DE202005001731U1

DE202005001731U1 - Achsenreaktiver, schwebender Richtungsblock mit senkrechter Aktivierung

Info

Publication number: DE202005001731U1
Application number: DE200520001731
Authority: DE
Original assignee: Logitech Europe SA
Current assignee: Logitech Europe SA
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2015-02-04
Also published as: US20050168354A1

Abstract

Richtungszeigevorrichtung mit:
einem Substrat;
einer Vielzahl von Schaltern, die auf dem Substrat angeordnet sind; und
einer Kappe, die beweglich mit dem Substrat gekoppelt ist, um die Schalter zur Richtungsauswahl zu aktivieren, wobei die Kappe eine Vielzahl von Aktivierungsmerkmalen umfaßt, die jeweils über einem entsprechenden der Vielzahl von Schaltern angeordnet sind, um die entsprechenden Schalter durch Bewegen in Bezug auf das Substrat zu aktivieren, wobei die Aktivierungsmerkmale in unterschiedlichen radialen Richtungen in Bezug auf eine Mittenposition der Kappe angeordnet sind, wobei jedes Aktivierungsmerkmal eine Breite, die im allgemeinen senkrecht zur radialen Richtung von der Mittenposition der Kappe zum Aktivierungsmerkmal orientiert ist, und eine Dicke, die im allgemeinen entlang der radialen Richtung von der Mittenposition der Kappe zum Aktivierungsmerkmal orientiert ist, aufweist, wobei die Breite wesentlich größer ist als die Dicke.

Description

RÜCKVERWEISUNGEN AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/541 574, eingereicht am 3. Februar 2004, und beansprucht deren Nutzen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung betrifft im Allgemeinen Richtungsblöcke zur Verwendung in einer Vielzahl von Vorrichtungen und insbesondere Richtungsblöcke, die eine Himmelsrichtungsauswahl (Norden, Süden, Osten, Westen) und eine Zwischen-Himmelsrichtungs-Auswahl (Nordost, Nordwest, Südost, Südwest) vorsehen.
Richtungsblöcke werden in zahlreichen Vorrichtungen wie z.B. Zeigevorrichtungen, Eingabevorrichtungen und anderen Steuervorrichtungen verwendet, um eine Richtungsauswahl bereitzustellen. Existierende Richtungsblöcke erzeugen häufig eine Richtungsausgabe durch eine Drehung, die instabil ist, und sind nicht in der Lage, eine genaue und zuverlässige Richtungsausgabe auf der Basis der Auswahl eines Benutzers, insbesondere in den Zwischen-Himmelsrichtungen, bereitzustellen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Richtungsblock, der eine Haupt- und Zwischen-Himmelsrichtungs-Ausgabe zuverlässig erzeugt, indem stabilere Rotationsachsen vorgesehen sind. In einigen Fällen wird die Richtungsauswahl durch Führen der Aktivierung des Blocks in einer im allgemeinen senkrechten Weise stabiler gemacht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Richtungszeigevorrichtung ein Substrat; eine Vielzahl von Schaltern, die auf dem Substrat angeordnet sind; und eine Kappe, die beweglich mit dem Substrat gekoppelt ist, um die Schalter zur Richtungsauswahl zu aktivieren. Die Kappe umfaßt eine Vielzahl von Aktivierungsmerkmalen, die jeweils über einem entsprechenden der Vielzahl von Schaltern angeordnet sind, um die entsprechenden Schalter durch Bewegen in Bezug auf das Substrat zu aktivieren. Die Aktivierungsmerkmale sind in unterschiedlichen radialen Richtungen mit Bezug auf eine Mittenposition der Kappe angeordnet. Jedes Aktivierungsmerkmal weist eine Breite, die zur radialen Richtung von der Mittenposition der Kappe zum Aktivierungsmerkmal im allgemeinen senkrecht orientiert ist, und eine Dicke, die im allgemeinen entlang der radialen Richtung von der Mittenposition der Kappe zum Aktivierungsmerkmal orientiert ist, auf. Die Breite ist wesentlich größer als die Dicke.
In einigen Ausführungsbeispielen umfaßt die Kappe vier Aktivierungsmerkmale, die im wesentlichen gleichmäßig um etwa 90° voneinander beabstandet sind und von der Mittenposition um im wesentlichen einen gleichen radialen Abstand entfernt sind. Die Aktivierungsmerkmale sind im allgemeinen in einer Ebene angeordnet. Die Aktivierungsmerkmale berühren entsprechende Oberseiten der entsprechenden Schalter, um die Schalter in Bezug auf das Substrat zu bewegen, um die Schalter zu aktivieren.
In speziellen Ausführungsbeispielen sind eine Vielzahl von Kolben jeweils über einem der Schalter angeordnet und sind so eingeschränkt, daß sie sich im allgemeinen parallel zueinander bewegen. Die Aktivierungsmerkmale berühren jeweils eine entsprechende Oberseite von einem der Kolben, um die Kolben in Bezug auf das Substrat zu bewegen. Ein Gehäuserahmen weist eine Vielzahl von zylindrischen Öffnungen auf, in denen die Kolben angeordnet sind, um die Bewegung der Kolben zu führen. Die Kolben sind so eingeschränkt, daß sie sich in einer zum Substrat im allgemeinen senkrechten Richtung bewegen. Ein Ausrichtungselement hält die Aktivierungsmerkmale der Kappe auf die entsprechenden Oberseiten der entsprechenden Kolben ausgerichtet. Ein elastisches Vorspannelement ist dazu ausgelegt, die Kappe elastisch in Richtung einer Position vorzuspannen, in der die Aktivierungsmerkmale im allgemeinen in einer zum Substrat parallelen Ebene angeordnet sind. Die Schalter umfassen jeweils ein leitendes Kontaktelement mit einer konvexen Oberfläche zum beweglichen Kontaktieren des Substrats und eine elastische Membran, die mit dem leitenden Kontaktelement verbunden ist, um das leitende Kontaktelement vom Substrat weg elastisch vorzuspannen. In anderen Ausführungsbeispielen weist das leitende Kontaktelement eine im allgemeinen flache Oberfläche auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt eine Richtungszeigevorrichtung ein Substrat; eine Vielzahl von Schaltern, die auf dem Substrat angeordnet sind; eine Vielzahl von Kolben, die jeweils über einem der Schalter angeordnet sind und so eingeschränkt sind, daß sie sich in Bezug auf das Substrat im allgemeinen parallel zueinander bewegen, um die Schalter zu aktivieren; und eine Kappe, die mit der Vielzahl von Kolben gekoppelt ist, um die Schalter zur Richtungsauswahl zu aktivieren. Die Kappe umfaßt eine Vielzahl von Aktivierungsmerkmalen, die jeweils mit einem entsprechenden der Vielzahl von Kolben gekoppelt sind, um die entsprechenden Schalter durch Bewegen der Kolben in Bezug auf das Substrat zu aktivieren. Die Aktivierungsmerkmale sind in unterschiedlichen radialen Richtungen in Bezug auf eine Mittenposition der Kappe angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Richtungszeigevorrichtung ein Substrat; eine Vielzahl von Schaltern mit jeweils einem Kontaktelement, das zwischen einer Kontaktposition, um das Substrat zu kontaktieren, und einer Nicht-Kontakt-Position, die vom Substrat beabstandet sein soll, beweglich ist; und eine Kappe, die in Bezug auf das Substrat beweglich ist, um die Schalter zur Richtungsauswahl zu aktivieren. Die Kappe umfaßt eine Vielzahl von Aktivierungsmerkmalen, die jeweils einem der Vielzahl von Schaltern entsprechen, um den entsprechenden Schalter durch Bewegen des Schalters in Bezug auf das Substrat zu aktivieren. Die Aktivierungsmerkmale sind in unterschiedlichen radialen Richtungen in Bezug auf eine Mittenposition der Kappe angeordnet. Die Vorrichtung umfaßt ferner einen Mechanismus, der mit der Kappe und den Schaltern gekoppelt ist, um einen oder mehrere der Schalter zwischen der Kontaktposition und der Nicht-Kontakt-Position in einer zum Substrat im allgemeinen senkrechten Richtung als Reaktion auf die Bewegung der Kappe zur Richtungsauswahl zu bewegen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht mit teilweisen Querschnitten, die einen Richtungsblock gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Richtungsblocks von 1, in auseinandergezogener Anordnung.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Richtungsblocks von 1, die Himmelsrichtungsauswahlen darstellt.
4 ist eine perspektivische Ansicht des Richtungsblocks von 1, die Zwischen-Himmelsrichtungs-Auswahlen darstellt.
5 ist eine perspektivische Ansicht des Richtungsblocks von 1, die eine spezielle Himmelsrichfungsauswahl darstellt.
6 ist eine perspektivische Ansicht des Richtungsblocks von 5 mit einem teilweisen Ausschnitt, um die inneren Komponenten darzustellen.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Kappe, die abgeschnitten die Aktivierungsmerkmalanordnung und -stelle des Richtungsblocks von 6 zeigt.
8 ist eine weitere perspektivische Ansicht des Richtungsblocks von 6, die dessen Rotationseigenschaften darstellt.
9 ist eine Seitenansicht des Richtungsblocks von 6, die dessen Rotationseigenschaften darstellt.
10 ist eine weitere Seitenansicht des Richtungsblocks von 6, die das Knicken der Schaltermembran gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
11 ist ein Diagramm der Kraft als Funktion der Bewegung für das Knicken der Schaltermembran.
12 ist eine Querschnittsansicht eines Schalters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
13 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Schalters in dem Richtungsblock von 1, welche dessen senkrechte Aktivierung darstellt.
14 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Schalters in einem existierenden Richtungsblock.
15 ist ein Diagramm der Kraft als Funktion der Bewegung, welches das Knicken des Schalters im existierenden Richtungsblock von 14 und des Schalters im Richtungsblock von 1 vergleicht.
16 ist eine weitere teilweise Querschnittsansicht des Schalters von 14.
17 ist eine perspektivische Ansicht mit teilweisem Ausschnitt des Richtungsblocks von 14.
18 ist eine perspektivische Ansicht des Richtungsblocks von 1, welche eine spezielle Zwischen-Himmelsrichtungs-Auswahl darstellt.
19 ist eine perspektivische Ansicht des Richtungsblocks von 18 mit teilweisem Ausschnitt, um die inneren Komponenten darzustellen:
20 ist eine weitere perspektivische Ansicht des Richtungsblocks von 18, welche dessen Rotationseigenschaften darstellt.
21 ist eine Seitenansicht des Richtungsblocks von 18, welche dessen Rotationseigenschaften darstellt.
22 ist eine perspektivische Ansicht eines Richtungsblocks in auseinandergezogener Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
23 ist eine perspektivische Ansicht mit teilweisem Ausschnitt des Richtungsblocks von 22, welche dessen Rotationseigenschaften darstellt.
24 ist eine Seitenansicht des Richtungsblocks von 22, welche dessen Rotationseigenschaften darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfaßt ein Richtungsblock (D-Block) 10 eine Kappe 12, die vier Aktivierungsmerkmale 14 aufweist, die im allgemeinen in einer Ebene und in den vier Himmelsrichtungen (Norden, Süden, Osten und Westen) liegen. Die Aktivierungsmerkmale 14 sind in unterschiedlichen radialen Richtungen in Bezug auf eine Mittenposition der Kappe 12 angeordnet und sind von der Mittenposition um im wesentlichen einen gleichen Abstand entfernt. Diese vier Merkmale stehen mit den Oberseiten 18 von vier Kolbenstellgliedern 19 in Kontakt, die harte Oberflächen an der Oberseite der Kolben 19 bereitstellen. Die Kolben 19 sind auf eine vertikale Bewegung, senkrecht zur Tastenmatte 20 durch Zylinder oder zylindrische Öffnungen 22, die sich in einem Gehäuserahmen 24 befinden, eingeschränkt. Wie in 2 zu sehen, befinden sich die Tastenmattenschalter 26 in den vier Himmelsrichtungen und sind auf die vier Zylinder 22 und vier entsprechenden Kolben 19 ausgerichtet. Die Tastenmattenschalter 26 umfassen jeweils eine zylindrische verrippte.
Silikonmembran 28 mit einer leitenden "Pille" oder einem leitenden Element 30 in deren Mitte. Diese leitenden Pillen 30 sind auf Leiterbahn-Kontaktbereiche 32 ausgerichtet, die sich auf einem Substrat oder einer Leiterplatte (PCB) 34 befinden. Jede leitende Pille 30 ist zwischen einer Kontaktposition zum Kontaktieren der PCB 34 und einer Nicht-Kontakt-Position, die von der PCB 34 beabstandet sein soll, beweglich. Die Membran 28 spannt die leitende Pille 30 von der PCB 34 weg elastisch vor. Die D-Block-Kappe 12 wird wünschenswerterweise an den Oberseiten der Kolben 19 beispielsweise mit einem elastischen Element in Form einer Feder 40 gehalten. Die Feder 40 erzeugt vorzugsweise genügend Kraft, um die Kappe 12 mit den Kolben 19 in Kontakt zu halten, aber nicht genügend, um die Tastenmattenschalter 26 herabzudrücken. Die Feder 40 ist durch ein Kappenausrichtungselement oder einen Kappenausrichtungsanschlag 42 eingeschränkt, das/der die vier Aktivierungsmerkmale 14 der Kappe auf die vier Kolbenoberseiten unter Verwendung von vier Ausrichtungsarmen 44, die in gerippte Räume im Gehäuserahmen 24 passen, ausgerichtet hält. Die Aktivierungsmerkmale 14 der Kappe 12 werden so elastisch vorgespannt, daß sie im allgemeinen in einer zur PCB 34 parallelen Ebene liegen. Eine Schraube 48 befestigt den Kappenausrichtungsanschlag 42 an der Kappe 12, wobei die Feder 40 den Gehäuserahmen 24 dazwischen sandwichartig einfügt.
Der D-Block 10 funktioniert durch sofortiges Erzeugen einer Rotationsachse, wenn auf den vom Benutzer beim Auswählen einer Richtung erzeugten Druck reagiert wird. Es sind üblicherweise acht Richtungen vorhanden, die ausgewählt werden können, einschließlich vier Himmelsrichtungen (Norden 51, Süden 52, Osten 53, Westen 54), wie in 3 gezeigt, und vier Zwischen-Himmelsrichtungen (Nordost 55, Nordwest 56, Südost 57, Südwest 58).
Die erste Art Achsenerzeugung ist die Himmelsrichtungsauswahl. Wenn der Benutzer eine Himmelsrichtung (z.B. "Norden") auswählen will, drückt er die "Norden"-Position auf der D-Block-Kappe 12 in Richtung des Nordschalters und -kolbens und über diesen, wie durch den Pfeil 60 in 5 gezeigt. 6 zeigt verschiedene Teile des D-Blocks 10 in einer aufgeschnittenen Ansicht, um die inneren Merkmale darzustellen. Zu diesem Zeitpunkt finden drei Wechselwirkungen statt, um eine sehr stabile und "richtungsabhängige" intuitive Rückkopplung für den Benutzer bereitzustellen, die sicherstellt, daß nur "Norden" ausgewählt wird. Erstens erzeugen die vorderen Ecken der Osten- und Westen-Aktivierungsmerkmale 14 eine Rotationsachse 64, die durch den Widerstand gegen die vertikale Bewegung von jeder dieser zwei Stellen verursacht wird, welcher durch die Osten- und Westen-Schaltermembranen 28 erzeugt wird. Sie drehen sich auf den festen Plattformen, die durch die harten Kolbenoberseiten 18 der Osten- und Westen-Kolben 16 erzeugt ist und in deren Ebene. Dies verursacht einen Widerstand gegen das Kippen entweder nach links (Osten) oder nach rechts (Westen), wodurch die versehentliche Auswahl einer benachbarten Zwischen-Himmelsrichtung (Nordost oder Nordwest) begrenzt wird. Diese reaktive Achse trägt nicht die volle Last oder das volle Drehmoment der Schalteraktivierung. Was sie macht, besteht darin, einen Teil der Last der Schalteraktivierung zu tragen, um eine Stabilisierungswirkung zu erzeugen. Zweitens, wie in 7 zu sehen, weisen die Kappenaktivierungsmerkmale 14 jeweils eine große Breite "von Seite zu Seite" 70 und eine schmale Abmessung oder Dicke 72 in der Kipprichtung auf, was die D-Block-Kappe 12 weiter gegenüber einer Neigung zu den Seiten stabilisiert. Die Breite 70 ist wesentlich größer als die Dicke 72 und ist typischerweise mindestens etwa zweimal, erwünschter mindestens etwa viermal so groß wie die Dicke 72. Diese zwei Merkmale arbeiten zusammen, um ein gleichschenkliges Trapezoid 76 in der Richtung der D-Block-Kappen-Drehung 76 zu erzeugen, wie in 8 zu sehen. Wie im Bereich 78 von 9 gezeigt, schwebt die Kappe 12 auf den Kolben 19. Der Drehmomentarm ist der Abstand von der Vorderkante des Aktivierungsmerkmals 14 zur Rotationsachse 64, der hier als Radius "r" definiert ist. Der Winkel, um den die Kappe 12 kippt, ist Θ. Das dritte einzigartige Merkmal dieser Konfiguration ergibt sich aus der senkrechten Wirkung des Kolbens 19 auf den Schalter 26. Da die Kraft gleichmäßig auf die ganze Oberseite des Schalters 26 aufgebracht wird, ist die Knickwirkung der Schaltermembran 28 gleichmäßig und konsistent, wie in 10 dargestellt, und liegt auf ihrem höchsten Wert 80, wie in 11 gezeigt. Dieser Knickpunkt 80 versieht den Benutzer mit dem deutlichen "Klick", der die taktile Rückkopplung erzeugt, die darauf hinweist, daß der korrekte Schalter aktiviert wurde. Einige D-Blöcke verwenden leitende Pillen 30, die eine konvexe Oberfläche aufweisen, wie z.B. eine kegelförmige Oberfläche 84 mit einer kleinen flachen Spitze 86, wie in 12 zu sehen. Diese "analogen progressiven" Schalter ändern ihre Ausgabe als Funktion des Ausmaßes an Verformung der leitenden Pille aufgrund von Veränderungen der aufgebrachten Kraft. Bei der Kolbenkonstruktion wird diese leitende Pille senkrecht zur Leiterbahn bewegt, wie durch den Pfeil 90 in 13 dargestellt, was zu einer konsistenten Anordnung und Verformung des Pillenpunkts in der Mitte 92 der Leiterbahn führt. In alternativen Ausführungsbeispielen weist die leitende Pille 30 eine im allgemeinen flache Oberfläche zum Kontaktieren der PCB 108, beispielsweise in einem digitalen Schalter, auf.
14 zeigt einen derzeit erhältlichen D-Block 100, der sich im allgemeinen auf einen zentralen Drehpunkt 102 verläßt, um die Richtungsvorspannung vorzusehen. Obwohl dieser Drehpunkt in verschiedenen Formen und an verschiedenen Punkten relativ zur oberen Schalter-Wirkungsebene vorkommen kann, stützt er sich immer auf eine Kippbewegung, die dazu führt, daß der Schaltermembransteg 104 des Schalters 106 in einem Winkel verformt wird. Die leitende Pille 107 stellt einen außermittigen Kontakt mit der PCB 108 unter einer Kraft entlang einer Linie 109 her. Diese asymmetrische Kraftaufbringung verursacht ein frühes Knicken auf einer Seite, das zu einer niedrigeren Knickkraft 110 im Vergleich zum Knickpunkt 80 in 11 führt, was eine kleinere taktile Rückkopplung für den Benutzer erzeugt, wie in 15 dargestellt. Eine zweite Konsequenz dieses abgewinkelten Herabdrückens des Schalters 106 besteht darin, daß der Kontaktpunkt der leitenden Pille 107 verändert ist und seine Ausrichtung auf die Leiterbahn geändert ist. Wie in 16 zu sehen, ist der resultierende Kontaktpunkt 114 von der Mitte oder vom beabsichtigten Kontaktpunkt 116 der leitenden Pille 107 und von der Mitte 118 der Leiterbahn auf der Leiterplatte verschoben. In der Kippkonfiguration berührt der Pillenpunkt oder die Pillemitte der leitenden Pille 107 nicht zuerst die Platte und die Verformung ist nicht auf allen Seiten der Leiterbahn gleich, was zu einer fehlerhaften progressiven Ausgabe führt. Dies führt auch zu einem "Verschleiß" der Leiterbahn und der Pille, da eine kleine Komponente der aufgebrachten Kraft in der radialen Richtung wirkt. Eine dritte Konsequenz der Drehpunktmethode für die D-Block- Betätigung besteht darin, daß der Drehmomentarm, der zwischen dem Kontaktdrehpunkt 120 und der Oberseite des Tastenmattenschalters 106 existiert, ein Dreieck 124 mit einer sehr kleinen Basis erzeugt, die in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Schalteroberseiten liegt, wie in 17 dargestellt. Dies führt zu einer ziemlich instabilen Kraftaufbringung auf die Oberseite des Schalters 106 ohne irgendwelche verfügbaren äußeren Kräfte, um die Aktivierung eines anderen Schalters nach links oder nach rechts vom beabsichtigten Schalter zu verhindern.
Die zweite Art Achsenerzeugung ist die Zwischen-Himmelsrichtungs-Auswahl. Wenn der Benutzer eine Zwischen-Himmelsrichtung (z.B. "Nordwest") auswählen will, wird die Kraft zwischen der Nord- und der Westposition auf die D-Block-Kappe 12 aufgebracht, wie durch den Pfeil 130 in 18 dargestellt. Wiederum finden drei Wechselwirkungen statt, um eine stabile und "richtungsabhängige" intuitive Rückkopplung für den Benutzer vorzusehen, wodurch die Auswahl der "Nordwest"-Richtung gefördert wird. Erstens erzeugen die äußeren, vorderen Ecken der Ost- und Süd-Aktivierungsmerkmale 14 eine Rotationsachse 132, die durch den Widerstand gegen die vertikale Bewegung von jedem dieser Punkte, wie durch die Ost- und Süd-Schaltermembranen erzeugt, verursacht wird. Sie drehen sich auf den festen Plattformen, die durch die harten Kolbenoberseiten erzeugt sind und in deren Ebene. Dies verursacht einen Widerstand gegen das Kippen entweder nach links (Norden) oder nach rechts (Westen), wodurch einer versehentlichen Auswahl einer benachbarten Himmelsrichtung Widerstand geleistet wird. Zweitens sind die vorderen inneren Ecken 134, 138 der Kappenaktivierungsmerkmale für Norden und Westen in einem großen Abstand voneinander angeordnet, was eine stabile Plattform zwischen diesen zwei Punkten relativ zu den Oberseiten der Nord- und Westkolben 19 erzeugt, was die D-Block-Kappe 12 weiter gegenüber einer Neigung zu den Seiten stabilisiert. Diese zwei Merkmale arbeiten zusammen, um ein gleichschenkliges Trapezoid 140 in der Richtung der D-Block-Kappendrehung zu erzeugen, wie in 20 gezeigt. Wie im Bereich 144 von 21 dargestellt, schwebt die Kappe 12 auf den Kolben 19. Der Drehmomentarm ist der Abstand von der Ecke des Aktivierungsmerkmals 14 zur Rotationsachse, der hier als Radius "1.8r" definiert ist. Dieser Drehmomentarm ist länger als der Himmelsrichtungs-Drehmomentarm, was zu einem kleineren Rotationswinkel von etwa 0,58 θ im Vergleich zur Rotation in der Himmelsrichtung von 9 führt. Wie vorher angegeben, trägt diese Rotationsachse 132 nicht die volle Last oder das volle Drehmoment an dieser Achse. Sie wirkt nur zum Bereitstellen einer Stabilisierungswirkung. Das dritte einzigartige Merkmal dieser Konstruktion ergibt sich aus der senkrechten Wirkung der Kolben 19 auf die Schalter 26. Da die Kraft gleichmäßig auf die ganze Oberseite jedes Schalters 26 aufgebracht wird, ist die Knickwirkung jeder Schaltermembran 28 gleichmäßig, konsistent und liegt auf ihrem höchsten Wert (siehe 10 und 11). Da zwei Schalter gleichzeitig in der Zwischen-Himmelsrichtung herabgedrückt werden, spürt der Benutzer einen höheren Widerstand gegen die Betätigung, und da der Drehmomentarm länger ist, ist der Winkel, um den die D-Block-Kappe 12 kippt, kleiner, was noch eine weitere Form von taktiler Rückkopplung für den Benutzer bereitstellt. Daher versieht der Knickpunkt für die Zwischen-Himmelsrichtung den Benutzer mit einem deutlichen "Klick", das vom Himmelsrichtungs-"Klick" verschieden ist, wodurch eine andere taktile Rückkopplung bereitgestellt wird, um den Benutzer zu informieren, daß der korrekte Schalter aktiviert wird.
22–24 zeigen einen weiteren D-Block 200, der eine einfachere Struktur aufweist und weniger kostspielig herzustellen ist. Die Kostenstruktur von einigen Produkten, die einen D-Block verwenden, kann das Kolbenaktivierungsmerkmal im D-Block 10 von 1–13 und 18–21 zu teuer machen. In diesen Situationen ist eine kostengünstigere Version wie z.B. der in 22–24 gezeigte D-Block 200 durch Entfernen der Kolben und Schwebenlassen der D-Block-Kappe 202 direkt über den Oberseiten der Tastenmattenschalter 204 auf der Tastenmatte 206 möglich. Die Tastenmatte 206 ist über Leiterbahnen auf einer PCB 208 angeordnet. Ein Halteelement 210 ist über der Anordnung angeordnet, um die Komponenten des D-Blocks 200 zusammenzuhalten. Das Halteelement 210 bringt eine obere Bewegungseinschränkung auf die vier Vorsprünge 212 der Kappe 202 auf, was die Ausrichtung der Kappe 202 aufrechterhält. Dieser D-Block 200 erzeugt keine vertikale Verschiebung im D-Block 10, sondern kann eine beträchtliche Stabilität bei der Richtungsauswahl erzeugen. Die Aktivierungsmerkmale 214 sind beispielsweise ähnlich zu den Aktivierungsmerkmalen 14 im D-Block 10. Wie in 23 zu sehen, erzeugen die Aktivierungsmerkmale 214 des D-Blocks 200 ein gleichschenkliges Trapezoid 218 in der Richtung der D-Block-Kappendrehung ähnlich zu dem in 8 für den D-Block 10 gezeigten. Wie in 24 dargestellt, ist der Drehmomentarm der Abstand von der Linie der Aufbringung der Kraft 222 zur Rotationsachse 224, der hier als Radius "r" definiert ist. Es besteht ein leichtes ungleichmäßiges Knicken der Schaltermembran 228 des Schalters 204, aber das Knicken ist gleichmäßiger als jenes in existierenden D-Blöcken. Da kein Drehpunkt wie in existierenden D-Blöcken vorhanden ist, stehen die meisten Vorteile des schwebenden Stellgliedes in diesem Ausführungsbeispiel des D-Blocks 200 zur Verfügung. Die Betätigung in den Haupt- und Zwischen-Himmelsrichtungen erzeugt im allgemeinen dieselbe aktive Achse und denselben planaren Tetraeder wie in der Kolbenkonfiguration des D-Blocks 10. Da die Schalter 204 im vereinfachten D-Block 200 in einem Winkel arbeiten, besteht eine Verringerung der Genauigkeit. Experimente zeigen, daß die Genauigkeit des D-Blocks 10 (1–13 und 18–21) etwa 95% oder höher ist und die Genauigkeit des vereinfachten D-Blocks 200 (22–24) etwa 90% ist, was eine signifikante Verbesserung gegenüber existierenden D-Blöcken wie z.B. dem D-Block 100 (14–17) mit einer Genauigkeit von etwa 80% oder niedriger darstellt.
Es soll selbstverständlich sein, daß die obige Beschreibung erläuternd und nicht einschränkend sein soll. Viele Ausführungsbeispiele sind für Fachleute nach Durchsehen der obigen Beschreibung ersichtlich. Der Schutzbereich der Erfindung sollte daher nicht mit Bezug auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte statt dessen mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit ihrem vollen Umfang an Äquivalenten bestimmt werden.

Claims

Richtungszeigevorrichtung mit: einem Substrat; einer Vielzahl von Schaltern, die auf dem Substrat angeordnet sind; und einer Kappe, die beweglich mit dem Substrat gekoppelt ist, um die Schalter zur Richtungsauswahl zu aktivieren, wobei die Kappe eine Vielzahl von Aktivierungsmerkmalen umfaßt, die jeweils über einem entsprechenden der Vielzahl von Schaltern angeordnet sind, um die entsprechenden Schalter durch Bewegen in Bezug auf das Substrat zu aktivieren, wobei die Aktivierungsmerkmale in unterschiedlichen radialen Richtungen in Bezug auf eine Mittenposition der Kappe angeordnet sind, wobei jedes Aktivierungsmerkmal eine Breite, die im allgemeinen senkrecht zur radialen Richtung von der Mittenposition der Kappe zum Aktivierungsmerkmal orientiert ist, und eine Dicke, die im allgemeinen entlang der radialen Richtung von der Mittenposition der Kappe zum Aktivierungsmerkmal orientiert ist, aufweist, wobei die Breite wesentlich größer ist als die Dicke.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kappe vier Aktivierungsmerkmale umfaßt, die im wesentlichen gleichmäßig um etwa 90° voneinander beabstandet sind und von der Mittenposition um im wesentlichen einen gleichen radialen Abstand entfernt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Aktivierungsmerkmale im allgemeinen in einer Ebene angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Aktivierungsmerkmale entsprechende Oberseiten der entsprechenden Schalter berühren, um die Schalter in Bezug auf das Substrat zu bewegen, um die Schalter zu aktivieren.
Vorrichtung nach Anspruch 3, welche ferner eine Vielzahl von Kolben umfaßt, die jeweils über einem der Schalter angeordnet sind und so eingeschränkt sind, daß sie sich im allgemeinen parallel zueinander bewegen, und wobei die Aktivierungsmerkmale jeweils eine entsprechende Oberseite von einem der Kolben berühren, um die Kolben in Bezug auf das Substrat zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, welche ferner einen Gehäuserahmen mit einer Vielzahl von zylindrischen Öffnungen umfaßt, in denen die Kolben angeordnet sind, um die Bewegung der Kolben zu führen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Kolben auf eine Bewegung in einer zum Substrat im allgemeinen senkrechten Richtung eingeschränkt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, welche ferner ein Ausrichtungselement umfaßt, um die Aktivierungsmerkmale der Kappe auf die entsprechenden Oberseiten der entsprechenden Kolben ausgerichtet zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 3, welche ferner ein elastisches Vorspannelement umfaßt, das dazu ausgelegt ist, die Kappe in Richtung einer Position elastisch vorzuspannen, in der die Aktivierungsmerkmale im allgemeinen in einer zum Substrat parallelen Ebene angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schalter jeweils ein leitendes Kontaktelement mit einer konvexen Oberfläche zum beweglichen Kontaktieren des Substrats und eine elastische Membran, die mit dem leitenden Kontaktelement verbunden ist, um das leitende Kontaktelement vom Substrat weg elastisch vorzuspannen, umfassen.
Richtungszeigevorrichtung mit: einem Substrat; einer Vielzahl von Schaltern, die auf dem Substrat angeordnet sind; einer Vielzahl von Kolben, die jeweils über einem der Schalter angeordnet sind und auf eine Bewegung im allgemeinen parallel zueinander in Bezug auf das Substrat eingeschränkt sind, um die Schalter zu aktivieren; und einer Kappe, die mit der Vielzahl von Kolben gekoppelt ist, um die Schalter zur Richtungsauswahl zu aktivieren, wobei die Kappe eine Vielzahl von Aktivierungsmerkmalen umfaßt, die jeweils mit einem entsprechenden der Vielzahl von Kolben gekoppelt sind, um die entsprechenden Schalter durch Bewegen der Kolben in Bezug auf das Substrat zu aktivieren, wobei die Aktivierungsmerkmale in unterschiedlichen radialen Richtungen in Bezug auf eine Mittenposition der Kappe angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, welche ferner einen Gehäuserahmen mit einer Vielzahl von zylindrischen Öffnungen umfaßt, in denen die Kolben angeordnet sind, um die Bewegung der Kolben in Bezug auf das Substrat zu führen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Kolben auf eine Bewegung in einer zum Substrat im allgemeinen senkrechten Richtung eingeschränkt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, welche ferner ein Ausrichtungselement umfaßt, um die Aktivierungsmerkmale der Kappe auf die entsprechenden Kolben ausgerichtet zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Aktivierungsmerkmale im allgemeinen in einer Ebene angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei jedes Aktivierungsmerkmal eine Breite, die im allgemeinen senkrecht zur radialen Richtung von der Mittenposition der Kappe zum Aktivierungsmerkmal orientiert ist, und eine Dicke, die im allgemeinen entlang der radialen Richtung von der Mittenposition der Kappe zum Aktivierungsmerkmal orientiert ist, aufweist, wobei die Breite wesentlich größer ist als die Dicke.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Schalter jeweils ein leitendes Kontaktelement mit einer konvexen Oberfläche zum beweglichen Kontaktieren des Substrats und eine elastische Membran, die mit dem leitenden Kontaktelement verbunden ist, um das leitende Kontaktelement vom Substrat weg elastisch vorzuspannen, umfassen.
Richtungszeigevorrichtung mit: einem Substrat; einer Vielzahl von Schaltern, die jeweils ein Kontaktelement aufweisen, das zwischen einer Kontaktposition zum Kontaktieren des Substrats und einer Nicht-Kontakt-Position, die vom Substrat beabstandet sein soll, aufweisen; einer Kappe, die in Bezug auf das Substrat beweglich ist, um die Schalter zur Richtungsauswahl zu aktivieren, wobei die Kappe eine Vielzahl von Aktivierungsmerkmalen umfaßt, die jeweils einem der Vielzahl von Schaltern entsprechen, um den entsprechenden Schalter durch Bewegen des Schalters in Bezug auf das Substrat zu aktivieren, wobei die Aktivierungsmerkmale in unterschiedlichen radialen Richtungen in Bezug auf eine Mittenposition der Kappe angeordnet sind, und einer Einrichtung, die mit der Kappe und den Schaltern gekoppelt ist, zum Bewegen von einem oder mehreren der Schalter zwischen der Kontaktposition und der Nicht-Kontakt-Position in einer zum Substrat im allgemeinen senkrechten Richtung als Reaktion auf die Bewegung der Kappe zur Richtungsauswahl.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Kappe vier Aktivierungsmerkmale umfaßt, die im wesentlichen gleichmäßig um etwa 90° voneinander beabstandet sind und von der Mittenposition um im wesentlichen einen gleichen radialen Abstand entfernt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei jedes Aktivierungsmerkmal eine Breite, die im allgemeinen senkrecht zur radialen Richtung von der Mittenposition der Kappe zum Aktivierungsmerkmal orientiert ist, und eine Dicke, die im allgemeinen entlang der radialen Richtung von der Mittenposition der Kappe zum Aktivierungsmerkmal orientiert ist, aufweist, wobei die Breite wesentlich größer ist als die Dicke.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Aktivierungsmerkmale im allgemeinen in einer Ebene angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Schalter jeweils ein leitendes Kontaktelement mit einer konvexen Oberfläche zum beweglichen Kontaktieren des Substrats und eine elastische Membran, die mit dem leitenden Kontaktelement verbunden ist, um das leitende Kontaktelement vom Substrat weg elastisch vorzuspannen, umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Schalter jeweils ein leitendes Kontaktelement mit einer im allgemeinen flachen Oberfläche zum beweglichen Kontaktieren des Substrats und eine elastische Membran, die mit dem leitenden Kontaktelement verbunden ist, um das leitende Kontaktelement vom Substrat weg elastisch vorzuspannen, umfassen.