DE102021106698A1

DE102021106698A1 - 3D-Eingabevorrichtung, Mobilgerät und 3D-Eingabegerät

Info

Publication number: DE102021106698A1
Application number: DE102021106698.0A
Authority: DE
Inventors: Josef Reill; Armin Wedler; Volker Senft; Erfinder auf Antrag nicht genannt. Weitere(r)
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2022-09-22
Also published as: US20240167849A1; WO2022195082A1

Abstract

Eine 3D-Eingabevorrichtung (2), mit einem ersten Objekt (20), einem, relativ zum ersten Objekt (20) beweglichen, zweiten Objekt (22), und mindestens einer Sensoreinheit (4, 5), um Verschiebungen und/oder Winkeldrehungen der Objekte (20, 22) zueinander zu erfassen, wobei jede Sensoreinheit (4, 5) einen magnetoresistiven Sensor (6, 8), ein Magnetfeldelement (26, 28) und ein magnetisches Markerelement (16, 18) aufweist, wobei der magnetoresistive Sensor (6, 8) und das Magnetfeldelement (26, 28) je einer Sensoreinheiten (4, 5) mit einem der Objekte (20, 22) und das Markerelement (16, 18) dieser Sensoreinheit (4, 5) mit dem anderen Objekt (20, 22) verbunden ist, und wobei je Sensoreinheit (4, 5) der magnetoresistive Sensor (6, 8) dieser Sensoreinheit (4, 5) ein vom Magnetfeldelement (26, 28) dieser Sensoreinheit (4, 5) abgegebenes und vom Markerelement (16, 18) dieser Sensoreinheit (4, 5) beeinflusstes Magnetfeld erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine 3D-Eingabevorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein 3D-Eingabegerät. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Mobilgerät.
3D-Eingabevorrichtung oder 3D-Eingabegeräte werden insbesondere genutzt, um dreidimensionale Eingaben, beispielsweise dreidimensionale Bewegungsbefehle, an ein Computersystem zu übergeben. Zum Beispiel werden sogenannte 3D-Mäuse in 3D-Konstruktionssoftware dazu verwendet, Objekte in einer virtuellen 3D-Umgebung zu bewegen oder dem Benutzer ein Manövrieren durch eine virtuelle 3D-Landschaft zu ermöglichen. Vorzugsweise finden derartige Eingabegeräte zur Erstellung von 3D-Konstruktionen, auch CADs genannt, mithilfe von EDV-Software Anwendung. Darüber hinaus lassen sich 3D-Eingabegeräte in Joysticks, Spielekonsolen, Datenhandschuhen, Computertastaturen, Computermäusen, Trackpads, Touchpads, Smartphones oder Fernsteuerungen nutzen. Ein weiteres Anwendungsfeld für 3D-Eingabegeräte sind Fernsteuerungen für Roboter, beispielsweise für Drohnen.
3D-Eingabegeräte zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sich mit ihnen sämtliche Relativbewegungen und/oder Relativpositionen zweier Objekte zueinander wiedergeben bzw. eingeben lassen. Derartige Relativbewegungen und/oder Relativpositionen lassen sich mittels sechs Komponenten, nämlich drei Verschiebungen (X, Y, Z) und drei Winkeldrehungen (A, B, C) in bzw. um die drei Achsen des kartesischen Koordinatensystems, beschreiben. Zur Wiedergabe bzw. Eingabe der sechs Komponenten weisen geläufige 3D-Eingabegeräte einen Eingabekörper auf, der zu einem feststehenden Grundkörper entlang der sechs Komponenten beweglich ist. Diese Relativbewegungen und/oder Relativpositionen werden mittels einer Sensorvorrichtung erfasst. Derart können beispielsweise virtuelle Objekte oder Roboter, wie Drohnen, entlang der sechs Komponenten im Raum bewegt werden.
Geläufige 3D-Eingabegeräte sind u.a. aus DE 36 11 337 A1 sowie aus US 2012/0215475 A1 bekannt.
Eingabegeräte des Stands der Technik weisen generell den Nachteil auf, dass diese groß sind und sich somit beispielsweise nicht für den mobilen bzw. tragbaren Einsatz eignen.
DE 10 2017 206 025 A1 beschreibt eine magnetische Anordnung und ein 3D-Eingabegerät für Bewegungen zwischen zwei Objekten in sechs Freiheitsgraden. Hierbei kommen eindimensionale magnetoresistive Sensoren und Magnete zu Einsatz, die jeweils gegenüberliegend auf den beiden Objekten angeordnet sind.
Ein technischer Nachteil beim bisherigen Einsatz von magnetoresistiven Sensor-Technologien - beispielsweise mittels AMR Sensoren - ist der erhöhte elektrische Aufwand zur Bestimmung der eindimensionalen Position des Magneten zum Magnetsensor. Der AMR Sensor an sich erzeugt sein elektrisches Messergebnis in Form von zwei Halbbrücken und liefert somit vier Spannungen. Jeweils zwei analoge Spannungen können vorab zusammengefasst werden zu einer Spannung. Als Messergebnis des AMR Sensors verbleiben zwei Spannungen, die den Sinus- und als Cosinus-Anteil des Ergebnisses darstellen. Diese werden typischerweise mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers von einem Mikroprozessor eingelesen. Durch die Berechnung der Arcus-Tangensfunktion ergibt sich das eigentliche Messergebnis, die Position des Magneten relativ zu seinem zugeordneten magnetoresistiven Sensor. Hierdurch ergibt sich somit ein hoher Aufwand. Ferner ist der Aufbau bzw. die Konstruktion bisheriger magnetische Anordnungen oder 3D-Eingabegeräten komplex.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer optimierten magnetischen Anordnung, eines optimierten 3D-Eingabegeräts und eines optimierten Mobilgeräts.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine magnetischen Anordnung nach Anspruch 1, eines optimierten Mobilgeräts nach Anspruch 15 und eines optimierten 3D-Eingabegeräts nach Anspruch 16.
Bei der erfindungsgemäßen 3D-Eingabevorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Eingabevorrichtung für sechs Komponenten, nämlich drei Verschiebungen und drei Winkeldrehungen in bzw. um die drei Achsen des kartesischen Koordinatensystems. Die 3D-Eingabevorrichtung weist ein erstes Objekt und ein zweites Objekt auf. Die Objekte sind relativ zueinander beweglich. Es ist bevorzugt, dass das erste Objekt und/oder das zweite Objekt eine Platine aufweist, insbesondere daraus besteht. Ferner weist die 3D-Eingabevorrichtung mindestens eine Sensoreinheit auf, um Verschiebungen und/oder Winkel-drehungen der Objekte zueinander zu erfassen. Jede Sensoreinheit weist einen magnetoresistiven Sensor, mindestens ein, insbesondere exakt ein, Magnetfeldelement und mindestens ein, insbesondere exakt ein, magnetisches Markerelement auf. Es ist bevorzugt, dass es sich bei dem mindestens einen Markerelement um ein ferromagnetisches Markerelement handelt. Das Markerelement weist somit vorzugsweise Eisen auf. Das mindestens eine Markerelement weist eine beliebige Form, insbesondere eine längliche oder punktförmige Form auf. Der magnetoresistive Sensor und das Magnetfeldelement je einer Sensoreinheit ist mit einem der Objekte verbunden. Das Markerelement dieser Sensoreinheit ist mit dem anderen Objekt verbunden. Die Verbindung zwischen Sensor und/oder Magnetfeldelement und/oder Markerelement sowie dem jeweiligen Objekt ist insbesondere unbeweglich, auch als starr zu bezeichnen, ausgeführt. Möglich ist auch eine einstückige, auch als integral zu bezeichnende, Verbindung. Sensor und/oder Magnetfeldelement und/oder Markerelement können vorzugsweise in das jeweilige Objekt, beispielsweise in ein Bohrloch, eingelassen sein. Es ist bevorzugt, dass je Sensoreinheit der Sensor und das Magnetfeldelement dieser Sensoreinheit, die mit dem einen Objekt verbunden sind, gegenüberliegend des mit dem anderen Objekt verbundenen Markerelements ebendieser Sensoreinheit, angeordnet ist. Je Sensoreinheit erfasst der magnetoresistive Sensor dieser Sensoreinheit ein vom Magnetfeldelement dieser Sensoreinheit abgegebenes und vom Markerelement dieser Sensoreinheit beeinflusstes Magnetfeld. Weist die 3D-Eingabevorrichtung somit mehrere Sensoreinheiten auf, ist es für jede dieser Sensoreinheiten vorzugsweise umgesetzt, dass das Magnetfeldelement dieser Sensoreinheit ein Magnetfeld abgibt, welches vom Markerelement dieser Sensoreinheit beeinflusst und vom magnetoresistiven Sensor dieser Sensoreinheit erfasst wird. Bevorzugt ist es, dass der magnetoresistive Sensor derart ausgeführt ist, dass beim Erfassen ein Winkel der Magnetfeldlinien, insbesondere im Zentrum des Sensors, bezogen auf eine Referenzlinie gemessen wird.
Magnetfeldlinien eines magnetischen Dipols sind quellenfrei, weisen aber eine Richtung vom Nordpol zum Südpol des Magneten auf. Die Anwesenheit eines Markerelements, insbesondere bestehend aus ferromagnetischem Material, sorgt dafür, dass die Magnetfeldlinien auf dieses Markerelement gebündelt werden. Abhängig von der Position des Markerelements wird der Verlauf der Magnetfeldlinie entsprechend verändert. Ein magnetoresistiver Sensor erfasst diese Änderung. Insbesondere sitzt der Sensor zwischen Magnetfeldelement und Markerelement. Bevorzugt misst der Sensor den Winkel der Magnetfeldlinie, insbesondere im Zentrum des Sensors, bezogen auf eine Referenzlinie. Die Richtung der Magnetfeldlinie wird insbesondere nur in einer Messebene des Sensors erfasst. Vorzugsweise werden die senkrechten Komponenten nicht gemessen. Dies erfolgt insbesondere mittels eindimensionalem Sensor. Das Ergebnis der Messung am Sensor ist insbesondere ein Winkel bzw. Wert, der in direkter Beziehung zur Position des Markerelements vor dem Sensor steht. Die Position wird vorzugsweise nur eindimensional erfasst, entlang der Sensorrichtung. Dazu senkrechte Bewegungen des Markerelements werden bevorzugt nicht erkannt.
Eine Reduzierung des Aufwands gegenüber dem Stand der Technik lässt sich insbesondere erreichen, wenn der Messbereich des Sensors reduziert wird. Bei Sinus- und die Cosinus-Funktionen, bspw. des Messergebnisses bei AMR-Sensoren, ergibt sich in Abhängigkeit des Winkels ein annähernd linearer Bereich der Sinus-Funktion, beispielsweise um 0°. Der AMR-Sensor liefert als Messergebnis einen Sinus- und einen Cosinus-Wert. Bei einem Winkel beispielsweise um 0° liefert der Sinus-Wert annähernd lineare Messwerte in Abhängigkeit vom gemessenen Winkel. Die Sinus-Funktion befindet sich hier im annähernd linearen Bereich. In diesem Bereich liegt die Cosinus-Funktion bei oder nahe bei der maximalen Auslenkung, insbesondere bei oder nahe bei 1. Sie liefert damit keinen wesentlichen Beitrag zur Bestimmung des Winkels. Die ganze Information über den Winkel, der aus der Arcus-Tangens Funktion resultiert, ist an dieser Position im Sinus-Anteil des Ergebnisses enthalten. Somit ist es auch ausreichend nur diesen Anteil auszuwerten. Die Vereinfachung ist auch vorhanden in anderen Bereichen der Sinus- und Cosinus-Funktion. Dabei ändert sich entweder das Vorzeichen der maximalen Auslenkung, das Vorzeichen der linearen Abhängigkeit und/oder die Rolle der Sinus- und Cosinus-Funktion....
Um diesen Vorteil zu nutzen, wurde herausgestellt, dass der genutzte Messbereich des Sensors reduziert wird, ohne dabei den realen Bewegungsbereich des Magnetfeldelements zu begrenzen. Eine Begrenzung des Messbereichs des Sensors bedeutet, dass nur noch Winkel aus dem „linearen Bereich“ auftreten können und nicht mehr der vollständige Messbereich von -180° bis +180°. Gleichzeitig ist aber eine Beschränkung des realen Bewegungsbereichs des Magnetfeldelements unerwünscht. Das bedeutet, die reale Bewegung des Magnetfeldelements sollte nur noch eine verkleinerte Veränderung des Winkels ergeben. Der gemessene Magnetfeldvektor sollte sich durch die Bewegung des Magneten nur noch geringfügiger verändern. Dies wurde durch die erfindungsgemäße Ausführung umgesetzt, wobei eine Sensoreinheit in entsprechender Anordnung einen Sensor, ein Magnetfeldelement und ein Markerelement aufweist.
Insbesondere konnte somit besonders vorteilhaft der Aufwand reduziert werden. Insbesondere ergibt sich durch die Erfindung der weitere Vorteil, dass der Aufbau und/oder die Konstruktion der 3D-Eingabevorrichtung vereinfacht wird. Ferner ist insbesondere vorteilhaft möglich eine weitere Miniaturisierung umzusetzen. Diese Vorteile ergeben sich bspw. dadurch, dass Sensor sowie Magnetfeldelement mit einem Objekt und das Markerelement mit dem anderen Objekt verbunden sind. Das Markerelement kann hierbei sehr einfach aufgebaut bzw. ausgeführt und/oder klein sein. Somit kann z. B. ein beweglicher Eingabekörper, der eines der Objekte aufweist, mit dem Markerelement verbunden sein, während die komplexeren Elemente, insbesondere Sensor und Magnetfeldelement, mit dem unbeweglichen Objekt verbunden sind.
In bevorzugter Ausführung weist die 3D-Eingabevorrichtung mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens sechs oder exakt sechs der oben beschriebenen Sensoreinheiten auf.
In bevorzugter Ausführung handelt es sich bei dem magnetoresistiven Sensor um einen eindimensionalen Sensor mit einer einzigen Sensorrichtung. Der Sensor erfasst beidseitige Bewegungen entlang dieser Sensorrichtung. Weist die 3D-Eingabevorrichtung mehrere Sensoren auf, ist es bevorzugt, dass jeder dieser Sensoren wie vorstehend beschrieben ausgeführt ist. In bevorzugter Ausführung handelt es sich bei dem magnetoresistiven Sensor um einen AMR-Sensor oder einen GMR-Sensor oder einem CMR-Sensor oder einen TMR-Sensor. Weist die 3D-Eingabevorrichtung mehrere Sensoren auf ist es bevorzugt, dass alle Sensoren einem dieser Sensortypen entsprechen, wobei es jedoch auch möglich ist, dass eine Kombination verschiedener Sensortypen umgesetzt ist.
In bevorzugter Ausführung weist die 3D-Eingabevorrichtungen einen Eingabekörper und einen Fixkörper auf. Der Eingabekörper weist hierbei das erste oder das zweite Objekt auf, besteht insbesondere daraus, während der Fixkörper das andere Objekt aufweist, insbesondere daraus besteht. Es ist bevorzugt, dass der Eingabekörper zumindest teilweise innerhalb des Fixkörpers angeordnet ist. Vorzugweise ist der Fixkörper relativ unbeweglich mit einem Objekt, wie beispielsweise einem Tisch, einem Mobilgerät, einem Computer, einer Fernsteuerung oder einem Controller verbunden oder verbindbar. Es ist bevorzugt, dass der Eingabekörper einseitig oder beidseitig von einem Benutzer, insbesondere entlang der drei Verschiebungen und/oder der drei Winkeldrehungen, relativ zum Fixkörper auslenkbar ist.
In bevorzugter Ausführung ist der Eingabekörper zylinderförmig, hohlzylinderförmig, quaderförmig, würfelförmig, kappenförmig, kugelförmig, teilkugelförmig, oder ellipsoidförmig ausgeführt. Weist der Eingabekörper eine Hohlzylinderform auf, ist es bevorzugt, dass eine durch den Eingabekörper verlaufender Öffnung vorgesehen ist, auf die durch externe Interaktionen eingewirkt werden kann. Besonders bevorzugt ist es, dass die Öffnung im Wesentlichen den Durchmesser eines menschlichen Fingers aufweist, sodass durch einen in die Öffnung eingeführten Finger auf den Eingabekörper eingewirkt werden kann. Es ist bevorzugt, dass der Eingabekörper zur einseitigen oder beidseitigen Einwirkung ausgeführt ist. Eine beidseitige Einwirkung meint beispielweise ein Einwirken auf den Eingabekörper mittels Daumen und Zeigefinger einer Hand auf gegenüberliegenden Seiten des Eingabekörpers. Es ist bevorzugt, dass der Eingabekörper mindestens eine Einwirkfläche aufweist. Die Einwirkfläche ist vorzugsweise konkav oder konvex ausgeführt.
Vorzugsweise weist die 3D-Eingabevorrichtung mindestens einen Magnet auf. Der Magnet weist insbesondere das Magnetfeldelement auf, besteht insbesondere daraus. Weist die 3D-Eingabevorrichtung mehrere Magnetfeldelemente auf ist es bevorzugt, dass mehrere dieser Magnetfeldelemente durch einen Magnet ausgebildet werden, wobei es besonders bevorzugt ist, dass alle Magnetfeldelemente zusammen durch einen einzigen Magnet ausgebildet werden. Möglich ist es beispielsweise, dass der Magnet sternförmig ausgeführt ist und jede Sternspitze des Magneten einem Magenfeldelement entspricht. Bei dem Magnet handelt es sich vorzugsweise um einen Permanentmagnet, auch Dauermagnet genannt. Möglich ist es auch, dass es sich bei dem Magnet, um ein Elektromagnet, insbesondere eine Spule handelt. Bei Ausführung des Magneten als Elektromagnet ist es bevorzugt, dass der Elektromagnet zur Abgabe eines variablen Magnetfelds ausgeführt ist. Weist der Elektromagnet eine Spule auf ist es beispielweise bevorzugt, dass variable Spannungen angelegt werden können. Durch den variablen Elektromagnet ist es durch Zusammenwirken mit dem/den entsprechenden Markerelement/en möglich ein Feedback, beispielsweise ein Force Feedback, und/oder ein Magnetlager der 3D-Eingabevorrichtung umzusetzen.
In bevorzugter Ausführung weist die 3D-Eingabevorrichtung mindestens einen, vorzugsweise ferromagnetischen, Marker auf. Der Marker weist bevorzugt das Markerelement auf, besteht insbesondere daraus. Weist die 3D-Eingabevorrichtung mehrere Markerelement auf ist es bevorzugt, dass mehrere Markerelemente insbesondere, alle Markerelemente durch einen einzigen Marker ausgebildet werden.
Es ist bevorzugt, dass je Sensoreinheit das Markerelement dieser Sensoreinheit im Wesentlichen parallel zur Magnetisierungsrichtung des Magneten dieser Sensoreinheit ist. Magnetisierungsrichtig meint hierbei insbesondere eine Verbindungslinie zwischen Nord- und Südpol des Magneten. In bevorzugter Ausführung ist je Sensoreinheit das Markerelement dieser Sensoreinheit im Wesentlichen senkrecht zur Sensorrichtung des Sensors dieser Sensoreinheit. Es ist bevorzugt, dass je Sensoreinheit das Markerelement dieser Sensoreinheit im Wesentlichen koaxial zum Sensor dieser Sensoreinheit ist. Die vorstehende Lagebeziehung betrifft bezüglich des Markerelements und/oder der Sensoreinheit, vorzugsweise Längsachse hiervon, insbesondere bei bevorzugter länglicher Ausführung des jeweiligen Elementes. In bevorzugter Ausführung ist je Sensoreinheit die Sensorrichtung des Sensors dieser Sensoreinheit senkrecht zur Magnetisierungsrichtung des Magneten dieser Sensoreinheit.
In bevorzugter Ausführung weist die 3D-Eingabevorrichtung eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe aus jeweils mindestens drei, insbesondere exakt drei, Sensoreinheiten auf. Die Sensorrichtungen der Sensoren der ersten Gruppe und/oder der Sensoren der zweiten Gruppe liegen im Wesentlichen parallel zueinander. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Sensorrichtungen der Sensoren der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe in einer einzigen Ebene liegen. Besonders bevorzugt ist es, dass die Sensorrichtungen der Sensoren der einen Gruppe parallel zueinander liegen, während die Sensorrichtungen der Sensoren der anderen Gruppe in einer einzigen Ebene liegen.
In bevorzugter Ausführung liegen die Sensorrichtungen der Sensoren der ersten Gruppe im Wesentlichen senkrecht zu den Sensorrichtungen der Sensoren der zweiten Gruppe.
In bevorzugter Ausführung sind die Sensoreinheiten der ersten Gruppe und/oder die Sensoreinheiten der zweiten Gruppe auf einem Kreisumfang, insbesondere mit gleichem Winkelabstand zueinander, angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, dass die Sensoreinheiten der ersten Gruppe und/oder die Sensoreinheiten der zweiten Gruppe jeweils einen Winkelabstand von 120° aufweisen. Insbesondere sind alle Sensoreinheiten der 3D-Eingabevorrichtung auf einem Kreisumfang mit gleichem Winkelabstand, insbesondere von 60°, zueinander angeordnet.
Weist die 3D-Eingabevorrichtung mehrere Sensoreinheiten auf, ist es bevorzugt, dass alle Sensoreinheiten auf einem Kreisumfang angeordnet sind und/oder alle Sensoren auf einem Kreisumfang angeordnet sind und/oder alle Markerelemente auf einem Kreisumfang angeordnet sind und/oder alle Magnetfeldelemete auf einem Kreisumfang angeordnet sind. Bevorzugt ist es hierbei, das gleiche Elemente auf einem Kreisumfang einen gleichen Winkelabstand zueinander, insbesondere von 60°, aufweisen.
In bevorzugter Ausführung weist die 3D-Eingabevorrichtung mindestens eine Bewegungsbeschränkungsvorrichtung auf. Die Bewegungsbeschränkungsvorrichtung ist insbesondere elastisch ausgeführt. Bevorzugt ist es, dass die Bewegungsbeschränkungsvorrichtung mindestens eine Feder und/oder mindestens ein Elastomer, beispielsweise eine elastische Matte, aufweist. Vorzugsweise weist die Bewegungsbeschränkungsvorrichtung mindestens einen, bspw. starren, Stopper auf. Der Stopper ist insbesondere mit dem ersten oder dem zweiten Objekt, bspw. starr, verbunden. Die mindestens eine Feder ist insbesondere als Drehfeder und/ oder Zug- und/oder Druckfeder ausgeführt. Die Bewegungsbeschränkungsvorrichtung schränkt die Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt ein. Bevorzugt ist es, dass die Bewegungsbeschränkungsvorrichtung, vorzugsweise die mindestens eine Feder, insbesondere nach einer Relativbewegung, das erste Objekt relativ zum zweiten Objekt in eine Ausgangslage, auch Ruhelage genannt, drängt, beziehungsweises dort hält. Bevorzugt liefert die die 3D-Eingabevorrichtung in der Ruhelage für alle Verschiebungen und Winkeldrehungen den Wert 0. In bevorzugter Ausführung ist die Feder arm an Hysterese sein, damit der Bereich der Ruhelage klein gewählt werden kann. Alternativ oder zusätzlich zur Ausführung der Bewegungsbeschränkungsvorrichtung zur Herbeiführung einer Ausgangslage ist es bevorzugt, dass die Bewegungsbeschränkungsvorrichtung, insbesondere der mindestens eine Stopper, Bewegungen zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt derart beschränkt, dass ein Arbeitsbereich der Sensoreinheit/en nicht verlassen werden kann. Insbesondere beschränkt hierzu die Bewegungsbeschränkungsvorrichtung, vorzugsweise der mindestens eine Stopper, Bewegungen zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt derart, dass das Markerelement jeder Sensoreinheit in einem Messbereich des Sensors dieser Sensoreinheit und/oder im einem Magnetfeldbereich des Magnetfeldelements dieser Sensoreinheit verbleibt. Möglich ist es, dass die Bewegungsbeschränkungsvorrichtung das erste Objekt und das zweite Objekt direkt oder indirekt verbindet.
In bevorzugter Ausführung weist die 3D-Eingabevorrichtung ein elastisches Flachelement auf. Das Flachelement ist mit dem ersten oder dem zweiten Objekt verbunden, sodass ein Benutzer über das Flachelement berührend auf das damit verbundene Objekt, insbesondere den Eingabekörper einwirken kann. Es ist bevorzugt, dass das Flachelement das damit verbundene Element zumindest teilweise abdeckt. Das Flachelement weist vorzugsweise ein Display und/oder eine Folie auf.
In bevorzugter Ausführung weist die 3D-Eingabevorrichtung eine Auswertvorrichtung und/oder Stromversorgung wie beispielsweise eine Batterie auf.
In bevorzugter Ausführung weist die 3D-Eingabevorrichtung mindestens eine mit dem Eingabekörper verbundene Schlaufe auf. Bei der mindestens einen Schlaufe handelt es sich insbesondere um eine Fingerschlaufe, sodass mit einem menschlichen Finger über die Fingerschlaufe auf den Eingabeköper eingewirkt werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Mobilgerät handelt es sich insbesondere um ein Mobiltelefon oder ein Tablet oder ein Laptop oder Navigationsgerät. Das Mobilgerät weist mindestens eine Erfindungsgemäße 3D-Eingabevorrichtung auf. Bevorzugt ist es, dass die mindestens eine 3D-Eingabevorrichtung mit dem Mobilgerät, fest insbesondere einstückig verbunden ist. Bevorzugt ist die mindestens eine 3D-Eingabevorrichtung daten- und/oder stromübertragend mit dem Mobilgerät verbunden. Insbesondere ist die mindestens eine 3D-Eingabevorrichtung zumindest teilweise in das Mobilgerät eingelassen.
In bevorzugter Ausführung weist ein Prozessor des Mobilgerätes die Auswertvorrichtung der mindestens einen 3D-Eingabevorrichtung auf, besteht insbesondere daraus. Bevorzugt ist es, dass eine, insbesondere aufladbare, Batterie des Mobilgeräts die Stromversorgung der 3D-Eingabevorrichtung aufweist, insbesondere daraus besteht. Vorteilhaft ist es hierdurch umgesetzt, dass durch die Kombination von Mobilgerät und 3D-Eingabevorrichtung der standardmäßig in einem Mobilgerät vorhandener Prozessor und/oder die standardmäßig in einem Mobilgerät vorhandene Batterie zur Auswertung bzw. Energieversorgung der 3D-Eingabevorrichtung benutzt werden kann, sodass hierzu keine Zusatzelemente notwendig sind.
Bei dem erfindungsgemäßen 3D-Eingabegerät handelt es sich insbesondere um eine 3D-Maus, auch SpaceMouse genannt. Das 3D-Eingabegerät weist eine erfindungsgemäße 3D-Eingabevorrichtung auf. Die 3D-Eingabevorrichtung, insbesondere der Fixkörper der 3D-Eingabevorrichtung, ist mit einer Datenverarbeitungsanlage verbindbar oder verbunden ausgeführt. Bei der Datenverarbeitungsanlage handelt es sich insbesondere um einen Computer, ein Tablet, ein Laptop oder ein Smartphone. Die Verbindung zwischen 3D-Eingabevorrichtung und Datenverarbeitungsanlage ist insbesondere datenübertragend und/oder stromübertragend und/oder strukturell ausgeführt. Sofern die 3D-Eingabevorrichtung mit der Datenverarbeitungsanlage verbunden ist, ist es bevorzugt, dass eine einstückige Verbindung vorliegt. Sofern die 3D-Eingabevorrichtung mit einer Datenverarbeitungsanlage verbindbar ist, ist es bevorzugt, dass dies kabelgebunden und/oder kabellos erfolgt. Besonders bevorzugt ist es, dass die 3D-Eingabevorrichtung einen Kabelanschluss und/oder eine Drahtlose Kommunikationsvorrichtung aufweist. Die Drahtlose Kommunikationsvorrichtung weist insbesondere ein WLAN- und/oder Bluetooth-Modul auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1a eine schematische Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung in einem ersten Zustand,
1b eine schematische Draufsicht auf die 3D-Eingabevorrichtung aus 1a in einem zweiten Zustand,
2a-2h schematische Draufsichten auf die 3D-Eingabevorrichtung aus 1a in verschiedenen Zuständen,
3a-7a schematische Seitenansichten auf weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen der 3D-Eingabevorrichtung,
3b-7b eine schematische Draufsicht auf die 3D-Eingabevorrichtungen aus 3a-7a,
7c eine schematische, rückwärtige Seitenansicht auf die 3D-Eingabevorrichtungen aus 7a,
8 eine schematische Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung,
9a-9c verschiedene schematische Ansichten einer erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Mobilgeräts mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung,
10-13 schematische Seitenansichten auf erfindungsgemäße Ausführungsformen eines Mobilgeräts mit weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen einer 3D-Eingabevorrichtung,
14-15 schematische geschnittene Seitenansichten auf weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eine Mobilgeräts mit weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen einer 3D-Eingabevorrichtung, und
16-17 schematische perspektivische Ansichten auf erfindungsgemäße Ausführungsformen eines 3D-Eingabegeräts mit weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen einer 3D-Eingabevorrichtung.

Ähnliche oder identische Bauteile oder Elemente werden in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen bzw. Variationen davon (bspw. 14, 14' und 14") identifiziert. Insbesondere zur verbesserten Übersichtlichkeit werden, vorzugsweise bereits identifizierte, Elemente nicht in allen Figuren mit Bezugszeichen versehen.
1a zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung 2.
Die 3D-Eingabevorrichtung 2 zeigt eine Sensoreinheit 4 mit einem Magnetfeldelement 26, einem mit dem Magnetfeld 26, insbesondere starr, verbundenen Sensors 6 sowie ein hierzu gegenüberliegend angeordnetes relativ dazu bewegliches Markerelement 16.
Bei dem Magnetfeld 26 handelt es sich dargestellt vorzugsweise um einen Magnet mit zwei Polen 25, 27 und einer Magnetisierungsrichtung (dargestellt durch Pfeil 29). Das Magnetfeldelement 26 erzeugt ein Magnetfeld mit Magnetfeldlinien 12.
Das magnetische Markerelement 16, das insbesondere ferromagnetisches Material aufweist, zieht die Magnetfeldlinien 12 an und beeinflusst diese aufgrund der magnetischen, insbesondere ferromagnetischen, Eigenschaft. Das Markerelement 16 bündelt die Magnetfeldlinien 12. Abhängig von der Position des Markerelements 16 wird somit der Verlauf der Magnetfeldlinien 12 verändert (siehe beispielsweise 1b).
Der magnetoresistive Sensor 6 erfasst die Magnetfeldlinien 12, insbesondere die Veränderung der Magnetfeldlinien 12. Insbesondere sitzt der Sensor 6 zwischen Magnetfeldelement 26 und Markerelement 16. Bevorzugt misst der Sensor 6 den Winkel 34 (siehe 1b) der Magnetfeldlinien 12, insbesondere im Zentrum des Sensors 6, bezogen auf eine Referenzlinie 32 (siehe 1b). Die Richtung der Magnetfeldlinien 12 wird insbesondere nur in einer Messebene 30, die hier insbesondere in der xy-Ebene liegt, des Sensors 6 erfasst. Bevorzugt werden, insbesondere lediglich, Veränderungen entlang der y-Achse erfasst. Besonders bevorzugt werden senkrechte Komponenten, insbesondere entlang der x-Achse und der z-Achse, nicht erfasst. Die hieraus resultierende Sensorrichtung des Sensors 6 ist mit Pfeil 7 dargestellt. Zu beachten ist, dass es sich hierbei um eine beidseitige Sensorrichtung 7 handelt, sodass in positiver und negativer y-Achsenrichtung erfasst wird.
Dargestellt entspricht das Markerelement 16 einem ersten Objekt 20 und der Sensor 6 mit Magnetfeldelement 26 einem zweiten Objekt 22. Die Sensoreinheit 4, das erste Objekt 20 und das zweite Objekt 22 entsprechen somit zusammen einer Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung 2.
1b zeigt die 3D-Eingabevorrichtung 2 aus 1a in Draufsicht wobei das Markerelement aus einer Ausgangsposition (siehe 1a) in positiver y-Richtung bewegt wurde.
Durch die Bewegung des Markerelements 16 wurden die Magnetfeldlinien 12 verändert, insbesondere in positiver Y-Richtung gelenkt. Diese Veränderung des Magnetfeldes 12 wird von dem Sensor 6 als ein Winkel 34 bezüglich der Referenzlinie 32 erfasst.
Die 2a - 2h zeigen in Draufsicht weitere Zustände der 3D-Eingabevorrichtung 2 aus 1a bzw. 1b.
2a zeigt die Ausgangsposition, die der Position aus 1a entspricht.
2b und 2c zeigen positive (2b) sowie negative (2c) Relativbewegungen in y-Richtung zwischen Markerelement 16 und Sensor 6. Die Bewegung ist beispielhaft durch Pfeil 36 dargestellt. Die Magnetfeldlinien 12 werden dementsprechend verändert.
2d zeigt eine Drehung des Markerelements 36, insbesondere in Richtung des Pfeils 36 um die z-Achse. Dargestellt handelt es sich bspw. um eine Drehung um etwa 30°. Anstelle der Bewegung des Markerelements 16 ist auch eine entsprechende Bewegung des Sensors 6 und Magnetfeldelement 26 möglich. Die Ausrichtung der Magnetfeldlinien 12 verändert sich im Wesentlichen nicht zur Ausgangsposition, sodass keine Bewegung erfasst wird. Dies liegt insbesondere daran, dass keine Bewegung entlang der Sensorrichtung 7 erfolgt. Mit anderen Worten behalten die Feldlinien 12 ihre Richtung im Sensor 6 bei einer Drehung des Markerelements 16 bei. Möglich ist es zwar bspw., dass sich die Eintrittsstellen der Feldlinien 12 beim Markerelement 16 geringfügig ändern, an dieser Stelle werden sie jedoch nicht gemessen.
Die 2e und 2f zeigen negative (2e) und positive (2f) Bewegungen des Markerelements 16 relativ zum Sensor 6 in x-Richtung, dargestellt durch Pfeil 36. Auch hier erfolgt keine Bewegungserfassung durch Sensor 6.
Die 2g und 2h zeigen positive (2g) und negative (2h) Relativbewegungen zwischen Markerelements 16 und Sensor 6 in z-Richtung gem. Pfeil 36. Erneut wird keine Bewegung durch Sensor 6 beziehungsweise keine Veränderung der Magnetfeldlinien 12 erfasst.
3a zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung 2. Diese Ausführungsform ist im Wesentlichen an die Ausführungsform aus 1a angelehnt.
Der Sensor 6 mit Sensorrichtung 7 ist mit einem zweiten Objekt 22, insbesondere starr, verbunden. Das Magnetfeldelement 26 ist ebenfalls, insbesondere starr, mit dem zweiten Objekt 22 verbunden. Möglich ist es, dass wie dargestellt Sensor 6 und Magnetfeldelement 26 miteinander verbunden sind, jedoch ist beispielsweise auch eine Beabstandung zwischen Sensor 6 und Magnetfeldelement 26 möglich.
Relativ beweglich zum zweiten Objekt 22 ist ein erstes Objekt 20 angeordnet, welches, insbesondere starr, mit Markerelement 16 verbunden ist.
Sensor 6, Markerelement 16 und Magnetfeldelement 26 bilden Sensoreinheit 5 aus. In Anlehnung an die Ausführung aus 1a erfolgt eine Beeinflussung des von Magnetfeldelement 26 erzeugten Magnetfelds durch Markerelement 16 und eine entsprechende Erfassung hiervon durch Sensor 6.
3b zeigt eine Draufsicht auf die 3D-Eingabevorrichtung 2 aus 3a. Zu sehen ist hierbei das das Markerelement 16 länglich ausgeführt ist.
4a zeigt eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung 2, wobei in 4b eine Draufsicht auf die 3D-Eingabevorrichtung 2 zu sehen ist.
Die dargestellte Sensoreinheit 4 unterscheidet sich hierbei im Wesentlichen von der Sensoreinheit 5 aus 3a dadurch, dass Sensor 8 und Magnetfeldelement 28 sowie diese beiden gemeinsamen senkrecht zu Sensor 6 und Magnetfeldelement 26 aus 3a angeordnet sind. Ebenso ist das längliche Markerelement 18 aus 4a senkrecht zum Markerelement 16 aus 3a angeordnet.
Im Gegensatz zur Ausführung zu 3a können somit mit der Ausführung der 3D-Eingabevorrichtung 2 aus 4a keine Relativbewegung zwischen den Objekten 20, 22 im y-Richtung, sondern Relativbewegungen der Objekte 20,22 in z-Richtung erfasst werden.
5a zeigt eine weitere Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung in Draufsicht wobei in 5b die Seitenansicht dieser 3D-Eingabevorrichtung 2 gezeigt ist. Bei den Darstellungen der 5a und 5b handelt es sich um Schnittansichten.
Im Gegensatz zu der Ausführung aus 3a ist das Magnetfeldelement 26 innerhalb des zweiten Objekts 22 angeordnet. Beispielsweise kann das Magnetfeldelement 26, insbesondere in einem Bohrloch, in das zweite Objekt 22 eingelassen sein. Der Sensor 6 ist stirnseitig zum Magnetfeldelement 26 beziehungsweise zum zweiten Objekt 22 angeordnet.
6a zeigt eine weitere Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung in Draufsicht, wobei in 6b eine Seitenansicht zu sehen ist. Magnetfeldelement 26 und Sensor 6 sind hierbei auf gegenüberliegenden Seiten, insbesondere starr, mit dem zweiten Objekt 22 verbunden. Bevorzugt ist auch ein Höhenversatz zwischen Magnetfeldelement 26 und Sensor 6 vorgesehen.
In den 7a-7c eine weitere Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung 2 dargestellt. 7a zeigt eine Seitenansicht, während 7c eine rückwärtige Seitenansicht, also etwa eine Ansicht auf die Rückseite aus 7a zeigt. 7b zeigt eine Draufsicht.
Die 3D-Eingabevorrichtung 2 der 7a-7c weist zwei Sensoreinheiten 4, 5 auf. Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um die Sensoreinheit 4 aus 3a und die Sensoreinheit 5 aus 4a. Diese sind entsprechend jeweils mit dem ersten Objekt 20 und dem zweiten Objekt 22, insbesondere starr, verbunden. In dieser Ausführungsform kann somit mittels Sensoreinheit 5 eine entlang der y-Achse erfolgende und mit Sensoreinheit 4 eine entlang der z-Achse erfolgende Relativbewegung zwischen ersten Objekt 20 und zweiten Objekt 22 erfasst werden.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer 3D-Eingabevorrichtung 2 in Draufsicht.
Das erste Objekt 20 ist hierbei relativ beweglich zum zweiten Objekt 22 angeordnet, beziehungsweise ausgeführt. Dargestellt ist vorzugsweise das zweite Objekt 22 mit der Trägerplatte 13, insbesondere starr, verbunden, sodass etwa das erste Objekt 20 relativ zum zweiten Objekt 22 bewegbar ist. Dies ist auch umgekehrt möglich. Das erste Objekt ist vorzugsweise wie im dargestellten Koordinatensystem entlang der drei Achsen sowie um die drei Achsen beweglich.
Die 3D-Eingabevorrichtung weist sechs Sensoreinheiten 4, 5 auf.
Die drei Sensoreinheiten 4 sind in Anlehnung an die Ausführung aus 4a ausgeführt, jedoch mit im zweiten Objekt 22 eingebetteten Magnetfeldelementen 28 und hierzu versetzten Sensoren 8. Die Sensoreinheiten 4 erfassten somit jeweils eine Relativbewegung zwischen dem ersten Objekt 20 und zweiten Objekt 22 entlang der z-Achse.
Die Sensoreinheiten 5 hingegen sind etwa in Anlehnung an die Ausführung aus 3a ausgeführt, jedoch mit im zweiten Objekt 22 eingebetteten Magnetfeldelementen 26 und davor angeordneten Sensoren 6. Die Sensoreinheiten 5 erfassen Relativbewegungen zwischen ersten Objekt 20 und zweiten Objekt 22 in der xy-Richtung, bzw. in der xy-Ebene. Die oben dargestellte Sensoreinheit 5 erfasst hierbei bspw. Relativbewegungen entlang der Y-Achse.
Zusammengenommen kann somit über die verschiedenen erfassten Relativbewegungen eine Gesamtrelativbewegung entlang der drei Achsen und um die drei Achsen des kartesischen Koordinatensystems zwischen erstem Objekt 20 und zweitem Objekt 22 erfasst werden.
Dargestellt sind die Sensoreinheiten 4, die eine erste Gruppe aus Sensoreinheiten 4 bilden, um jeweils 120° versetzt zueinander angeordnet sind. Entsprechendes gilt für die Sensoreinheiten 5, die eine zweite Gruppe aus Sensoreinheiten 5 bilden. Alle Sensoreinheiten 4, 5 sind folglich um 60° zueinander versetzt angeordnet.
Möglich ist es beispielsweise auch, dass jeweils eine Sensoreinheit 4 und eine Sensoreinheit 5 in z-Richtung im Wesentlichen deckungsgleich angeordnet sind, sodass zwischen diesen etwa kein Winkelversatz vorliegt, jedoch weiterhin alle Sensoreinheiten 4 beziehungsweise alle Sensoreinheiten 5, 120° versetzt zueinander liegen.
9a zeigt die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Mobilgeräts 100 mit erfindungsgemäßer 3D-Eingabevorrichtung 2. Bei dem Mobilgerät 100 handelt es sich insbesondere um ein Handy, beispielsweise um ein Smartphone. An der Unterseite weist das Handy 100 eine Bohrung 22 durch das Gehäuse 20 des Handys 100 auf. Innerhalb der Bohrung 22 ist ein vollzylinderförmiger Eingabekörper 40 angeordnet, von dem in 9a die erste Fläche 43 auf der ersten Seite 42 des Eingabekörpers 40 zu sehen ist. Die (nicht dargestellten) Sensoren 6, 8 und die (nicht dargestellten) Magnetfeldelemente 26, 28 der 3D-Eingabevorrichtung 2 sind insbesondere direkt auf der nach innen weisenden Bohrungsfläche der Bohrung 22 des Gehäuses 20 angeordnet. Die (nicht dargestellten) Markerelemente 16, 18 befinden sich insbesondere auf der Mantelfläche der Zylinderform des Eingabekörpers 40.
9b zeigt die Rückansicht des Mobilgeräts 100 aus 9a. Hierbei ist die zweite Fläche 45 auf der zweiten Seite 44 des Eingabekörpers 40 zu sehen.
9c zeigt eine Seitenansicht des Mobilgeräts 100 aus den 9a und 9b, wobei es sich um die Unterseite des Handys handelt. Hierbei ist zu sehen, dass die beiden Bereiche auf der ersten Seite 42 und der zweiten Seite 44 des Eingabekörpers 40 nicht bündig mit der Kontur des Gehäuses 20 des Mobilgeräts 100 abschließen. Zwei Bereiche des Eingabekörpers 40, mit der ersten Fläche 43 und der zweiten Fläche 45, ragen somit aus dem Gehäuse 20 heraus. Alternativ ist auch ein bündiger Abschluss möglich.
10 zeigt das Mobilgerät 100 aus den 9a-9c mit der Hand 12 eines Benutzers. Daumen 14' und Zeigefinger 14" der Hand 12 liegen einerseits auf der ersten Fläche 43 und andererseits auf der zweiten Fläche 45 des Eingabekörpers 40 auf. Mittels eines derartigen Greifens des Eingabekörpers 40 über die Hand 12 eines Benutzers, kann der Benutzer den Eingabekörper 40 relativ zum Gehäuse 20 auslenken. Bewegt der Benutzer beispielsweise beide Finger in gleiche Richtung entlang einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene, so vollzieht der Eingabekörper 40 eine Verschiebung entlang X, Y, Z relativ zum Gehäuse 20. Führt der Benutzer beispielsweise beide Finger 14', 14" mit gegriffenem Eingabekörper 40 senkrecht zur Zeichenebene aus der Zeichenebene heraus, so vollzieht der Eingabekörper 40 eine Verschiebung entlang der Z-Achse (dargestelltes Koordinatensystem), wobei die Z-Achse senkrecht zur Zeichenebene steht. Bewegt der Benutzer beispielsweise Daumen 14' senkrecht zur Zeichenebene aus der Zeichenebene hinaus (in Z-Richtung), und bewegt er den Zeigefinger 14" senkrecht zur Zeichenebene in die Zeichenebene hinein (entgegen Z-Richtung), so vollzieht der Eingabekörper 40 eine Winkeldrehung A um die X-Achse. Wenn der Benutzer eine gleichgerichtete Rotation der beiden Finger 14', 14" tangential zu dem zylinderförmigen Eingabekörper 40 ausführt, so vollzieht der Eingabekörper 40 eine Winkeldrehung B um die Y-Achse. Derartige Bewegungen des Eingabekörpers können kombiniert werden, um derart eine, insbesondere gleichzeitige, Bewegung des Eingabekörpers 40 relativ zum Gehäuse 20 zu vollziehen. Derartig erfasste Bewegungen über die 3D-Eingabevorrichtung 2 können dann beispielsweise als Eingabebefehle genutzt werden.
11 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mobilgeräts 100 mit erfindungsgemäßer 3D-Eingabevorrichtung 2. Anstelle der Ausführung des Eingabekörpers 40 aus 10, in der der Eingabekörper 40 aus dem Gehäuse 20 herausragt, schließt der Eingabekörper 40 aus 4 bündig mit dem Gehäuse 20 ab. Der Eingabekörper 40 weist hierbei eine Vollzylinderform auf, wobei die erste Fläche 43, die der Grundfläche der Zylinderform entspricht, eine Muldenform, auch als konkave Fläche 43 zu bezeichnen, aufweist. Die dieser Fläche 43 gegenüberliegende zweite Fläche 45 ist ebenfalls konkav ausgestaltet. Im Gegensatz zu der dargestellten Ausführungsform ist auch eine Kombination von konkaven, konvexen oder ebenen Ausführungen für die erste Fläche 43 und die zweite Fläche 45 möglich. Auch ist es möglich, dass der Eingabekörper 40 nicht über das Gehäuse 20 hinausragt und ebenfalls nicht bündig mit dem Gehäuse 20 abschließt, sondern vollständig innerhalb des Gehäuses 20 angeordnet ist.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mobilgeräts 100 mit erfindungsgemäßer 3D-Eingabevorrichtung 2. Die dargestellte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform aus 10, wobei an der ersten Fläche 43 eine Schlaufe 50, insbesondere ausgeführt als Fingerschlaufe, angeordnet ist. Diese Schlaufe 50 ist mit der ersten Fläche 43 des Eingabekörpers 40 verbunden. Derart kann ein Benutzer mit einem oder mehreren Fingern 14 in die Schlaufe 50 eingreifen und derart eine Auslenkung des Eingabekörpers 40 entlang der sechs Komponenten, ohne beidseitiges Zugreifen auf die erste Fläche 43 und die zweite Fläche 45, erreichen.
13 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mobilgeräts 100 mit erfindungsgemäßer 3D-Eingabevorrichtung 2. Im Unterschied zu den vorstehend aufgeführten Ausführungsbeispielen weist der Eingabekörper 40 keine Vollzylinderform, sondern eine Hohlzylinderform auf. Ein Benutzer kann somit mit einem oder mehreren Finger 14 in und/oder durch den Eingabekörper 40 ein- bzw. durchgreifen. Mit Blick auf die Ausführungsform aus 12 ist es hierbei erneut möglich, lediglich einseitig und/oder mit nur einem Finger eine Auslenkung des Eingabekörpers entlang der sechs Komponenten hervorzurufen. Das Eingreifen des Benutzers mit dem Finger 14 erfolgt hierbei in die innere Mantelfläche des Hohlzylinders des Eingabekörpers 40. Der Durchmesser des Lochs des Hohlzylinders des Eingabekörpers 40 entspricht hierbei im Wesentlichen dem Fingerdurchmesser eines Menschen, so dass ein möglichst nahes Anliegen des Hohlzylinders an dem Finger gewährleistet ist.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mobilgeräts 100 mit erfindungsgemäßer 3D-Eingabevorrichtung 2. Die Lagerung des Eingabekörpers 40 erfolgt über eine Bewegungsbeschränkungsvorrichtung 70, die zwei elastische Matten 72', 72" aufweist. Die elastischen Matten 72', 72" sind jeweils sowohl fest mit dem Gehäuse 20 als auch fest mit dem Eingabekörper 40 verbunden. Diese festen Verbindungen verhindern, dass die elastischen Matten 72', 72" verrutschen. Die Elastizität der elastischen Matten 72', 72" liegt vorzugsweise nur zwischen dem Gehäuse 20 und dem Eingabekörper 40 vor. Eine Verformung der elastischen Matten 72', 72" aufgrund der Einwirkung durch einen Benutzer verursacht eine Rückstellkraft, die den Eingabekörper 40 wieder in die Ruhelage bringen möchte. Vorzugsweise handelt es sich bei den elastischen Matten 72', 72' um hysteresefreie bzw. hysteresearme Matten derart, dass der Eingabekörper 40 wieder in die Ruhelage zurückkehrt. Anstelle der dargestellten Ausführung, bei der die elastischen Matten 72', 72" innerhalb des Gehäuses 20 an den Gehäusewänden 20' und 20" angeordnet sind, ist es auch möglich, dass die elastischen Matten 72', 72" an den Außenseiten der Gehäusewände 20', 20" des Gehäuses 20 angeordnet sind. Auch eine Anordnung der Matten 72', 72" innerhalb der Bohrung, bündig mit dem Gehäuse 20 nach außen hin ist möglich, so dass ein bündiges Erscheinungsbild ohne Spalte zwischen Gehäuse 20 und Eingabekörper 40 gegeben ist. Neben der Federfunktion der elastischen Matten 72', 72", bieten diese einen Abschluss bzw. eine Abdichtung gegenüber äußeren Umwelteinflüssen, beispielsweise auf das Innere des Mobilgeräts 100.
15 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mobilgeräts 100 mit erfindungsgemäßer 3D-Eingabevorrichtung 2.
Die nur schematisch dargestellte 3D-Eingabevorrichtung 2 weist einen Eingabekörper 40 auf, der innerhalb des Gehäuses 20 des Mobilgeräts 100 angeordnet ist. Der Eingabekörper 40 ist zur Einwirkung mit einer elastischen Folie, insbesondere einem elastischen Display 74, verbunden. Ein Benutzer kann somit etwa über Finger 14 auf das elastische Display 74 und somit auf den Eingabekörper 40 der 3D-Eingabevorrichtung 2 einwirken, um so eine Bewegungseingabe zu erzeugen.
16 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 3D-Eingabegeräts 10 mit erfindungsgemäßer 3D-Eingabevorrichtung 2.
Bei dem dargestellten 3D-Eingabegeräts 10 handelt es sich insbesondere um eine 3D-Maus. Die 3D-Eingabevorrichtung 2 ist verdeckt von dem Eingabekörper 40, der hier ellipsoid ausgeführt ist. Über eine Hand 12 eines Benutzers kann über den Eingabekörper 40 eine Eingabe erfolgen, die mit der 3D-Eingabevorrichtung 2 erfasst und bspw. kabellos und/oder kabelgebunden an eine nicht dargestellte Datenverarbeitungsanlange übertragen werden kann.
17 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 3D-Eingabegeräts 10 mit erfindungsgemäßer 3D-Eingabevorrichtung 2.
Bei dem dargestellten 3D-Eingabegeräts 10 handelt es sich insbesondere um einen Controller, vorzugsweise einen 3D-Controller. Die 3D-Eingabevorrichtung 2 ist verdeckt von dem Eingabekörper 40, der hier kappenförmig ausgeführt ist. Über eine Hand 12 oder mindestens einen Finger eines Benutzers kann über den Eingabekörper 40 eine Eingabe erfolgen, die mit der 3D-Eingabevorrichtung 2 erfasst und über Kabel 76 an eine nicht dargestellte Datenverarbeitungsanlange übertragen werden kann. Anstelle der kabelgebundenen Übertragung mittels Kable 76 ist alternativ oder zusätzlich auch eine kabellose Übertragung, bspw. mittels Bluetooth und/oder WLAN möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3611337 A1 [0004]
US 2012/0215475 A1 [0004]
DE 102017206025 A1 [0006]

Claims

3D-Eingabevorrichtung (2), mit einem ersten Objekt (20), einem, relativ zum ersten Objekt (20) beweglichen, zweiten Objekt (22), und mindestens einer Sensoreinheit (4, 5), um Verschiebungen und/oder Winkeldrehungen der Objekte (20, 22) zueinander zu erfassen, wobei jede Sensoreinheit (4, 5) einen magnetoresistiven Sensor (6, 8), ein Magnetfeldelement (26, 28) und ein magnetisches Markerelement (16, 18) aufweist, wobei der magnetoresistive Sensor (6, 8) und das Magnetfeldelement (26, 28) je einer Sensoreinheiten (4, 5) mit einem der Objekte (20, 22) und das Markerelement (16, 18) dieser Sensoreinheit (4, 5) mit dem anderen Objekt (20, 22) verbunden ist, und wobei je Sensoreinheit (4, 5) der magnetoresistive Sensor (6, 8) dieser Sensoreinheit (4, 5) ein vom Magnetfeldelement (26, 28) dieser Sensoreinheit (4, 5) abgegebenes und vom Markerelement (16, 18) dieser Sensoreinheit (4, 5) beeinflusstes Magnetfeld erfasst.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, besonders bevorzugt mindestens sechs Sensoren (6, 8) und/oder Markerelementen (16, 18) und/oder Magnetfeldelementen (26, 28) und/oder Sensoreinheiten (4, 5).
3D-Eingabevorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem magnetoresistiven Sensor (6, 8) um einen eindimensionalen Sensor mit einer Sensorrichtung (7) handelt.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch, einen, das erste oder das zweite Objekt (20) aufweisenden, Eingabekörper (40), und einen, das andere Objekt (22) aufweisenden, Fixkörper, wobei der Eingabekörper (40) insbesondere zylinderförmig, hohlzylinderförmig, quaderförmig, würfelförmig, kappenförmig, kugelförmig, teilkugelförmig, oder ellipsoidförmig ist.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Magnetfeldelemente (26, 28) oder mehrere Magnetfeldelemente (26, 28), insbesondere alle Magnetfeldelemente (26, 28) zusammen, durch einen Magnet, vorzugsweise einen Permanentmanget oder einen Elektromagnet, ausgebildet werden.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Markerelemente (16, 18) oder mehrere, insbesondere alle, Markerelemente (16, 18) zusammen durch einen Marker, vorzugsweise einem ferromagnetischen Marker, ausgebildet werden.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass je Sensoreinheit (4, 5): - das Markerelement (16, 18) dieser Sensoreinheit (4, 5) im Wesentlichen parallel zur Magnetisierungsrichtung (29) des Magnetfeldelements (26, 28) dieser Sensoreinheit (4, 5) ist; und/oder - das Markerelement (16, 18) dieser Sensoreinheit (4, 5) im Wesentlichen senkrecht zur Sensorrichtung (7) des Sensors (6, 8) dieser Sensoreinheit (4, 5) ist; und/oder - die Sensorrichtung (7) des Sensors (6, 8) dieser Sensoreinheit (4, 5) senkrecht zur Magnetisierungsrichtung (29) des Magnetfeldelements (26, 28) dieser Sensoreinheit (4, 5) ist.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch, eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe aus jeweils mindestens drei Sensoreinheiten (4, 5), wobei vorzugsweise die Sensorrichtungen (7) der Sensoren (6, 8) der ersten Gruppe im Wesentlichen parallel zueinander sind und/oder die Sensorrichtungen (7) der Sensoren (6, 8) der zweiten Gruppe im Wesentlichen parallel zueinander sind.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorrichtungen (7) der Sensoren (6, 8) der ersten Gruppe im Wesentlichen senkrecht zu den Sensorrichtungen (7) der Sensoren (6, 8) der zweiten Gruppe sind.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle Sensoreinheiten (4, 5) und/oder alle Magnetfeldelemente (26, 28) und/oder alle Markerelemente (16, 18) und/oder alle Sensoren (6, 8) auf einem Kreisumfang, insbesondere mit gleichem Winkelabstand zueinander, vorzugsweise von 60°, angeordnet sind.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine, insbesondere elastische und/oder eine Feder aufweisende, Bewegungsbeschränkungsvorrichtung (70) zwischen erstem Objekt und zweitem Objekt, wobei die Bewegungsbeschränkungsvorrichtung (70) vorzugsweise das erste Objekt (20) relativ zum zweiten Objekt (22) in eine Ausgangslage drängt.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein, vorzugsweise ein Display und/oder eine Folie aufweisendes, elastisches Flachelement (74), wobei das Flachelement (74) mit dem ersten Objekt (20) oder dem zweiten Objekt (22) zur verbunden ist, sodass ein Benutzer über das Flachelement (74) berührend auf das damit verbundene Objekt (20, 22) einwirken kann.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Auswertvorrichtung und/oder eine Stromversorgung, insbesondere eine Batterie.
3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch mindestens eine mit dem Eingabekörper (40) verbunden Schlaufe (50), insbesondere Fingerschlaufe.
Mobilgerät (100), insbesondere Mobiltelefon oder Tabletcomputer oder Laptop oder Navigationsgerät, mit mindestens einem, 3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei bevorzugt ein Prozessor des Mobilgeräts (100) die Auswertvorrichtung der 3D-Eingabevorrichtung (2) aufweist und/oder eine Batterie des Mobilgerät (100) die Stromversorgung der 3D-Eingabevorrichtung (2) aufweist.
3D-Eingabegerät (10), insbesondere 3D-Maus, mit einer 3D-Eingabevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die 3D-Eingabevorrichtung (2), insbesondere der Fixkörper der 3D-Eingabevorrichtung (2), mit einer Datenverarbeitungsanlage, insbesondere einem Computer, verbindbar oder verbunden ist.