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Bei der Erfindung handelt es sich
um ein Steuergerät
zur Positionierung eines Cursors (Mauszeigers) auf grafisch orientierten
Computeranzeigeeinheiten, wobei die Steuerung des Mauszeigers durch
Verschiebung von beweglich gelagerten Tasten erfolgt, die gleichzeitig
zur Realisierung der Funktionen einer linken und rechten Taste einer
Computermaus dienen.
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Verschiedenartige Cursorsteuergeräte für Computeranzeigeeinheiten
sind bekannt. So ist beispielsweise eine Computermaus als Eingabeeinheit
weithin geläufig.
Hierbei wird ein Körper
mit der Hand auf einer ebenen Fläche
bewegt. Auf dem Bildschirm wird äquivalent
dazu ein grafisches Symbol (Mauszeiger oder Cursor) bewegt. Durch
Betätigen
der Tasten am Mauskörper
können
Funktionen aktiviert werden. Nachteilig hierbei ist, dass für die Bewegung
des Mauskörpers
ein bestimmter Platzbedarf vorhanden sein muss, sowie eine ebene
Unterlage, auf welcher die Bewegung durchgeführt werden kann.
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Eine weitere Eingabemöglichkeit
stellt ein so genannter Joystick dar. Hierbei handelt es sich um
einen Steuerhebel, der mit einem Ende an einem Körper derart gelagert ist, dass
der Steuerhebel um diesen Befestigungspunkt in alle Richtungen bewegt
werden kann. Die Neigungsrichtung des Steuerhebels legt die Bewegungsrichtung
des Mauszeigers auf dem Bildschirm eines Computers fest. Die Bewegung
des Mauszeigers erfolgt bei konstanter Geschwindigkeit analog der
Zeitdauer der Neigung des Steuerhebels. Zusätzliche Tasten am Joystick
erlauben, analog zur Computermaus, das Aufrufen von Funktionen auf
fokussierten Bildschirmbereichen. Nachteilig ist hier, dass der
Mauszeiger nur mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden kann.
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Ein dem Joystick sehr ähnliches
Steuergerät
ist ein so genannter Trackstick, der in der Praxis auch unter den
Namen Touchpoint oder auch Trackpoint zum Einsatz kommt. Hierbei
wird, wie bei einem Joystick, die Bewegung des Mauszeigers durch
Neigung eines kleinen Knopfes (Steuerhebels) in die Richtung erreicht, in
die sich der Mauszeiger bewegen soll. Tasten für die Aktivierung von Funktionen
sind neben dem Trackstick angeordnet, was eine unergonomische Handhaltung
für die
Eingabe erfordert. Weiterhin können
die Funktionen der linken und rechten Maustaste einer Computermaus
durch ein- oder zweimaliges leichtes Klopfen auf den Trackstick
aktiviert werden.
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Ebenfalls ist ein so genanntes Cursorkreuz
bekannt. Die Steuerung des Mauszeigers wird durch vier kreuzförmig angeordnete
Tasten durchgeführt.
Die Bewegung des Mauszeigers auf dem Bildschirm eines Computers
erfolgt analog der Zeitdauer des Tastendrucks auf dem Cursorkreuz.
Auch hier ist nachteilig, dass der Mauszeiger nur mit konstanter
Geschwindigkeit bewegt werden kann.
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Ferner gibt es eine Eingabeeinheit,
die als Trackball bezeichnet wird. Hierbei wird die Bewegung des Mauszeigers
auf dem Computermonitor durch Drehen einer beweglich gelagerten
Kugel hervorgerufen. Analog zur Computermaus sind für das Aufrufen
von Funktionen Tasten vorhanden. Im Gegensatz zur Computermaus ist
hier kein Platzbedarf für
die Bewegung des Gerätes
sowie keine ebene Unterlage notwendig. Nachteilig für die Handhabung
des Trackballs ist jedoch, dass für größere Bewegungen des Mauszeigers
ein Nachgreifen notwendig ist.
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Eine weitere bekannte Eingabeeinheit
ist das so genannte Touchpad, welches überwiegend auf tragbaren Computern
(Laptops, Notebooks) zu finden ist. Dabei handelt es sich um eine
ebene Fläche,
wo mittels Sensoren die auf Berührungsdruck
reagieren, die Bewegungsrichtungen eines Fingers oder eines Stiftes
ausgewertet und zur Positionierung des Mauszeigers auf dem Bildschirm
umgesetzt werden. Tasten für
die Aktivierung von Funktionen sind neben dem Touchpad angeordnet,
was eine unergonomische Handhaltung bei der Bedienung erfordert.
Wie beim Trackstick können
auch hier die Funktionen der linken und rechten Tasten einer Computermaus
durch ein- oder zweimaliges leichtes Klopfen auf das Touchpad aktiviert
werden.
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Aus
DE 199 11 389 A1 ist ein beweglich gelagertes
Touchpad bekannt. Die Positionierung des Mauszeigers erfolgt wie
bei dem unter [007] beschriebenen Touchpad. Im Unterschied dazu
wird die linke Tastenfunktion durch senkrechten Druck auf das Touchpad
aktiviert, wobei dieses ca. 1 mm nach unten verschoben wird. Die
Funktion der rechten Maustaste wird durch Herunterdrücken des
Touchpad bei gleichzeitiger kurzer Wischbewegung des Fingers nach
rechts aktiviert. Weitere Ausgestaltungen dieses beweglich gelagerten Touchpads
sind in
DE 199 12
752 A1 ,
DE
199 53 394 A1 ,
DE
199 11 387 A1 und
DE
100 01 619 A1 beschrieben.
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In
DE 196 42 801 A1 ist ein Cursorpositioniergerät mit einem
Fingersteuerglied beschrieben. Eine Positionierung des Mauszeigers
wird durch Verschiebung eines Fingersteuergliedes in der X- und
Y-Achsenrichtung mittels einer Absolutachsenkoordinatenbestimmung
realisiert. Nachteilig ist hier, dass sich die Funktionstasten neben
der Steuerung befinden und dass das Steuergerät in seinem mechanischen Aufbau
sehr aufwendig ist.
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In den US-Patenten 4.784.327 und
4.935.728 sind Cursorsteuergeräte
mit Absolutachsenkoordinaten beschrieben. Beide Patente sind in
ihrem mechanischen Aufbau relativ groß und benötigen aufgrund eines komplizierten
Steuerverfahrens eine aufwendige Steuerschaltung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, anhand
der Verschiebung von Steuertasten, den Mauszeiger über den gesamten
visualisierten Funktionsbereich eines Computermonitors so Positionieren
zu können,
dass auch mit gedrückten
Steuertasten, weder ein Umsetzen des Cursorsteuergerätes noch
ein Nach- oder Umgreifen mit den Fingern erforderlich ist. Eine
derartige Positionierung des Mauszeigers ist in ergonomischer Haltung
der Bedienhand, auch bei aufgelegtem Handballen, mit denjenigen
Fingern möglich,
mit denen auch die Steuertasten bedient werden. Mit den Steuertasten
werden die standardmäßigen Funktionen
der linken bzw. rechten Taste einer Computermaus realisiert. Der
bekannte Komfort einer Computermaus in Hinblick auf das exakte Positionieren
bei gleichzeitiger Verwendung der linken oder rechten Maustaste
wird damit nahezu realisiert.
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Einzelheiten und erfindungswesentliche
Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme
der beigefügten
Zeichnungen, wobei die beschriebene Anordnung und der Aufbau ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist, ohne darauf beschränkt zu sein.
Dabei zeigen im einzelnen:
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1 die
Aufnahmeeinheit 1 von oben und unten in perspektivischer
Darstellung
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2 Cursorsteuergerät in Explosionsdarstellung
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3 eine
perspektivische Darstellung des Cursorsteuergerätes im zusammengesetzten Zustand,
mit Schnitt an einer Ecke
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4 Grundplatte 22 von
unten
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5 Abtastbereiche
(310a bis 316a) der Schleifkontakte 310 bis 316 auf
der Grundplatte 22
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Das Steuergerät besteht in seinem mechanischen
Aufbau aus drei wesentlichen Teilen, die in 2 dargestellt sind. Die Aufnahmeeinheit 1 kann
als eigenes Gehäuse
gestaltet werden oder in ein Gehäuse
eines anderen Gerätes
(z.B. Notebook) integriert sein. Die Fingersteuereinheit 2 besteht
aus zwei Steuertasten 211 und 212, die fest auf
der Grundplatte 22 angebracht sind. Auf der Unterseite
der Grundplatte 22 sind elektrisch leitende und nicht leitende
Schichten 2210 bis 2215 vorhanden, deren Flächen gemäß 4 aufgeteilt sind. Dabei
sind die Flächen 2210 bis 2212 elektrisch
leitend. Die Schaltkontakte der Steuertasten 211 und 212 sind jeweils
an einem Anschluss mit der Fläche 2210 elektrisch
leitend verbunden, der jeweils andere Anschluss ist mit der Fläche 2211 bzw. 2212 verbunden.
Auf der Platine 3 ist die elektronische Schaltung zur Erzeugung
der Steuersignale für
die Cursorpositionierung vorhanden. Die Außenmaße der Platine 3 entsprechen
den Außenmaßen des
Steges 11 der Aufnahmeeinheit 1.
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3 zeigt
das Steuergerät
im zusammengesetzten Zustand. Die Platine 3 und die Aufnahmeeinheit 1 werden
mittels Schrauben fest über
die vier Löcher 32 und
die vier Eckzylinder 111 verbunden. Die Fingersteuereinheit 2 ist
in der horizontalen Ebene zwischen Aufnahmeeinheit 1 und
Platine 3 beweglich gelagert. Dabei ragen die Steuertasten 211 und 212 durch
die Aussparung des Teiles 1. In den Zeichnungen nicht dargestellt
ist die Lagerung der Fingersteuereinheit 2 mittels Führungsschienen,
was ferner die horizontale Verdrehung der Grundplatte 22 verhindert.
Die Abstände
sind so eingestellt, dass die mit der Platine 3 elektrisch und
mechanisch fest verbundenen Schleifkontaktelemente 310 bis 316 die
Unterseite der Grundplatte 22 berühren. Der Bewegungsbereich
der Fingersteuereinheit 2, d.h. die maximale durchführbare Bewegungsstrecke der
Fingersteuereinheit 2 in der X- und Y-Richtung, wird die
durch die Außenmaße der Grundplatte 22 und
die Innenmaße
des Steges 11 begrenzt. Die Außenmaße der Grundplatte 22 müssen mindestens
um den Bewegungsbereich der Fingersteuereinheit 2 größer sein
als die Aussparung der Aufnahmeeinheit 1. Zu diesem Mindestmaß sollten
die Außenmaße der Grundplatte 22 ca.
5 mm größer gewählt werden,
um in jeder Position eine Überlappung
der Grundplatte 22 über
die Aussparung der Aufnahmeneinheit 1 zu gewährleisten.
In diesem Überlappungsbereich
dienen auf der Oberseite der Grundplatte 22 eingearbeitete
Filsstreifen neben der Verringerung des Reibungswiderstandes als
Staub- und Wasserschutz. Die Innenmaße des Steges 11 ergeben
sich aus den Außenmaßen der
Grundplatte 22 zuzüglich
des vorgesehenen Bewegungsbereiches der Fingersteuereinheit 2.
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Die Funktionsweise der Steuertasten
der Fingersteuereinheit 2 wird nachfolgend beispielhaft
für die Steuertaste 211 beschrieben.
Die Schleifkontakte 310 bis 312 sind elektrisch
mit den entsprechenden Leiterbahnen der Platine 3 zur Steuerschaltung
verbunden. Der Stromfluss erfolgt vom Minuspol der Steuerschaltung
auf Platine 3 über
das Kontaktelement 310, Fläche 2210, Taste 211,
Fläche 2211,
Schleifkontakt 311 zum Pluspol der Steuerschaltung auf
der Platine 3. Bei gedrückter
Steuertaste bleibt diese elektrische Verbindung auch bei Verschiebung
der Fingersteuereinheit 2 in der X- oder Y-Richtung über den
gesamten Bewegungsbereich erhalten.
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Der in diesem Ausführungsbeispiel
definierte Bewegungsbereich der Fingersteuereinheit 2 liegt
in der X- und Y-Richtung jeweils bei ca. 12 mm. Innerhalb dieses
Bewegungsbereiches werden Änderungen
der Position der Fingersteuereinheit 2 in eine zeit- und
richtungsäquivalente
Bewegung des Mauszeigers umgewandelt, d.h., der Mauszeiger bewegt
sich in seiner Bewegungsgeschwindigkeit, in der zurückgelegten
Strecke und in seiner Bewegungsrichtung proportional zur Bewegung
der Fingersteuereinheit 2. Die Verschiebung des Mauszeigers
auf der Bildschirmfläche
wird über
eine Erfassung der Wegstrecke, welche die Fingersteuereinheit 2 zurücklegt,
ermittelt und in eine simultane und richtungsäquivalente Bewegung des Mauszeigers
auf dem zugehörigen
Benutzerinterface visualisiert. Dabei erfolgt die Positionierung
des Mauszeigers nicht anhand von Absolutachsenkoordinaten, sondern
immer relativ zur vorherigen Position.
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Für
die Signalgebung zu dieser Bewegungssteuerungsart des Cursors auf
dem Monitor ist ein herkömmliches
optoelektronisches Richtungsdetektionsverfahren vorgesehen. Auf
der Unterseite der Grundplatte 22 sind zwei reflektierende
Rasterfelder 223 und 224 angebracht, die sich
in abwechselnde reflektierende und nichtreflektierende Maskenbereiche
aufteilen. Für
jede Bewegungsachse (X- und Y-Achse) ist ein Rasterfeld als Encodierbereich
vorgesehen. Diese Rasterfelder werden mit Hilfe von je zwei Reflektionslichtschranken pro
Feld abgetastet, die sich auf der Platine 3 befinden. Aus
den an diesen Reflektionslichtschranken anliegenden Signalen, die
bei einer Verschiebung der Fingersteuereinheit 2 entstehen,
werden über
eine elektronische Steuerschaltung die Informationen zur Bewegungsrichtung
und -geschwindigkeit ermittelt und an den Computer bzw. das Notebook
weitergegeben.
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Aufgrund des technisch bedingten
Mindestabstandes von reflektierenden und nichtreflektierenden Bereichen
der Rasterfelder (Abstrahlungswinkel und Lichtdiffusion der Sendedioden
der Reflektionslichtschranken) kann mit der Bewegungsdistanz der
Grundplatte 22 von ca. 12 mm je Bewegungsachse nur ein
Teilbereich der Bildschirmfläche
dargestellt werden. Um sicherzustellen, dass trotz des begrenzten
Bewegungsbereiches der Fingersteuereinheit 2 in Verbindung
mit der angewandten relativen Positionierungssteuerung des Cursors
der gesamte Bildschirmbereich mit dem Mauszeiger erreicht werden
kann, ist eine zweite Bewegungssteuerungsart II zur Positionierung
des Mauszeigers vorgesehen, die in Kombination mit der ersten Bewegungssteuerung
I arbeitet.
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Diese Bewegungssteuerungsart II wird
aktiv, wenn die Endpunkte der maximal durchführbaren Bewegungsstrecke der
Fingersteuereinheit 2 in der X- und/oder Y-Richtung (Randzone)
erreicht werden. In diesem Fall erfolgt eine Umschaltung in der
Signalgebung für
den Mauszeiger. Der Mauszeiger bewegt sich dann bei konstanter Geschwindigkeit
in diejenige X- und/oder Y-Richtung auf dem Bildschirm, wo die Randzone
erreicht wurde. Dabei erfolgt die Bewegung des Mauszeigers analog
der Zeitdauer der Randberührung.
Beim Verlassen der Randzone erfolgt eine Umschaltung in der Signalgebung
zurück
zur Bewegungssteuerungsart I.
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Für
das Zusammenspiel der Bewegungssteuerungsarten I und II sind die
Anordnung der Schleifkontakte 313 bis 316 sowie
die Flächeneinteilung
der elektrisch leitenden und nicht leitenden Schichten auf der Unterseite
der Grundplatte 22 maßgebend.
Die Bereiche, die durch die Schleifkontakte 313 bis 316 abgetastet werden,
sind durch die schraffierten Flächen
(313a bis 316a) in 5 dargestellt.
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Bei einer Bewegung der Fingersteuereinheit 2 liegen
an den Schleifkontakten 313 bis 316 die logischen
Schaltpegel „0" oder „1" an, je nachdem ob
sich der Kontakt momentan auf der elektrisch leitenden Schicht („0") oder auf dem elektrisch
nicht leitenden Bereich („1") befindet. Solange
sich die Schleifkontakte 313 und 315 in dem Bereich
der elektrisch leitenden Schicht befinden (Schaltpegel „0"), wird der Cursor
anhand der Bewegungssteuerungsart I auf dem Monitor bewegt, d.h.,
die Informationen über
die Bewegung der Fingersteuereinheit 2 werden über die
Reflektionslichtschranken erfasst, über die Steuerschaltung ausgewertet
und an den Computer übermittelt.
Die Schaltpegel an den Schleifkontakten 314 und 316 bleiben
hierbei ohne Bedeutung.
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Wird die Fingersteuereinheit
2 in
den Randbereich bewegt, liegt an den Schleifkontakten
313 für die X-Richtung
und/oder
315 für
die Y-Richtung der Schaltpegel „1" an. In diesem Fall werden die über die
Steuerschaltung ausgewerteten Signale der Reflektionslichtschranken
nicht mehr an den Computer weitergeleitet. Der Computer erhält dann
von der Steuerschaltung ein Signal für eine konstante Bewegung des
Cursors. Die Richtung des Cursors hängt dabei von den Schaltpegeln
an den Schleifkontakten
314 und
316 ab. Die Bewegungsrichtungen
ergeben sich aus nachfolgendem Schema:
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Die Signale an den Reflektionslichtschranken
werden auch bei einer Bewegung in den Randbereich hinein weiter über die
Steuerschaltung ausgewertet, aber nicht an den Computer weitergeleitet.
Damit ist gewährleistet,
dass beim Verlassen des Randbereiches die Informationen zur Bewegungsrichtung,
auch in dem Übergangsbereich
von Bewegungssteuerungsart II zu I, sofort zur Verfügung stehen.
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Auf den Steuertasten 211 und 212 befinden
sich berührungsempfindliche
Sensoren um eine Bewegung des Mauszeigers zu verhindern, wenn insbesondere
bei der Benutzung der Tastatur auf einem Notebook die Steuertasten
versehentlich mit dem Handballen oder den Fingern verschoben werden.
Die Positionierung des Mauszeigers mittels der Steuertasten erfolgt
nur, wenn beide Steuertasten gleichzeitig mit den Fingern berührt werden.
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Ein großer Vorteil der Erfindung liegt
darin, dass im Gegensatz zu den derzeit gebräuchlichen Cursorsteuergeräten wie
Touchpad oder Trackstick, die in tragbaren Computern Anwendung finden,
eine zeit- und richtungsäquivalente
Positionierung des Cursors mittels Steuertasten erfolgt. Damit sind
die von Computerprogrammen unterstützten Funktionen wie zum Beispiel
das Auswählen
und Verschieben von Objekten („drag & drop"), das Ziehen von
Rahmen oder auch das Aufrufen von Funktionen über sogenannte Kontextmenüs mit dem
Komfort und der Positioniergenauigkeit einer Computermaus vergleichbar.
Weiterhin sind die Bewegungen des Mauszeigers auf einem Monitor
mit den Fingern von nur einer Hand möglich, wobei eine ergonomische
Haltung der Hand bei Betätigung
der Steuertasten gewährleistet
bleibt. Die Steuertasten werden mit den gleichen Fingern betätigt, mit
denen auch die Bewegung des Mauszeigers durchgeführt wird. Auch bei aufgelegten
Handballen ist eine Bewegung des Mauszeigers über den gesamten Bildschirmbereich
mit gedrückten Steuertasten
möglich,
ohne dass ein Nach- oder Umgreifen notwendig ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel wäre ein Cursorsteuergerät, bei dem
nur die Bewegungssteuerungsart II Anwendung findet und in seiner
Funktionsweise ähnlich
wie ein Trackstick arbeitet. Die Positionierung des Cursors erfolgt
hierbei mittels horizontaler Verschiebung der Steuertasten oder
anhand der Neigung der Steuertasten. Dieses Cursorsteuergerät hat gegenüber einem
Trackstick den Vorteil, dass die Positionierung anhand der Steuertasten
erfolgt, was allerdings nicht den Komfort des vorher beschriebenen
Ausführungsbeispieles
aufweist.
