DE102012021768B4

DE102012021768B4 - Steuerungssystem für ein mehrfeld-eingabegerät

Info

Publication number: DE102012021768B4
Application number: DE102012021768.4A
Authority: DE
Inventors: Julien Piot; Baptiste Merminod; Niall White; Stephen Harvey; Frederic Fortin; Mathieu Meisser; Nicolas Ramond; Olivier Mathis; Regis Croisonnier; Christoph Dayer
Original assignee: Logitech Europe SA
Current assignee: Logitech Europe SA
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2032-11-08
Also published as: DE102012021839A1; CN103105949B; US20130120262A1; CN103105950A; DE102012021760B4; CN103105947A; DE102012021760A1; DE102012021768A1; US9367146B2; US20130120259A1; CN103105948B; DE102012021771A1; US9201559B2; US9182833B2; CN103105949A; US20130120261A1; CN103105948A; US20130120260A1; CN103105950B; US9489061B2

Abstract

Berührungssensorsystem, das Folgendes aufweist:eine Berührungssteuerung (3110) mit einem ersten Verbinder (3120) und einem zweiten Verbinder (3122);mehrere voneinander unabhängige Sensorfelder (3010, 3012, 3014), wobei jedes Sensorfeld von den anderen Sensorfeldern durch zumindest einen Abstand getrennt ist, der ein Aktivieren jedes Sensorfeldes durch einen separaten Benutzerfinger ermöglicht;mehrere Ansteuerleitungen, wobei jede Ansteuerleitung mit dem ersten Verbinder (3120) der Berührungssteuerung (3110) und mit jedem der mehreren Sensorfelder (3010, 3012, 3014) so verbunden ist, dass jedes der Sensorfelder (3010, 3012, 3014) mit denselben Ansteuerleitungen versorgt wird; undmehrere Sätze von Erfassungsleitungen, die mit dem zweiten Verbinder (3122) der Berührungssteuerung (3110) verbunden sind, wobei jeder der Sätze der mehreren Sätze von Erfassungsleitungen mit einem der mehreren voneinander unabhängigen Sensorfelder (3010, 3012, 3014) verbunden ist, wobei unterschiedliche Gruppen von Erfassungsleitungen unabhängig voneinander mit verschiedenen Sensorfeldern verbunden sind;wobei die mehreren Ansteuerleitungen und Sätze von Erfassungsleitungen in jedem der mehreren voneinander unabhängigen Sensorfelder (3010, 3012, 3014) eine Matrix ausbilden und die Matrix in jedem Sensorfeld mehrere Überkreuzungen von Ansteuer- und Erfassungsleitungen in zwei Dimensionen ausbildet, die eine Erfassung eines Fingers an jeder der Überkreuzungen ermöglichen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Einige Computermäuse umfassen eine Rolle bzw. ein Rad, das von einem Benutzer mit einem Finger gedreht werden kann. Eine solche Rolle wird üblicherweise zum Scrollen verwendet. Ein Beispiel hierfür ist in US 6 157 369 A von Logitech angegeben, wobei der mit dem Hintergrund befasste Abschnitt des Patents weitere Beispiele beschreibt. Einer der Nachteile einer Rolle besteht darin, dass es sich um ein mechanisches Element handelt, das als solches zu einem mechanischen Versagen neigt, da es gegenüber Schmutz und Erschütterungen empfindlich ist. Außerdem kann dessen Größe die Integration in einige Gestaltungsfaktoren, wie beispielsweise eine Maus mit sehr niedrigem Profil, erschweren.
Andere Patente, die eine Rolle oder ein Rad beschreiben, umfassen die US 5 530 455 A und US 5 473 344 A. US 5 530 455 A beschreibt ferner ein Bestimmen der Scrollgeschwindigkeit durch die Treibersoftware der Maus, sowie ein Umschalten zwischen einem zeilenweisen Scrollen und einem seitenweisen Scrollen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit.
Trotz des bei Zeigegeräten erzielten Fortschritts, besteht ein technisches Bedürfnis an mit Eingabeeinrichtungen in Beziehung stehenden verbesserten Verfahren und Systemen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf Steuerungsgeräte für Computer. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Eingabegerät, das mehrere berührungsempfindliche Festkörperfelder aufweist. Die Anwendung der Erfindung auf eine Computermaus mit mehreren Berührungsfeldern, die fortgeschrittene Gesten ermöglicht, stellt lediglich ein Beispiel dar. Die Verfahren und Techniken können auf verschiedenste andere Steuerungssysteme einschließlich Joysticks, Präsentationssteuerungen und dergleichen angewandt werden.
Erfindungsgemäß wird ein Berührungssensorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Eingabegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Ein Zeigegerät umfasst ein Gehäuse zum Abstützen einer Hand eines Benutzers und einen in dem Gehäuse angebrachten Zeigesensor zum Ermöglichen eines Zeigesignals. Das Zeigegerät umfasst ferner einen ersten Abschnitt des Gehäuses, der zur Aufnahme eines ersten Fingers des Benutzers betrieben werden kann, und einen ersten Festkörperberührungssensor, der in dem ersten Abschnitt angeordnet ist und zum Erfassen einer Bewegung des ersten Fingers entlang des ersten Abschnitts betrieben werden kann. Das Zeigegerät umfasst ferner einen zweiten Abschnitt an dem Gehäuse, der zur Aufnahme eines zweiten Fingers des Benutzers betrieben werden kann, und einen zweiten Festkörperberührungssensor, der in dem zweiten Abschnitt angeordnet ist und zum Erfassen einer Bewegung des zweiten Fingers entlang des zweiten Abschnitts betrieben werden kann.
Ein Peripheriegerät zur Cursorsteuerung umfasst ein Gehäuse, das zum Abstützen einer Hand eines Benutzers ausgebildet ist, und einen Sensor, der zum Überwachen einer Bewegung des Gehäuses in zwei Dimensionen betreibbar ist. Das Peripheriegerät zur Cursorsteuerung umfasst ferner ein erstes Berührungsfeld (touch pad), das in dem Gehäuse und während eines Betriebs benachbart zu einem ersten Finger der Hand des Benutzers angeordnet ist, und ein zweites Berührungsfeld, das in dem Gehäuse und während eines Betriebs benachbart zu einem zweiten Finger der Hand des Benutzers angeordnet ist.
Es wird auch Verfahren zum Betreiben einer Computermaus angegeben, die einen Zeigesensor, mehrere Berührungsfelder und einen Näherungssensor aufweist. Das Verfahren umfasst ein Versetzen der Computermaus in einen passiven Betriebszustand und ein Überwachen des Zeigesensors, um einen Bewegungswert zur Verfügung zu stellen. Das Verfahren umfasst ferner ein Überwachen der mehreren Berührungsfelder, um mehrere Berührungswerte zur Verfügung zu stellen, sowie ein Überwachen des Näherungssensors, um einen Näherungswert zur Verfügung zu stellen. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen einer Zunahme des Näherungswerts, der mit einer Bewegung von zumindest eines Teils einer Hand eines Benutzers in Richtung zur Computermaus verknüpft ist, sowie ein Versetzen der Computermaus in einen aktiven Betriebszustand.
Es wird auch ein nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium angegeben, das mehrere computerlesbare Anweisungen enthält, die auf dem computerlesbaren Speichermedium in materieller Form enthalten sind, und die, bei Ausführung durch einen Datenprozessor einen Betrieb einer Computermaus ermöglichen, die einen Zeigesensor, mehrere Berührungsfelder und einen Näherungssensor aufweist. Die mehreren Anweisungen umfassen Anweisungen, die den Datenprozessor dazu veranlassen, die Computermaus in einen passiven Betriebszustand zu versetzen und Anweisungen, die den Datenprozessor dazu veranlassen, den Zeigesensor zum zur Verfügung Stellen eines Bewegungswertes zu überwachen. Die mehreren Anweisungen umfassen auch Anweisungen, die den Datenprozessor zum Überwachen der mehreren Berührungsfelder für das zur Verfügung Stellen von mehreren Berührungswerten veranlassen und Anweisungen, die den Datenprozessor zum Überwachen des Näherungssensors für das zur Verfügung Stellen eines Näherungswerts veranlassen. Die mehreren Anweisungen umfassen ferner Anweisungen, die den Datenprozessor dazu veranlassen, eine mit einer Bewegung von mindestens einem Teil einer Hand eines Benutzers in Richtung der Computermaus verknüpfte Zunahme des Näherungswerts zu bestimmen und Anweisungen, die den Datenprozessor dazu veranlassen, die Computermaus in einen aktiven Betriebszustand zu versetzen.
Das Eingabegerät umfasst ein Gehäuse zum Abstützen einer Hand eines Benutzers und einen in dem Gehäuse angebrachten Verschiebungssensor zum zur Verfügung Stellen eines Verschiebungssignals. Das Eingabegerät umfasst ferner einen ersten Abschnitt des Gehäuses, der zur Aufnahme eines ersten Fingers des Benutzers betreibbar ist, und einen Festkörperberührungssensor, der in dem ersten Abschnitt angeordnet ist und zum Erfassen einer Bewegung des ersten Fingers entlang des ersten Abschnitts betrieben werden kann. Das Eingabegerät umfasst ferner einen zweiten Abschnitt auf dem Gehäuse, der zur Aufnahme eines zweiten Fingers des Benutzers betreibbar ist und einen zweiten Festkörperberührungssensor, der in dem zweiten Abschnitt angeordnet ist und zum Erfassen einer Bewegung des zweiten Fingers entlang des zweiten Abschnitts betrieben werden kann.
Das Eingabegerät umfasst ein Gehäuse zum Abstützen einer Hand eines Benutzers und einen in dem Gehäuse angebrachten Verschiebungssensor zum zur Verfügung Stellen eines Verschiebungssignals. Das Eingabegerät umfasst ferner einen ersten Abschnitt des Gehäuses, der eine erste Oberfläche aufweist und zur Aufnahme eines ersten Fingers des Benutzers betreibbar ist, sowie einen ersten Festkörperberührungssensor, der in dem ersten Abschnitt angeordnet und zum Erfassen einer Bewegung des ersten Fingers entlang des ersten Abschnitts betreibbar ist. Das Eingabegerät umfasst ferner einen zweiten Abschnitt auf dem Gehäuse, der eine zweite Oberfläche umfasst und zur Aufnahme eines zweiten Fingers des Benutzers betreibbar ist, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche nicht koplanar sind und ein zweiter Festkörperberührungssensor in dem zweiten Abschnitt angeordnet und zum Erfassen einer Bewegung des zweiten Fingers entlang des zweiten Abschnitts betreibbar ist.
Es wird auch ein Gerät angegeben, das ein Gehäuse, das zum Abstützen einer Hand eines Benutzers ausgebildet ist, und einen Sensor umfasst, der zur Überwachung einer Bewegung des Gehäuses in zumindest zwei Dimensionen betreibbar ist. Das Gerät umfasst ferner einen ersten Berührungssensor, der in dem Gehäuse und während des Betriebs benachbart zu einem ersten Finger der Hand des Benutzers angeordnet ist, und einen zweiten Berührungssensor, der in dem Gehäuse und während eines Betriebs benachbart zu einem zweiten Finger der Hand eines Benutzers angeordnet ist.
Es wird auch ein ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium angegeben, das mehrere computerlesbare Anweisungen umfasst, die auf dem computerlesbaren Speichermedium in materieller Form enthalten sind und die bei Ausführung durch einen Datenprozessor einen Betrieb eines Eingabegeräts ermöglichen. Die mehreren Anweisungen umfassen Anweisungen, die einen Datenprozessor dazu veranlassen, das Eingabegerät in einen passiven Betriebszustand zu versetzen, und Anweisungen, die den Datenprozessor zum Überwachen eines Verschiebungssensors des Eingabegeräts für ein zur Verfügung Stellen eines Bewegungswerts veranlassen. Die mehreren Anweisungen umfassen ferner Anweisungen, die den Datenprozessor zum Überwachen von mehreren Berührungsfeldern des Eingabegeräts veranlassen, um mehrere Berührungswerte bereitzustellen, und Anweisungen, die den Datenprozessor zum Überwachen eines Näherungssensors des Eingabegeräts für ein zur Verfügung Stellen eines Näherungswerts veranlassen. Die mehreren Anweisungen umfassen ferner Anweisungen, die den Datenprozessor zur Erfassung einer Zunahme des Näherungswerts veranlassen, und Anweisungen, die den Datenprozessor dazu veranlassen, die Computermaus in einen aktiven Betriebszustand zu versetzen.
Es wird auch ein Berührungssensorsystem angegeben, das eine Berührungssteuerung umfasst, die einen ersten Verbinder und einen zweiten Verbinder, sowie mehrere Sensorfelder aufweist. Das Berührungssensorsystem umfasst ferner mehrere Ansteuerleitungen, die mit dem ersten Verbinder der Berührungssteuerung und den mehreren Sensorfeldern verbunden sind, und mehrere Sätze von Erfassungsleitungen, die mit dem zweiten Verbinder der Berührungssteuerung verbunden sind. Jeder Satz der mehreren Sätze von Erfassungsleitungen ist mit einem der mehreren Sensorfelder verbunden.
Ein Eingabegerät umfasst ein zum Abstützen einer Hand eines Benutzers ausgebildetes Gehäuse und einen Sensor, der zur Überwachung einer Bewegung des Gehäuses in zwei Dimensionen betreibbar ist. Das Eingabegerät umfasst ferner ein im Gehäuse angeordnetes erstes Berührungsfeld und ein in dem Gehäuse angeordnetes zweites Berührungsfeld. Das Eingabegerät umfasst ferner einen mit dem ersten Berührungsfeld und dem zweiten Berührungsfeld elektrisch verbundenen Mikroprozessor, sowie mehrere Ansteuerleitungen, die mit dem Mikroprozessor verbunden sind und sich über das erste Berührungsfeld und das zweite Berührungsfeld erstrecken. Außerdem umfasst das Eingabegerät mehrere Sätze von Erfassungsleitungen, die mit dem Mikroprozessor verbunden sind. Ein erster Satz der mehreren Sätze von Erfassungsleitungen ist mit dem ersten Berührungsfeld elektrisch verbunden, und ein zweiter Satz der mehreren Sätze von Erfassungsleitungen ist mit dem zweiten Berührungsfeld elektrisch verbunden.
Ein weiteres Verfahren umfasst ein Versorgen eines jeden der mehreren Sensorfelder mit einem Satz gemeinsamer Ansteuerungssignale unter Verwendung von mehreren Ansteuerleitungen und ein Empfangen eines ersten Satzes von Erfassungssignalen von einem ersten Sensorfeld der mehreren Sensorfelder an einer Berührungssteuerung unter Verwendung eines ersten Satzes von Erfassungsleitungen der mehreren Sätze von Erfassungsleitungen. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen eines zweiten Satzes von Erfassungssignalen von einem zweiten Sensorfeld der mehreren Sensorfelder an der Berührungssteuerung unter Verwendung eines zweiten Satzes von Erfassungsleitungen der mehreren Erfassungsleitungen.
Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines Eingabegeräts in Verbindung mit einem Wirtsgerät angegeben. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen, ob sich das Eingabegerät in einem stationären Zustand befindet und ein Empfangen eines ersten Signals von dem ersten Sensorfeld des Eingabegeräts. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen einer Eingabeanweisung auf Basis einer Bestimmung, dass sich das Eingabegerät im stationären Zustand befindet, sowie des ersten Signals, und ein Übertragen eines mit der Eingabeanweisung von dem Eingabegerät verknüpften Signals an das Wirtsgerät.
Ein Verfahren umfasst ein zur Verfügung Stellen eines Eingabegeräts, das einen Bewegungssensor und mehrere zweidimensionale Berührungsfelder aufweist, und ein Bestimmen, ob sich das Eingabegerät in einem stationären Zustand befindet. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen eines ersten Berührungssignals von den mehreren zweidimensionalen Berührungsfeldern. Das erste Berührungssignal ist mit einer Drehung im Uhrzeigersinn und/oder gegen den Uhrzeigersinn verknüpft. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen eines zweiten Berührungssignals von einem anderen der mehreren zweidimensionalen Berührungsfelder. Das zweite Berührungssignal ist mit einer horizontalen Scrollbewegung verknüpft. Außerdem umfasst das Verfahren ein Übertragen eines mit einer Vorwärtsaktion und/oder einer Rückwärtsaktion verknüpften Steuersignals an ein elektronisches Gerät.
Ein weiteres Verfahren umfasst ein Versetzen des Eingabegeräts in einen passiven Betriebszustand und ein regelmäßiges Überwachen eines Verschiebungssensors des Eingabegeräts. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen eines Hinweises auf eine Verschiebung des Verschiebungssensors und ein Versetzen des Eingabegeräts in einen durch ein Energieverbrauchsniveau gekennzeichneten aktiven Betriebszustand. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen, dass seit dem Empfangen des Hinweises auf eine Verschiebung eine vorgegebene Zeitspanne vergangen ist, und ein Versetzen des Eingabegeräts in einen zweiten aktiven Betriebszustand, der durch ein gegenüber dem Energieverbrauchsniveau niedrigeres zweites Energieverbrauchsniveau gekennzeichnet ist. Außerdem umfasst das Verfahren ein periodisches Überwachen von einem oder mehreren von mehreren Berührungssensoren, ein Empfangen eines Hinweises auf eine Eingabe von dem einen oder den mehreren der mehreren Berührungssensoren und ein Versetzen des Eingabegeräts in den aktiven Betriebszustand.
Ein weiteres Verfahren umfasst ein Versetzen eines Geräts in einen ersten Betriebszustand, der durch eine erste Bewegungsrahmenfrequenz (motion frame rate) und eine erste Berührungsrahmenfrequenz (touch frame rate) gekennzeichnet ist, Empfangen eines Signals von einem Sensor, das eine Bewegung des Geräts angibt, und Versetzen des Geräts in einen zweiten Betriebszustand, der durch eine zweite Bewegungsrahmenfrequenz gekennzeichnet ist, die höher ist als die erste Bewegungsrahmenfrequenz. Das Verfahren umfasst auch ein Bestimmen, dass nach dem Empfangen eines eine Bewegung des Geräts anzeigenden Signals von dem Sensor eine vorgegebenen Zeitspanne vergangen ist, und ein Versetzen des Geräts in den ersten Betriebszustand. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen eines eine Berührung des Geräts anzeigenden Signals von einem Sensor und ein Versetzen des Geräts in einen dritten Betriebszustand, der durch eine zweite Berührungsrahmenfrequenz gekennzeichnet ist, die höher als die erste Berührungsrahmenfrequenz ist.
Ein weiteres Verfahren umfasst ferner ein Versetzen eines Geräts in einen ersten Betriebszustand, der durch eine erste Bewegungsrahmenfrequenz und eine erste Berührungsrahmenfrequenz gekennzeichnet ist, ein Empfangen eines ersten, eine Aktivierung eines Berührungssensors des Geräts anzeigenden Signals und ein Versetzen des Geräts in einen zweiten Betriebszustand, der durch eine zweite Berührungsrahmenfrequenz gekennzeichnet ist, die höher ist als die erste Berührungsrahmenfrequenz. Das Verfahren umfasst auch ein Bestimmen, dass seit dem Empfangen des ersten Signals eine vorgegebene Zeitspanne vergangen ist und ein Versetzen des Geräts in den ersten Betriebszustand. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen eines zweiten, eine Bewegung des Geräts anzeigenden Signals und ein Versetzen des Geräts in einen dritten Betriebszustand, der durch eine zweite Bewegungsrahmenfrequenz gekennzeichnet ist, die höher als die erste Bewegungsrahmenfrequenz ist.
Ein weiteres Verfahren umfasst ein zur Verfügung Stellen eines Eingabegeräts, das einen Bewegungssensor, mehrere Berührungsfelder und einen Näherungssensor aufweist, ein Versetzen des Eingangsgeräts in einen passiven Betriebszustand und ein Überwachen des Bewegungssensors zum zur Verfügung Stellen eines Bewegungswerts. Das Verfahren umfasst ferner ein Überwachen der mehreren Berührungsfelder zum zur Verfügung Stellen von mehreren Berührungswerten und ein Überwachen des Näherungssensors zum zur Verfügung Stellen eines Näherungswerts. Das Verfahren umfasst ferner ein Erfassen einer Zunahme des Näherungswerts und ein Versetzen des Eingabegeräts in einen aktiven Betriebszustand.
Die vorliegende Erfindung weist gegenüber den herkömmlichen Techniken zahlreiche Vorteile auf. Zum Beispiel ermöglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Periphergeräte zur Cursorsteuerung, wie beispielsweise Computermäuse, die im Vergleich zu herkömmlichen Gestaltungen eine größere Funktionalität aufweisen. Außerdem ermöglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Verfahren und Systeme, die den Energieverbrauch verringern und die Lebensdauer von Batterien erhöhen. Das Ermöglichen von natürlichen und intuitiven Mehrfingergesten unter Verwendung der hierin beschriebenen mehreren Berührungsfelder stellt lediglich ein Beispiel dar. Diese und andere Ausführungsformen der Erfindung sind zusammen mit vielen ihrer Vorteile und Merkmale in Verbindung mit dem nachstehenden Text und den beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben.
Figurenliste

1 stellt eine perspektivische Ansicht einer Maus mit einem Festkörpersensorgraben dar.
2 stellt eine Seitenansicht der Maus von 1 dar.
3 zeigt eine grafische Darstellung eines kreuzförmigen Grabens zum horizontalen und vertikalen Scrollen.
4 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Zeigesensorvorrichtung in Verbindung mit der Festkörperrolle und einem Lautsprecher.
5A bis 5C veranschaulichen unterschiedliche Elektrodenanordnungen.
5D stellt ein Signalverlaufsdiagramm eines Sensorausgangs für eine wie in 5A gezeigte Elektrodenanordnung dar.
6 stellt ein Blockschaltbild eines kapazitiven Erfassungsschaltkreises dar.
7A und 7B sind Blockdiagramme zur Veranschaulichung des kapazitiven Erfassungsvorgangs.
8 stellt ein Schaltbild zur Veranschaulichung eines kapazitiven Erfassungsschaltkreises mit einer Abwärts-Klemmschaltung dar.
9 stellt ein Zeitverlaufsdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise des Schaltkreises von 8 dar.
10 stellt ein Schaltbild zur Veranschaulichung eines kapazitiven Erfassungsschaltkreises mit einer Aufwärtsklemmung dar.
11 stellt ein Zeitverlaufsdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise eines Schaltkreises von 10 dar.
12 stellt ein Schaltbild eines kapazitiven Erfassungsschaltkreises dar, der sowohl eine Aufwärtsklemm- als auch eine Abwärtsklemmmöglichkeit aufweist.
13, 14 und 15 stellen Zeitverlaufsdiagramme zur Veranschaulichung der Betriebsweise des Schaltkreises von 12 dar.
16 stellt eine grafische Darstellung eines kapazitiven Erfassungsschaltkreises dar.
17 stellt ein Zeitverlaufsdiagramm zur Veranschaulichung eines paarweisen Abtastens während einer Periode der Stromversorgungsfrequenz dar.
18 zeigt eine grafische Darstellung eines alternativen Sensors mit einer einseitigen Zickzackelektrode.
19 stellt ein Ersatzschaltbild für die Ausführungsform von 18 dar.
20 stellt eine beschnittene Querschnittsansicht eines Fingers auf den Elektroden von 18 dar.
21A bis 21C stellen Zeitverlaufsdiagramme zur Veranschaulichung des Betriebes des Schaltkreises von 18 dar.
22 stellt ein Zeitverlaufsdiagramm zur Veranschaulichung der Verwendung einer Phasenmodulation bei dem Schaltkreis von 18 dar.
23 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Ausführungsform von 18 unter Verwendung einer Quadraturstruktur.
24 stellt eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Zeigegeräts dar, das mehrere Berührungssensoren umfasst.
25A stellt eine vereinfachte Draufsicht auf ein Zeigegerät dar, das zwei Berührungsfelder umfasst.
25B bis 25D veranschaulichen Funktionen, die mit dem in veranschaulichten Zeigegerät verknüpft sind.
26 stellt eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Zeigegeräts dar, das querverlaufende Berührungsfelder aufweist.
27A stellt eine vereinfachte Draufsicht auf ein Zeigegerät der vorliegenden Erfindung dar, das Scrollräder aufweist.
27B stellt eine vereinfachte perspektivische Zeichnung des in 27A veranschaulichten Zeigegeräts dar.
28A stellt eine vereinfachte Zeichnung zur Veranschaulichung eines Zeigegeräts dar, das mehrere Berührungsfelder aufweist.
28B zeigt eine Gestentabelle, die Ergebnisse darstellt, die auf Basis von mehreren Eingaben erzielt werden.
29 stellt ein vereinfachtes Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens für den Betrieb eines Peripheriegeräts zur Cursorsteuerung dar.
30A stellt eine perspektivische Ansicht eines Zeigegeräts dar, das mehrere Berührungsfelder aufweist.
30B stellt eine Querschnittsansicht des in 30A veranschaulichten Zeigegeräts dar.
31 stellt ein vereinfachtes Blockschaltbild zur Veranschaulichung von Komponenten eines Berührungssteuerungssystems dar.
32A stellt eine vereinfachte schematische grafische Darstellung von Komponenten eines Berührungssensorsystems dar.
32B stellt eine vereinfachte Draufsicht auf einen Abschnitt einer flexiblen gedruckten Schaltung dar.
33 stellt eine vereinfachte schematische grafische Darstellung zur Veranschaulichung von mehreren Berührungssensoren und Berührungssteuerungen dar; und
34A bis 34D stellen Zustandsdiagramme zur Veranschaulichung von Zustandsmaschinen dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Festkörperrolle ermöglicht, dass die Rolle auf einem Gehäuse mit einer beliebigen Form untergebracht werden kann. Ein Graben oder eine andere konvexe Form kann verwendet werden. Alternativ kann eine konkave Form verwendet werden. Eine konkave Form kann zum Unterbringen des Sensors auf der Seite einer Maus zur Aktivierung mit einem Daumen verwendet werden. Das hierin beschriebene Festkörperdesign ermöglicht, dass der Sensor auf einer Oberfläche beliebiger Form platziert werden kann, wie beispielsweise einer die in zwei Richtungen eine Krümmung aufweist. Daher kann es einfach der Kontur der Maus oder eines anderen Zeigegeräts folgen. Dies ermöglicht eine Gestaltung des Zeigegeräts nach ästhetischen oder ergonomischen Gesichtspunkten, wobei eine Festkörperrolle hinzugefügt werden kann, ohne dass die Form geändert werden muss.
Es werden verschiedenste Gestaltungsformen abgedeckt. Ein gekrümmter Graben mit einer an die Hand angepassten Krümmung schafft eine Stützoberfläche, die niedriger als die der beiden benachbarten Oberflächen ist. Dies verringert die Belastung des Scrollfingers. Alternativ ruhen die drei mittleren Finger oberhalb von Stützoberflächen, die alle ähnliche Höhen aufweisen, doch die Spitze des Scrollfingers wandert beim Scrollen und Verlassen ihrer ursprünglichen Ruhestellung über eine Bahn, die unterhalb der durch die beiden Nachbarfinger definierten Ebene liegt, indem sie zu einer gegenüber dieser Ebene zurückgesetzten Stützfläche gelangt. Zum Beispiel folgt die Scrollfingerspitze einer Bahn, die durch die Rotation des Fingers um sein mittleres Gelenk definiert ist.
1 stellt eine perspektivische Ansicht einer mit Tasten 12 und 14 ausgestatteten Maus 10 dar. Zwischen den Tasten befindet sich ein konvexes Gebiet bzw. ein Graben 16, der einen Finger eines Benutzers aufnehmen kann. Am Boden des Grabens befinden sich Elektroden 18, 20 und 22. Die von vorne nach hinten oder von hinten nach vorne erfolgende Bewegung eines Fingers eines Benutzers kann (wie später beschrieben werden wird) erfasst und geeignetes Scrollsignal oder andere Signale an einen Wirtscomputer gesendet werden. Alternativ können andere Festkörpersensoren als die gezeigten Elektroden verwendet werden. Zum Beispiel können an einer Seite des Grabens Lichtstrahler und an der anderen Seite Detektoren angebracht sein, wobei der Graben transparent oder transluzent ist.
2 stellt eine Seitenansicht der Maus 10 von 1 dar. Die Kontur des Bodens von Graben 16 ist gestrichelt gezeigt. Wie ersichtlich folgt der Boden einer Krümmung, die bei einer bestimmten Höhe an der Vorderseite beginnt, tiefer wird und dann in Richtung zur Hinterseite der Maus verflacht. Bei einer Ausführungsform folgt die Krümmung dem Bogen einer typischen Beugung eines Benutzerfingers um das zweite Gelenk, während sich die Hand auf der Maus befindet. Das zweite Gelenk ist das von der Fingerspitze aus gesehene zweite Gelenk. Bei einer Ausführungsform berücksichtigt die Krümmung auch die geringfügige Beugung des ersten Gelenks, allerdings rühren mehr als 2/3 der Beugungsbewegung (die die Form des Bogens bestimmt) von dem zweiten Gelenk. Bei einer Ausführungsform ist der Bogen des Grabens an das Krümmen des zweiten Fingers bzw. Zeigefingers angepasst. Durch den Bogen erübrig sich die Notwendigkeit, dass ein Benutzer den Finger zum Aktivieren einer Rolle heben muss. Der Bogen kann alternativ weniger steil sein und somit auch ein geringfügiges Anheben des Fingers erforderlich machen, wobei das Anheben geringer ist, als das für eine mechanische Rolle oder ein Festkörperberührungsfeld auf einer Oberfläche ohne Graben erforderliche.
3 stellt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Doppelgrabenanordnung dar, bei der ein vertikaler Graben 36 für eine Auf- und Abscrollbewegung vorgesehen ist, der von einem horizontalen Graben 38 für eine horizontale Scrollbewegung gekreuzt wird. Zum Erfassen von Fingerbewegungen in beide Richtungen können Elektroden wie beispielsweise die Elektroden 37 und 39 verwendet werden.
Bei einer anderen Ausgestaltung ruhen die Finger in einem Graben, der breit genug zur Aufnahme des Fingers ist, aber nicht zu weit zur Führung des Finger in die Erfassungsrichtung. Die Positionserfassung wird mit Hilfe einer Anordnung von Lichtquellen oder einer einzelnen ausgedehnte Lichtquelle auf einer der Seiten des Grabens und einer auf der anderen Seite angeordneten Anordnung von Lichtdetektoren erreicht. Eine Anwesenheit des Fingers in dem Graben wird anhand der geringeren Resonanz des den Finger direkt gegenüberliegenden Detektors oder aus einer Kombination der Resonanzen aller Detektoren und einer Bestimmung des Minimums durch Interpolation erfasst. Alternativ kann ein digitaler Ausgang des Lichtdetektors, entweder absolut („Licht liegt oberhalb oder unterhalb eines gegebenen Schwellwerts, einschließlich Hysterese“) oder relativ zu einem benachbarten Detektor („Licht ist um einen bestimmten Faktor stärker/schwächer als beim Benachbarten, einschließlich Hysterese“) verwendet werden. Ähnlich wie bei den vorherigen Elektrodengestaltungen kann eine Bewegung auf Basis von „An/Aus“- und „Aus/An“-Übergangszeitbestimmungen mit korrekten relativen Phasenverschiebungen berechnet werden.
4 stellt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einiger der internen Komponenten einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Maus 10 dar. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Graben 16 auf einer Seite eine lichtemittierende Diode 40 bzw. lichtemittierende Dioden 40 auf und an der anderen Seite einen Fotodetektor 42 mit mehreren Elementen. Dadurch, dass der mehrere Elemente aufweisende Fotodetektor ein Auftreffen von Licht auf verschiedene seiner Elemente separat erfassen kann, lässt sich die Bewegung eines Fingers durch eine transluzente oder transparente Grabenwand verfolgen. Die LEDs werden von einem Mikrocontroller 44 gesteuert, der auch die Detektorsignale überwacht.
Der Mikrocontroller erstellt ferner Steuersignale für einen Lautsprecher 46, die Töne für Rückmeldungen wie beispielsweise ein Klickgeräusch ermöglichen, die mit der Bewegung eines Fingers durch den Graben 16 synchronisiert sind. Durch die Integration des Lautsprechers 46 in die Maus wird die Verzögerung durch das Senden der Signale an den Computer und das mittels des Computers bewirkten Erzeugens von Geräuschen über mit dem Computer verbundene Lautsprecher vermieden. Dies ermöglicht eine realistischere Echtzeitrückmeldung an den Benutzer. Das gewünschte Klickgeräusch kann durch den Mikroprozessor einfach unter Verwendung eines geeigneten Rechtecksignals erzeugt werden, das an den Lautsprecher ausgegeben wird und einfach aus einer Folge von hohen und niedrigen Ausgabeniveaus besteht. Die einfachste Implementierung besteht in einem einzelnen Hoch/Niedrig- oder Niedrig/Hoch-Übergang.
4 veranschaulicht ferner andere Standardkomponenten einer typischen Maus, einschließlich einer Kugel 48. Gegen die Kugel 48 drücken Rollen 50 und 52, die jeweils daran angebrachte geschlitzte Räder 54 und 56 aufweisen. Die geschlitzten Räder passieren jeweils zwischen einem Emitter/Detektorpaar 58 bzw. 60. Alternativ können andere Zeigesensoren, wie beispielsweise von Agilent oder anderen verfügbare optische Sensoren verwendet werden. Schließlich zeigt 4 mehrere Schalter 62, die über die Tasten an der Maus aktiviert werden. Die Kommunikation mit einem Wirtscomputer kann über eine serielle Schnittstelle 64 oder mittels einer drahtlosen Verbindung erfolgen.
5A stellt eine Draufsicht auf den Graben 16 von 1 dar und veranschaulicht eine Zweielektrodenausführung. Gezeigt sind zwei Elektroden, die mit 1 und 2 bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform kann die kapazitive Kopplung eines Fingers mit den Elektroden erfasst werden. Durch Erfassen, welche der Elektroden zuerst kontaktiert wird, kann bestimmt werden, in welche Richtung sich der Finger bewegt. Dies kann dazu verwendet werden, um auf den Computer in die geeignete Richtung zu scrollen oder zu zoomen. Andere Verwendungen der Fingerbewegung können ebenfalls verwendet werden.
5B zeigt eine andere Ausführungsform, bei der mehrere Elektroden in einem sich wiederholenden Muster verwendet werden. Wie gezeigt, sind die erste und vierte Elektrode miteinander als Elektrode 1 verbunden. Die zweite und fünfte Elektrode bilden Nummer 2 und die dritte und sechste bilden Nummer 3. Diese Anordnung ermöglicht eine höhere Genauigkeit, wobei gleichzeitig die Anzahl der Elektroden und folglich der Umfang der zur Verbindung der Elektroden mit dem Sensor erforderlichen Verdrahtung beschränkt wird.
5C zeigt noch eine weitere andere Ausführungsform, bei der mehrere Elektroden mit nur zwei Drähten zur Ausbildung der zusammenhängenden Elektroden 1 und 2 verbunden sind. Wie gezeigt überlappen sich die Elektroden in der vertikalen Richtung so, dass ein Benutzerfinger die Elektrode Nummer 2 vor dem Verlassen der Elektrode Nummer 1 berühren wird. Die Bewegung des Fingers erzeugt zwei in Quadratur stehende Signale, von denen die Richtung aus dem Vorzeichen der Phasenverschiebung bestimmt wird. Eine ausführlichere Erläuterung einer solchen Quadraturerfassung ist in US 5 680 157 A zu finden. Der sich ändernde Wert der an einer bestimmten Elektrode erfassten Spannung gibt die Richtung der Bewegung an und ermöglicht eine feiner abgestimmte Bestimmung der Lage des Fingers insbesondere in dem Bereich, der bei den anderen Ausführungsformen zwischen den Elektroden liegen würde. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass die Ausführungsform von 5A, das heißt die einfachste, für viele Anwendungen ausreicht.
5D veranschaulicht beispielhafte Signalverläufe, die durch Berühren der Elektrode 1 und Elektrode 2 von 5A erzeugt werden. Die Signalverläufe würden zum Beispiel den Ausgang des in der unten stehenden 6 gezeigten Komparators 34 bilden. Ein erster Impuls 13 zeigt an, dass sich der Finger in Kontakt mit der ersten Elektrode befindet, wobei die Anstiegsflanke der ersten Berührung der Elektrode mit dem Finger und die abfallende Flanke dem Entfernen des Fingers von der Elektrode entspricht. Dasselbe trifft bezüglich der zweiten Elektrode auf den Impuls 15 zu. Zu beachten ist die Überlappung, und dass die Richtung der Fingerbewegung daraus erfasst werden kann, welche der Elektroden zuerst kontaktiert wird (alternativ oder zusätzlich welche der Elektroden der Finger zuletzt verlässt). Die Impulse 17 und 19 veranschaulichen eine Bewegung des Fingers in die andere Richtung. Die Impulse 21 und 23 veranschaulichen, dass der Finger nach einer Bewegung auf der zweiten Elektrode verbleibt, was zum zur Verfügung Stellen eines fortgesetzten Scrollens in der selben Richtung verwendet werden kann.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die zum Erfassen vorgesehene Oberfläche typischerweise an der Stelle des Rades angeordnet, wobei auch andere Positionen ins Auge gefasst werden können, beispielsweise unterhalb der Position der Daumenauflage. Bei einer Ausgestaltung wird eine Anzahl von Fühlerelektroden eingefügt oder über der sensitiven Oberfläche ausgeformt. Auch wenn die minimale Anzahl an Elektroden zwei beträgt, kann eine größere Anzahl verwendet werden, um einer größeren sensitiven Fläche Rechnung zu tragen. Bei einer Ausgestaltung wird eine Fingerbewegung, die einen Wunsch des Benutzers zum Scrollen anzeigt, durch eine geeignete Aufeinanderfolge von An/Aus- und Aus/An-Übergängen in den Elektroden erfasst, alle mit einer relativen Phasenverschiebung, die mit den tatsächlichen physischen Positionen an der Oberfläche übereinstimmt. Außerdem können durch Messen der Elektrodenübergangsraten Geschwindigkeitseinschränkungen realisiert werden, die zum Beispiel ein allzu langsames Scrollen verwerfen und die Zuverlässigkeit erhöhen oder bei großen Dokumenten eine Anwendung einer Bewegung mit größeren Scrollgeschwindigkeiten ermöglichen. Aus Gründen des Komforts und einer robusten Erfassung sind Form und Abstand der Elektroden an die Abmessungen des Fingers angepasst.
Durch Verbinden der Elektroden in N regelmäßigen Abständen wird eine räumlich periodische Sensorstruktur erzeugt, die eine Verringerung der Elektronik um einen Faktor in der Größenordnung von N und damit größere Sensoroberflächen bei gleichen Kosten ermöglicht. N ist typischerweise 3 oder 4, aber auch ein Wert N von 2 ist möglich, wenn zwischen jedem Elektrodenpaar eine Lücke vorgesehen ist und innerhalb eines Elektrodenpaars in einem gewissen Grade eine räumliche Überlappung vorliegt.
6 stellt ein Blockschaltbild des mit jeder der Elektroden verbundenen Kapazitätserfassungsschaltkreises dar. Bei dem dargestellten Beispiel ist eine Elektrode 1 mit einem Sensorkondensator 24 und einem Pull-up/Pull-down-Widerstand 26 verbunden. In der Praxis kann der Kondensator einfach von einer Lücke in der Leitung zur Elektrode gebildet sein. Diese Lücke kann auf verschiedene Weise erzeugt werden. Eine Mylar-(Marke von Dupont für eine Polyesterfolie)Folie kann als Dielektrikum zwischen dem Leitungsende und der Elektrode verwendet werden. Dies ermöglicht ein wohldefiniertes Dielektrikum mit einer wohldefinierten Dicke, das zwischen dem Leiteranschluss und der Elektrode eingeklemmt ist, so dass die resultierende Kapazität trotz Toleranzunterschiede bei der Herstellung wohlbestimmt ist. Auch eine flexible gedruckte Schaltung könnte verwendet werden, bei der das flexible Substrat selbst die Lücke begründet, das heißt das Dielektrikum zwischen der Elektrode und der Leitung. Bei einer Ausführungsform ist die Lücke in etwa 50 µm groß, wobei die Lücke abhängig vom Dielektrikum etc. im großen Umfang variieren kann. Bei einer Ausführungsform wird ein Draht nach den Längen einfach nicht abisoliert, so dass seine Isolierung bis zum Ende intakt bleibt. Dann wird dieser durch ein Loch in der Elektrode geführt, das den selben Durchmesser wie der äußere Durchmesser der Isolierung aufweist. Die Elektrode kann auch aus zwei Stücken gemacht werden, die um den isolierten Draht herum so zusammengefügt werden, dass dieser von der Elektrode umgeben ist. Hierdurch wird ein zylindrischer oder rohrförmiger Kondensator ohne Materialkosten geschaffen, wobei die Drahtumhüllung das Dielektrikum bildet.
Ein Aufwärtsklemmschaltkreis 28 und ein Abwärtsklemmschaltkreis 30 ermöglichen, dass der Knoten mit der Versorgungsspannung bzw. Masse verbunden wird. Diese Klemmschaltungen werden von einer Steuerung 32 gesteuert. Dadurch kann die Steuerung die Spannung auf einen niedrigen Wert klemmen und dann die Aufladezeit des Kondensators messen. Alternativ kann die Spannung auf einen hohen Wert geklemmt werden und dann, nach Lösen der Klemmung die Zeit zum Entladen der Spannung am Kondensator gemessen werden. Die Spannung am Kondensator wird einem der Eingänge eines Komparators 34 zugeführt, der diese mit einem Spannungsschwellwert vergleicht und dessen Ausgang an die Steuerung 32 weitergegeben wird. Die Betriebsweise des Schaltkreises und die dahinter stehende Theorie wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Andere Ausgestaltungen als die Verwendung diskreter Komponenten sind möglich, beispielsweise ein ASIC oder die standardmäßige Eingabe-Ausgabe eines Mikrocontrollers, der einen eingebauten Komparator aufweist oder sogar die Verwendung des inhärenten Spannungsschwellwerts von einem von dessen Eingangspuffern.
Bei einer Ausführungsform kann der Treiber für einen Eingangs/Ausgangs-Anschluss eines Mikrocontrollers als Aufwärtsklemm- oder Abwärtsklemmschaltung verwendet werden. Als Komparator kann ein Eingangspuffer des Mikrocontrollers verwendet werden. Ein solches Design mag nicht sehr präzise sein, kann aber ausreichend präzise sein und würde die Anzahl der Komponenten und somit die Kosten verringern. Der Komparator kann von jeder Schaltung gebildet werden, die eine Vergleichsfunktion ausführt, einschließlich eines geeignet ausgebildeten Verstärkers. Der Komparator muss nicht zwei Eingänge aufweisen, sondern kann für den Schwellwert auch einen internen Knoten verwenden.
Die 7A und 7B veranschaulichen das Betriebskonzept einer Ausführungsform der kapazitiven Erfassungsschaltung. Ein Kapazitätssensor ist generell dazu gedacht, die Anwesenheit eines Objekts zu erfassen, wenn es einen vorgegebenen Abstand unterschreitet, das heißt wenn entweder die Kapazität einer Elektrode gegenüber Erdpotential oder die korrelative Kapazität zwischen zwei Elektroden der Sensorschaltung einen gegebenen Wert (Schwellwert) erreicht.
Dieses Funktionsprinzip ist weniger praktisch, wenn es um die Umsetzung einer Berührungserfassungsfunktion geht. Der Schwellwert müsste sorgfältig justiert werden, so dass er zur selben Zeit erreicht wird, zu der der Finger die Oberfläche des Sensors berührt. Daher kann ein einfacherer Ansatz verfolgt werden, bei dem der Fingerkontakt zu einem deutlichen Kapazitätssprung führt, der einfacher und möglicherweise ohne Justierung zu erfassen ist.
Die Lösung besteht im Bau eines in den 7A und 7B gezeigten galvanischen Sensors, bei dem die Finger eine Komponente eines eingebauten Sensorkondensators 66 berühren und diese durch den vorhandenen Körper somit auf Erdpotential ziehen, wodurch die seriell hierzu geschaltete Kapazität 68 auf Masse gelegt wird (die Berührung ist durch den „Schalter“ 72 veranschaulicht, der eine Berührung durch einen Benutzerfinger repräsentiert). Vorausgesetzt, dass der eingebaute Kondensator eine wesentlich geringere Kapazität als die Kopplung über den Köper auf Erdpotential (die im Bereich von 100 bis 500 pF liegt) aufweist, kann der Kontakt einfach durch einen kapazitiven Sensorschaltkreis 70 in der Form eines plötzlichen „Erscheinens“ des eingebauten Kondensators bei einem Berühren von dessen externen Komponente einfach erfasst werden. Während der übrigen Zeit, wenn nichts die galvanische Sensorfläche berührt, ist der eingebaute Kondensator für den Rest der Elektronik, „unsichtbar“. Es sei angemerkt, dass der Sensorkondensator vorzugsweise so nahe wie möglich an der Sensorelektrode liegt, so dass zwischen dem diskreten Kondensator und der Elektrode keine signifikanten parasitären Kapazitäten auftreten, die den Sensorkondensator „immer sichtbar“ machen würden und hierdurch die Berührungserfassungsfunktion ruinieren würden. Bei einer Ausführungsform wird der „diskrete“ Kondensator 66 einfach von einer Lücke innerhalb der Verbindung von der Elektrode zu der die Sensorschaltung 70 enthaltenden Leiterplatte gebildet.
Es gibt mehrere Wege zur Realisierung einer kapazitiven Sensorschaltung 70, von der einfachsten und billigsten RC Lade- oder Entladezeitmessung bis hin zur kompliziertesten mit einem abgestimmten Oszillator oder Filtersystem. Eine der einfachen Ausführungsformen verwendet einen freischwingenden RC-Oszillator bei dem C den Sensorkondensator bildet, wobei ein Mikrocontroller die während eines bestimmten Zeitfensters auftretenden Schwingungsperioden wiederholt zählt. Eine Abnahme der Anzahl der gezählten Perioden um zumindest einen bestimmten Wert bedeutet, dass auf die Elektrode ein Finger gelegt wurde, während eine minimale Zunahme des kumulierten Zählers als Lösen des Fingers von der Elektrode interpretiert wird. Eine Justierung ist nicht erforderlich, nur der minimale Zählerunterschied muss gemäß dem Wert des als Sensorelement verwendeten Kondensators gesetzt werden.
Statt auf einem exponentiellen RC-Laden zu beruhen, verwendet eine andere Ausführungsform statt eines Widerstands eine Stromquelle zum Erzeugen von linearen Spannungsrampen. Mit linearen Spannungsrampen kann ein Doppelrampenkompensationsschema bewirkt werden (siehe untenstehende Erläuterung). Eine lineare Rampe ermöglicht eine Kompensation großer Störungen und ermöglicht mehr Flexibilität beim Abstand des Schwellwerts von der Startspannung.
Eine andere Ausführungsform verwendet eine kostengünstige Lösung, auch wenn diese ungünstigerweise eine schlechte Störfestigkeit aufweist, insbesondere gegenüber dem Stromnetz, das in großem Umfang an dem zu erfassenden menschlichen Körper vorhanden sein kann. Diese niederfrequenten Signale werden durch die 100 bis maximal 500 pF Kapazität des Körpers gegenüber Erde nicht gut zum Erdpotential abgeleitet. Eine möglichst weitgehende Beseitigung der niederfrequenten Störeinflüsse, die nachfolgend erläutert wird, wird daher bevorzugt.
Zur Umsetzung dieser Störunterdrückung wird ein Mikrocontroller verwendet, wodurch schließlich die einfachste Lösung genauso effektiv wird wie die technisch komplizierteste, jedoch billiger ist.
Im Prinzip vergleicht der eingebaute Algorithmus die RC-Entladezeit mit einem Referenzzeitschwellwert, um zu bestimmen, ob ein Finger vorhanden ist oder nicht. C ist die Summe aus inhärenter parasitärer Kapazität und Sensorkapazität, während R den Pull-up- oder Pull-down-Widerstand bildet, der die Sensorleitungen ansteuert. Der Zeitschwellwert wird jedes Mal nachdem ein Finger als auf den Sensor gelegt oder von diesem entfernt erfasst wird automatisch neu justiert, um die parasitären Kapazitäten (die sich unabhängig davon, ob der Finger da ist oder nicht, nicht ändern) zu kompensieren. Lediglich der Zeitunterschied - die Funktion für den minimal zu erfassenden Kapazitätsunterschied (4 pF oder mehr) - ist fest programmiert. Daher erfordert das System keine fabrikseitigen Einstellungen.
8 veranschaulicht, das in einer Ausführungsform des kapazitiven Sensors 70 verwendete Prinzip. 8 zeigt die Elemente der 7A und 7B, wobei der galvanische Kontaktschalter 72 durch die Kontaktelektrode 76 und den Finger 78 gebildet ist. Der Sensor 70 weist einen fakultativen Schutzwiderstand 80 auf, der seriell zu einem Eingangsknoten 81 eines Komparators 82 geschaltet ist. Der Knoten 81 ist zur Initialisierung über einen Schalter 84 auf Masse geklemmt. Bei geöffnetem Schalter 84 wird der Knoten 81 durch den Pull-up-Widerstand 86 geladen. Das Laden erfolgt in einer durch die Zeitkonstante des Widerstands 86 und der Kapazitäten 66 und 68 nebst den wie gezeigten parasitären Kapazitäten bestimmten Zeitpunkt. Zusätzlich zur parasitären Kapazität 74 ist eine parasitäre Kapazität 88 dargestellt. Der Schwellwert am zweiten Eingang des Komparators 82 ist auf zwei Drittel der Versorgungsspannung Vcc gesetzt. 8A zeigt auch jeweils sich zwischen Masse und Knoten 81 und zwischen Vcc und Knoten 81 befindende
Schutzdioden. Abhängig von der Ausführungsform können auch andere Schwellwerte verwendet werden. 1/3 und 2/3 dienen lediglich der Veranschaulichung. Falls sich die Schwellwerte um den selben Betrag oberhalb und unterhalb der unteren und oberen Versorgungsspannung befinden, kann beim Entladen und Laden dieselbe Zeitspanne erreicht werden. Die Schwellwerte können jedoch unterschiedliche Höhen der Versorgungsspannungen darstellen, wodurch zur Berücksichtigung der Unterschiede in den Entlade- und Ladezeiten einfach eine Justierung erforderlich wird.
9 veranschaulicht das Zeitverhalten sowohl für die Bedingung ohne aufliegendem Finger als auch für die Bedingung mit aufliegendem Finger. Zunächst wird die Klemme 84 geschlossen, um die Spannung auf Masse oder Null abzusenken. Ab dem Öffnen der Klemme zum Zeitpunkt 90 lädt sich der Knoten 81 innerhalb einer Zeitspanne T0 auf den 2/3-Schwellwert auf. Anschließend wird der Knoten 81 zum Zeitpunkt 92 erneut auf Masse gelegt und der Schalter wird zum Zeitpunkt 94 erneut geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Finger aufgelegt, der eine Kapazität hinzufügt und die zum Erreichen des Schwellwerts erforderliche Zeit auf die Zeitspanne T0 + dTf verlängert.
10 veranschaulicht eine ähnliche Schaltung mit dem Unterschied, dass die Zeitdauer gezeigt ist, die für einen Eingangsknoten des Komparators benötigt wird, um von einer hohen Spannung auf unterhalb eines Schwellwerts abgesenkt zu werden. Der Schwellwert beträgt hier ein Drittel der Versorgungsspannung Vcc. Bei diesem Beispiel wird der Knoten an die Versorgungsspannung geklemmt und kann sich dann über den Widerstand R2 zur Masse hin entladen. Ansonsten entspricht die Schaltung im Prinzip der in 8 gezeigten, einschließlich der Verwendung von Schutzdioden zwischen Masse und Knoten 81 bzw. zwischen Vcc und Knoten 81.
11 veranschaulicht das Zeitverhalten ohne aufgelegten Finger und mit aufgelegtem Finger, wobei wiederum ersichtlich ist, dass zum Entladen der Kapazität eine längere Zeitspanne erforderlich ist, wenn sich der Finger auf dem Sensor befindet.
12 veranschaulicht im Wesentlichen eine Kombination der beiden Ansätze der 8 und 10. Da sich der Ausgang des Komparators 101 von dem vorhergehenden Zyklus entweder auf einem hohen oder niedrigen Wert befindet, kann dieser Ausgang sowohl als Quelle zum Hochziehen (logischer Ausgang 1) durch den Widerstand 103 oder zum Herunterziehen (logischer Ausgang 0) durch denselben Widerstand verwendet werden. Ferner kann derselbe Ausgang auch zum Setzen des Schwellwerts unter Verwendung der Widerstände R3, R4 und R5 zurückgeführt werden. Für einen einer logischen 1 entsprechenden Ausgang wird der Schwellwert auf 0,66 Vcc gesetzt und für einen einer logischen 0 entsprechenden Ausgang auf 0,33 Vcc, wobei dieselben Widerstände verwendet werden.
Die Anordnung von 12, die ausführlicher in der nachstehenden 16 gezeigt ist, verwendet zwei Klemmen, die es ermöglichen, dass der Kondensator sich abwechselnd von Masse ausgehend auflädt oder von der Versorgungsspannung ausgehend entlädt. Durch Verwendung von beiden kann eine Störung wie beispielsweise durch die Stromversorgungsfrequenz wie oben beschrieben verringert werden.
13 veranschaulicht einen Kondensatorlade- und -entladezyklus ohne aufgelegten Finger 100 und einen Lade- und Entladezyklus mit einem auf die Kontaktelektrode 102 aufgelegten Finger. Ohne aufgelegten Finger wird der Eingangsknoten am Komparator auf Masse geklemmt, wobei die untere Klemme zum Zeitpunkt 104 geöffnet wird. Die Kapazität wird aufgeladen bis sie zum Zeitpunkt 106 den oberen Schwellwert überschreitet, wodurch der Ausgang des Komparators angesteuert wird.
Anschließend wird der Knoten zum Zeitpunkt 108 auf das hohe Potential geklemmt und die Klemme dann zum Zeitpunkt 110 geöffnet, um den Entladezyklus einzuleiten. Zum Zeitpunkt 112 wird der untere Schwellwert unterschritten und wiederum der Ausgang des Komparators angesteuert. Die Spannung wird dann zum Zeitpunkt 114 erneut auf Null geklemmt und der Zyklus wiederholt sich. Während des durch die Kurven 102 veranschaulichten zweiten Zyklus liegt ein Finger auf, wodurch sich die Zeiten ändern und in einer längeren Ladezeit und längeren Entladezeit resultieren. Bei einer Ausführungsform ist der Zyklus 102 zwei Millisekunden nach dem Zyklus 100. Auch wenn T0 für die Anstiegs- und Abfall- (Lade- und Entlade-) -zeit gleich gezeigt ist, ist dies nicht notwendigerweise der Fall.
14 veranschaulicht eine der Kurve 100 ähnliche Kurve 116, bei der sich kein Finger auf der Elektrode befindet. Kurve 118 veranschaulicht einen aufliegenden Finger mit einer durch dTm repräsentierten zusätzlichen Störung. Daher wird die Aufladezeit wie gezeigt zu T0 + dTf - dTm, wobei T0 die Zeit ohne aufliegenden Finger, dTf die durch den aufliegenden Finger verursachte zusätzliche Zeit und dTm die Störung darstellen. Während eines Entladezyklus sind die Komponenten gleich, mit der Ausnahme, dass in diesem Fall die Störung einen additiven Term bildet. Durch Kombination der beiden und Verwendung eines Summenergebnisses, wird die Störung eliminiert. Falls die Verzögerung von der aufsteigenden zur abfallenden Rampe im Vergleich zur Periode der Stromversorgungsfrequenz kurz ist, weisen beide Rampen dieselbe Störung auf.
15 veranschaulicht ein weiteres Beispiel, das wiederum eine Kurve 120 ohne aufliegenden Finger und eine Kurve 122 mit aufgelegtem Finger zeigt. Bei diesem Beispiel wirkt die Störung während dem kapazitiven Aufladen addierend und während dem kapazitiven Entladen subtrahierend und führt somit zu dem selben Effekt, dass sie bei Kombination der beiden aufgehoben wird.
16 stellt ein Schaltbild zur Veranschaulichung einer kapazitiven Sensorschaltung dar, wie beispielsweise die in 4 und 12 in Form von Blockschaltbildern gezeigte. 16 weist zwei Eingänge 130 und 131 auf. Diese entsprechen zwei separaten Elektroden, die jeweils mit ihrer eigenen Kapazität verbunden sind. Der Eingang 130 ist mit einem Eingang eines Komparators 132 verbunden, während der Eingang 131 mit einem Eingang des Komparators 134 verbunden ist. Der Ausgang eines jeden der Komparatoren ist mit einem Mikrocontroller 32 verbunden. Der andere Eingang eines jeden der Komparatoren ist mit einer Widerstandsschaltung zum Setzen des Schwellwerts verbunden. Der Schwellwert wird unter Verwendung einer Rückkopplung des Ausgangs des Komparators gesetzt. Dadurch wird der Schwellwert, wenn der Ausgang des Komparators 1 ist, auf ein Drittel unterhalb der Versorgungsspannung oder auf ein Niveau von 0,66 gesetzt. Ist der Ausgang des Komparators Null (wobei der Ausgang beim letzten Übergang bestimmt wird), dann setzt die Rückkopplung den Schwellwert auf ein Drittel über Masse bzw. auf 0,33.
Der erste Eingang 130 ist anfänglich mittels eines Ausgangs des Mikrocontrollers 32 auf der Leitung 136 über einen Widerstand 138 und Transistor 140 auf das untere Potential geklemmt. Dieselbe Ausgangsleitung 136 ist geschaltet, um eine ähnliche Klemmung der Elektrode 131 auf ein niedriges Potential zu schaffen. Beim Lösen der Klemmung auf das untere Potential lädt sich die mit dem Eingang 130 verbundene Kapazität über den Pull-Up-Widerstand 142 bei einem vom Controller 32 ausgegebenen hohen Niveauwert auf der Leitung 144 auf. Ein ähnlicher Pull-Up-Widerstand wird für die Schaltung für den Eingang 131 verwendet. Nach dem Passieren des Schwellwerts und dem Umschalten des Komparators beginnt der nächste Zyklus damit, dass der Eingang 130 durch das Steuersignal auf das hohe Potential geklemmt wird, das auf Leitung 146 über den Widerstand 148 zum Transistor 150, der den Eingangsknoten 130 auf das hohe Potential klemmt, geleitet wird. Dieselbe Steuerleitung 146 steuert einen aufwärtsklemmenden Transistor für den mit dem Eingang 131 verbundenen Schaltkreis.
17 veranschaulicht einen zweiten Aspekt dieser Ausführungsform, bei dem die Störungen durch die wie veranschaulichte Art, in der die Messungen im Vergleich zu einem Frequenzzyklus der Stromversorgung ausgeführt werden, reduziert werden. Die aufeinanderfolgenden (Doppelrampen-) Zeitmessungen werden addiert und in einer solchen Weise in Gruppen ausgewertet, dass der verbleibende Einfluss der Stromversorgung mittels eines natürlichen subtraktiven Effekts weiter gedämpft wird.
Um dies zu erreichen, wird die Auswertung mit einer Rate durchgeführt, die so nahe wie möglich an der Periodendauer der Stromversorgung (oder einem schlichten Mehrfachen der Periodendauer) liegt, während der eine gerade Anzahl von periodischen Zeitmessungen ausgeführt wird. Beim Erstellen der periodischen Summe oder des Durchschnitts dieser individuellen Zeitmessungen wird der Einfluss der Stromversorgung durch paarweises Addieren der Werte gedämpft. Dieses Prinzip ist in 17 für den Fall von acht Messungen veranschaulicht, die während einer Periode der Stromversorgung zeitlich gleich verteilt sind.
Demnach werden die Messpaare 1 und 5 zum Beispiel zu einem Messwert kombiniert anstatt 1 oder 5 einfach isoliert zu betrachten. Da 5 bei einem negativen Teil des Frequenzzyklus der Stromversorgung liegt, der dem positiven Teil des Messwerts 1 entspricht, sollte die Kombination den Beitrag durch die störende Stromversorgung zu Null machen. In gleicher Weise wird durch Wahl der Messwerte 2 und 6, 3 und 7, oder 4 und 8 die Störung durch die Stromversorgung ebenfalls eliminiert. Diese Störung kann insbesondere durch den menschlichen Körper aufgenommen werden und durch Erzeugung des Fingerkontakts in die Kapazität eingespeist werden.
Die durchschnittliche Periodendauer der Stromversorgung wird als 18 ms angenommen (EU 20 ms & USA 16.67 ms). Diese deckt neun Messwerte ab, von denen jedoch einer der erste der nächsten Auswertungsperiode ist, so dass 8 Messwerte (vier Paare) sich über 15,75 ms erstrecken. Die Messdauer beträgt daher im Falle von acht Messungen pro Stromversorgungsperiode 2,25 ms.
Um die Reaktionszeit der Sensorelemente zu verbessern, kann die Auswerterate schneller als einmal pro Stromversorgungsperiode sein. Solange jede Auswertung die Periodendauer der Stromversorgung abdeckt, kann diese auch öfter als einmal pro Periodendauer der Stromversorgung durchgeführt werden, und zwar kann diese jedes Mal erfolgen, wenn eine neue Messung ausgeführt wird (gleitendes Fensterprinzip).
18 bis 23 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform einer Elektrode zum Erfassen einer Fingerkapazität. 18 zeigt drei Elektroden 160, 162 und 164. Die Elektroden 160 und 164 werden mit positiven und negativen Signalen versorgt (gegenphasige Signale), von denen die Elektrode 166 als Funktion der Position des Fingers mehr oder weniger eines jeden erfassen kann. Die Erfassung erfolgt an einem Knoten 166, der mit der Elektrode 162 verbunden ist. Die Elektrode 164 weist auf einer Seite einen Sägezahn auf, wodurch sich eine modulierte Elektrode ergibt. Bei dem Beispiel von 18 ist dieser Sägezahn einseitig.
19 zeigt das Ersatzschaltbild mit zwei Kondensatoren 172 und 174, deren Werte durch die Position des Fingers verändert werden. Durch Messen eines Stroms oder einer in den Sensorknoten eingespeisten Ladung kann das Ungleichgewicht der Kapazität mit um 180° verschobenen positiven und negativen Signalen bestimmt werden. In der 20 ist ein Schnittbild eines Fingers 171 mit den jeweils zu den Elektroden 160, 162 und 164 bestehenden Kapazitäten C1, C2 und C3 gezeigt. Die Elektroden befinden sich auf einem Substrat 173 und sind durch ein Dielektrikum 175 abgedeckt. Die Kapazitäten 172 und 174 ergeben sich, wie aus den Formeln in 19 ersichtlich ist, aus einer Kombination der dargestellten Kapazitäten. Eine punktierte Linie 177 veranschaulicht in 20 die sich aufgrund ihrer Sägezahnform verändernde Breite der Elektrode 164.
Die 21A bis 21C veranschaulichen die Modellierung von Cpos und Cneg als Funktion von X (Bewegungsstrecke des Fingers). Wenn der Finger die linearen Elektroden teilweise bedeckt, hängt das Maß der effektiven Kopplung von der Größe des Fingers ab. Eine rein periodische Modulation mit der Periode T wird nicht erfasst, wenn die Abmessung des Fingers ein mehrfaches von W beträgt. Um diesen seltenen Effekt zu vermeiden, stellt die Modulation M(X) des Sägezahns ein phasenmoduliertes Signal mit idealerweise zufälliger Modulation dar oder ist sehr niederfrequent, wie beispielsweise das phasenmodulierte Signal 176 von 22. Der Erfassungsstrom kann synchron oder nach einer beliebigen anderen Methode gemessen werden. Beim Erfassen von Nullübergängen, Spitzen (Maximum oder Minimum) ist ein Hinweis auf die Fingerbewegung durch eine Bewegung von T möglich (oder des phasenmodulierten Werts von T).
Eine Erfassung des Vorzeichens oder Richtung der Fingerbewegung kann unter Verwendung einer wie in 23 gezeigten Quadraturstruktur bestimmt werden. Bei einem Quadratur-Decodieren der Sensorsignale können die P_Erfassungs- und Q_Erfassungs-Signale die Bewegungsrichtung liefern. Bei dem Beispiel von 23 kann ein 30 mm Feld der Breite 4 mm bei einem Abstand der äußeren Elektroden von weniger als 4 mm bei T = 1 mm möglicherweise eine Auflösung von 1 % erreicht werden. P_Erfassung und Q_Erfassung werden in einer Zeitmultiplexabfolge abwechselnd angeregt und ausgelesen, um eine Anregung und Kopplung durch die andere Phase (Q beziehungsweise P) zu unterbinden.
Bei einer anderen Ausgestaltung wird ein eindimensionales Widerstandsfeld, das zum Beispiel die druckaufnehmende Widerstandstechnologie von Interlink einsetzt, als Sensorbereich verwendet. Durch Berechnen des Widerstands zwischen dem Stromeinspeiseknoten und dem Kontaktstellen an den gegenüberliegenden Enden der Fläche können sowohl die Position des Fingers als auch der Fingerdruck ermittelt werden. Eine Positionsänderung um einen bestimmten und möglicherweise programmierbaren relativen Betrag löst dann ein Scrollen des Dokuments nach oben oder unten um n Zeilen aus. Die Information über den Fingerdruck kann auch für andere Funktionen, wie beispielsweise Scrollfaktor, Zoomfaktor oder andere, verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Bewegung mit hohem Druck zu einem umfangreichen Dokumentenscrollen führen, während eine Bewegung mit geringem Druck das Dokument sehr langsam durchscrollt.
Zuletzt wird bei einer Ausgestaltung eine optische Erfassung zum Erfassen der Fingerbewegung verwendet. Der Finger befindet sich in Kontakt mit einem transparenten Fenster, während er von einer Lichtquelle beleuchtet wird. Dank der verhinderten internen Reflexion werden kontrastreiche Fingerabdrücke erhalten; die Fingerabdrücke werden dann auf eine lineare photosensitive Anordnung abgebildet. Die Kreuzkorrelation zwischen einem (anfänglichen) Referenzbild des Fingerabdrucks und dem aktuellen gemessenen Bild des Fingerabdrucks gibt den Umfang der Bewegung an, die seit der Aufnahme des Referenzbildes stattgefunden hatte. Wenn eine ausreichende Bewegung verzeichnet wurde, wird das aktuell gemessene Fingerabdruckbild als Referenzbild für die nächsten Kreuzkorrelationsberechnungen verwendet. Alternativ kann das Photoanordnungs-/Korrelationssystem durch einen optischen Positionssensor (OPS), eine Komponente, die die Position eines Lichtflecks auf einer linearen Anordnung ausgibt, ersetzt werden. Bei dieser letzten Ausgestaltung wird der Lichtfleck einfach von dem Teil des Fingers gebildet, der durch die Lichtquelle beleuchtet und auf den OPS - optischen Positionssensor abgebildet wird.
Bei allen Systemen wird die Festkörperrolle durch eine Rückmeldung unterstützt. Eine taktile Rückmeldung wird durch Einbetten einer Textur oder eines periodischen Profils in den Sensorbereich erhalten. Die eingebettete Textur bzw. das eingebettete Profil weisen eine Amplitude und einen Raumfrequenzanteil auf, der an die 3D Tastsinnwahrnehmung eines sich mit einer für eine typische Scrollgeschwindigkeit bewegenden Fingers angepasst ist (3D bezieht sich auf eine räumliche Wahrnehmung + eine zeitliche - das heißt Bewegungs- - Wahrnehmung). Eine akustische Rückmeldung wird durch einen oder mehrere „Klick“-Geräusche erhalten, die immer dann erzeugt werden, wenn eine Bewegung ein Scrollen eines Dokuments um eine oder mehrere Zeilen erzeugt. Das Geräusch wird über einen in der Maus selbst angeordneten Lautsprecher ausgegeben, wodurch die Verzögerung vermieden wird, die sich ergibt, wenn ein Computer dazu veranlasst wird, das Geräusch zu erzeugen. Das Geräusch kann einfach durch Verbinden eines Ausgangs einer Steuerung mit dem Lautsprecher erzeugt werden, wobei jede ansteigende oder abfallende Flanke ein Klickgeräusch erzeugt.
Auf ähnliche Weise findet eine visuelle Rückmeldung Anwendung, indem eine LED oder andere Lichtquelle immer dann geschaltet wird, wenn eine Scrollbewegung verzeichnet wird. Bei einer Ausführungsform kann ein Licht, das bei dem Zeigegerät zu dekorativen Zwecken verwendet wird, aufblinken, um eine Mitteilung an den Benutzer anzuzeigen. Ein Beispiel wäre ein Ereignis, das von dem Benutzer extern zum Computersystem überwacht wird, beispielsweise über das Internet, wobei das Blinklicht in dem Zeigegerät dem Benutzer Meldung erstattet.
Schließlich können bei Einheiten, die Mäuse mit Vibrations-/Kraftrückmeldung, wie beispielsweise iFeel-Mäuse von Logitech, einsetzen, bei jeder Scrollbewegung eine Vibrations-/Kraftrückmeldung eingesetzt werden, typischerweise in Form eines Vibrations-/Kraftimpulses von kurzer Dauer.
Bei einer Ausführungsform wird die Geschwindigkeit des Übergangs des Fingers von einer Elektrode zu einer anderen von der Steuerung in dem Zeigegerät gemessen. Abhängig von der Geschwindigkeit kann die Steuerung einen Bericht an den Maustreiber des Wirtscomputers senden, der 1, 2, 3 oder 4 Übergänge anzeigt. Damit kann eine schnelle Bewegung zwischen nur zwei Elektroden ein Scrollen um 4 Zeilen bewirken. Indem die Bestimmung in der Maus anstatt in der Treibersoftware erfolgt, ist statt mehrerer Übergänge nur ein einziger Übergang zwischen zwei Elektroden erforderlich, um die Geschwindigkeit zu bestimmen. Dies ermöglicht eine schnellere Ansprechzeit für die gewünschte Scrollgeschwindigkeit und ermöglicht ferner, dass die Funktion mit nur zwei Elektroden an der Maus realisiert wird.
Ermüdung, die beim Scrollen eines großen Dokuments auftritt, kann durch die Scroll-Wiederholfunktion vermieden werden. Nach einem anfänglichen Scrollen, das sowohl die Scrollrichtung als auch Amplitude definiert, kann eine Scrollwiederholung einfach aktiviert werden, indem der Finger in der Endposition der Bewegung belassen wird, ohne dass der Finger am Ende der Bewegung angehoben wird. Typischerweise wird die Scrollwiederholfunktion nach einer halben Sekunde Wartezeit aktiviert, während der der Finger in dieser Position verharrt. Sowohl die Wartezeit als auch Geschwindigkeit der Scrollwiederholung kann zur Anpassung an die Vorlieben eines Benutzers programmiert werden. Außerdem kann die Scrollwiederholgeschwindigkeit bei Ausgestaltungen, die eine Fingerdruckanzeige vorsehen - das druckaufnehmende Widerstandsfeld oder die druckmessende Elektrode zur Berührungserfassung - von dem Benutzer wie gewünscht durch seinen Fingerdruck kontinuierlich gesteuert so lange verändert werden, bis der scrollende Finger abgehoben wird. Bei einer Ausführungsform wird die Scrollwiederholfunktion in der Steuerung des Zeigegeräts realisiert. Die Steuerung versorgt den Computer fortwährend mit Scrollberichten sobald eine Scrollbewegung gefolgt von einem Ruhen des Fingers auf einer Elektrode über einen, einen Schwellwert überschreitenden Zeitraum festgestellt wird.
Alle der oben beschriebenen Festkörperausführungen einer Rolle verbessern das gegenwärtige Rollrad insofern, dass sie robuster gegenüber Schmutz und Erschütterungen sind. Einige Ausgestaltungen ermöglichen auch ein sehr kompaktes Teilsystem, das neue Gestaltungsgrößen und ergonomische Formen ermöglicht. Die Sensoroberfläche ist so gestaltet, dass der Finger über eine Bahn geführt wird und damit die Anstrengung verringert, wodurch eine verlängerte Nutzung der Scrollfunktion ermöglicht wird. Eine Ermüdung kann ferner dadurch verringert werden, dass die Scrollwiederholfunktion mit einer durch einen Fingerdruck gesteuerten Geschwindigkeit aktiviert wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein Peripheriegerät zur Cursorsteuerung (z.B. ein Zeigegerät wie beispielsweise das auch als Maus bezeichnete), das mehrere Berührungsfelder aufweist. Bei der vorliegenden Beschreibung wird eine Maus als Beispiel für ein Peripheriegerät zur Cursorsteuerung verwendet, jedoch ist die Verwendung des Ausdrucks „Maus“ nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung zu beschränken, sondern so zu verstehen, dass die Beispiele auch auf ein breiter gefächerteres Gebiet von Peripheriegeräten zur Cursorsteuerung anwendbar sind. Bei einer Ausgestaltung umfasst jedes Berührungsfeld eine Anordnung von Ansteuerleitungen und Erfassungsleitungen, die in einer gemeinsamen Kapazitäts-Messarchitektur organisiert sind. Die Berührungsfelder können Ansteuerleitungen gemeinsam nutzen, wodurch eine einzelne Mehrfachberührungssteuerung mehrere oder alle der Berührungsfelder steuern kann. Bei einigen Ausführungsformen werden Stromverwaltungskonzepte unter Verwendung von mehreren Berührungsfeldern realisiert, bei denen ein Erfassen von Berührung und Bewegung auf Basis einer von sowohl Berührungs- als auch Bewegungssensoren, einschließlich zum Beispiel eines zusätzlichen Näherungsdetektors, erfassten Aktivität aktiviert/deaktiviert werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen Vorteile auf, die unter Verwendung herkömmlicher Techniken nicht möglich sind, einschließlich dem Hinzufügen einer Berührungsfunktionalität und Gesten (z.B. Verwenden von einem, zwei, drei oder mehr Fingern und/oder eines Daumens oder Handfläche eines Benutzers) zu einer Maus, ohne eine oder mehrere mechanische Merkmale wie beispielsweise fingergeformte Facetten (üblicherweise für den Komfort des Benutzers verwendet) zu opfern. Bei einigen Ausgestaltungen werden an einer Maus unterhalb eines jeden Fingers Berührungssensoren verwendet, die auch als touch pads (Berührungsfelder) bezeichnet werden. Bei anderen Ausführungsformen sind einem der mehreren Berührungssensoren mehrere Finger zugeordnet.
Wie der vorliegenden Beschreibung insgesamt ausführlicher zu entnehmen ist, sind jedem Tastenfeld Mehrfacherfassungsfelder (z.B. in Form von einem oder von mehreren Leiterplatten und/oder einer oder mehreren flexiblen gedruckten Schaltungen) zugeordnet, sowie auch unterhalb der Daumenauflagezone. Dadurch stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung an einem einzigen Zeigegerät mehrere Berührungsfelder zur Verfügung. 24 stellt eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Zeigegeräts dar, das mehrere Berührungssensoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Wie in 24 veranschaulicht ist, werden an der dargestellten Maus vier verschiedene Berührungsfelder verwendet. Selbstverständlich sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf vier Berührungsfelder beschränkt, sondern können eine gegenüber den vier in 24 veranschaulichten geringere oder höhere Anzahl an Berührungsfeldern aufweisen. Bei der 24 ist ein Berührungsfeld dem Zeigefinger zugeordnet (bzw. unter diesem angeordnet), ein Berührungsfeld dem Mittelfinger zugeordnet, ein Berührungsfeld dem Daumen zugeordnet und ein viertes Berührungsfeld ist der Handfläche eines Benutzers zugeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen sind die mehreren (z.B. vier) Berührungsfelder jeweils mit einer zugehörigen Verarbeitungsvorrichtung (z.B. einem an einer Leiterplatte angebrachten integrierten Schaltkreischip (IC chip)) verbunden. Bei diesen Ausführungsformen arbeiten die jeweils einem der mehreren Berührungsfelder zugeordneten Verarbeitungsvorrichtungen isoliert und erfassen eine Bewegung für das ihnen zugeordnete Berührungsfeld bzw. Sensorfeld. Bei anderen Ausführungsformen werden weniger Verarbeitungsvorrichtungen verwendet, wobei ein Berührungsfeld oder mehrere Berührungsfelder eine Verarbeitungsvorrichtung gemeinsam nutzen. Bei einer bestimmten Ausführungsform wird zum Erfassen einer Bewegung eines Fingers/Daumens auf den mehreren Berührungsfeldern eine einzige Verarbeitungsvorrichtung oder ein IC chip verwendet. Bei dieser Ausführungsform ist jedes der Berührungsfelder bzw. jedes der Sensorfelder mit einer Messplatine (PCB, von Englisch: printed circuit board) oder einer flexiblen gedruckten Schaltung (FPC, von Englisch: flexible printed circuit) verbunden, die einen Berührungssteuerungs-IC aufweist. Bei einigen Ausgestaltungen können die Messplatine und einer der Berührungssensoren in einer einzigen Platine (z.B. entweder einer PCB oder einer FPC) enthalten sein. Die Beispiele dienen nicht zur Beschränkung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Vielmehr umfasst der Umfang der vorliegenden Erfindung auch andere Ausgestaltungen, bei denen M Berührungssensoren mit N Verarbeitungsvorrichtungen in Verbindung stehen, wobei N kleiner als M ist. Daher verwenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Messung mehrerer Berührungsfelder einen einzigen Mehrfachberührungs-IC. Bei einer Ausführungsform sind die Ansteuerleitungen eines jeden Berührungsfeldes, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, mit demselben Ansteuerausgang des Steuerungs-ICs verbunden und nutzen diesen somit gemeinsam.
Bei einer bestimmten Ausführungsform wird der Berührungssteuerungs-IC von einem Mehrfachberührungs-Steuerungs-IC unter Verwendung einer korrelativen Kapazitätsmessarchitektur gebildet (die auch als projizierte Kapazitätsberührungssteuerung bezeichnet wird). Eine korrelative Kapazitätsmessung erhält man, wenn a) die Zeilenelektroden in Richtung einer Dimension (z.B. „Zeilen“) als parallele Leitungselektroden angeordnet und mit den „Ansteuer“-Ausgangsanschlüssen des Steuerungs-IC verbunden sind. Die Ansteuerleitungen werden mittels einer Serie von Impulsen angesteuert, wobei alle Ansteuerleitungen typischerweise nacheinander folgend bepulst werden; b) die Erfassungsleitungen in Richtung der anderen Dimension (z.B. „Spalten") angeordnet und mit den „Erfassungs“-Elektroden des IC verbunden sind. Die Erfassungselektroden sind mit den Erfassungseingangsanschlüssen des IC verbunden, wobei der von der korrelativen Kapazität eingespeiste Strom gemessen wird, wodurch die korrelative Kapazität indirekt gemessen wird. Bei projizierten Kapazitätsberührungssensoren ergibt sich das Signal aus der Veränderung der kapazitiven Kopplung zwischen Zeilen und Spalten, wodurch sich praktisch der Messstrom in die Erfassungsleitungen (bei diesem Beispiel von den Spalten veranschaulicht) ändert.
31 stellt ein vereinfachtes schematisches Schaltbild dar, das die Komponenten eines Berührungssteuerungssystems veranschaulicht. Wie in 31 veranschaulicht, wird eine einzige Steuerung 3110 zusammen mit mehreren Ansteuer- und Erfassungsleitungen des Einfeldberührungssensors 3112 verwendet. Die in 31 veranschaulichte Ausführungsform bezieht sich daher auf ein einzelnes Berührungsfeld, während für mehrere Berührungsfelder andere Ausführungsformen vorgesehen sind. Die Berührungssteuerung 3110 wird von einer integrierten Schaltung gebildet, die mit dem Mikrocontroller 3114 über den Übertragungsbus 3116 in Verbindung steht. Es kann eines von mehreren Übertragungsprotokollen, einschließlich SPI oder I^2C, verwendet werden.
Die Berührungssteuerung 3110 kann so betrieben werden, dass über den Ansteuerleitungsbus mehrere Ansteuerleitungen angesteuert und über den Erfassungsleitungsbus mehrere Erfassungsleitungen erfasst werden. Zur Verbindung des Ansteuerleitungsbusses mit dem Berührungssensor 3112 wird ein Verbinder 3120 verwendet, und zur Verbindung des Erfassungsleitungsbusses mit der Berührungssteuerung wird ein Verbinder 3122 verwendet. Bei dem in 31 veranschaulichten korrelativen Kapazitätsaufbau werden die Ausgänge der Berührungssteuerung zu jeder der Zeilen (d. h. zu drei Zeilen im veranschaulichten Beispiel) geleitet. Durch das Erzeugen von Ansteuersignalen auf den Zeilen können die Signale an den Erfassungsleitungen aufgrund der korrelativen Kapazität zwischen Ansteuerung und Erfassung an den Knoten gleichzeitig erfasst werden.
Bei 31 steht der Mikrocontroller 3114 mit einer Stromquelle 3130, einem oder mehreren Tasten 3132 und 3134 und einem Funkübertragungssystem, das durch die Hochfrequenz-Sende-Empfangseinrichtung 3140 und die Antenne 3142 veranschaulicht ist, in Verbindung. Außerdem wird ein optischer Sensor 3150 zum Erfassen einer Mausbewegung verwendet.
Bei einer Ausführungsform wird die Gesamtzahl der dem IC zugeordneten Erfassungsleitungen unter den mehreren Berührungssensoren aufgeteilt. Zum Beispiel können 9 Ansteuerleitungen + 16 Erfassungsleitungen mit einem Berührungssteuerungs-IC verbunden sein und zum Steuern von vier Berührungssensoren (z.B. die vier in 24 veranschaulichten Berührungsfelder) verwendet werden, jeder mit 9 Ansteuerleitungen (gemeinsam genutzt) und 4 Erfassungsleitungen (nicht gemeinsam genutzt). Bei einem Abstand von 5 mm zwischen den Elektroden erreicht jedes der Berührungsfelder eine Größe von 45 mm x 20 mm. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Berührungsfelder abhängig von Benutzeranforderungen und/oder der Realisierung von Details (zum Beispiel könnte ein linkes Tastenfeld eine 2D-Schwenkfunktion aufweisen und daher breiter sein, um die gewünschte Funktionalität zu ermöglichen) unterschiedliche Elektrodenabstände auf. Bei anderen Ausgestaltungen kann eine für die jeweilige Anwendung geeignete abweichende Zahl von Ansteuer- und Erfassungsleitungen verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass, auch wenn das Berührungsfeld bei dem oben angegebenen Beispiel rechteckförmig ist, dies für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich ist und auch andere Geometrien vom Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst werden. Zum Beispiel könnte eine Teilmenge eines rechteckförmigen Berührungssensors verwendet werden, oder der Berührungssensor könnte die Anzahl der Ansteuer- und/oder Erfassungsleitungen als Funktion einer Position modifizieren, um andere Formen mit beliebigen Geometrien, einschließlich ovalen, dreieckigen oder dergleichen zu schaffen.
Ein weiterer Aspekt betrifft Verfahren und Systeme zur Energieverwaltung für ein Erhöhen der Batterielebensdauer an. Bei Nichtverwendung sollte der Energieaufwand für das Überwachen auf fehlende Aktivität bzw. zum Aufwachen bei Erfassung einer Aktivität minimal sein. Zu diesem Zweck können abhängig vom jeweiligen Systemdesign mehrere unterschiedliche Ausgestaltungen vorgesehen sein. Bei einem Zeigegerät, das einen optischen Sensor umfasst (z.B. eine Maus mit mehreren Berührungsfeldern und einem optischen Sensor, auch als Zeigesensor bezeichnet), können Verfahren und Systeme realisiert sein, bei denen einer der beiden Sensortypen in Reaktion auf eine fehlende Aktivität in einen Zustand geringer Energieaufnahme versetzt wird. Anders als bei herkömmlichen Systemen, die einen Aufwecken-bei-Berührungs-Ansatz verwenden, wird eine Erfassung einer Bewegung von einem Finger auf einem der mehreren Berührungsfelder und/oder eine Bewegung des Zeigegerätes zum Aufwecken des Geräts verwendet. Beispielsweise befindet sich die Maus im Energiesparmodus, wenn ein Finger bei stationärer Maus benachbart zum Berührungsfeld positioniert ist. Wenn der Benutzer anfängt seinen Finger über das Berührungsfeld in einer Scrollbewegung zu bewegen, erfasst der Mikrocontroller in dem Gerät die Fingerbewegung und veranlasst, indem er die Lageveränderung des Fingers erfasst, den Mikrocontroller des Berührungsfeldes dazu in den aktiven Modus mit hohem Energieverbrauch zu wechseln, in dem die Maus üblicherweise mit einer kürzeren Reaktionszeit oder höheren Rahmenfrequenz betrieben wird.
Bei einer ersten Ausführungsform wird ein kapazitiver Näherungssensor verwendet, der unabhängig von der Berührungssteuerung oder von der Berührungssteuerung umfasst sein kann. Der Näherungssensor ist bei einer Annäherung eines Fingers an das Berührungsfeld in der Lage, die Annäherung des Fingers zu erfassen. Näherungssensoren sind für die Energieverwaltung gut geeignet, da sie die Nähe eines Fingers bei sehr geringem Betriebsstrom erfassen können und bei einer Annäherung des Fingers oder einem anderen Teil einer Benutzerhand dennoch in den aktiven Modus (d. h. Aufwachen) übergehen können. Die mit dem kapazitiven Näherungssensor verknüpften Komponenten können entweder ein vollständig eigenes System bilden, das zum Erfassen einer Hand-/Fingerannäherung seine eigenen Elektroden verwendet, können aber auch die Ansteuerleitungen, die üblicherweise Ausgangsleitungen sind, im Zweizweckmodus als Eingänge für den Näherungssensor verwenden. Bei dieser Realisierung kann eine Ansteuerleitung von der Berührungssteuerung in einen hochohmigen Modus versetzt werden, wodurch die Ansteuerleitungen im Wesentlichen in einen Schlafmodus überführt werden, bei dem die Ausgänge der Ansteuerleitungen inaktiv sind. Wenn sich die Ansteuerleitungen in einem hochohmigen Zustand befinden, kann ein IC als Näherungssensor verwendet werden, der so mit den inaktiven Ansteuerleitungen verbunden ist, dass diese Ansteuerleitungen in ihrer Zweizweckfunktionalität dann die Elektroden (auch als Erfassungsleitungen bezeichnet) des Näherungssensors bilden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hierin behandelten Energieverwaltungstechniken nicht nur bei einer Maus anwendbar sind, die mehrere Berührungsfelder aufweist, sondern auch bei einer Maus, die nur ein einziges mehrdimensionales Berührungsfeld aufweist. Die Energieverwaltungstechniken sind daher nicht auf Zeigegeräte mit mehreren Berührungsfeldern beschränkt, sondern auch auf eine Maus mit einem einzigen Berührungsfeld anwendbar. Beispielsweise kann die Verwendung eines Handflächensensors unter Verwendung eines einzigen mehrdimensionalen Berührungsfeldes realisiert werden. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind.
Bei einigen Betriebsarten verwenden die kapazitiven Berührungssensoren eine Kapazitätskarte, die eine Basiskarte umfasst, die eine Kapazität als Funktion der Position der diversen durch die Überkreuzung von Ansteuer- und Erfassungsleitungen gebildeten Knoten zur Verfügung stellt. Die Kapazitätskarte kann als Abbild der Kapazität als Funktion der Position angesehen werden. Im Ruhemodus wird die Rahmenfrequenz abgesenkt. Am Ende einer Rahmenzeit, zum Beispiel 400 ms, wird eine neue Kapazitätskarte erzeugt und mit der Basiskarte verglichen. Änderungen in der Kapazitätskarte werden erfasst und als Eingabe zur Erhöhung der Rahmenfrequenz verwendet, die in einen Übergang von einem Ruhemodus in einen aktiven Modus mündet.
Bei einer anderen Ausführungsform wird der Bewegungssensor zum Erstellen einer Eingabe für den Zustandsübergang verwendet, wobei das Zeigegerät nur dann bei Berührung aktiviert wird, wenn eine Bewegung erkannt wurde (d. h. die Berührungsenergie wird lediglich auf Basis einer Bewegungserfassung verwaltet). Bei diesem Beispiel können die Bewegungssensoren solange im Ruhemodus verbleiben (z.B. einer Betriebsweise mit geringerer Rahmenfrequenz) bis eine Mausbewegung erkannt wird. Wie in 31 veranschaulicht ist ein optischer Sensor der Maus als Bewegungssensor dargestellt. Wie beschrieben kann der Bewegungssensor zusammen mit den Berührungssensoren genutzt werden, um einen großen Funktionalitätsbereich abzudecken.
Jeder der mehreren Berührungssensoren sowie der Bewegungssensor bzw. die Bewegungssensoren wird unabhängig voneinander zum zur Verfügung Stellen von Eingaben für Zustandsübergänge betrieben. Gemäß einer vierten Ausführungsform werden ein oder mehrere Berührungssensoren (z.B. ein an die Benutzerhandfläche angrenzender Berührungssensor) zum Einleiten des Übergangs von einem Ruhemodus in einen aktiven Modus verwendet. Bei Konzentration auf nur einen der Berührungssensoren, z.B. den der Handfläche, kann das System den Oberflächenbereich verringern, an dem die Erfassung erfolgt, und dadurch den Energieverbrauch begrenzen. Bei einigen Ausführungsformen sind alle oder ein Teil der Berührungsfelder zur Unterstützung eines einzigen Berührungspunktes ausgebildet. Bei diesen Ausführungsformen sind die eindimensionalen oder linearen Berührungsfelder durch eine Geometrie gekennzeichnet, die sie nicht dazu ausbildet, dass auf einer einzigen Fingerauflagefläche zwei Finger aufliegen können. Bei diesen Ausführungsformen ergibt sich eine Geste aus einer Kombination der von jedem der Berührungsfeldsensoren gemessenen multiplen linearen oder mehrdimensionalen (e. g. 2D) Bewegungen. Eine sich auf solche linearen und multidimensionalen Bewegungen beziehende zusätzliche Beschreibung ist beispielsweise in 28A veranschaulicht, worin eine 2D-Bewegung mit dem Daumen unter Verwendung eines 2D-Berührungsfeldes und eine lineare Bewegung der Finger unter Verwendung linearer Berührungsfelder ermöglicht ist.
30A stellt eine Perspektivansicht eines mehrere Berührungsfelder aufweisenden Zeigegeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 30A dargestellt, sind an der Oberfläche des Zeigegeräts mehrere Erfassungsfelder 3010, 3012 und 3014 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erfassungsfelder oder Berührungsfelder zum Ermöglichen eines Fingerkomforts mit geformten Fassetten oder dellenförmigen Merkmalen hergestellt. Die Lage der in 30A dargestellten Berührungsfelder eignet sich zum Erhalt von Eingaben durch die Finger und/oder den Daumen des Benutzers.
30B stellt eine Querschnittsansicht des in 30A dargestellten Zeigegeräts dar. Die Querschnittsansicht zeigt, dass die eine oder die mehreren Berührungsfelder an einer obenliegenden Oberfläche des Zeigegeräts angeordnet sind. Auch wenn in 30B nur zwei Berührungsfelder 3010 und 3012 dargestellt sind, ist dies nicht als Beschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung anzusehen. Der Boden des Gehäuses 3020 bietet eine Stützfläche für das Anbringen einer Anzahl von Systemkomponenten, einschließlich einer Leiterplatte 3024. Die Leiterplatte bietet wiederum eine Stützfläche zum Anbringen anderer Systemkomponenten, einschließlich einer Berührungssteuerung 3026 und einem oder mehreren Verbindern 3022 und 3028. In der veranschaulichten Ausführungsform kann der Verbinder 3022 zum Versorgen der Berührungsfelder mit Ansteuersignalen betrieben werden, und der Verbinder 3028 kann zum Erhalt von Erfassungssignalen von den Berührungsfeldern betrieben werden. Eine die Ansteuer- und Erfassungsleitungen betreffende zusätzliche Beschreibung wird mit Bezug auf 31 angegeben.
32A stellt eine vereinfachte graphische Darstellung von Komponenten eines Berührungssensorsystems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Im Vergleich zu 31 weist die in 32 dargestellte Ausführungsform mehrere mit einer Berührungssteuerung verbundene Berührungsfelder auf. Daher können bei Verwenden von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei denen ein Zeigegerät wie beispielsweise eine Maus mit mehreren Berührungsfeldern realisiert ist, mehrere Eigenschaften zur Verfügung gestellt werden, die bei Verwendung eines einzigen Berührungsfeldes nicht verfügbar sind. Die Erfassungsfelder 3010, 3012 und 3014 (zuvor in 30A als Berührungsfelder veranschaulicht) sind mit der Berührungssteuerung 3110 unter Verwendung eines ersten Verbinders 3120 für die Ansteuerleitungen und eines zweiten Verbinders 3122 für die Erfassungsleitungen verbunden. Als Alternative können die Ansteuerleitungen und die Erfassungsleitungen den selben Verbinder unter der Bedingung gemeinsam nutzen, dass die kapazitive Kopplung von den Ansteuerleitungen zu den Erfassungsleitungen und weg von dem Berührungsfeld selbst minimiert wird, zum Beispiel, indem 2 sich nicht überlappende Einheiten abgegrenzt werden. Die Erfassungsfelder 3010, 3012 und 3014 sind auf einer flexiblen gedruckten Schaltung (FPC) angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform werden drei, von den drei Erfassungsfeldern gemeinsam genutzte Ansteuerleitungen und neun Erfassungsleitungen (drei für jedes Erfassungsfeld) verwendet. Selbstverständlich kann die jeweilige Anzahl an Ansteuer- und Erfassungsleitungen abhängig von der jeweiligen Anwendung unterschiedlich sein. Die FPC bietet eine mechanische Trennung und Unabhängigkeit der diversen Berührungssensoren, wodurch diese wie in 30A gezeigt unterschiedlichen Fingern der Hand zugeordnet werden können. Die diversen Erfassungsfelder können dadurch für jeden der Finger unabhängige Eingaben erhalten.
Wie für einen Fachmann ersichtlich, ist die Anzahl und die Lage der Felder lediglich zur Veranschaulichung bestimmt. Bei einer der Ausgestaltungen ist für jeden der Finger ein Verfahrweg von 4 cm vorgesehen, wobei zum Beispiel acht Ansteuerleitungen mit einem Abstand von 5 mm zwischen den Ansteuerleitungen verwendet werden. Andere Abstände und Anzahlen von Leitungen können für die jeweilige Anwendung geeignet verwendet werden.
32B stellt eine vereinfachte Draufsicht auf einen Teil einer flexiblen gedruckten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die drei Erfassungsfelder der FPC sind in einer ausgeschnittenen Ansicht gezeigt. Die zum Anschließen der gedruckten Schaltung verwendeten Anschlüsse sind mit drei Anschlüssen für die Ansteuerleitungen und neun Anschlüssen für die Erfassungsleitungen gezeigt. Die Ansteueranschlüsse passen in den Verbinder 3120, und die Erfassungsanschlüsse passen in den Verbinder 3122. Die ausgeschnittene Ansicht veranschaulicht, wie Teile der größeren FPC-Platine entfernt werden können, um Material zu entfernen, das nicht zum Übertragen von Signalen oder anderweitig in dem Gerät verwendet wird. Die ausgeschnittene Form ermöglicht ein unabhängiges Betreiben von diversen Erfassungsfeldern, die sich die gemeinsamen Ansteuerleitungen teilen, wie zum Beispiel die linke und rechte Taste von 30A.
33 stellt eine vereinfachte graphische Darstellung zur Veranschaulichung von mehreren Berührungssensoren und Berührungssteuerungen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 33 gezeigt werden zwei flexible gedruckte Schaltungen verwendet. Statt mehrere Berührungsfelder auf einer einzigen FPC anzuordnen, wurde jedes der eigenständigen Berührungsfelder auf eine eigenständige FPC versetzt und mit einer eigenen Berührungssteuerung ausgestattet. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können FPCs mit mehreren Berührungsfeldern, FPCs mit einem einzigen Berührungsfeld, Kombinationen hiervon oder dergleichen aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen nutzen mehrere Erfassungsfelder gemeinsam eine Berührungssteuerung, und bei anderen Ausführungsformen wird eine Berührungssteuerung allein für ein Erfassungsfeld verwendet. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind.
25A stellt eine vereinfacht Draufsicht auf ein mit zwei Berührungsfeldern ausgestattetes Zeigegerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie 25A zu entnehmen ist, befindet sich ein erstes Berührungsfeld 2510 in Nachbarschaft zu einem während des Betriebs des Zeigegeräts 2500 unterhalb des Zeigefingers des Benutzers befindlichen Gebiet, und ein zweites Berührungsfeld 2520 befindet sich in Nachbarschaft zu einem während des Betriebs unterhalb des Daumens des Benutzers befindlichen Gebiet. Die Lagen der Zentren von Finger und Daumen sind jeweils durch das eingekreiste „X“ 2512 und 2522 gekennzeichnet. Eine Scrollfunktion wird bei einer Ausführungsform durch Vorwärts- und Rückwärtsschieben des Zeigefingers auf dem Berührungsfeld 2510 verfügbar. Daher wird das herkömmliche, an einem allgemein zentralen Bereich der Maus vorgesehene Scrollrad, wie in 25 veranschaulicht ist, von der durch das Berührungsfeld 2510 ermöglichten „Festkörperscrollrad“-Funktionalität ersetzt.
Als Alternative zum Scrollen unter Verwendung von Zeigefinger und Berührungsfeld 2510 kann ein Scrollen auch durch ein Schieben des Daumens über das Berührungsfeld 2520, entweder in einer zur Längsrichtung der Maus oder einer anderen, beispielsweise zur Breitenrichtung der Maus ausgerichteten, geeigneten Richtung durchgeführt werden. Bei diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Bedienung des Geräts unter Verwendung von Softwareprogrammen festgelegt werden, die zum Zusammenwirken mit der Maus betrieben werden können und es einem Benutzer ermöglichen, die durch diverse Bewegungen von Finger/Daumen/Handfläche und Hand erreichten Funktionen zu bestimmen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zwei oder mehr Berührungssensoren verwenden, die an unterschiedlichen Teilen der Maus angeordnet sind, zum Beispiel in unterschiedlichen Ebenen gelegen sind. Wie aus 25A ersichtlich befindet sich das Berührungsfeld 2510 in einer oberen Oberfläche der Maus an einer ersten Höhe bezüglich des Bodens der Maus. Das Berührungsfeld 2520 befindet sich an einer niedrigeren/seitlichen Oberfläche der Maus mit einem geringeren Abstand zum Boden der Maus als jener der oberen Oberfläche. Daher sind die beiden Berührungsfelder in Bezug auf die Unterseite der Maus auf unterschiedlicher Höhe angeordnet. Bei anderen Ausführungsformen können die Berührungsfelder planar sein, wobei die Ebenen in zur Horizontalen oder Vertikalen unterschiedlichen Winkel und in unterschiedlichen Höhen zu einer Bezugsfläche (zum Beispiel der Unterseite) ausgerichtet sind. Ein Berührungsfeld an einer linken Seite der Maus kann, um lediglich ein Beispiel anzugeben, nach unten und nach links geneigt sein, während ein zweites Berührungsfeld an der rechten Seite der Maus nach unten und nach rechts geneigt sein kann. Wie aus 26 ersichtlich ist, können zwei Berührungsfelder bei 2630 und 2640 beiderseits der Rolle positioniert sein, wobei die Ebenen der zwei Berührungsfelder nicht koplanar, sondern, wo die Rolle angeordnet ist, bezüglich des Zentrums der Maus schräg angeordnet sein.
Die 25B-D veranschaulichen Funktionen, die dem in 25A dargestellten Zeigegerät zugeordnet werden können. Wie aus 25B ersichtlich wird durch Schieben des Zeigefingers entlang einer ersten Richtung über das Berührungsfeld 2510 und des Daumens entlang einer zur ersten Richtung generell entgegengesetzten zweiten Richtung über das Berührungsfeld 2520 so, dass der Abstand zwischen Daumen und Finger zunimmt, eine Funktionalität zum Herauszoomen oder Strecken geboten. Durch Schieben des Zeigefingers entlang einer ersten Richtung über das Berührungsfeld 2510 und des Daumens entlang einer zur ersten Richtung generell entgegengesetzten zweiten Richtung über das Berührungsfeld 2520 so, dass der Abstand zwischen Daumen und Finger abnimmt, wird eine Funktionalität zum Einzoomen oder Eingrenzen geboten.
Wie aus 25C ersichtlich, wird durch Schieben des Zeigefingers über das Berührungsfeld 2510 entlang einer generell zur Längsrichtung der Maus ausgerichteten Richtung während der Daumen dabei auf dem Berührungsfeld 2520 ruht, eine Scrollfunktionalität geboten. Durch Schieben des Zeigefingers über das Berührungsfeld 2510 entlang einer generell zur Breitenrichtung der Maus ausgerichteten Richtung während der Daumen dabei auf dem Berührungsfeld 2520 ruht wird eine horizontale Schwenkbewegung geboten. Bei anderen Ausführungsformen kann die Bewegung von Finger/Daumen zum Erzielen einer ähnlichen Funktionalität vertauscht sein. Außerdem können, auch wenn bei diesen Beispielen der Zeigefinger bewegt wird, genau so gut andere Finger zum Erzielen einer ähnlichen Funktionalität verwendet werden. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind.
Wie in 25D zu erkennen ist, wird durch Schieben des Zeigefingers über das Berührungsfeld 2510 entlang einer generell im Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung, währenddessen der Daumen über das Berührungsfeld 2520 entlang einer generell im Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung geschoben wird, eine Funktionalität zur Drehung im Uhrzeigersinn geboten. Durch Schieben des Zeigefingers über das Berührungsfeld 2510 entlang einer generell gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung, währenddessen der Daumen über das Berührungsfeld 2520 entlang einer generell gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung geschoben wird, wird eine Funktionalität zur Drehung gegen den Uhrzeigersinn geboten. Das Ruhighalten von Zeigefinger oder Daumen während der andere Finger rotiert kann eine Funktionalität zum Drehen mit verringerter Geschwindigkeit ermöglichen, um eine Drehsteuerung mit höherer Auflösung zu bieten.
26 stellt eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Teils eines quer verlaufende Berührungsfelder aufweisenden Zeigegeräts nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie aus 26 ersichtlich sind entlang eines vorderen peripheren Bereichs des Zeigegeräts 2600 zwei Berührungsfelder 2610 und 2620 angeordnet. Bei einer Ausführungsform werden die Berührungsfelder 2610 und 2620 von hervorstehenden Prägestrukturen gebildet, um eine Tastfunktionalität zu bieten, die es dem Benutzer ermöglicht einen fühlbare Anzeige dafür zu erhalten, dass die Finger des Benutzers die lateralen Kapazitätssensoren erreicht haben. Eine wie durch die Bewegungspfeile 2610 und 2622 veranschaulichte Bewegung entlang der Berührungsfelder 2610 und 2620 ermöglicht ein laterales kapazitives Erfassen. Daher sind bei Verwendung dieser Ausgestaltung mit den Fingerspitzen verknüpfte Links-nach-Rechts-Gesten erfassbar.
Ein Satz tieferliegender Prägebereiche 2630 und 2640 ist benachbart zu den Berührungsfeldern 2610 und 2620 an Stellen vorgesehen, die sich bei Betrieb unter den Fingern näher zur Handfläche befinden. Wie dem Fachmann ersichtlich, ist bei Verwendung der in 26 veranschaulichten Ausführungsform eine Trennung der mit den mehreren Gelenken des Fingers verknüpften Bewegungen möglich. Wie in 26 dargestellt, bilden die Berührungsfelder 2610 und 2620 dünne Bereiche nahe an der vorderen Oberfläche des Zeigegeräts 2600 aus. Die tieferliegenden Prägebereiche 2630 und 2640 bieten eine Rastfläche für die Fingerspitzen während einer ersten Betriebsphase. Daher kann ein Klicken auf die tieferliegenden Prägebereiche 2630 und 2640 zu Links- und Rechts-Klicken führen. Damit bietet die Form der Maus eine natürliche Rastposition für die Fingerspitzen während einer ersten Betriebsphase. Es sei darauf hingewiesen, dass die tieferliegenden Prägebereiche 2630 und 2640 bei einigen Ausführungsformen Berührungsfelder zum Ermöglichen zusätzlicher Funktionalität aufweisen können. Bei einer zweiten Betriebsphase wird eine oder werden beide Fingerspitzen zu Stellen oberhalb der Berührungsfelder 2610 und 2620 bewegt, um eine laterale Bewegung über die lateralen Berührungsfelder zu erreichen, wodurch abhängig von der jeweiligen Anwendung eine Scroll/Schwenk-Funktionalität ermöglicht wird. Bei einigen Ausgestaltungen kann ein Bewegen von einem Finger über eines der Berührungsfelder, währenddessen sich der andere Finger über dem anderen Berührungsfeld nicht bewegt, eine oder mehrere Funktionalitäten ermöglichen. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind.
27A stellt eine vereinfachte Draufsicht auf ein Scrollräder aufweisendes Zeigegerät nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie 27A zu entnehmen ist, umfasst das Zeigegerät 2700 einen als Bereich B dargestellten Satz von ersten Berührungssensoren 2710 und 2712, die sich bei Betrieb benachbart zum Zeigefinger und Mittelfinger des Benutzers befinden, und einen als Bereich A dargestellten zweiten Berührungssensor 2720, der sich bei Betrieb benachbart zum Daumen des Benutzer befindet. Auch wenn der erste Satz von Berührungssensoren 2710 und 2712 als zwei Berührungssensoren dargestellt ist, kann die Funktionalität bei einigen Ausführungsformen in einem einzigen Berührungssensor vereint werden. Dadurch kann unter Verwendung der in 27A veranschaulichten Ausführungsform eine radförmige Bewegung erfasst werden. Die kreisförmigen Bewegungsberührungssensoren 2710/2712 und 2720 können je nach Eignung für eine bestimmtes Design als rechteckförmige Anordnungen oder ringförmige Anordnungen ausgebildet sein. Zum Erfassen einer kreisförmigen Bewegung kann bei Ausgestaltungen, die quadratische oder rechteckförmige Gitter verwenden, eine Gestenanalyse verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen kann ein runder, kreisförmiger Gleiter verwendet werden.
Bei der in 27A dargestellten Ausführungsform ist am oberen Gehäuse der Maus im Bereich B ein Fingerrad vorgesehen. Zum Erzielen einer kreisförmigen Bewegung über den Berührungsfeldern und zum Scrollen, Schwenken, Vergrößern oder Verkleinern der Lautstärke oder eines anderen geeigneten Verhaltens kann die Fingerspitze verwendet werden. Das Erfassen der Geste und die auf das Erfassen der Geste folgende Aktion können getrennt werden. Zum Beispiel kann ein vertikales Scrollen auf einem Bildschirm durch Drehen des Fingers auf dem ersten Satz von Berührungsfeldern und ein akustisches Scrollen (Lautstärkeänderung) durch Drehen des Daumens realisiert werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind somit nicht auf Scrollen und Schwenken beschränkt, vielmehr können andere Schiebersteuerungen einschließlich Lautstärke, Zoom, Drehungen oder jede andere granulare Steuerung durch Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
27B stellt eine vereinfachte perspektivische Zeichnung des Zeigegeräts von 27A dar. Wie in 27B dargestellt, ist für den Daumen eine Gleitoberfläche so vorgesehen, dass sich der Daumen leicht über die Gleitoberfläche 2750 schieben lässt, und zwischen den Bereichen für Daumen und Finger ist eine gummierte Oberfläche 2760 vorgesehen, um einen Halt zu ermöglichen. In der 27B ist der Daumenbereich geneigt gezeigt, obwohl dieser Bereich in 27A zum Zwecke der Deutlichkeit flach dargestellt ist. Wie für den Fachmann ersichtlich, weist die Oberfläche unterhalb des Daumens einen Bereich mit einer Berührungsfeldfunktionalität auf. Bei der in 27B veranschaulichten Ausführungsform liegt, auch wenn dies bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, eine dekorative Materialoberfläche (MSD von Englisch: material surface decoration) vor, die Metalle oder andere Materialien umfassen kann. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bieten daher eine Fläche zum Ablegen des Daumens, die eine Empfindung ähnlich der bei einem Berührungsfeld ermöglicht.
28A stellt eine vereinfachte Zeichnung zur Veranschaulichung eines mehrere Berührungsfelder aufweisenden Zeigegeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Wie aus 28A ersichtlich, umfasst das Zeigegerät 2800 ein Feld 2810, das an der für den Benutzerdaumen vorgesehenen Stelle angeordnet ist. Das Feld 2810 kann mit dem in 27A dargestellten zweiten Berührungssensor 2710 gemeinsame Eigenschaften nutzen. Unter Verwendung des Scrollrades 2810 können kreisförmige wie auch lineare Daumenbewegungen erfasst werden. Ein für das Feld 2810 verwendeter kapazitiver Sensor ist durch gestrichelte Linien 2818 veranschaulicht. Außerdem weist das Zeigegerät 2800 (auch als Maus oder Zitronentropfenmaus bezeichnet) eine hervorstehende Prägung 2820 für den Zeigefinger und eine hervorstehende Prägung 2830 für den Mittelfinger auf, wobei unter den hervorstehenden Prägungen durch gestrichelte Linien 2822 und 2832 veranschaulichte kapazitive Berührungsfelder angeordnet sind. Die hervorstehenden Berührungsfelder 2820 und 2830 können mit den in 26 dargestellten Berührungsfeldern 2610 und 2620 gemeinsame Eigenschaften aufweisen. Die Zitronentropfenform des Zeigegeräts 2800 bietet einen zusätzlichen Oberflächenbereich zum Erfassen von Fingergesten und weist an den zum Handgelenk des Benutzers weisenden Bereichen des Zeigegeräts eine sich verjüngende Form auf.
28B zeigt eine Gestentabelle zur Beschreibung von Ergebnissen, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Basis diverser Eingaben erzielt werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden Berührungsfelder, die zur Messung einer Bewegung in zwei Dimensionen (z.B. mehrdimensionale Berührungsfelder) geeignet sind, als auch Mehrfachberührungs-Berührungsfelder (z.B. Berührungsfelder die mehrere Finger auf einem einzigen Berührungsfeld erfassen und messen können). Das Berührungsfeld kann, um ein Beispiel zu geben, die Fingerspitze erfassen und wird nicht von anderen auf dem Berührungsfeld angeordneten Gelenken irritiert, wodurch ausschließlich die Fingerspitze verfolgt wird. Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, ermöglichen die Mehrfachberührungs-Berührungsfelder, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine breitgefächerte Gestenfunktionalität zur Verfügung stellen. Die in 28B veranschaulichten Gesten sind lediglich beispielhaft und nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränkend anzusehen, und es können auch andere Gesten vom Umfang der vorliegenden Erfindung umfasst sein. Daher werden die nachfolgenden Gesten von diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützt, auch wenn viele weitere Gesten definiert werden können.
Wie in 28B zu erkennen, beschreiben die Spalten die Bewegung der Maus (x,y-Bewegung), die in Feld 1 von 28A (d. h. das dem Daumen benachbarte Feld 2810) ausgeführte Aktion, die in Feld 2 von 28A (d. h. die dem Zeigefinger benachbarte hervorstehende Prägung 2810) ausgeführte Aktion, in Feld 3 von 28A (d. h. die dem Mittelfinger benachbarte hervorstehende Prägung 2830) ausgeführte Aktion und das durch diese Kombination von Gesten hervorgebrachte Resultat.
Reihe 1 veranschaulicht eine sich nicht bewegende Maus, Scrollen oder Drehen des Daumens und sich nicht bewegende Finger zum Hervorbringen einer vertikalen Scrollbewegung. Reihe 2 veranschaulicht eine sich nicht bewegende Maus, Scrollen oder Drehen des Daumens, einen sich nicht bewegenden Mittelfinger und einen Klick mit dem Zeigefinger. Reihe 3 veranschaulicht eine sich nicht bewegende Maus, einen sich nicht bewegenden Daumen, eine laterale Bewegung von entweder dem Zeigefinger oder dem Mittelfinger bei sich jeweils nicht bewegendem anderen Finger zum Hervorbringen einer horizontalen Schwenkbewegung, die auch als horizontales Scrollen bezeichnet wird. Reihe 4 veranschaulicht eine sich nicht bewegende Maus, einen sich nicht bewegenden Daumen und eine laterale Bewegung von sowohl dem Zeigefinger als auch dem Mittelfinger zum Hervorbringen einer lateralen Schwenkbewegung mit doppelter Geschwindigkeit.
Reihe 5 veranschaulicht eine sich nicht bewegende Maus, eine Drehung des Daumens im Uhrzeigersinn (eine bogenförmige Bewegung) und eine laterale Bewegung von sowohl Zeigefinger als auch Mittelfinger nach rechts zum Hervorbringen eines Vorwärts/Weiter-Ergebnisses. Ein Drehen des Daumens (eine bogenförmige Bewegung) gegen den Uhrzeigersinn und eine laterale Bewegung von sowohl Zeigefinger als auch Mittelfinger nach links, während sich die Maus nicht bewegt, bring ein Zurück/Vorher-Ergebnis hervor. Reihe 6 veranschaulicht eine sich nicht bewegende Maus, eine Drehung des Daumens gegen den Uhrzeigersinn und eine laterale Bewegung von entweder dem Zeigefinger oder dem Mittelfinger nach rechts, während der jeweils andere Finger sich nicht bewegt, um im Ergebnis ein Zoomen hervorzubringen. Drehen des Daumens im Uhrzeigersinn und ein laterales Bewegen von entweder dem Zeigefinger oder dem Mittelfinger nach links, während der jeweils andere Finger sich nicht bewegt, kann im Ergebnis ein Zoomen hervorbringen. Reihe 7 veranschaulicht eine Bewegung der Maus in die vertikale, horizontale oder in beide dieser Richtungen, einen sich nicht bewegenden Daumen, ein Klicken mit dem Zeigefinger und einen sich nicht bewegenden Mittelfinger, um eine Schwenkbewegung hervorzubringen, die das Fenster nach unten verschiebt, manchmal durch ein „Hand“-Symbol dargestellt.
Bei Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch andere Bewegungen der Finger und des Daumens in Verbindung mit einer Mausbewegung kombiniert werden, um diverse Ergebnisse zu erzeugen. Es werden die folgenden nicht beschränkenden Beispiele angegeben. Eine Bewegung des Zeigefingers alleine kann zum Scrollen, Schwenken oder 2D-Schwenken unter Verwendung von sowohl 1D- als auch 2D-Berührungssensoren verwendet werden. Eine Bewegung des Mittelfingers alleine kann, nachdem mit dem Mittelfinger eine Rechtsklick ausgeführt wurde, zum Listenscrollen verwendet werden. Dies kann auch zum Aktivieren eines Kontextmenüs verwendet werden. Ein gemeinsames Bewegen von Zeigefinger und Mittelfinger nach oben oder unten kann zum Ein- oder Auszoomen verwendet werden. Dies wird typischerweise durch Bewegen von zwei Fingern in die selbe Richtung mit in etwa der gleichen Geschwindigkeit durchgeführt. Ein gleichzeitiges Bewegen von Zeigefinger und Mittelfinger nach oben oder unten, aber in einander entgegengesetzte Richtungen, kann zum Erzeugen einer Rotation verwendet werden. Wischen des Daumens nach oben und unten oder nach links und rechts kann zum Erzeugen eines Vorher/Weiter, Zurück/Vorwärts, Seite-nach-oben/ Seite-nach-unten oder anderen ähnlichen Ergebnissen verwendet werden. Ein kombiniertes Bewegen von drei Fingern (z.B.
Daumen + Zeigefinger + Mittelfinger) kann zum Aufweiten oder Zusammenballen verwendet werden. Beispielsweise kann diese Mehrfingerbewegung zur Handhabung von mehreren Anwendungen verwendet werden und eine gewünschte Anwendung ähnlich der Verwendung von ALT-TAB in Windows-Betriebssystemen an der Anzeige nach vorne bringen.
Bei Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Mehrfinger-Gesten ermöglicht. Einige der von den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützten Gesten umfassen, um lediglich Beispiele anzugeben, eine Fingerverfolgung zur Cursorbewegung, eine Zweifingerverfolgung zum Scrollen, ein Dreifingerwischen für Zurück- und Vorwärts-Aktionen, Mehrfingerbewegungen zur Neuanordnung von Fenstern (insbesondere in Multitask-Umgebungen), und dergleichen.
Bei einigen Ausführungsformen werden Vierfingergesten ermöglicht. Beispiele für diese Vierfingergesten umfassen ein Vierfingerstrecken zur Verkleinerung der Fenstergröße, ein Vierfingerzoomen zum Vergrößern der Fenstergröße, ein Vierfingerstrecken und „Wischen“ zur Reduzierung/Minimierung eines Fensters, ein Vierfingerzoomen und „Wischen“ zum Maximieren eines Fensters (von einigen Windows-Betriebssystemen unterstützt), eine Vierfingerbewegung in zwei Dimensionen (z.B. x, y), um eine Cursorposition auf dem Bildschirm zu verschieben, ein laterales Vierfingerwischen, um ein Fenster an die linke/rechte Seite des Bildschirms zu heften (von einigen Windows-Betriebssystemen unterstützt), oder dergleichen. Diese Gesten dienen lediglich als Beispiele und beschränken nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung.
Bei einigen Ausführungsformen sind Treiber in einem Funkempfänger eingebettet, wobei die Treiber geladen werden, wenn dieser auf ähnliche Weise wie ein USB-Flash-Speichergerät in einen Computer eingesteckt wird. Bei diesen Ausgestaltungen kann der Treiber eine Gestenerkennung ausführen einen Digitalumsetzer (d. h. einen virtuellen Treiber) simulieren, um zum Beispiel eine Zoomdurchführung zu ermöglichen. Bei anderen Ausführungsformen werden hier behandelte Energieverwaltungstechniken um ein Verfahren ergänzt, bei dem das Zeigegerät, wenn keine Bewegung erfasst wird, in einen Wachmodus übergeht, bei dem die eingebaute Bewegungssteuerung einen Überwachungsmodus verwendet, bei dem der Mikrocontroller entweder in einem Bereitschaftsmodus oder einem Laufmodus betrieben wird, bei dem eine Bewegungs- oder Abbildungsänderung der Kapazitätsmessungen verifiziert wird. Außerdem geben einige Ausführungsformen Verfahren und Systeme an, die zusammen mit einem kapazitiven Sensor einen Kraft- oder Drucksensor zum Messen von Kraft oder Druck verwenden. Diese Ausführungsformen bieten eine größere Funktionalität, da der Drucksensor für eine Bestimmung, welcher der Finger (z.B. linker oder rechter) mit einem einzigen mechanischen Klick klickt, nützliche Informationen liefern kann. Bei noch weiteren Ausführungsformen wird eine Kantenzone eines Berührungssensors als Zone zum Erleichtern einer Schiebersteuerung verwendet, die zum Beispiel eine Lautstärkeregelungsfunktionalität oder andere schieberbasierende Steuerungen ermöglicht. Zudem verwenden einige Ausführungsformen Elektroden, die direkt auf Kunststoff angeordnet sind, wodurch die Systemzuverlässigkeit steigt und die Systemkosten verringert werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen den Gebrauch von Mehrfachberührungssensoren, die mehrere Berührungskontaktflächen, für entweder separate Digiti oder einen einzelnen Digitus (z.B. für einen einzelnen Finger) ermöglichen. Einige Ausgestaltungen verwenden kapazitive Sensoren bei denen der Abstand der Knoten klein genug ist, um Bereiche eines Fingers zu unterscheiden und lediglich die Fingerspitze zu verfolgen, die als der Berührungspunkt angesehen werden kann, der sich am weitesten von der Handfläche entfernt befindet.
Selbstverständlich wird ein Fachmann erkennen, dass, auch wenn einige Ausgestaltungen in Form von kapazitiven Sensoren und/oder Näherungssensoren behandelt werden, diverse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung andere Technologiearten (z.B. Widerstandstechnologien, optische Technologien, Kombinationen dieser und dergleichen) zum Erfassen von Berührung, Näherung oder anderen geeigneten Eingaben verwenden können. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind.
29 stellt ein vereinfachtes Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben eines Peripheriegeräts zur Cursorsteuerung dar. Dieses Verfahren ist auf den Betrieb einer Computermaus anwendbar, die einen Zeigesensor, mehrere Berührungsfelder und einen Näherungssensor aufweist. Das Verfahren 2900 umfasst ein Versetzen der Computermaus in einen passiven Betriebszustand 2910 und ein Überwachen des Zeigesensors zum zur Verfügung Stellen eines Bewegungswertes 2912. Der passive Betriebszustand kann beispielsweise durch eine erste Rahmenbetriebsfrequenz gekennzeichnet sein.
Das Verfahren umfasst auch ein Überwachen der mehreren Berührungsfelder zum Erstellen von mehreren Berührungswerten 2914 und ein Überwachen des Näherungssensors zum Erstellen eines Näherungswerts 2916. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen einer mit einer Bewegung von zumindest einem Teil einer Benutzerhand in Richtung der Computermaus verknüpften Zunahme des Näherungswertes 2918 und ein Versetzen der Computermaus in einen aktiven Betriebszustand 2920. Der aktive Betriebszustand kann zum Beispiel durch eine zweite Rahmenfrequenz gekennzeichnet sein, die höher als die erste Rahmenfrequenz ist.
Bei einer Ausführungsform sind mehrere Ansteuerleitungen mit den mehreren Berührungsfeldern verknüpft, wobei die mehreren Ansteuerleitungen zum Erstellen von Eingangssignalen für den Näherungssensor betrieben werden können. Bei dieser Ausführungsform kann ein Versetzen der Computermaus in einen passiven Betriebszustand ein Versetzen der mehreren Ansteuerleitungen in einen hochohmigen Zustand umfassen. Im aktiven Betriebszustand kann das Verfahren außerdem ein Bestimmen, dass der Bewegungswert im Wesentlichen Null ist, ein Bestimmen, dass zumindest einer der mehreren Berührungswerte nicht Null ist, und ein anschließendes Übertragen einer mit zumindest einem der mehreren Berührungswerte verknüpften Fingerbewegungsanweisung umfassen.
Selbstverständlich stellen die in 29 dargestellten spezifischen Schritte ein spezielles Verfahren zum Betreiben eines Peripheriegerätes zur Cursorsteuerung dar. Gemäß alternativen Ausführungsformen können auch andere Schrittfolgen ausgeführt werden. Beispielsweise können alternative Ausführungsformen die oben umrissenen Schritte in einer anderen Reihenfolge ausführen. Außerdem können die einzelnen, in 29 dargestellten Schritte mehrere Unterschritte umfassen, die je nach Eignung für den einzelnen Schritt in diversen Abfolgen ausgeführt werden können. Außerdem können abhängig von der jeweiligen Anwendung zusätzliche Schritte hinzugefügt oder weggelassen werden. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind.
Die 34A bis 34D stellen Zustandsdiagramme zur Veranschaulichung von Zustandsmaschinen dar. 34A ist ein Zustandsdiagramm zum Erfassen einer Mausverschiebung, die Vorteile in Bezug auf einen verringerten Energieverbrauch aufweist. Jeder Zustand stellt einen Betriebszustand von entweder dem optischen Sensor oder dem Berührungssensor dar. Beispielsweise kann sich jeder optische Sensor (Erfassung einer Mausverschiebung) entweder im Laufmodus, Gehmodus oder Ruhemodus befinden. Die drei dargestellten Zustände dienen lediglich als Beispiel zur Veranschaulichung von Zuständen mit unterschiedlichem Energieverbrauch, wobei Ausführungsformen nicht auf nur drei Zustände beschränkt sind, sondern je nach Eignung für eine bestimmte Anwendung eine geringere oder größere Anzahl von Zuständen nutzen können. Im Ruhemodus wurde die Maus während einer vorgegebene Zeitspanne nicht benutzt und die Rahmenfrequenz ist niedrig. Beim Empfangen des DISP_ACTIVE-Signals ändert sich der Zustand des Verschiebungs-Erfassungssystems in den Laufmodus, der durch eine höhere Rahmenfrequenz (z. B. 1.000 Rahmen pro Sekunde) und einen höheren Energieverbrauch als im Ruhemodus (z. B. 2 Hz) gekennzeichnet ist. Bei DISP_ACTIVE handelt es sich um ein Ereignis, das vom Verschiebesensor (optischer Maussensor) 3150 immer dann ausgelöst wird, wenn eine Verschiebung gemessen wird. Ein Verschiebesensor kann auch als Verschiebecontroller bezeichnet werden. Verschiebung, Bewegung, Bewegen und ähnliche Ausdrücke können in der gesamten vorliegenden Beschreibung zur Beschreibung der Bewegungserfassung des Eingabegeräts in einer oder mehreren Richtungen verwendet werden. Auch wenn sich einige Ausführungsformen auf eine Verschiebung in einem dreidimensionalen Koordinatensystem beziehen, kann der Ausdruck Verschiebung so verstanden werden, dass er eine Drehung wie beispielsweise ein Neigen, Gieren und Rollen um Achsen umfasst. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind.
Wenn die Bewegung der Maus für eine vorgegebene Zeit angehalten wird, wird eine Zeitüberschreitung für die Verschiebungsaktivität in Kraft gesetzt, um die Maus in den Gehmodus zu überführen, der durch ein Energieverbrauchsniveau gekennzeichnet ist, das zwischen dem Ruhe- und dem Laufmodus liegt. Die Rahmenfrequenz für das Verschiebungserfassungssystem kann beispielsweise 20 Hz betragen. Eine Zeitüberschreitung (DISP_ACTIVE) überführt das Verschiebungserfassungssystem in den Gehmodus. Falls sich die Inaktivität nach einer zweiten vorgegebenen Zeitspanne fortsetzt, erfolgt ein zweites Zeitüberschreitungsereignis, wodurch der Zustand in den Ruhemodus überführt wird. Beim Erfassen einer Bewegung (DISP_ACTIVE) vor der Zeitüberschreitung wird der Zustand zurück in den Laufmodus überführt, und zwar mit einer im Vergleich zum Übergang vom Ruhezustand in den Laufzustand geringeren Wartezeit.
34B stellt ein Zustandsdiagramm für die Berührungserfassung der Maus dar. Ähnlich der 34A sind darin Geh- und Laufmoden wie auch ein fakultativer Ruhemodus veranschaulicht. Beim Empfangen des TOUCH_ACTIVE-Signals, das eine Aktivierung des Berührungssensors anzeigt, ändert sich der Zustand in den Modus mit dem nächsthöheren Aktivitätsniveau. Zum Zurückführen des Berührungssensorsystems zu niedrigeren Energieverbrauchsniveaus werden ebenfalls Zeitüberschreitungen verwendet. Da die Verschiebungserfassung und Berührungserfassung voneinander getrennt sind (d. h. unterschiedliche Zustandsmaschinen), können unterschiedliche Aktivitätsarten verfolgt werden. Falls sich zum Beispiel die Hand eines Benutzers auf dem Schreibtisch nicht bewegt und nur der Finger bewegt wird, kann der Verschiebemodus in einem Zustand geringen Energieverbrauchs gehalten werden, während das Berührungserfassungssystem in einen Zustand hoher Energieaufnahme gefahren wird. Die Energieverwaltung kann daher zwei Zustandsmaschinen aufweisen, von denen eine ausschließlich auf Basis einer Verschiebungsaktivität und die andere ausschließlich auf Basis einer Berührungsaktivität gehandhabt wird. TOUCH_ACTIVE ist ein Ereignis, das beim Aufsetzen eines Fingers oder, bei einer bestimmten Ausführungsform, bei einer Bewegung des Fingers ausgelöst wird.
34C stellt ein Zustandsdiagramm für eine kombinierte Statusmaschine zur Verschiebung und Berührungserfassung dar. Wie 34C zu entnehmen ist, sind die Zustände für das Verschiebungserfassen und Berührungserfassen in der Zustandsmaschine kombiniert, wobei weniger Zustände verwendet werden als mit selbständigen Zustandsmaschinen. Der erste Zustand ist Disp:Walk and Touch:Walk, bei dem sich sowohl der Verschiebungssensor, als auch der Berührungssensor im Gehmodus befinden. In diesen Gehmoden werden sowohl der Verschiebungssensor, als auch der Berührungssensor bei einer mittleren Energieaufnahme betrieben, zum Beispiel mit einer Rahmenfrequenz von 20 Hz. Beim Erfassen einer Fingerbewegung wird ein TOUCH_ACTIVE-Signal empfangen, das in einen Übergang zu dem Zustand Disp:Walk and Touch:Run rechts unten führt, bei dem der Verschiebungssensor weiterhin bei einer mittleren Energieaufnahme betrieben und der Berührungssensor in einen Betriebszustand mit einer höheren Rahmenfrequenz gefahren wird.
Bei bestimmten Ausführungsformen können die mit dem Berührungssensor verknüpften Daten zum Modifizieren oder Steuern oder anderweitig verwendet werden, um eine brauchbare Eingabe in Bezug auf den Energiezustand des Bewegungssensors zu erstellen. Der Bewegungssensor kann, um ein Beispiel zu nennen, beim Erfassen einer Berührungsaktivität in einen Gehzustand (z.B. von einem Ruhezustand aus) übergehen, da die Maus, nachdem der Benutzer die Maus berührt hat, wahrscheinlich bewegt werden wird. Außerdem können mit dem Näherungssensor verknüpfte Daten in Bezug auf den Energiezustand des Berührungssensors und/oder des Bewegungssensors verwendet werden. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind.
Bei einem Verschieben der Maus wird ein DISP_ACTIVE empfangen, und es erfolgt ein Übergang in den Zustand DISP:RUN und TOUCH:WALK links unten, bei dem der Verschiebungssensor im Laufmodus und der Berührungssensor im Gehmodus betrieben wird. Daher wird die Berührungssteuerung immer dann in den Gehmodus überführt, wenn sich der Verschiebungssensor im Laufmodus befindet, wodurch die Energieaufnahme des Systems beim Verschieben der Maus durch den Benutzer auf Kosten einer größeren Berührungsverzögerung verringert wird. Als Alternative kann ein zusätzlicher Zustand hinzugefügt werden, bei dem sich der Verschiebungssensor und auch der Berührungssensor im Laufmodus befinden. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind. Eine Zeitüberschreitung von TOUCH_ACTIVE oder DISP_ACTIVE überführt, wie in 34B veranschaulicht ist, sowohl den Verschiebungssensor als auch den Berührungssensor in den Gehbetriebsmodus.
34D stellt ein Zustandsdiagramm für eine andere, eine kombinierte Zustandsmaschine nutzende Ausführungsform dar. Diese Ausführungsform realisiert immer dann, wenn eine Maus verschoben wird, eine geringe Berührungsverzögerung auf Kosten eines größeren Energieverbrauchs des Systems. Ausgehend vom Gehmodus des Verschiebungssensors und des Berührungssensors bewirkt DISP_ACTIVE einen Übergang zu Disp:Run und Touch:Run. Wenn sich beide Sensoren im Gehmodus befinden, bewirkt TOUCH_ACTIVE einen Übergang nach Disp:Walk und Touch:Run. Von diesem Zustand ausgehend bewirkt DISP_ACTIVE einen Übergang zu Disp:Run und Touch:Run. Zeitüberschreitungen für DISP_ACTIVE und TOUCH_ACTIVE führen zu den veranschaulichten Übergängen.
Der folgende Pseudocode beschreibt die auf einer Änderung der Fingerposition auf dem Berührungsfeld basierende Definition von TOUCH_ACTIVE, wie sie von den oben erläuterten Zustandsmaschinen verkörpert wird. Der Pseudocode wird nur dann ausgeführt, wenn sich auf dem Berührungsfeld ein Finger befindet.

 %Init, at finger landing
 Anchor_X = Read_Register(REG_ABSOLUTE_X);
 Anchor_Y = Read_Register(REG_ABSOLUTE_Y);
 threshold = LARGE_TH;
 state = WALK;
 timer = TIMEOUT; 



 %polling routine, every 2ms
 if (flnger_motion_interrupt == TRUE)
       %touch point has moved

      Abs_X = Read_Register(REG_ABSOLUTE_X);
      Abs_Y = Read_Register(REG_ABSOLUTE_Y);

       Delta_X = Abs_X-Anchor_X;
       Delta_Y = Abs_Y-Anchor_Y;
       if (abs([Delta_X, Delta_Y]) > threshold
             % event TOUCH_ACTIVE
             % touchpoint has moved more than threshold
             threshold = SMALL_TH
             state = RUN;
             Write_Register (REG_FRAME_RATE, FAST_RATE);
             timer = 0
             sendReport(Abs_X, Abs_Y);
             Anchor_X = Read_Register(REG_ABSOLUTE_X);
             Anchor_Y = Read_Register(REG_ABSOLUTE_Y);
       else
             %at rest (e.g. within threshold)
             if (timer < TIMEOUT);
                    timer = timer + 1;
             elseif (state == RUN)
                    %event timeout(TOUCH_ACTIVE)
                    threshold = LARGE_TH;
                    state = WALK;
                    Write_Register (REG_FRAME_RATE, SLOW_RATE); 



                    Anchor_X = Abs_X
                    Anchor_Y = Abs_Y
             end
       end
 end

Der oben angegebene Pseudocode gibt Einsicht in die Übergänge des Berührungssystems vom Gehmodus zum Laufmodus auf Basis der Erfassung von TOUCH_ACTIVE oder der Zeitüberschreitung von TOUCH_ACTIVE. Der Vorgang beginnt mit dem Auflegen eines Fingers (finger landing) wenn sich das Berührungssystem im Gehmodus befindet, wobei Ankerpositionen auf Basis der absoluten X- und Y-Positionen des Fingers auf dem Berührungsfeld festgelegt werden. Die Ankerpositionen sind bei dieser Ausführungsform die Positionen, an denen sich der Finger beim Auflegen oder zum Zeitpunkt eines Zustandsübergangs befindet. Als Schwellwert wird in dieser Initialisierungsphase ein großer Berührungserfassungswert festgelegt, da sich das Berührungssystem im Gehmodus befindet. Eine Überwachung auf ein Auftreten einer Fingerbewegung (finger_motion_interrupt==TRUE) wird mit einem Betriebszyklus von 2 ms durchgeführt. Auch wenn in dem Pseudocode 2 ms angegeben sind, ist dies nicht zwingend. Vielmehr können auch andere Betriebszyklen verwendet werden.

Wenn die auf die Ankerpositionen bezogene Bewegung den Schwellwert überschreitet, wird eine Bestimmung vorgenommen, ob der Berührungssensor Eingaben erhalten hat. Dies ist in dem Pseudocode als TOUCH_ACTIVE verzeichnet. Sobald der Berührungszustand erfasst wurde, wird der Schwellwert auf einen geringeren Wert gesetzt und der Zustand in den Laufmodus versetzt. Um der Berührungssteuerung eine größere Funktionalität zu verleihen, ist die Registrierungsrahmenfrequenz programmierbar. Im Laufmodus wird die Berührungssteuerung mit einer ersten Rahmenfrequenz mit einem höheren Energieverbrauch aber schnellerer Ansprechzeit betrieben. Ein Wert eines Zeitgebers wird zurückgesetzt um die Startzeit zum Eintritt in den Laufmodus festzulegen.

Es wird geprüft, dass keine Zeitüberschreitung vorliegt, und falls im Laufmodus eine Zeitüberschreitung vorliegen sollte, wird der Berührungssensor durch Zurücksetzen des Schwellwerts auf den größeren Wert in den Gehmodus zurück versetzt. Unter Verwendung der Fingerbewegung auf dem Berührungssensor und der Zeitüberschreitungen werden daher Zustände mit höherem und niedrigerem Energieverbrauch bereitgestellt. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind.

Bei einer besonderen Ausführungsform können ein oder mehrere Berührungsbildschirme auf der Maus angeordnet sein. Die hier behandelten Berührungssensoren können zum Beispiel in die Berührungsanzeigen integriert, oberhalb dieser, unterhalb dieser und/oder seitlich dieser angeordnet sein, wobei die Berührungsbildschirme so betrieben werden können, dass sie sowohl Eingaben empfangen als auch Bild- und Videoausgaben anzeigen können. Bei einigen Ausführungsformen kann ein auf der Maus angeordneter Berührungsbildschirm die hier behandelten zugehörigen Anweisungen aufweisen (z. B. Scrollen, Schwenken und dergleichen), die vom Benutzer durch eine Berührungssteuerung realisiert werden können. Wie in der gesamten Beschreibung erläutert wurde, können die diversen durch den Berührungsbildschirm empfangenen Anweisungen vom Benutzer konfiguriert werden. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele Variationen, Modifikationen und Alternativen möglich sind.

Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch in anderen speziellen Formen ausgeführt werden kann, ohne von deren wesentlichen Eigenschaften abzurücken. Das Zeigegerät kann beispielsweise mit einem Fernseher, einer Spielkonsole oder einem anderen Gerät verbunden werden, die unter die hierin verwendete Definition von Computer fallen. Die vorangehende Beschreibung ist daher als den in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegten Umfang der Erfindung veranschaulichend, jedoch nicht beschränkend, anzusehen. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die hierin angegebenen Beispiele und Ausführungsformen lediglich Anschauungszwecken dienen, und dass dem Fachmann im Lichte dieser Beispiele diverse Modifikationen oder Änderungen nahegelegt sind, die vom Geist und Umfang dieser Anmeldung und dem Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst sind.

Claims

Berührungssensorsystem, das Folgendes aufweist: eine Berührungssteuerung (3110) mit einem ersten Verbinder (3120) und einem zweiten Verbinder (3122); mehrere voneinander unabhängige Sensorfelder (3010, 3012, 3014), wobei jedes Sensorfeld von den anderen Sensorfeldern durch zumindest einen Abstand getrennt ist, der ein Aktivieren jedes Sensorfeldes durch einen separaten Benutzerfinger ermöglicht; mehrere Ansteuerleitungen, wobei jede Ansteuerleitung mit dem ersten Verbinder (3120) der Berührungssteuerung (3110) und mit jedem der mehreren Sensorfelder (3010, 3012, 3014) so verbunden ist, dass jedes der Sensorfelder (3010, 3012, 3014) mit denselben Ansteuerleitungen versorgt wird; und mehrere Sätze von Erfassungsleitungen, die mit dem zweiten Verbinder (3122) der Berührungssteuerung (3110) verbunden sind, wobei jeder der Sätze der mehreren Sätze von Erfassungsleitungen mit einem der mehreren voneinander unabhängigen Sensorfelder (3010, 3012, 3014) verbunden ist, wobei unterschiedliche Gruppen von Erfassungsleitungen unabhängig voneinander mit verschiedenen Sensorfeldern verbunden sind; wobei die mehreren Ansteuerleitungen und Sätze von Erfassungsleitungen in jedem der mehreren voneinander unabhängigen Sensorfelder (3010, 3012, 3014) eine Matrix ausbilden und die Matrix in jedem Sensorfeld mehrere Überkreuzungen von Ansteuer- und Erfassungsleitungen in zwei Dimensionen ausbildet, die eine Erfassung eines Fingers an jeder der Überkreuzungen ermöglichen.
Berührungssensorsystem nach Anspruch 1, worin die mehreren Sensorfelder (3010, 3012, 3014) auf einer flexiblen gedruckten Schaltung angeordnet sind.
Berührungssensorsystem nach Anspruch 1, worin jedes der mehreren Sensorfelder (3010, 3012, 3014) auf einer eigenen flexiblen gedruckten Schaltung angeordnet ist.
Berührungssensorsystem nach Anspruch 1, worin die Berührungssteuerung (3110) gemeinsame Ansteuersignale an die mehreren Ansteuerleitungen zur Verfügung stellt.
Berührungssensorsystem nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: ein Gehäuse zum Abstützen einer Hand eines Benutzers; und einen in dem Gehäuse angebrachten Verschiebungssensor zum Erstellen eines Verschiebungssignals, wobei ein erstes Sensorfeld der mehreren voneinander unabhängigen Sensorfelder (3010, 3012, 3014) benachbart zu einem ersten Finger des Benutzers angeordnet ist und ein zweites Sensorfeld der mehreren voneinander unabhängigen Sensorfelder (3010, 3012, 3014) benachbart zu einem zweiten Finger des Benutzers angeordnet ist.
Berührungssensorsystem nach Anspruch 5, worin das erste Sensorfeld und/oder das zweite Sensorfeld ein zweidimensionales Berührungsfeld umfassen.
Berührungssensorsystem nach Anspruch 5, worin der Verschiebungssensor einen optischen Sensor aufweist.
Eingabegerät, das Folgendes aufweist: ein Gehäuse zum Abstützen einer Hand eines Benutzers; einen Sensor zum Überwachen einer Bewegung des Gehäuses in zwei Dimensionen; ein erstes Berührungsfeld (3010, 3012, 3014), das in dem Gehäuse angeordnet ist; ein zweites Berührungsfeld (3010, 3012, 3014), das in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das zweite Berührungsfeld vom ersten Berührungsfeld getrennt und unabhängig ist, jedes Berührungsfeld vom anderen Berührungsfeld durch zumindest einen Abstand getrennt ist, der ein Aktivieren eines jeden Berührungsfeldes durch einen separaten Benutzerfinger ermöglicht; eine Berührungssteuerung (3110), die mit dem ersten Berührungsfeld und dem zweiten Berührungsfeld elektrisch verbunden ist; mehrere Ansteuerleitungen, wobei jede Ansteuerleitung mit der Berührungssteuerung (3110) verbunden ist und mit dem ersten Berührungsfeld und dem zweiten Berührungsfeld elektronisch verbunden ist, sodass jedes der Berührungsfelder mit denselben Ansteuerleitungen versorgt wird; und mehrere Sätze von Erfassungsleitungen, die mit der Berührungssteuerung (3110) verbunden sind, wobei ein erster Satz der mehreren Sätze von Erfassungsleitungen mit dem ersten Berührungsfeld elektrisch verbunden ist und ein zweiter Satz der mehreren Sätze von Erfassungsleitungen mit dem zweiten Berührungsfeld elektrisch verbunden ist, wobei unterschiedliche Gruppen von Erfassungsleitungen unabhängig voneinander mit verschiedenen Berührungsfeldern (3010, 3012, 3014) verbunden sind, wobei die mehreren Ansteuerleitungen mit einem ersten Verbinder der Berührungssteuerung (3110) verbunden sind, und die mehreren Sätze von Erfassungsleitungen mit einem zweiten Verbinder der Berührungssteuerung (3110) verbunden sind; und wobei die mehreren Ansteuerleitungen und Erfassungsleitungen in dem ersten und zweiten Berührungsfeld jeweils eine Matrix ausbilden und die Matrix in jedem Berührungsfeld mehrere Überkreuzungen von Ansteuer- und Erfassungsleitungen in zwei Dimensionen ausbildet, die eine Erfassung eines Fingers an jeder der Überkreuzungen ermöglichen.
Eingabegerät nach Anspruch 8, worin die mehreren Ansteuerleitungen mit einem ersten Verbinder (3120) der Berührungssteuerung (3110) und die mehreren Sätze von Erfassungsleitungen mit einem zweiten Verbinder (3122) der Berührungssteuerung (3110) verbunden sind.
Eingabegerät nach Anspruch 8, worin sich das erste Berührungsfeld (3010, 3012, 3014) während eines Betriebs benachbart zu einem ersten Finger einer Hand eines Benutzers befindet und das zweite Berührungsfeld (3010, 3012, 3014) sich während eines Betriebs benachbart zu einem zweiten Finger einer Hand eines Benutzers befindet.
Eingabegerät nach Anspruch 10, worin das erste Berührungsfeld (3010, 3012, 3014) ein zweidimensionales Berührungsfeld (3010, 3012, 3014) aufweist und der erste Finger einen Daumen des Benutzers umfasst.
Eingabegerät nach Anspruch 11, worin das erste Berührungsfeld (3010, 3012, 3014) einen kreisförmigen Sensor aufweist.
Eingabegerät nach Anspruch 10 worin das zweite Berührungsfeld (3010, 3012, 3014) ein zweidimensionales Berührungsfeld (3010, 3012, 3014) aufweist und der zweite Finger einen Zeigefinger des Benutzers umfasst.
Eingabegerät nach Anspruch 13, das ferner ein drittes Berührungsfeld (3010, 3012, 3014) aufweist, das in dem Gehäuse und während eines Betriebs benachbart zu einem dritten Finger der Hand eines Benutzers angeordnet ist, wobei das dritte Berührungsfeld ein zweidimensionales Berührungsfeld aufweist und der dritte Finger einen Mittelfinger des Benutzers umfasst.
Verfahren, das Folgendes aufweist: Ausgeben eines Satzes gemeinsamer Ansteuersignale an jedes von mehreren Sensorfeldern (3010, 3012, 3014) unter Verwendung von mehreren Ansteuerleitungen, wobei jede der mehreren Ansteuerleitungen mit jedem der mehreren Sensorfelder so verbunden ist, dass jedes der Sensorfelder mit denselben Ansteuerleitungen versorgt wird, die mehreren Sensorfelder jeweils voneinander getrennt und unabhängig sind und jedes Sensorfeld von den anderen Sensorfeldern durch zumindest einen Abstand getrennt ist, der ein Aktivieren eines jeden Sensorfeldes durch einen separaten Benutzerfinger ermöglicht; Empfangen eines ersten Satzes von Erfassungssignalen von einem ersten Sensorfeld der mehreren Sensorfelder (3010, 3012, 3014) unter Verwendung eines ersten Satzes von Erfassungsleitungen der mehreren Sätze von Erfassungsleitungen, wobei das Empfangen an einer Berührungssteuerung erfolgt, wobei die mehreren Ansteuerleitungen und die mehreren Sätze von Erfassungsleitungen in jedem der mehreren voneinander unabhängigen Sensorfelder eine Matrix ausbilden und unterschiedliche Gruppen von Erfassungsleitungen unabhängig voneinander mit verschiedenen Sensorfeldern verbunden sind; und Empfangen eines zweiten Satzes von Erfassungssignalen von einem zweiten Sensorfeld der mehreren Sensorfelder (3010, 3012, 3014) unter Verwendung eines zweiten Satzes von Erfassungsleitungen der mehreren Erfassungsleitungen, wobei das Empfangen an der Berührungssteuerung erfolgt, wobei die mehreren Ansteuerleitungen und der zweite Satz von Erfassungsleitungen eine Matrix ausbilden, jedes der mehreren Sensorfelder in zwei Dimensionen berührungsempfindlich ist und die Matrix in jedem Sensorfeld mehrere Überkreuzungen von Ansteuer- und Erfassungsleitungen in zwei Dimensionen ausbildet, die eine Erfassung eines Fingers an jeder der Überkreuzungen ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner ein Steuersignal an einen Computer auf Basis des ersten Satzes von Erfassungssignalen und des zweiten Satzes von Erfassungssignalen zur Verfügung stellt.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner ein Empfangen eines dritten Satzes von Erfassungssignalen von einem dritten Sensorfeld der mehreren Sensorfelder unter Verwendung eines dritten Satzes von Erfassungsleitungen der mehreren Erfassungsleitungen aufweist, wobei das Empfangen an der Berührungssteuerung (3110) erfolgt und die Ansteuerleitungen und der dritte Satz von Erfassungsleitungen eine Matrix ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die mehreren Sensorfelder (3010, 3012, 3014) zumindest einen ersten zweidimensionalen Festkörper-Berührungssensor und einen zweiten zweidimensionalen Festkörper-Berührungssensor aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 18, worin sich der erste zweidimensionale Festkörper-Berührungssensor während eines Betriebs benachbart zu einem ersten Finger einer Hand des Benutzers befindet und der zweite zweidimensionale Festkörper-Berührungssensor sich während eines Betriebs benachbart zu einem zweiten Finger einer Hand des Benutzers befindet.
Verfahren nach Anspruch 18, worin der erste Finger ein Daumen ist.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die mehreren Sensorfelder auf einer flexiblen gedruckten Schaltung angeordnet sind.