der Oberfläche
wird nach einem Zeitintervall, wie oben diskutiert, wiederum berechnet
(Schritt 810), wie durch ENDE und die gestrichelten Linien angezeigt
ist.
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Wenn
die Höhe des Eingabegeräts 110 über der
Oberfläche 105 größer als der
erste Schwellenwert ist, wird ermittelt (Schritt 830),
ob die Höhe größer als ein zweiter Schwellenwert
ist. Wenn ermittelt wird, dass die Höhe nicht höher
als der zweite Schwellenwert ist, wird das Verhalten des Eingabegeräts 110 auf
eine erste Weise modifiziert (Schritt 840). Die erste Modifikation
kann beispielsweise darin bestehen, ein Abheben zu registrieren
und die Bewegung des Cursors zu optimieren (z. B. den Cursor nicht
auf einem zugehörigen Display zu bewegen, selbst wenn das
Eingabegerät sich relativ zur Oberfläche 105 in
einer dazu parallelen Ebene bewegt). Wenn festgestellt wird (Schritt 830),
dass die Höhe größer als der zweite Schwellenwert
ist, wird das Verhalten des Eingabegeräts 110 auf
eine andere Weise modifiziert (Schritt 850). Beispielsweise
ist in einer Ausführungsform solch eine Einstellbarkeit
nützlich für ein Gerät, welches sowohl
auf einer Oberfläche als auch in der Luft arbeiten kann.
Solch ein Gerät ist in der ebenfalls anhängigen
Anmeldung Nr. US 11/455,230 mit dem Titel „Pointing Device
for Use in Air with Improved Cursor Control and Battery Life", einge reicht
am 16. Juni 2006 der selben Anmelderin beschrieben und wird in ihrer
Gesamtheit durch Bezugnahme in die vorliegende Offenbarung aufgenommen.
Wie oben erwähnt wurde, kann ein Abheben, welches größer
als der erste Schwellenwert aber kleiner als der zweite Schwellenwert
ist, verwendet werden, um das Gerät als Oberflächen-Gerät
zu verwenden und ein Abheben zu registrieren. Wenn das Ausmaß des
Abhebens groß ist (z. B. größer als der
zweite Schwellenwert), wird kein Abheben registriert, sondern ein
Abheben in einem derart großen Ausmaß wird als
Auslöser verwendet, zu registrieren, dass das Gerät
nun in dem Luft-Modus betrieben wird.
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In
einer Ausführungsform können zusätzliche
Schwellenwerte gesetzt werden. Man stelle sich beispielsweise drei
Höhenschwellenwerte T1, T2 und T3 vor, wobei T3 > T2 > T1. Wenn in einer
Ausführungsform die Höhe des Eingabegeräts 110 über
der Oberfläche geringer als T1 ist, wird nichts unternommen.
Wenn die Höhe des Eingabegeräts 110 größer als
T1 aber kleiner als T2 ist, wird ein Abheben registriert und die
Cursor-Bewegung, die durch die X-Y-Verlagerung des Eingabegeräts 110 erzeugt wird,
wird optimiert (z. B. auf Null gesetzt). Wenn die Höhe
des Eingabegeräts 110 größer
als T2 und kleiner als T3 ist, wird irgendeine Aktion vorgenommen, die
vom Tracking verschieden ist. Beispiele für solche vom
Tracking verschiedene Aktionen sind an anderen Orten beschrieben.
Wenn die Höhe des Eingabegeräts 110 größer
als T3 ist, kann ein anderer Algorithmus für die Tracking-Bewegung
des Steuergeräts implementiert werden, wie beispielsweise
der Algorithmus für den Betrieb in der Luft, der in der
ebenfalls anhängigen Anmeldung Nr. US 11/455,230 beschrieben
ist, die durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen
wird.
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Die
Höhe des Eingabegeräts 110 wird nach einem
gewissen Zeitintervall kontinuierlich berechnet (Schritt 810),
wie oben diskutiert wurde.
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Andere
Verwendungen einer solchen Abhebe-Detektion umfassen das Leistungsmanagement – wenn
beispielsweise ein bestimmter Schwellenwert des Ausmaßes
des Abhebens überschritten wird, kann festgestellt werden,
dass das Eingabegerät 110 nicht unmittelbar für
Zwecke der Cursorsteuerung verwendet wird, und nicht benötigte
Module (z. B. das optische Tracking-Modul) können ausgeschaltet
werden. Ferner können solche Module dann eingeschaltet
werden, wenn sich das Ausmaß des Abhebens verringert, wodurch
impliziert wird, dass das optische Gerät sich einer Oberfläche 105 annähert
und dadurch in Kürze benutzt werden kann. Das Leistungs-Management
wird somit nahtlos sein und nicht mit der Verwendung des Eingabegeräts 110 durch den
Nutzer interferieren.
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Manche
Beispiele von Aktionen, die vom Tracking verschieden sind und mit
der Höhendetektion assoziiert sind, umfassen unterschiedliche
Aktionen, die basierend auf dem Ausmaß des Abhebens vorgenommen
werden können. Beispielsweise kann gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine visuelle
Rückkopplung für den Nutzer bereitgestellt werden,
die das Ausmaß des Abhebens des Eingabegeräts 110 anzeigt
(beispielsweise dadurch, dass unterschiedliche Pointerformen vorhanden
sind, die unterschiedlichen Höhenniveaus entsprechen, LED-Anzeiger,
Balkendiagramme und dergleichen). In anderen Ausführungsformen
können spezifische Aktionen in Abhängigkeit von
der Softwareanwendung vorgenommen werden, die der Nutzer verwendet,
basierend auf dem Ausmaß des detektieren Abhebens (z. B.
kann ein Auslöse-Ereignis der Anwendungs-Steuerung zugewiesen
sein). Beispielsweise bewegt bzw. verschiebt das Eingabegerät 110 wenn
es etwas abgehoben wird das zugehörige Display statt den
Cursor zu bewegen (sog. „Panning"). In einer Ausführungsform ändert
sich die Form des Cursors automatisch vom Pfeil- zum Hand-Icon.
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Noch
andere Beispiele von Anwendungen der Höhendetektion umfassen
die Verwendung von „Gesten" (z. B. Panning bzw. Verschieben
oder Schwenken des Bildschirmes, Zoomen etc.) des Eingabegeräts,
um Befehle und/oder Funktionen durchzuführen (z. B. Ändern
einer Lautstärke basierend darauf etc.). Beispiele für
solche Gesten sind in der ebenfalls anhängigen Anmeldung
Nr. 11/455,230 enthalten, die durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung
aufgenommen wird.
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Andere
Beispiele von Anwendungen der Einstellbarkeit umfassen spezifische
Verwendungen des Eingabegeräts 110, wie beispielsweise
die Verwendung des Eingabegeräts für Computerspiele.
Computerspieler wünschen sich eine sehr schnelle Reaktionszeit.
Um das schnellere Re-Zentrieren des Cursors zu gestatten, können
die Computerspiele die Auslöse-Höhe zum Registrieren
als Abheben verringern. Man beachte, dass diese Liste von Anwendungen
der Individualisierbarkeit/Einstellbarkeit der Abhebe-Detektion
nicht den Anspruch erhebt, erschöpfend zu sein, sondern
lediglich der Illustration dient. Noch ein weiteres Beispiel von
Anwendungen der Einstellbarkeit/Individualisierbarkeit umfasst die
Verwendung der Höhen-Information als Steuer- oder Regelschleife
für eine adaptive Optik, beispielsweise für den
Fall einer konfigurierbaren Maus, deren exakte Form (und damit die
Höhe des Tracking-Systems) von dem Nutzer festgelegt wird.
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Obwohl
bestimmte Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden
Erfindung illustriert und beschrieben wurden, versteht es sich,
dass die Erfindung nicht auf die exakte Konstruktion und die hier
offenbarten Komponenten beschränkt ist. Beispielsweise
kann ein Eingabegerät gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine Fernbedienung sein, die verwendet
wird, um Komponenten eines Multi-Media-Systems des Nutzer zu steuern
(z. B. ein Fernsehgerät, einen DVD-Player etc.). Um ein
weiteres Beispiel zu geben, kann ein jedes der oben beschriebenen
Abhebe-Detektions-Verfahren (z. B. kapazitive Abhebe-Detektion)
mit Aspekten von anderen Verfahren (z. B. elastische Membran) kombiniert
werden. Verschiedene andere Modifikationen, Änderungen
und Variationen, die dem Fachmann offensichtlich sind, können
an der Anordnung, dem Betrieb und den Details des Verfahrens und
der Vorrichtung der hier offenbarten vorliegenden Erfindung vorgenommen
werden, ohne den Rahmen und den Geist der Erfindung zu verlassen,
wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5288993 [0037]
- - US 5703356 [0037]
- - US 6788875 [0071]