DE60001107T2

DE60001107T2 - Sichere und handliche hinweisanordung

Info

Publication number: DE60001107T2
Application number: DE60001107T
Authority: DE
Inventors: Georgy K Vinogradov
Original assignee: Individual
Current assignee: Vinogradov Georgy K Sagamihara Kanagawa Jp
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: WO2000051069A2; WO2000051069B1; DE60001107D1; JP2004500611A; EP1159706B1; EP1159706A2; WO2000051069A3; US6664947B1

Description

HINTERGRUND - Gebiet der Erfindung

Die vorgeschlagene Erfindung bezieht sich allgemein auf Handsteuergeräte oder Computeranzeige-Zeigervorrichtungen, wie z. B. Mäuse, Steuerknüppel und Rollkugeln. Insbesondere bezieht sie sich auf eine ergonomisch geformte Zeigervorrichtung, die schädliche Belastungen der Handgelenke und Fingergelenke beseitigt, so daß sich eine wesentlich verbesserte Funktionalität ergibt und computerbezogene Gesundheitsschäden verhindert werden.

HINTERGRUND - Beschreibung des Standes der Technik

Die Verwendung von Zeigervorrichtungen zur Eingabe von Signalen in einen Computer ist in der Technik gut bekannt. Weiterhin gibt es eine große Vielzahl von sogenannten ergonomisch geformten Vorrichtungen oder Geräten für diesen Zweck. Die am weitesten verbreiteten Vorrichtungen können durch Beispiele dargestellt werden. Das US-Patent 3 835 464 auf den Namen von Rider (1974) offenbart einen handbetätigten Positionsanzeiger für ein computergesteuertes Anzeigesystem. Ein halbkugelförmiges Gehäuse weist eine Mehrzahl von Knöpfen und eine auf einer Bodenstruktur angeordnete Kugel auf, die durch die darunterliegende Struktur abgestützt ist.
Grundlegende Funktionen der verschiedenen Mäuse sind sehr ähnlich und sind über lange Zeit gleich geblieben. Einige bekannte Probleme bei der Verwendung von Mäusen sind in der Technik gut bekannt. Nach einer längeren Periode eines dauernden Gebrauchs ergibt sich eine Muskelermüdung in einem Unterarm, ein unangenehmes Gefühl oder sogar Schmerz in der Hand. In den letzten Jahren hat ein medizinisches Problem, das früher als Handgelenk-Medianus-Nerv- Verspannung beschrieben wurde, jedoch heute allgemein als Karpaltunnel-Syndrom (CTS) bezeichnet wird, eine zunehmende Bedeutung gewonnen, insbesondere hinsichtlich der Geldauszahlungen von Staaten für Entschädigungsansprüche von Arbeitern und der Kosten für Versicherungsgesellschaften, die sich aus chirurgischen Behandlungen des CTS ergeben. Die Krankheit kann üblicherweise nicht gut ohne ein vollständiges Stoppen der Verwendung der betroffenen Hand behandelt werden. Gemäß einer Definition des American National Institute of Health gilt daß "CTS eintritt, wenn Sehnen im Handgelenk nach einer Reizung entzündet werden". Ein Tunnel von Knochen und Bändern in dem Handgelenk verengt sich, wodurch Nerven eingeklemmt werden, die die Finger erreichen. Symptome reichen von einem brennenden Gefühl, einer kribbelnden Taubheit in den Fingern, insbesondere des Daumens und des Zeigefingers und des Mittelfingers bis zu Schwierigkeiten, etwas zu ergreifen oder eine Faust zu machen. Ungefähr ein Prozent der Personen mit einem Karpaltunnelsyndrom entwickelt dauerhafte Gesundheitsschäden. Die Mehrzahl der Personen wird vollständig wiederhergestellt und kann eine erneute Schädigung dadurch vermeiden, daß die Art, wie wiederholte Bewegungen ausgeführt werden, die Häufigkeit, mit der die Bewegungen ausgeführt werden, und die Größe der Ruhezeit zwischen der Ausführung der Bewegungen geändert wird,".
Es wird allgemein angenommen, daß die Ursache der Gesundheitsschädigung darin besteht, daß diese Zeigervorrichtungen ergonomisch nicht gut geformt sind, um in die Hand des Benutzers zu passen. Zwei übliche Richtungen von Verbesserungen können angegeben werden:
- eine bessere Anpassung von Zeigervorrichtungen an die anatomische Form einer entspannten Handstellung und eine Verringerung der Biegung der Unterarm- Handgelenkverbindung;
- eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer unbeabsichtigten Betätigung (Schieben, Klicken) der Steuertasten, die Computerbefehle erzeugen.
Es gibt viele Patente, die auf ergonomisch geformte Zeigervorrichtungen erteilt wurden, die deren Form in vielfältiger Weise ändern. Das US-Patent 4 862 165 auf den Namen von Gart (1989) schlägt eine anatomische Form vor, die perfekt an die Hand angepaßt ist, um eine Handermüdung und eine Unbequemlichkeit selbst nach einer langen Benutzungsdauer zu vermeiden. Diese Maus ist so geformt, daß sie die erhöhte Handflächenposition abstützt, einen Daumen abstützt, und die Mittel-, Ring- und kleinen Finger in einer entspannten gebeugten Position abstützt. Der Hauptbetätigungs-Zeigefinger befindet sich jedoch in einer gestreckten und angespannten Position oberhalb des Druckknopfes. Der Zeigefinger kann sich nicht unbewußt entspannen, wenn eine Aktivierung eines Knopfes vermieden werden soll. Dies ist der Hauptgrund für eine statische Belastung, weil diese Maus keinen Schutz gegen eine unbeabsichtigte Betätigung hat.
Das US-Patent 5 576 733 auf den Namen von Lo (1996) lehrt, daß es eine übliche Maus erfordert, daß eine konstante Muskelkraft auf die Hand, das Handgelenk und den Unterarm ausgeübt werden muß, um deren Positionen gegenüber einer neutralen Stellung verdreht zu halten. Für eine Maus mit drei Knöpfen müssen der Zeigefinger, der Mittelfinger und der Ringfinger unter konstanter Spannung gehalten werden, um zu verhindern, daß sie zu stark auf den Knöpfen ruhen und diese unbeabsichtigt niederdrücken. Lo lehrt, daß die Hand bei einer üblichen Maus um 80-90 Grad nach links gegenüber der normalen aufrechten Stellung verdreht ist. Lo schlägt vor, daß die am besten entspannte Position der Hand auf der Zeigervorrichtung in Vertikalrichtung aufwärts sein muß, wobei die Finger übereinander gehalten werden, um eine Verdrehung der Hand zu beseitigen.
Die die Knöpfe steuernden Finger sind jedoch alle gestreckt, was der Idee der abgewinkelten oder gebeugten Finger widerspricht, die für eine entspannte Hand typisch sind. Weiterhin ist die vertikale aufrechte Position für eine Hand lediglich optimal, wenn sich der Ellenbogen sehr nahe am Körper des Benutzers befindet. Sie ist nicht so entspannt, wenn der Ellenbogen von dem Körper entfernt ist, wie im üblichen Fall, wenn sich die Computertastatur vor einem Benutzer befindet. Dies ist leicht zu verstehen, wenn man sich einen Pistolengriff in der Hand vorstellt: wenn der Ellenbogen an den Körper gedrückt wird, so ist der Griff ungefähr vertikal. Wenn der Ellenbogen von dem Körper fortbewegt wird, so wird der Griff im wesentlich horizontal. Entsprechend darf die Hand auf einer Maus nicht zu weit gedreht werden, um vertikal zu sein: sie ist nicht anatomisch und beschränkt damit die Funktionalität der Hand. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Hand eine Maus an der Tischkante betätigt. Zusätzlich beschränkt die Maus erheblich die Fingerfunktionalität.
Das US-Patent 5 355 147 auf den Namen von Lear (1994) schlägt eine vertikale Mausstruktur mit einer Handflächen-Handgelenk-Stütze vor. Die Betätigungsschalter oder Druckknöpfe sind so ausgelegt, daß sie durch den Daumen gedrückt werden und die abgebogenen Finger um einen vertikalen Griff herumgelegt sind. Diese Maus ergibt eine genauso gute Funktionalität für die Finger wie irgendeine andere Zeigervorrichtung von der Art, die als Steuerknüppel bekannt ist. Sie ist in der gleichen Weise gegen eine unbeabsichtigte Druckknopfbetätigung geschützt, wie andere Zeigervorrichtungen vom Steuerknüppel-Typ. Diese Vorrichtung ist jedoch unhandlich verglichen mit den üblichen Mäusen und ergibt nicht die Möglichkeit die Handgelenk- und Fingerfunktionalität für eine feine Positionierung zu verwenden. Außerdem ist es für Computerbenutzer ziemlich schwierig, von der üblichen Funktion des Mittelfingers auf den Daumen überzugehen.
Ein weiteres Beispiel ist ein gut bekannter äußerst betriebsfähiger Pistolengriff. Dies ergibt zumindest zwei wichtige Funktionen gleichzeitig: einen festen Griff und eine sanft entspannte Position für den Betätigungs-Zeigefinger, der einen Abzug zieht. Pistolengriffe sind in beider Hinsicht sehr funktionell. Derartige Griffe erwiesen sich für vertikale Steuervorrichtungen als optimal. Sie werden in weitem Umfang als vertikale Steuerknüppel-Vorrichtungen verwendet. Eine derartige Art von Griffen ist im wesentlichen gegen eine unbeabsichtigte Betätigung geschützt. In einem vertikalen Griff ist die Achse der Drehung/Biegung des Zeigefingers vertikal. Der Finger kann in dieser Position so lange wie erforderlich in der Bereitschaftsstellung gehalten werden, ohne daß irgendeine Kraft ausgeübt wird. Entsprechend ergibt sich keine spezielle Beanspruchung in der Hand, die typisch für alle horizontal betriebenen Mäuse ist.
Das US-Patent 5 296 871 auf den Namen von Paley (1994) beansprucht eine dreidimensionale Maus, die im freien Raum arbeitet. Diese Zeigervorrichtung ist im wesentlichen als ein Pistolengriff ausgelegt, der einen Daumen-Druckknopf, einen Zeigefinger-Druckknopf und einen Griff-Druckknopf einschließt. Paley hat erwähnt, daß derartige Griffe im wesentlichen frei von der Gefahr einer unbeabsichtigten Betätigung sind. Entsprechend können sie als sichere Griffe anerkannt werden: sie führen keine statische Spannung in einer Hand und keine Anstrengung im Gehirn des Benutzers aufgrund der Notwendigkeit ein, kontinuierlich die Betätigungsfinger zu kontrollieren. Andererseits sind diese Griffe sicher, weil sie im wesentlichen gegen eine Erzeugung fehlerhafter Befehle geschützt sind. Dies ist der Grund, warum derartige Griffe weitgehend in einsatzkritischen Anwendungen unter Einschluß einer Waffensteuerung verwendet werden. Sie benötigen jedoch bestimmte konstante Anstrengungen, um nur in der Hand gehalten zu werden.
Unglücklicherweise sind Zeigervorrichtungen dieser Art verglichen mit üblichen Mäusen schwierig auf einer Tischoberfläche zu verwenden. Dies ist der Grund, warum die ergonomische Maus von Gart nicht sicher ist und die gleichen Nachteile wie andere übliche Mäuse hat. Sie wurde in gewisser Hinsicht im wesentlichen ähnlich wie ein orthopädischer Pistolengriff geformt und für die Verwendung auf einer horizontalen Oberfläche angepaßt. D. h., daß der Betätigungs-Zeigefinger, der den Pistolenabzug zieht, sich in einer horizontalen und nicht in einer vertikalen Ebene biegt. Obwohl er sich in einer entspannten Position auf einem Pistolengriff befindet, kann er sich bei einem derartigen Griff nicht in einer horizontalen Position entspannen, um eine unbeabsichtigte Einwirkung auf die darunterliegende Druckknopf-Betätigungseinrichtungen zu vermeiden. Die Drehachse wird von einer Vertikalen zur Horizontalen geändert, so daß der Finger durch sein eigenes Gewicht beeinflußt ist. Er muß um den Preis einer konstanten Spannung und eines komprimerten Handgelenks abgestützt werden. Die statische Spannung in den Betätigungsfingern und entsprechend in den Hand- und Handgelenk- und Unterarmmuskeln ist das Hauptproblem bei allen derzeit verwendeten horizontalen Zeigervorrichtungen unter Einschluß von Rollkugeln. Insbesondere diese unnatürliche Spannung erzeugt starke Schmerzen in der Hand und beschränkt die Funktionalität aller Mäuse und Rollkugeln. Dieses Problem ist die Hauptursache von Gesundheitsschäden, die von Zeigervorrichtungen hervorgerufen werden, die auf einer horizontalen Oberfläche arbeiten.
Die neueren, auf Zeigervorrichtungen gerichteten, Patente wiederholen eine ähnliche Idee für eine weitere Verbesserung der Form der Zeigervorrichtungen ohne wesentliche Modifikation ihrer Funktionalität. Entsprechend bleibt die schädliche Spannung in der Hand des Benutzers erhalten. Mehr und mehr Benutzer werden die Opfer von durch Computer hervorgerufenen Gesundheitsschäden. Eine ähnliche Zukunft kann für ihre Kinder vorhergesagt werden, sofern keine sichere horizontale Zeigervorrichtung geschaffen wird.
Das US-Patent 5 726 683 auf den Namen von Goldstein (1998) beansprucht eine ergonomische Computermaus, die die Hand leicht erhöht und aufrecht hält. Diese Ideen, wenn auch nicht in Kombination, wurden in dem US-Patent 5 581 277 auf den Namen von Tajiri (1996) mit einer erhöhten Handflächenabstützung und in dem US-Patent 5 576 733 auf den Namen von Lo (1996) mit der aufrecht stehenden Maus beschrieben. Das am meisten genannte Patent von Gart beschreibt ebenfalls eine im wesentlichen erhöhte Form der Zeigervorrichtung. Die Neigung der Druckknopfoberfläche der Zeigervorrichtung von Goldstein wird von den üblichen 0-20 Grad bis zu 30-40 Grad im Mittel gegenüber der Horizontalen vergrößert. Die Neigung der Knöpfe ist jedoch immer noch im wesentlichen im Mittel horizontal. Die Projektion der vorderen Druckknöpfe (vordere Betätigungsglieder) auf eine horizontale Ebene ist größer als die auf eine vertikale Ebene. Sie ist immer noch sehr ähnlich zur Neigung üblicher Mäuse und diesen hinsichtlich der Funktionalität sehr ähnlich (beispielsweise zu der MK-Maus, die vor einigen Jahren von der Firma WACHI Electronics Co. für NEC Computers, Japan hergestellt wurde). Der kritische Schwellenwert der nach unten gerichteten Kraft, der in der Lage ist, den Druckknopf zu betätigen, wird durch eine minimale und nicht die maximale oder mittlere Neigung des vorderen Druckknopfes bestimmt. Tatsächlich sind irgendwelche Druckknöpfe, die eine im wesentlichen horizontale Position aufweisen, nicht gegen eine unbeabsichtigte Betätigung durch eine stark belastete Hand und Finger geschützt. Entsprechend ist diese Maus nicht sicher, weil der Benutzer unter konstanter Spannung steht, um eine unbeabsichtigte Knopfbetätigung durch die unbeaufsichtigte Hand zu vermeiden.
Die von Goldstein entworfene Maus hat eine spezielle seitliche Abstützung für den Zeigefinger. Die Abstützung ist in der Nähe des Knopfes ausgebildet. Der Finger kann dorthin bewegt werden, um zwischen Betätigungsvorgängen zu ruhen. Er muß dann jedoch neu auf dem Knopf angeordnet werden, um eine weitere Betätigung auszuführen. Eine derartige Neuanordnung ist bei einer kontinuierlichen Betätigung in ersichtlicher Weise nicht von praktischem Nutzen. Hierdurch wird die Gesamtfunktionalität beeinträchtigt. Die Urheber dieses Patentes waren sich sicherlich des Problems einer konstanten Spannung bewußt, die durch den gestreckten Zeigefinger hervorgerufen wird, konnten dieses Problem jedoch nicht lösen. Selbst Mäuse mit einer im wesentlichen erhöhten oberen Oberfläche ähnlich denen, wie sie für Gart und Goldstein patentiert wurden, oder die MK-Maus von WACHI Electronics befreien eine Hand nicht von den Belastungen, die in einem Handgelenk durch die konstante Gefahr einer unbeabsichtigten Betätigung hervorgerufen werden.
Mäuse, wie sie von Berneker (DE 196 16 540 A) und Schnider (FR 2 698 986 A) vorgeschlagen wurden, sind einander ähnlich. Die Mäuses sehen so aus, als ob sie durch eine offene eingedrückte Hand geformt sind. Dies ist eine grundlegende fest verwurzelte Idee vieler bekannter Vorrichtungen, um eine scheinbare Ergonomie zu erleichtern. Dies beseitigt jedoch keine Spannungen in der Hand des Benutzers und insbesondere in dem Handgelenk. Beide Vorrichtungen, die so ausgelegt sind, daß sie durch den Zeige-, Mittel- oder Ringfinger betätigt werden, sind offensichtlich nicht gegen eine unbeabsichtigte Betätigung durch eine stark belastete entspannte Hand und Finger geschützt, weil sie im wesentlichen horizontale Teile der empfindlichen Betätigungseinrichtungen aufweisen: ungefähr 30-40 Grad gegenüber der Horizontalen.
Die Maus von Hideki (JP 63 282 827 A) ergibt keinerlei Schutz für die Hauptoberfläche der vorderen Knöpfe durch eine stark belastete entspannte Hand und Finger. Sie stützt die Hand eines Benutzers nicht. Stattdessen wurde sie so ausgelegt, daß sie sehr leicht abgehoben und frei neu angeordnet werden kann, während sie auf einer beschränkten Oberfläche betrieben wird. Diese Vorrichtung, die zu klein ist, kann lediglich durch zwei Finger, den Daumen und den Ringfinger erfaßt werden. Dadurch, daß vertikal geriffelte Seitenoberflächen vorgesehen werden, die gut mit den Finger erfaßt werden, schlagen die Erfinder eine leicht aufzuhebende Maus vor. Daher beseitigt diese Vorrichtung keine Spannungen in dem Handgelenk.
Shearn (WO 98 37509 A) schlägt eine "do-it-yourself" Art von Vorrichtung vor. Ein Benutzer kann periodisch einen formbaren Körper auf eine Vielzahl von Formen umformen, um biomechanische Spannungen während des Betriebs der Computer- Zeigervorrichtung zu verringern. Dies ist ein Vorschlag, Mausgehäuse aus formbaren Materialien herzustellen. Die Betätigungsknöpfe sind lösbar und können von dem Benutzer an irgendeiner Stelle auf dem Gehäuse angeordnet werden. Shearn schlägt ungefähr horizontale Knöpfe am vorderen Ende der Maus in den meisten Fällen vor, um diese durch die Fingerspitzen vollständig in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik niederzudrücken oder zu betätigen. In allen Figuren der Beschreibung, mit Ausnahme einer Figur, sind die Betätigungsdruckknöpfe horizontal. Diese Knöpfe sind ersichtlich nicht gegen eine nach unten gerichtete Betätigung geschützt. Shearn erwähnt nicht die Handgelenkbelastungen und hat weder die Absicht noch die Idee, die Hand eines Benutzers gegen Handgelenk-Belastungen zu schützen, die durch die erhöhten Zeigefinger, Mittelfinger und Ringfinger erzeugt werden. Shearn macht keinen Vorschlag für eine sichere Handbetätigung und Haltung; er unterscheidet nicht und schlägt auch nicht irgendwelche speziellen Formen und irgendeine Möglichkeit zur Vermeidung von Handgelenk-Belastungen vor. Fig. 2 von Shearn zeigt jedoch ein ungewöhnliches Gehäuse und einen Betätigungsknopf, der auf der oberen Kante der vorderen Oberfläche angeordnet ist. Dieses Gehäuse ist wesentlich höher im Vergleich zu den anderen, und die Druckknopf-Betätigung ist bei ungefähr 70 Grad gegenüber der Horizontalen angebracht. Diese Figur ist in dem Text nicht begründet; sie zeigt keine Handposition auf dem Gehäuse.
Bei Betrachtung der in den Figuren gezeigten Knöpfe kann jeder Fachmann erkennen, daß diese Knöpfe nicht nur um den zentralen ebenen Bereich herum, sondern auch an der Außenkante empfindlich sind. Es ist zu erkennen, daß der Knopf als solcher aus dem Körper des Schalters heraus vorspringt. Es stellt den typischen Stand der Technik dar, die Knöpfe an jedem Punkt empfindlich zu machen, um deren Betätigung leichter zu machen. Es ist gut in allen Zeichnungen zu erkennen, daß die Arbeitsoberfläche der Knöpfe weit oberhalb des Gehäuses liegt. Entsprechend können diese Knöpfe unbeabsichtigt dadurch betätigt werden, daß auf die äußere Kante des Knopfes gedrückt wird. Entsprechend ist eine derartige Konfiguration nicht gegenüber im wesentlichen nach unten gerichteten Kräften geschützt.
Der vordere Knopf springt ebenfalls ersichtlich von dem Gehäuse zu weit vor, um betriebsfähig zu sein. Selbst wenn dieser Knopf tief in das Gehäuse eingebettet sein würde, um zu verhindern, daß die empfindliche Kante berührt und betätigt wird, würde er nicht betriebsfähig sein und die statischen Handgelenkbelastungen erzeugen. Die in Fig. 2 gezeigte Konfiguration von Sheam ist daher zufällig und nicht betriebsfähig. Diese Maus unterstützt eine entspannte Hand und Finger nicht, sie ist nicht gegen eine unbeabsichtigte Betätigung geschützt und sie beseitigt die Handgelenkbeanspruchung nicht.
Retter (EP 0 279 555 A) schlägt ein Tastatursystem zur Eingabe alphanumerischer Information in einen Computer vor. Diese Tastatur führt dazu, daß die Daumen in großem Umfang verwendet werden und die Finger sich alle in einer "Ruhe"-Stellung befinden. Zusätzlich ist die Tastatur in zwei getrennte Abschnitte unterteilt, die unter der Handfläche jeder Hand liegen und die auf irgendeinen relativen Abstand gebracht werden können. Ein Benutzer kann bis zu fünf Befehle mit jedem Finger ausführen, indem Steuerdruckknöpfe niedergedrückt werden, die in Vertiefungen in der Nähe der Fingerspitzen und der äußeren Fingerglieder oder Phalangen angeordnet sind. Zwei unabhängige aufgeteilte Teile, die durch die linken und rechten Hände beweglich sind, werden für eine Cursorpositionierung verwendet. D. h., daß beide Teile der Tastatur als Mäuse verwendet werden können. Das System, das eine Tastatur ist, unterscheidet sich wesentlich von üblichen Mäusen hinsichtlich seiner Funktion und der ergonomischen Anforderungen. Es wird eine einzelne quadratische Senke oder eine "Ruhestelle" für einen Finger beschrieben, wobei jede Ruhestelle vier Druckknöpfe auf vier vertikalen Wänden und einen Druckknopf am Boden der Senke umfaßt. Die Knöpfe auf den vertikalen Wänden können durch Biegen, Aufheben der Biegung der Finger und seitliche Fingerbewegungen aktiviert werden. Die Knöpfe sind jedoch ersichtlich nicht in die Wände eingebettet und springen im wesentlichen aus den Wänden vor. Daher ist keiner dieser Knöpfe gegen eine unbeabsichtigte, nach unten gerichtete Aktivierung geschützt und sie weisen leicht niederdrückbare Kanten auf. Weiterhin sei angenommen, daß die Seitenknöpfe eingebettet wären und somit gegen eine nach unten gerichtete Betätigung geschützt sein würden. Dennoch würde die gesamte "Ruhestelle" immer noch nicht geschützt sein, weil es einen horizontalen unteren Schalter gibt: Daher schlägt die Konstruktion von Retter keine Art von Schutz für Betätigungsknöpfe vor. Diese Konstruktion muß statische Belastungen in dem Handgelenk aufgrund der Notwendigkeit hervorrufen, die Finger gut von den unteren Betätigungseinrichtungen fortzuhalten.
Kleve, US-Patent 5 781 127 beschreibt eine Tastatur, die es einem Benutzer ermöglicht, alphanumerische Computereingabesignale durch praktisch irgendeine Fingerbewegung zu erzeugen. Diese Vorrichtung weist eine Abstützstruktur zum Halten der Hand eines Benutzers in einer Betriebsstellung und eine Vielzahl von mechanischen Schaltern auf, die in enger Nähe zu unterschiedlichen Teilen eines Fingers angeordnet sind. Biege-, Streck- und Druck-Fingerbewegungen rufen eine Aktivierung der elektrischen Schalter hervor, wie dies in den Figuren des Patents gezeigt ist. Eine Schreibvorrichtung unter Verwendung beliebiger Fingerbewegungen wurde ebenfalls von Runge (US-Patent 4 265 557) patentiert.
Weil derartige Erfindungen dafür vorgesehen sind, irgendeine Fingerbewegung auszunutzen, werden Schalter unvermeidbar auch durch eine unbeabsichtigte Bewegung der Hand des Benutzers betätigt. Es ist ersichtlich, daß die Schalter unter inneren Fingergliedern oder Fingerspitzen angeordnet sind. Entsprechend widerspricht die Idee der Verwendung aller möglichen Bewegungen zur Eingabe von Signalen der Idee eines Schutzes der Hand eines Benutzers vor Beanspruchungen.
Einige nicht patentierte Zeigervorrichtungen mit origineller Konstruktion finden sich auf dem Computermarkt. Sie sind nicht gegen eine unbeabsichtigte Betätigung der Schaltdruckknöpfe geschützt. Entsprechend werden alle Benutzer einer dauernden Belastung ausgesetzt, und insbesondere diejenigen, die mit großer Tabellenkalkulations-, Büro-, CAD- und Zeichensoftware, dynamischen Spielen usw. arbeiten. Je höher eine psychologische Gefahr eines unbeabsichtigten Drückens der Betätigungselemente ist, desto stärker wird das Handgelenk beansprucht. Diese konstante Beanspruchung beeinflußt unvermeidbar das zentrale Nervensystem des Benutzers und den sehr empfindlichen Karpaltunnel, der die Nerven schützt, die die Hand und die Finger steuern. Diese andauernde unanatomische Anstrengung zum Forthalten der Finger von den Schaltknöpfen verletzt die Handgelenk-Karpale. Schließlich besteht für jeden Benutzer die hohe Gefahr von organischen Verformungen des Handgelenkes und chronischen Muskel-/Skelett-Krankheiten.
Die vorstehend erwähnten Beispiele zeigen, daß sich die bekannten Patente hauptsächlich auf die statische Position der Hand und der Finger konzentriert haben. Viele der bekannten Mäuse, beispielsweise diejenige, die von Gart entwickelt wurde, passen sehr gut in eine Hand. Ein durchschnittlicher Benutzer mit einer gesunden Hand und einem gesunden Handgelenk kann kaum zwischen unsicheren und sichereren Mäusen unterscheiden, ohne daß er sie lange genug verwendet hat. Irgendein Versuch eines Vergleichs der Funktionalität unterschiedlicher Mäuse durch Messen elektrischer Potentiale an den Handmuskeln (US Patent 5 726 683) ohne anerkannte dynamische medizinische Schemas und sinnvollen Statistiken ist zweifelhaft.
Um die Hauptnachteile des Standes der Technik zusammenzufassen und zu einem Schluß zu kommen, werden wir nunmehr einige grundlegende Prinzipien von anatomischen Funktionen der menschlichen Hand betrachten, die einen Weg zu der richtigen Funktionalität weisen.

Einige biomedizinische Betrachtungen

Viele mechanische medizinische Geräte zur Behandlung des Karpaltunnel- Syndroms sind patentiert. Diese Geräte sind für die Heilung eines geschädigten Handgelenks mit Hilfe einer Streckung des Handgelenks in einer Richtung von dem Ellenbogen fort ausgelegt und sind in den US-Patenten 5 653 678 (1997) und 5 707 345 (1998) auf den Namen von Fulk, 5 466 215 auf den Namen von Lair (1995) und 5 214 799 auf den Namen von Fabry (1993), usw. beschrieben.
Sehnen, die mit dem Unterarmmuskeln verbunden sind, steuern eine Hand und die Finger. Die stärksten Muskeln des Unterarms, die als Flexoren oder Beuger bezeichnet werden, biegen die Finger in eine umgreifende Position oder eine Faust. Dies ist die stärkste und sichere Handposition für kraftvolle Aktionen. Weil alte Sehnen, die die Finger ziehen, über das Handgelenk gehen, komprimieren sie unvermeidbar das Handgelenk. Daher kommen die Karpalen in stark belastete Berührung. Dies ist jedoch nicht gefährlich. Diese Kontakte sind von Natur aus durch dicke Knorpelgewebe geschützt und für periodische starke Belastungen und eine intensive Verwendung ausgelegt. Das Strecken der Gelenke ist nützlich und heilend, während ihre Zusammendrückung, selbst wenn sie anatomisch ist, in Abhängigkeit von der Größe des Druckes und seiner Dauer schädlich sein kann.
Wenn die Aufgabe erfüllt ist, entspannen sich die anfänglich gespannten Beugemuskeln. Die anderen im wesentlichen schwächeren Muskeln des Unterarms, die als Streckmuskel bezeichnet werden, ziehen entgegengesetzte Sehnen der Finger, um die Faust zu öffnen und sie für die nächste Greif- und Halteaufgabe vorzubereiten. Es gibt keine andere Aufgabe für derartige die Beugung aufhebenden Sehnen mit Ausnahme von kurzzeitigen schwach belasteten Bewegungen. Jeder weiß beispielsweise, wie schwierig es ist, die Arme selbst für eine Minute nach oben zu halten. Dies ist anatomisch unnatürlich und daher eine belastende Position. Das gleiche gilt auch für die Hand und die Finger. Irgendeine lang andauernde nicht abgestützte Haltung, die die Finger über einer horizontalen Ebene selbst nur etwas nach außen gestreckt hält, ist schädlich. Wenn die Hände von Benutzern beobachtet werden, die Mäuse betätigen, kann man erkennen, daß der Zeigefinger und der Mittelfinger etwas nach oben über den empfindlichen Betätigungselementen liegen, insbesondere dann, wenn zeitkritische Operationen ablaufen.
Entsprechend waren bekannte Mäuse so ausgelegt, daß sie nur für die kurzen Momente der Betätigung der Tasten ergonomisch waren. Sie sind jedoch in keiner Weise ergonomisch sondern sogar über die längsten Ruheperioden gefährlich (unsicher), die mehr als ungefähr 90 Prozent der Gesamtbenutzungszeit belegen, wenn die Hand auf der Maus in einer gespannten Position ruht, um eine unbeabsichtigte Aktivierung zu vermeiden. Diese langandauernden Perioden einer stark beanspruchenden, anatomisch unnatürlichen Position der Hand des Benutzers stellen immer noch ein größeres Problem bei dem Stand der Technik dar.

Ziele und Vorteile

Es ist paradox, doch tatsächlich wird die Hand des Benutzers nicht durch die aktive Tätigkeit ermüdet oder sogar geschädigt, sondern durch die langandauernde unnatürliche und stark beanspruchende "Ruhe"-Stellung. Dieses Problem, das bei der vorliegenden Erfindung gut erkannt wurde, zeigt als solches den einzigen Weg, Zeigervorrichtungen grundlegend zu verbessern. Es ist daher erforderlich, eine Möglichkeit einer unbeabsichtigten Betätigung der Druckknöpfe durch eine entspannte Hand eines Benutzers auszuschließen. Lediglich in einem derartigen Fall kann sich das Handgelenk in einer tatsächlich sicheren Ruhestellung zwischen den Tastenbetätigungsvorgängen befinden, und der Benutzer wird von speziellen Belastungen und Spannungen frei, wodurch er von Handschädigungen und Schmerzen befreit wird.
Entsprechend sind die Hauptziele der vorliegenden Erfindung wie folgt:
(a) Die Schaffung von sicheren Zeigervorrichtungen, die gegen eine unbeabsichtigte Betätigung durch die entspannte Hand eines Benutzers geschützt sind;
(b) die Schaffung einer Zeigervorrichtung, auf der die entspannte Hand eines Benutzers eine vollständige Ruhe während der gesamten Zeit zwischen den Betätigungszeitpunkten von Schalterdruckknöpfen genießt, die sich in einer äußerst gut betätigbaren Position befinden;
(c) die Schaffung einer Zeigervorrichtung mit wesentlich verbesserter Funktionalität für eine lange andauernde Periode einer dauernden Benutzung;
(d) die Schaffung einer Zeigervorrichtung, die von einer Hand erfaßt werden kann, während alle Finger abgebogen und in einer betriebsfähigen und bequemen Haltung umgelegt sind;
(e) die Schaffung einer Zeigervorrichtung, bei der die Betätigungsfinger die Betätigungstasten sehr fein berühren können und für eine unmittelbare Aktion bereit sind, ohne daß eine Gefahr einer unbeabsichtigten Betätigung besteht;
(f) die Schaffung einer Zeigervorrichtung, die das Handgelenk sanft streckt, wenn sich die Hand eines Benutzers entspannt, wodurch das Handgelenk gegen eine Beanspruchung, Belastung und Schädigung geschützt ist;
(g) die Schaffung einer Zeigervorrichtung, die in einem Bereich von Bedingungen funktionell ist: auf einer großen Tischoberfläche oder an der Außenkante des Tisches;
(h) die Schaffung einer praktischen und sicheren Zeigervorrichtung, die eine zusätzliche Funktionalität zum Rollen, zur Positionierung des Cursors, zur Aktivierung von Menüs usw. hat;
(i) die Schaffung einer sicheren Zeigervorrichtung, die irgendein bequemes, die Hand abstützendes Gehäuse durch die Verwendung von Betätigungselementen für sich streckende Fingeraktionen ermöglicht;
(j) die Schaffung von bequemen und sicheren Zeigervorrichtungen für behinderte Personen.
Weitere Ziele und Vorteile bestehen in der Schaffung einer Vielzahl von Zeigervorrichtungen auf der Grundlage der gleichen Konstruktionsregeln, die für spezielle Fälle und zusätzliche Funktionen angepaßt sind. Diese Vorteile werden aus einer Betrachtung der Zeichnungen und der folgenden Beschreibung ersichtlich.

Figuren der Zeichnung

Die Fig. 1A bis 1C zeigen eine Ansicht von links, von vorne und von oben auf eine Ausführungsform der sicheren und griffigen Zeigervorrichtung.
Die Fig. 2A und 2B zeigen Ansichten von links und von vorne der Vorrichtung mit Vertiefungen für Finger.
Die Fig. 3A bis 3F zeigen Ansichten von links, von vorne, von oben, von rechts, von hinten und von unten der bequemen Vorrichtung.
Die Fig. 4A ist eine linke Seitenansicht einer freien Hand auf einer horizontalen Oberfläche. Die Fig. 4B ist eine linke Seitenansicht einer Hand, die eine Zeigervorrichtung der vorliegenden Erfindung ergreift.
Die Fig. 5 ist eine Unteransicht einer Hand, die die bequeme Vorrichtung ergreift.
Die Fig. 6A bis 6C zeigen Ansichten von vorne, von links und von oben der Vorrichtung mit einer Handgelenkstütze.
Die Fig. 7A bis 7C zeigen Ansichten von links, von vorne und von oben auf die Vorrichtung mit einer breiten Handgelenkstütze und einem schmalen Griff.
Die Fig. 8A bis 8C sind Ansichten von links, von vorne und von oben einer tragbaren bequemen Vorrichtung.
Die Fig. 9A bis 9F sind Unteransichten einer Hand, die die tragbare bequeme Vorrichtung mit unterschiedlichen Fingern erfaßt.
Fig. 10 ist ein Teilquerschnitt einer bekannten Maus an der Druckknopf- Stelle.
Die Fig. 11 ist eine schematische Ansicht der Ausrichtungen der vorderen Druckknopf-Schalter.
Die Fig. 12 ist eine linke Seitenansicht der Vorrichtung mit "-Y"-gerichteten Druckknöpfen.
Die Fig. 13 ist eine linke Seitenansicht der Vorrichtung mit "X, -Y"- gerichteten Druckknöpfen.
Die Fig. 14A und 14B zeigen Ansichten von links und von vorn der Vorrichtung mit "X"-gerichteten Druckknöpfen.

Bezugsziffern in der Zeichnung

20 Unterseite oder Boden
22 Gehäuseschale
24 vordere Oberfläche
26 linke Oberfläche
28 rechte Oberfläche
30 obere Oberfläche
32 hintere Oberfläche
34 vordere Druckknöpfe
36 Vertiefung für einen Zeigefinger
38 Vertiefung für einen Mittelfinger
40 Vertiefung für einen Ringfinger
42 Wulst zwischen einem Zeigefinger und einem Mittelfinger
44 Wulst zwischen dem Zeigefinger und dem Ringfinger
46 Vertiefung für einen Daumen
48 Vertiefung für einen kleinen Finger
50 Vertiefung für ein mittleres Metakarpalgelenk
52 Vorsprung für einen kleinen Finger
54 Funktionsbetätigung für einen Daumen
56 Position eines bohnenförmigen Karpalknochens
58 Vertiefung für einen bohnenförmigen Knochen
60 abgerundeter Vorsprung für einen Daumen
62 Kunststoff-Stützfeder
64 Druckknopf-Betätigungselement

Zusammenfassung

Um die beschriebenen Nachteile bekannter Computereingabevorrichtungen, wie z. B. einer Computermaus zu beseitigen, wird eine bequeme und sichere Zeigervorrichtung geschaffen, die einen ebenen Boden, eine allgemein konvexe Gehäuseschale, die auf der Oberseite des Bodens angebracht ist, Einrichtungen zur Steuerung einer Cursorposition und eine Anzahl von Betätigungselementen zur Erzeugung von Computereingabesignalen umfaßt, wobei zumindest ein bis drei Betätigungselemente und vorzugsweise zwei Betätigungselemente auf einer Vorderseite befestigt sind, wobei die an der Vorderseite angeordneten Betätigungselemente so ausgelegt sind, daß sie durch Fingerbewegungen oder einen Druck aktiviert werden, der im wesentlichen horizontal oder in Vertikalrichtung nach oben gerichtet ist, wobei die an der Vorderseite angeordneten Betätigungselemente weiterhin so ausgelegt sind, daß sie gegen eine Betätigung durch eine im wesentlich vertikal nach unten gerichtete Kraft geschützt sind.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Ein grundlegendes Konzept der vorliegenden Erfindung besteht in einem Schutz der Druckknöpfe von Zeigervorrichtungen gegen eine unbeabsichtigte Aktivierung durch die unbeachtete entspannte Hand und die Finger eines Benutzers.
Das Konstruktionskonzept, das die Druckknopf-Betätigungselemente schützt, kann eine Biege- und/oder Streckbewegung des die Betätigung ausführenden Zeigefingers, des Mittelfingers oder des Ringfingers annehmen. Es ist zu erkennen, daß die Knöpfe hundertprozentig gegen die nach unten gerichtete Last geschützt sind, wenn sie in Horizontalrichtung oder vertikal nach unten gerichtet sind. Wir betrachten hier ebene Druckknöpfe aus Vereinfachungsgründen. Es ist jedoch verständlich, daß ihre Form konvex, konkav oder komplizierter sein kann. Dies ändert nicht wesentlich die Art ihrer Funktion.
Zeigervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen aus einem allgemein konvexen Gehäuse, das eine darunterliegende ebene Auflageoberfläche umschließt. Das Gehäuse kann so charakterisiert werden, daß es eine Vielzahl von getrennten, die Hand abstützenden Oberflächen aufweist, die jeweils so geformt sind, daß sie eine Abstützung eines anderen Teils der Hand in einer ergonomisch bequemen und äußerst funktionellen Position ergeben. Eine Vielzahl von speziellen Gehäusen kann für unterschiedliche Gruppen der Benutzer vorgesehen sein. D. h. für Benutzer, die mehr oder weniger gestreckte Fingerhaltungen oder eine kappenförmige Faust-Handposition lieben. Hände mit unterschiedlicher Form und Größe können berücksichtigt werden. Unterschiedliche Arbeitsbedingungen können ebenfalls erfüllt werden. Zwei allgemeine Gehäuseformen können einander gegenübergestellt werden. Die eine ist ein Gehäuse mit niedrigem Profil und einer Höhe von ungefähr 2-3 cm, das die Finger im wesentlichen nach vorne gestreckt hält. Dies ist eine Form üblicher Mäuse. Eine weitere Form ist höher, ungefähr 3,5-6,5 cm hoch mit einer im wesentlichen steilen vorderen Oberfläche. Sie weist charakteristische Abmessungen und eine Form auf, die dafür geeignet ist, daß sie fest von allen Fingern erfaßt wird, wie dies bei einer halben Eierschale mit einem abgeschnittenen stumpfen Ende sein würde. Druckknöpfe sind auf dem abgestumpften Ende befestigt.
Diese Vielzahl von unterschiedlichen Gehäusen kann mit dem gleichen Konstruktionskonzept der geschützten Druckknopf-Betätigungselemente verwendet werden. Die Druckknöpfe der Zeigervorrichtung befinden sich immer benachbart zur vorderen Oberfläche, auf der der Zeigefinger, der Mittelfinger und der Ringfinger ruhen und für eine Tastenbetätigung bereit sind, Diese Druckknöpfe sollen lediglich auf im wesentlichen nach oben oder horizontal gerichteten Fingerbewegungen ansprechen. Sie sprechen nicht auf nach unten gerichtete vertikale Fingerbewegungen, eine nach unten gerichtete Last, einen Druck oder einer Kraft an, weil sie horizontal oder im wesentlichen vertikal nach unten gerichtet sind.
Im Fall von Gehäusen mit niedrigem Profil sind die Knöpfe für Finger- Streckbewegungen ausgebildet. D. h., die Knöpfe liegen dem Gehäuse gegenüber und sind auf dieses gerichtet. Die Finger des Benutzers ruhen auf der vorderen/oberen Oberfläche des Gehäuses, die zwischen dem Gehäuse und den Knöpfen liegt. Die Knöpfe werden durch die nach oben gerichteten Finger- Streckbewegungen aktiviert.
Sicherlich kann die Schutzfunktion in der Schalterkonstruktion realisiert werden. Beispielsweise können im wesentlichen horizontale Druckknöpfe üblicher Mäuse, die auf der vorderen/oberen Oberfläche des Gehäuses befestigt sind, in horizontal verschiebbare Knöpfe umgewandelt werden. Derartige "Zugknöpfe" wirken mehr wie ein Pistolenabzug und sind nicht gegenüber vertikalen, nach unten gerichteten Lasten empfindlich. Sie können sich lediglich in Horizontalrichtung bewegen, wodurch Signalschalter oder Sensoren aktiviert werden. Fingerbewegungen wie ein Kratzen können derartige Schalter aktivieren. Sicherlich können spezielle Nuten und eine spezielle Formgebung der Knopfoberfläche verwendet werden, um die Schaftfunktionen zu verbessern und um sie bequemer zu machen.
Im Fall von ein hohes Profil aufweisenden Gehäuseschalen mit im wesentlichen herumgelegten Fingergriffen ist die vordere Oberfläche, die die Druckknopf- Betätigungselemente trägt, im wesentlichen vertikal. Entsprechend sind die Knöpfe im wesentlichen horizontal gerichtet. In diesem Fall sprechen sie nicht auf irgendeine nach unten gerichtete Last an. Dies gilt sicherlich für die Knöpfe, die mehr als vertikale Neigungen haben. Sanfter geneigte Vorderoberflächen können die Knöpfe mit einer im wesentlichen gesperrten vertikalen Aktivierung verwenden, ähnlich wie die vorstehend beschriebenen Schiebeschalter der ein niedriges Profil aufweisenden Gehäuse.
Daher können die sicheren Zeigervorrichtungen allgemein so beschrieben werden, als ob sie eine Vorderseite oder an der Vorderseite angeordnete Betätigungselemente aufweisen, die auf im wesentlichen horizontale und vertikal nach oben gerichtete Fingerbewegungen ansprechen. Die vorderen Betätigungselemente sind gegenüber im wesentlichen nach unten gerichteten Lasten nicht empfindlich, wie sie beispielsweise von einer entspannten Hand und entspannten Fingern erzeugt werden. Alle und jede dieser Vorrichtungen sind sicher im Hinblick auf eine eine Handgelenkbelastung verhindernde Funktion. Die Hand des Benutzers kann auf den sicheren Zeigervorrichtungen ohne die Gefahr einer unbeabsichtigten Aktivierung ihrer Befehls-Betätigungselemente ruhen. Dies ist die Hauptfunktion der sicheren Zeigervorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die Gehäuseschale besteht aus aneinander angrenzenden Oberflächen, die als eine Vorderfläche, eine obere Oberfläche, eine hintere Oberfläche, linke und rechte Seitenfläche definiert werden können. Es ist jedoch ziemlich schwierig, die Begrenzungen dieser Flächen in dem Fall zu definieren, in dem die Gehäuseschale sehr eng an die Form eines Kugelsegmentes angenähert ist. Daher ist eine strikte Unterscheidung zwischen den vorderen und oberen Oberflächen insbesondere im Fall von ein niedriges Profil aufweisenden Gehäuse undefiniert: alle die Oberflächen werden schließlich zu der oberen Oberfläche, die nur entsprechende vordere, hintere und Seitenkanten oder Teile aufweist. Es sei daher verständlich, daß ein vorderer Teil der oberen Oberfläche als vordere Oberfläche bezeichnet werden kann. Die gleichen Bemerkungen können hinsichtlich der Seitenoberflächen und der hinteren Oberfläche gemacht werden.
Es ist verständlich, daß die Gehäuseschale als solche ergonomisch konstruiert sein muß, um sowohl bequem als auch handlich oder griffig zu sein. Daher ergibt eine Vielzahl von sicheren Konstruktionen der vorderen Betätigungselemente kombiniert mit einer Vielzahl von bequemen und griffigen Gehäuseschalen die griffigen und sicheren Zeigervorrichtungen. Es werden verschiedene Ausführungsformen hier angegeben. Es ist verständlich, daß viele noch sicherere und griffigere Zeigervorrichtungen unter Befolgung der Konstruktionskonzepte der vorliegenden Erfindung entwickelt werden können.
Die speziellen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die in den beigefügten Figuren gezeigt und hier beschrieben werden, sind hauptsächlich zur Verwendung mit der rechten Hand geformt. Es ist jedoch verständlich, daß sie ohne weiteres zur Verwendung mit der linken Hand geformt werden können, indem lediglich eine spiegelbildliche Version der Konfiguration für die rechte Hand geschaffen wird.
Eine grundlegende sichere Zeigervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 1A bis 1C gezeigt. Die Vorrichtung besteht aus einem im wesentlichen flachen Boden 20, der auf einer darunterliegenden Auflageoberfläche angeordnet ist, sowie einem allgemein konvexen Gehäuse 22, das an der Oberseite des Bodens angebracht ist, wobei ein üblicher (nicht gezeigter) Hardwaremechanismus eingeschlossen ist. Die Gehäuseschale weist eine im wesentlichen vertikale vordere Oberfläche 24, eine linke Seitenfläche 26 und eine rechte Seitenfläche 28 auf. Eine obere Oberfläche 30 ist an der oberen Vorderkante ungefähr 38-67 und vorzugsweise ungefähr 52 mm hoch. Diese Oberfläche grenzt an eine abgerundete hintere Oberfläche 32 an. Eine Gesamtlänge beträgt ungefähr 60-90 mm, und die Breite beträgt ungefähr 50-85 mm. Derartige Abmessungen sind für einen kompakten und fest umschlossenen Griff für Hände mit unterschiedlicher Größe günstig.
Zumindest ein, zwei oder drei Betätigungselemente 34 sind auf der vorderen Oberfläche befestigt. Diese Betätigungselemente können als die üblichen mechanisch klickenden Druckknöpfe, Druck- oder Kraftsensoren ausgebildet werden. Die vorderen Betätigungselemente sind gegen eine unbeabsichtigte Betätigung durch eine stark belastete unbeobachtete Hand oder die Finger eines Benutzers geschützt. Dieses Ziel wird bei der vorliegenden Erfindung durch die erhebliche Steilheit der vorderen Betätigungselemente erzielt, die auf horizontale Lasten ansprechen und nicht gegenüber irgendwelchen vertikalen Kräften oder Fingerbewegungen empfindlich sind. Selbstverständlich müssen die vorderen Druckknöpfe so ausgelegt werden, daß sie den horizontalen Fingerdruck auf elektrische Schalter oder Sensoren übertragen.
Die obere Oberfläche stützt die inneren Glieder des Zeigefingers, des Mittelfingers und des Ringfingers der Hand des Benutzers ungefähr horizontal ab. Entsprechend weichen die mittleren und äußeren Fingerglieder von der beispielsweise absolut vertikalen Vorderfläche ab, wodurch die äußeren Fingerkuppen gut von den Knöpfen entfernt gehalten werden. Daher kann die Neigung der Betätigungselemente auf der vorderen Oberfläche bis zu ungefähr 50-60 Grad verringert werden (in Abhängigkeit von der Form der oberen Oberfläche, die die inneren Glieder des Zeigefingers, des Mittelfingers und des Ringfingers im wesentlichen horizontal abstützt) und zwar gegenüber dem Boden, ohne daß eine Gefahr einer wesentlichen Vergrößerung der Last auf die Druckknöpfe von entspannten (unbeobachteten) Fingern vergrößert wird. Die steileren vertikalen Neigungen der vorderen Oberfläche sind jedoch für den sicheren Griff vorzuziehen. Daher ist der Bereich von brauchbaren Neigungen der vorderen Oberfläche hier ungefähr 50-130 Grad gegenüber dem Boden und vorzugsweise ungefähr 76-108 Grad. Die Querschnittsabmessungen der Vorrichtung sind so ausgelegt, daß sich ein vollständiges Umgreifen ergibt, wobei alle Finger im wesentlichen auf der Gehäuseschale umgebogen sind. Der hintere Handballen ruht im Betrieb auf der darunterliegenden Oberfläche. Drei vordere Fingerspitzen, die äußeren Fingerkuppen, berühren die darunterliegende Oberfläche nicht. Der Griff ist äußerst funktionell. Er ist ähnlich der entspannten Fausthaltung. Er ergibt eine feine Fingerfunktionalität.
Die obere Oberfläche ist wesentlich höher als die von üblichen Mäusen. Entsprechend sind die metakarpalen Gelenke des Zeigefingers, des Mittelfingers und des Ringfingers im wesentlichen gegenüber der darunterliegenden Oberfläche erhöht angeordnet. Es sei verständlich, daß diese Erhöhung das Handgelenk- Unterarmgelenk streckt, wodurch der Zwischenkarpal-Kontaktdruck im wesentlichen entlastet wird. Diese Abstützung ist von ihrer Art her von der belastenden Erhöhung der selbst abgestützten Hand des Benutzers über üblichen Mäusen verschieden, die durch die eigenen Muskeln und Sehnen des Benutzers hervorgerufen wird. Die meisten Benutzer von üblichen Mäusen halten die Betätigungsfinger weit oberhalb einer Maus, um zu verhindern, daß die Finger zu stark die Knöpfe belasten. Dies macht einen großen Unterschied hinsichtlich der medizinischen Folgen von ähnlichen Haltungen, die durch unterschiedliche Einrichtungen hervorgerufen werden: eine externe Abstützung oder gespannte Handsehnen. Die letzteren rufen dauernde Kompressionslasten auf das Handgelenk und damit auf die Karpalknochen hervor.
Dies kann durch ein Beispiel erläutert werden. Es gibt den gleichen Unterschied zwischen den beiden vorstehend beschriebenen Haltungen wie zwischen zwei Personen, die in einem Bett liegen. Es sei angenommen, daß eine Person ihren Kopf frei um 10 cm über der Bettoberfläche hält, während die andere ihren Kopf auf einem Kissen 10 cm oberhalb des Bettes hält. Eine Person hat einen beanspruchten und schmerzhaften Nacken, während die andere einen entspannten bequemen Schlaf hat.
Die Streckwirkung, die in dem Handgelenk-Unterarmgelenk durch die hohe Gehäuseschale erzeugt wird, ist ähnlich der von mechanischen Geräten, die für die Behandlung des Karpaltunnel-Syndroms und andere Handgelenk-Schäden verwendet werden. D. h., die mechanische Streckwirkung ist medizinisch anerkannt, um eine Heilwirkung für ein Handgelenk zu erzielen. Die große Höhenlage hat einen wesentlichen Betriebsvorteil auf einer beschränkten Tischfläche in der Nähe der Außenkante, wenn sich der Ellenbogen ungefähr in der gleichen Höhenlage wie die Tischoberfläche oder unter dieser befindet. Die Vorrichtung kann von Rechtshändern und Linkshändern verwendet werden.
Die Fig. 2A und 2B zeigen weitere Verbesserungen der grundlegenden Vorrichtung. Konkave Vertiefungen 36, 38, 40 auf der oberen Oberfläche sind vorgesehen, um die inneren Fingerglieder des Zeigefingers, des Mittelfingers und des Ringfingers entsprechend zu positionieren. Wülste 42, 43 trennen die Finger und lenken sie zu den Knöpfen. Es sind weiterhin zwei konkave Vertiefungen 46, 48 für den Daumen und den kleinen Finger vorgesehen. Die vordere Oberfläche ist für einen festeren Griff ungefähr vertikal ausgebildet. Die Vorrichtung kann von Rechtshändern und Linkshändern verwendet werden.
Die nächste wesentliche Verbesserung besteht in der Schaffung einer orthopädischeren und bequemeren Vorrichtung. Die Fig. 3A bis 3F zeigen sechs Ansichten der vorgeschlagenen Ausführungsform. Das Gehäuse hält die Hand etwas nach oben. Es hat eine ungefähr um 20-60 und vorzugsweise um ungefähr 28 Prozent niedrigere rechte Seite im Vergleich mit der linken Seite. Die tiefere rechte Seite ergibt eine stärker anatomische Handposition für diejenigen Benutzer, die den Ellenbogen während der Verwendung nahe an dem Körper halten. Eine zu große nach oben gerichtete Handhaltung, beispielsweise eine um mehr als 60 Prozent niedrigere rechte Seite schädigt jedoch feine Fingerfunktionalität. Der Wulst 42 zwischen dem Zeigefinger und dem Mittelfinger ist deutlicher ausgeprägt. Er positioniert den Zeigefinger und den Mittelfinger exakt auf der Schale, selbst für Hände mit unterschiedlicher Größe. Die Vertiefung für den Ringfinger auf der oberen Oberfläche ist in eine um ungefähr 40-50 Grad geneigte, geringfügig konvexe abgerundete Oberfläche umgewandelt, die gut in unterschiedliche Hände paßt. Die obere Oberfläche ist merkbar nach hinten verlängert, so daß sie flacher wird. Es ist weiterhin eine vorgegebene konkave Vertiefung 50 in der oberen Oberfläche vorgesehen, um das mittlere Metakarpalgelenk aufzunehmen. Der Mittelpunkt dieser Vertiefung liegt bei ungefähr 30-35 mm von der Vorderkante. Diese Vertiefung verringert im wesentlichen den Abstützdruck auf das größte Mittelfinger-Metakarpalgelenk. Daher wird die Abstützkraft auf eine größere Fläche der umgebenden weichen Volargewebe verteilt. Entsprechend wird der Druck auf das Gelenk wesentlich verringert, was einen bequemeren und entspannteren Griff ergibt. Die Vertiefung 48 für den kleinen Finger weist einen unteren Vorsprung 52 auf, um die Spitze des kleinen Fingers zu halten und sie gegen eine Berührung mit der darunterliegenden Oberfläche zu schützen.
Das schmale hintere Ende der Schale ist leicht nach rechts gekippt (Fig. 3C - eine Draufsicht), so daß es in die Mitte des volaren Absatzes zwischen dem Daumen und den hinteren volaren Ballen gelangt.
Ein zusätzliches Daumen-Betätigungselement 54 ist auf der Oberseite der linken Seitenoberfläche befestigt. Dieses funktionelle Betätigungselement kann als kugelförmiger Positionssensor, als Rollrad, als Steuerknüppel, als Druck- oder Bewegungssensor, als Schalter, als Druckknopf, als Zieh-Verriegelungsknopf oder in irgendeiner Weise kundenspezifisch ausgebildet werden, in Abhängigkeit von speziellen Notwendigkeiten. Dieses Betätigungselement kann für Funktionen wie z. B. die Cursorpositionierung, das Rollen, das Schalten der Empfindlichkeit oder des Menüs usw. verwendet werden. Der Wulst zwischen dem Zeigefinger und dem Mittelfinger kann ebenfalls als ein schmales Rollrad oder als irgendein zusätzlicher Funktionsschalter oder Sensor ausgebildet werden. Die Steuerdruckknöpfe und Sensoren können durch Software-Treiber konfigurierbar sein.
Eine entspannte Hand, bei der alle Finger gebogen sind und die darunterliegende horizontale Oberfläche berühren, wie dies durch einen Pfeil gezeigt ist, ist in Fig. 4A gezeigt. Fig. 4B zeigt die gleiche Hand, die die sichere Zeigervorrichtung nach den Fig. 3A bis 3F erfaßt. Die vorderen Finger sind merklich gegenüber der darunterliegenden Oberfläche angehoben, wie dies durch einen Pfeil angezeigt ist. Es ist somit verständlich, daß die Vorrichtung so konstruiert ist, daß sie den Raum zwischen der Hand und der darunterliegenden Oberfläche füllt.
Fig. 5 zeigt eine Unteransicht der umgriffenen Vorrichtung. Es ist gut zu erkennen, daß der Griff im wesentlichen anatomisch und sicher ist.
Die nächste Verbesserung führt eine Ausführungsform ein, die eine Abstützung 46 für das Handgelenk-Unterarmgelenk aufweist, wie dies in den Fig. 6A bis 6C gezeigt ist. Die Abstützoberfläche stellt einen sanft übergehenden hinteren unteren Vorsprung dar. Die Abstützoberfläche springt in Richtung des kleinen Karpalknochens vor, der als Pisiform oder bohnenförmiger Handwurzelknochen bezeichnet wird und an der Stelle liegt, die in Fig. 6C gezeigt ist.
Dieser kleine Knochen berührt üblicherweise sehr stark die darunterliegende Oberfläche während der Mausbetätigungen und kann angeschwollen und schmerzhaft sein. Daher hat die Abstützoberfläche eine vorgegebene Vertiefung 56, die an den Pisiform angepaßt ist, wodurch der Druck auf die umgebenden weichen volaren Gewebe weiter verteilt wird. Die Abstützung ist schmal genug gemacht, um die Fingerfunktionalität nicht einzuschränken.
Die Daumenvertiefung auf der linken Seite ist mit einem abgerundeten Vorsprung 60 kombiniert, was eine Möglichkeit ergibt, den Griff im Betrieb von breiter auf schmaler zu ändern. Dies ergibt weiterhin eine Anpassung an Hände mit unterschiedlichen Größen.
Die vordere Oberfläche weist eine mehr als vertikale mittlere Neigung gegenüber dem Boden von ungefähr von 105-130 und vorzugsweise von ungefähr 110 Grad auf. Hierdurch ergibt sich ein fester Griff nahe der am besten betätigbaren, jedoch entspannten Faustform. Die Vorrichtung ist besonders für außerordentlich lange Zeitperioden eines dauernden Gebrauchs in zeitkritischen Anwendungen geeignet. Beispielsweise kann sie für anstrengende Aufgaben verwendet werden, die die schnelle Mustererkennung gegenüber einem hohen Rauschpegel betreffen, oder um ein unmittelbares Feuer auf unerwartet erscheinende seltene Ziele zu steuern, oder um präzise die feine Positionierung von Gegenständen zu steuern, usw.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Handgelenkabstützung ist in den Fig. 7A bis 7C gezeigt. Hier ist die Abstützung breiter gemacht und weist höhere Kanten im Vergleich mit der Vorrichtung nach den Fig. 3A bis 3C auf. Diese Verbesserung verteilt den Auflagedruck über einen größeren Handflächenbereich, wodurch die Last auf den Mittelfinger und den Zeigefinger beträchtlich verkleinert wird. Die Vertiefungen für den Ringfinger und den kleinen Finger sind in eine einzige abgerundete Oberfläche umgewandelt, wodurch sich eine bessere Anpassung an Hände mit unterschiedlichen Größen ergibt. Diese Vorrichtung, die zur Arbeit auf einer horizontalen Oberfläche ausgebildet ist, ist in gewisser Weise ähnlich zu vertikalen Steuerknüppel- Vorrichtungen.
Sie ergibt einen bequemen und sicheren Griff für Modifikationen mit einem und zwei Klick-Druckknöpfen. Nebenher kann sie als Rollkugel für behinderte Personen verwendet werden. In einem derartigen Fall kann die Vorrichtung sanft an einer Hand über ein weiches Band, einen Plastikhaken oder einen Haken- und Schleifenstreifen befestigt werden. Das Daumen-Funktionsbetätigungselement kann für die Cursorpositionierung verwendet werden.
Alternativ kann eine Mausunterlage an einem Stuhl, Bett, an der Hüfte oder selbst an einem Bauch befestigt werden. Die Sicherheitsmaus benötigt keine konstante Anspannung in der Hand, um eine unbeabsichtigte Betätigung zu vermeiden. Somit ist die Hand des Benutzers die gesamte Zeit mit Ausnahme der Klick-Zeitpunkte entspannt. Entsprechend stört diese Vorrichtung nicht den physikalischen Zustand eines Benutzers.
Die nächste Ausführungsform ist in den Fig. 8A bis 8C gezeigt. Dies ist eine sichere und äußerst betriebsfähige kompakte Vorrichtung. Sie weist einen schmaleren und kürzeren Boden im Vergleich mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und eine höhere und kleinere obere Oberfläche als die Vorrichtung nach Fig. 3A auf. Die Neigung der vorderen Oberfläche beträgt ungefähr 95-125 und vorzugsweise ungefähr 115 Grad gegenüber dem Boden. Eine ergonomische Form der vorliegenden Vorrichtung ist sehr griffig: die Vorrichtung kann sogar mit einem einzelnen Finger erfaßt werden und ist im freien Raum betriebsfähig, wie dies in den Fig. 9A bis 9D gezeigt ist. Diese Figuren helfen, die anatomische Form der Vorrichtung besser zu verstehen.
Diese sichere und griffige Ausführungsform ist für besonders intensive und präzise Anwendungen nützlich. Die hohe obere Oberfläche streckt das Handgelenk erheblich von dem Ellenbogen, wenn der Unterarm auf einer Tischplattenoberfläche angeordnet ist. Dies ergibt zusätzliche Schutz- und Heilwirkungen auf das Handgelenk und die Karpalkontakte.
Diese Ausführungsform ist ungefähr 10-25 Prozent schmaler, kürzer und höher als die in den Fig. 3A bis 3F gezeigte Ausführungsform. Der Bodenteil ist zusätzlich geschrumpft, um bequem die Schale mit dem umgelegten Daumen und dem kleinen Finger zu ergreifen. Die erhöhte obere Oberfläche hält die drei Vorderfinger über diesen. Daher ergibt diese Ausführungsform einen weiten Bereich für die Fingerfunktionalität. Sie ist insbesondere für Benutzer von Laptop-Computern bequem, weil sie ihnen einen Betrieb auf praktisch irgendeiner Oberfläche mit einer erheblich eingeschränkten Fläche ermöglicht. Die Vorrichtung ist äußerst funktionell und bequem auf einer großen ebenen Oberfläche, wenn entweder Finger- oder Unterarm-Bewegungen dazu verwendet werden können, die Cursorposition zu steuern. Die Finger- und Handgelenk-Funktionalität ist jedoch besonders verbessert und wird besonders an der Kante der Tischplatte verglichen mit üblichen Mäusen bequem.
Die in den Fig. 1A bis 9D gezeigten Ausführungsformen stellen lediglich einen Teil der Vorrichtungen dar, die auf dem Konzept von sicheren belastungsgeschützten Zeigervorrichtungen mit abbiegenden horizontalen Bewegungen der Finger beruhen.
Fig. 10 zeigt eine linke Teilschnittansicht einer bekannten Maus. Hier drückt ein vorderer Druckknopf, der auf der Gehäuseschale über eine flexible Kunststoffeder 62 befestigt ist, einen Schalter 64 unter der vertikalen, nach unten gerichteten Fingerwirkung nieder, wodurch ein Computer-Eingabesignal erzeugt wird. Fig. 11 zeigt vier einseitig gerichtete Schalter, die in vier Richtungen ausgerichtet sind, die als "X", "Y", "-X" und "-Y" bezeichnet sind. Übliche Mäuse verwenden die "Y"- gerichteten Schalter, die nicht geschützt sind, sondern speziell für die vertikal nach unten gerichtete Aktivierungskraft ausgelegt sind. Die vorliegende Erfindung schließt die Konfigurationen ein, die gegen eine Aktivierung durch eine vertikal nach unten gerichtete Kraft geschützt sind. Sie schließt nicht die Konfigurationen ein, die auf nach unten gerichtete Kräfte ansprechen. Entsprechend werden die "-X", "-X", "X" und alle dazwischenliegend gerichteten Schalter in den sicheren Vorrichtungen von der vorliegenden Erfindung verwendet. Es ist verständlich, daß diese Erläuterung hier dargeboten wird, um ein vereinfachtes Konzept der vorliegenden Erfindung zu zeigen. Diese Erläuterung beschränkt keine Vielzahl von Schalterbauteilen und Sensoren, die in den sicheren Zeigervorrichtungen verwendet werden, um Computereingangssignale zu erzeugen. Es ist verständlich, daß irgendein einseitig gerichteter Schalter so angepaßt werden kann, daß er einen Druck aus irgendeiner Richtung mißt, indem zwischenliegende Einrichtungen vorgesehen werden, die die Richtung der ausgeübten Kraft umformen. Es ist weiterhin verständlich, daß irgendwelche Betätigungselemente, die die Schutzfunktion des vorliegenden Konzeptes erfüllen, verwendet werden können. Weiterhin wird der Grad des Schutzes und der Sicherheit nicht ausschließlich durch die Ausrichtung der Schalter oder Sensoren bestimmt. Er wird sowohl durch die Schalter und die Druckknöpfe in Kombination bestimmt. Im wesentlichen vertikale Knöpfe beginnend bei ungefähr 50-60 Grad einer minimalen Neigung gegenüber dem Boden (siehe Fig. 1 A bis 9D) können kaum durch eine entspannte Hand und Finger betätigt werden, und sind daher im wesentlichen geschützt. Entsprechend weisen die Grenzen des geschützten Bereiches von Richtungen der Druckknöpfe einen weiteren Bereich auf, als die, die aus Vereinfachungsgründen in Fig. 11 gezeigt sind. Hierdurch werden auch bestimmte Ausrichtungen zwischen den Y- und Y-Richtungen abgedeckt, die in den speziellen Ausführungsformen beschrieben wurden. Die geschützten Konfigurationen sind diejenigen, die als gegenüber nach unten gerichteten Kräften geschützt bestimmt werden. Weiterhin verhindert die horizontal gleitende Konstruktion der vorderen Druckknöpfe jede vertikale Aktivierung, wodurch im wesentlichen der Bereich von geschützten Neigungen bis zu Null Grad erweitert wird, d. h. horizontal. Mit anderen Worten hat die Neigung der vorderen Betätigungselemente als solche keine Beschränkung hinsichtlich der sicheren Funktion der vorliegenden Erfindung. Bei einem Schutz gegen eine vertikale Betätigung wirken horizontale Betätigungselemente als Schiebeschalter, die üblicherweise irgendeine Rauheit, Wülste oder Nuten auf ihrer Oberfläche aufweisen, um die Reibung zwischen der Oberfläche des gleitenden Knopfes und dem Finger des Benutzers haben.
Es gibt viele spezielle Ausführungsformen, die durch die vorliegende Erfindung abgedeckt sind, jedoch nicht ausdrücklich in dieser Patentschrift gezeigt sind. Beispielsweise verwenden die Ausführungsformen, die in den Fig. 12 bis 14A gezeigt sind, die geschützten Konfigurationen, die allgemein auf den "X"- und "-Y"- gerichteten Schaltern nach Fig. 11 beruhen. Diese Ausführungsformen sind ebenfalls gegen eine Betätigung durch die vertikale nach unten gerichtete Last der entspannten Hand und der entspannten Finger geschützt. Die klickenden Finger bewegen sich hier in einer Richtung entgegengesetzt zu der, die allgemein üblich ist. Der übliche Weg zum Bewirken eines Anklickens wird dadurch erzeugt, daß die Finger durch die Beugemuskeln und die Sehnen gezogen werden. Hier bewirken die Streckmuskeln und Sehnen eine Streckung der Finger und aktivieren die Sensoren. Der Sensor oder die Schalter können mechanisch, optisch oder elektrisch sein und Kräfte, den Druck, die Position oder Bewegungen erfassen.
Klickbewegungen sind sehr kurz. Entsprechend rufen sie keine schädlichen dauernden Belastungen in der Hand des Benutzers hervor, weil die Strecksehnen die gesamte Zeit mit Ausnahme der Ausführung von Klickbewegungen entspannt sind. Selbst die in den Fig. 12 bis 14A gezeigten Vorrichtungen sind nicht üblich, und sie sind zweckmäßig und bequem. Weiterhin kann die Gehäuseschale dieser Ausführungsformen in nahezu beliebiger Weise für spezielle funktionelle oder ergonomische Notwendigkeiten geformt werden. Die grundlegende Streckfunktion bleibt durch eine Vielzahl von Formen nahezu unbeeinflußt. Sie hängt nicht wesentlich von der Form der abstützenden Gehäuseschale ab. Diese Vorrichtungen sind möglicherweise von speziellem Wert für diejenigen Benutzer, deren Hände bereits durch übliche Mäuse oder aus anderen Gründen geschädigt sind. Tatsächlich besteht die medizinische Empfehlung für geschädigte Hände darin, im wesentlichen die Art einer üblichen wiederholten Handbetätigung zu ändern. Einige der hier dargestellten sicheren Vorrichtungen ändern drastisch die Art und Weise, wie die Hand des Benutzers arbeitet. Dies gibt der geschädigten Hand eine Chance zur Erholung mit Hilfe der sehr leichten kurzzeitigen wiederholten Klickbewegungen und der langen Entspannungsperioden. Einige der in den Fig. 1 A bis 9D gezeigten Ausführungsformen können für Streck-Klickbewegungen modifiziert werden, wie dies in Fig. 14A, B gezeigt ist, in der die vorderen Druckknöpfe benachbart zu der Rückseite der Finger befestigt sind, d. h. vor der Vorderfläche.
Die üblichen Druckknöpfe können hier durch wesentlich empfindlichere Druck-, Berührungs-, Positions- oder Näherungssensoren ersetzt werden. Daher muß der Benutzer keine merkliche Kraft auf die klickenden Finger ausüben sondern lediglich den Befehl durch eine leichteste Fingerbewegung anzeigen und dann eine bequeme Ruhestellung auf der bequemen abstützenden Gehäuseschale genießen. So wird die belastende und schmerzhafte unsichere Arbeit mit üblichen Mäusen in eine sehr angenehme und nützliche Gymnastik für die geschädigte Hand und die geschädigten Finger umgewandelt. Der Bereich der Fingerbewegungen oder eine Lücke zwischen der Schale und dem Sensor oder Druckknopf kann einfach für einen bestimmten Benutzer einstellbar gemacht werden.
Außerdem können zwei Sätze von Biege- und Streck-Sensoren mit der Handsteuereinrichtung der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden. Hierdurch wird die Anzahl von Befehlen vergrößert, die durch einfache Fingerbewegungen erzeugt werden können, was insbesondere für den freien Raum oder Fernbetätigungen interessant ist. Es ist hier erwähnenswert, daß übliche Schädigungen aufgrund einer wiederholten Belastung durch die konstante Spannung der Strecksehnen erzeugt werden, die relativ weiche Karpalkontakte komprimieren, im Gegensatz zu den relativ starken Kontakten, die durch die Beugesehnen (Faustbildung) komprimiert werden. Die wichtigsten durch die Auslösung erzeugten wiederholten Belastungsschädigungen betreffen gereizte Bänder und Gelenke, die schließlich den Mediannerv komprimieren. Der Mechanismus der Reizung besteht wahrscheinlich nicht nur in der einfachen Verformung sondern in der schwerwiegenden Verwerfung der normalen Zuführungs- oder Regenerationsfunktion der kontinuierlich komprimierten Gewebe. Die harten Verbindungsgewebe der Gelenke erhalten ihre Speisung durch sehr langsame Diffusionsprozesse, nicht durch eine intensive Blutversorgung, wie weiche Gewebe, wie Muskeln und Haut, die aus Blutgefäßen gespeist werden. Eine derartige Diffusionsspeisung muß durch periodische Kompressionsbelastung/Entlastung der Gewebe aktiviert werden. Dies ist der Grund, warum periodische Kurzzeit-Klickbewegungen hinsichtlich ihrer biologischen Bedeutung und den medizinischen Folgen merklich entgegengesetzt zu den konstanten Spannungen und Belastungen sind, die durch übliche Mäuse hervorgerufen werden. Dies ist weiterhin der Grund, warum der Widerspruch zwischen den schädlichen dauernden und den nützlichen kurzen Belastungen den wesentlichen Unterschied funktionell in der Vorrichtung ausmacht.

Zusammenfassung, Folgerungen und Schutzumfang

Entsprechend wird der Leser erkennen, daß die griffigen und sicheren Zeigervorrichtungen der vorliegenden Erfindung für zeitkritische Anwendungen verwendet werden können, ohne daß die Gefahr von Schädigungen durch wiederholte Belastungen auftreten. Die Vorrichtungen können kontinuierlich für lange andauernde Perioden verwendet werden, weil sie nicht die unerwünschte Anspannung in einer Hand und dem Handgelenk hervorrufen, die typisch für alle üblichen Mäuse ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine neue Generation von griffigen und von Natur aus sicheren Zeigervorrichtungen mit verbesserter dynamischer Funktionalität, einem wesentlich höheren Grad an Ergonomie und einem neuartigen Konzept des Schutzes der Hand dar.
Alle Zeigervorrichtungen der vorliegenden Erfindung schützen die Hand eines Benutzers gegen eine unbeabsichtigte Betätigung der Steuerknöpfe durch eine stark belastete Hand und Finger. Daher beseitigen diese Vorrichtungen den Hauptgrund für Schädigungen durch wiederholte Spannungen bei Computerbenutzern, die durch die konstante Belastung der Finger hervorgerufen wird, die die Druckknöpfe betätigen.
Die vorliegende Erfindung garantiert die erläuterte Art des Schutzes aufgrund ihrer eigentlichen mechanischen Konstruktion. Sie stellt nicht nur eine Verbesserung dar, die in, gewisser Weise die Spannung in der Hand eines Benutzers durch eine teilweise Modifikation der Gehäuseschale verringert. Sie verhindert direkt jede unbeabsichtigte Betätigung durch die stark belastete entspannte Hand. Entsprechend können die Zeigervorrichtungen der vorliegenden Erfindung als von Natur aus sicher betrachtet werden, im Gegensatz zu irgendwelchen üblichen unsicheren Konstruktionen.
Obwohl die vorstehende Beschreibung viele spezielle Angaben enthält, sollten diese nicht als für den Schutzumfang der Erfindung beschränkend aufgefaßt werden, sondern lediglich als Erläuterungen einiger der derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. Beispielsweise kann die Vorrichtung mehr oder weniger aufrecht, mehr oder weniger kompakt sein, unterschiedliche anatomische Vertiefungen, Wülste und Vorsprünge haben; kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden; die Betätigungselemente können mit einer anderen Struktur und physikalischen Eigenschaft hergestellt werden; sie kann elektrisch oder optisch mit einem Computer usw. verbunden sein. Die Erfindung betrifft speziell die Vorrichtungen mit einer Finger-Streckbetätigung: irgendwelche bequemen festen oder sogar im wesentlichen verformbaren Gehäuse können verwendet werden, ohne die grundlegende sichere Funktion zu ändern. Die vordere Oberfläche kann mehr oder weniger abgerundet, konvex oder konkav ausgebildet werden, die vorderen Betätigungselemente können zur Feststellung eines Fingerdruckes, einer Position oder einer Bewegung oder irgendeiner Kombination ausgebildet werden. Positioniereinrichtungen und Daumen-Betätigungselemente können in üblicher Weise als mechanische Rollkugeln, optische, Ultraschall-, elektrische (kapazitive Matrix-Sensoren), magnetische Einrichtungen oder deren Kombinationen ausgebildet werden. In jedem Fall kann irgendeine Kombination der beschriebenen Ausführungsformen innerhalb des gleichen sicheren Konstruktionskonzeptes verwirklicht werden. Beispielsweise können die speziellen Betätigungselemente und Gehäuseformen aus unterschiedlichen Ausführungsformen in einer Ausführungsform kombiniert werden. Das vertikal geneigte vordere Betätigungselement für einen Zeigefinger und die im wesentlichen steile oder umgekehrte Neigung von ungefähr 100-180 Grad kann für den Mittel- und Ringfinger verwendet werden, kombiniert mit Biege-/Streckfunktionen für andere Finger, was in der gleichen Vorrichtung verwirklicht werden kann, usw.
Somit sollte der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche bestimmt werden.

Claims

1. Zeigervorrichtung zur Erzeugung einer Mehrzahl von Computer- Eingangssignalen mit der Hand eines Benutzers und zur Steuerung einer Cursor- Position auf Anzeigen, wobei die Vorrichtung so ausgelegt ist, daß sie Beanspruchungen des Handgelenkes verhindert und das Handgelenk auf einen sicheren und bequemen Ruhezustand hält, wodurch Spannungen in der Hand des Benutzers zu einem Minimum gemacht werden, Schmerzen, Ermüdungen und durch Computer hervorgerufene wiederholte Beanspruchungs-Gesundheitsschäden selbst während langer Perioden einer kontinuierlichen Verwendung vermieden werden, mit den folgenden relativ zueinander angeordneten Elementen:

a) einem allgemein ebenen Bodenteil (20) zur stabilen Positionierung der Vorrichtung auf einer darunterliegenden, im wesentlichen horizontalen Oberfläche für eine Transaktionsbewegung;

b) einem allgemein konvexen Gehäuse, das auf der Oberseite des allgemein ebenen Bodenteils angebracht ist und auf dem eine Hand ruhen soll,

c) wobei das allgemein konvexe Gehäues aneinander angrenzende vordere (24), obere (30) und hintere (32) Oberflächen, linke (26) und rechte (28) Seitenoberflächen aufweist, um eine entspannte Hand eines Benutzers und die proximalen Phalangen der Zeige-, Mittel- und Ringfinger abzustützen;

d) Einrichtungen zur Steuerung der Cursor-Position;

e) einer Vielzahl von Betätigungseinrichtungen zur Erzeugung von Eingangssignalen;

f) wobei zumindest bis drei (34) und vorzugsweise zwei der Betätigungseinrichtungen benachbart zu der Vorderfläche so befestigt sind, daß sie sich in enger Nähe zu den entspannten Zeige-, Mittel- und Ringfingern in einer äußerst gut betätigbaren Position befestigt sind, so daß die vorderen Betätigungseinrichtungen durch die Finger außerhalb deren entspannter Position betätigbar sind, während die Hand als solche in ihrer entspannten Position ausruht;

dadurch gekennzeichnet, daß:

g) die vorderen Betätigungseinrichtungen so ausgelegt sind, daß sie auf Fingerbewegungen ansprechen, die im wesentlichen horizontal oder vertikal nach oben gerichtet sind;

h) wobei die vorderen Betätigungseinrichtungen so ausgelegt sind, daß sie gegen eine Aktivierung durch im wesentlichen vertikale nach unten gerichtete Lasten geschützt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die vorderen Betätigungseinrichtungen auf der vorderen Oberfläche befestigt sind, wobei die vordere Oberfläche allgemein vertikal ausgebildet ist und eine mittlere Neigung von bis zu 130º gegenüber dem Boden aufweist, wobei das Gehäuse ungefähr 38 bis 67 mm und vorzugsweise ungefähr 52 mm an der Vorderkante der oberen Oberfläche hoch ist, wodurch eine kompakte äußerst funktionelle schnelle Zeigervorrichtung geschaffen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin anatomische Vertiefungen und Wülste aufweist, wodurch ein benutzerfreundlicherer Griff geschaffen wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die rechte Seite ungefähr 20-60 und vorzugsweise ungefähr 28% niedriger als die linke Seite ist, wobei die obere Oberfläche eine vorgegebene konkave Vertiefung für ein Mittelfinger-Mittelhandknochengelenk aufweist, wodurch eine beanspruchungsfreie bequeme aufwärts gerichtete Handposition geschaffen wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin eine Daumen-Betätigungseinrichtung umfaßt, die auf der Oberseite der linken Seite befestigt ist, wobei die Daumen-Betätigungseinrichtung eine Vielzahl von Funktionen wie z. B. die Cursor-Positionierung unter Verwendung eines kugelförmigen Positionier-Meßfühlers bereitstellt, wie z. B. das Aktivieren und Blättern von Menüs, das Blockieren des Ziehens, das Klicken.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 10-25% schmaler, kürzer und höher ausgebildet ist, so daß die Vorrichtung fest von dem Daumen und dem kleinen Finger erfaßt werden kann und wobei das Handgelenk im wesentlichen gestreckt ist, wodurch Handwurzelknochen-Druck vermieden wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der hintere Boden im wesentlichen fortgesetzt ist, um die Handfläche und das Handgelenk vollständig abzustützen, wobei weiterhin eine Vertiefung zur sanften Aufnahme des bohnenförmigen Handwurzelknochens aufweist, wodurch dies eine beanspruchungsfreie und komfortable Positionierung der Hand ermöglicht.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine obere Vorderkante im wesentlichen nach vorne vorspringt, und die weiterhin die vordere Betätigungseinrichtung aufweist, die auf der nach unten gerichteten Seite der Projektion umfaßt, wodurch die vorderen Stellglieder durch im wesentlichen herumgelegte Zeige-, Mittel- oder Ringfinger betätigt werden können und gegen eine unbeabsichtigte vertikal nach unten und horizontal nach innen gerichtete Aktivierung geschützt sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die stirnseitigen Betätigungseinrichtungen oberhalb der Finger befestigt sind, wodurch die Hand des Benutzers sicher auf der Schale mit praktisch irgendeiner Form ruht und Aktivierungs-Anklickvorgänge durch Beseitigen einer Abbiegung oder durch nach oben gerichtete Bewegungen der Zeige-, Mittel- oder Ringfinger ausgeführt werden.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin eine auf der linken Seite befestigte Daumen-Betätigungseinrichtung umfaßt, wobei die Daumen-Betätigungseinrichtung eine Mehrzahl von zusätzlichen Funktionen bereitstellt, wie z. B. eine Cursor-Positionierung unter Verwendung eines kugelförmigen Positioniersensors, Aktivieren und Durchblättern von Menüs, eine Ziehverriegelung, ein Anklicken.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwei Arten von vorderen Betätigungseinrichtungen auf und vor der vorderen Oberfläche befestigt sind, wodurch eine Beuge- und Streck-Anklickfunktionalität bereitgestellt wird, wodurch die Anzahl von Befehlen, die von der Zeigervorrichtung erzeugt werden, und ein Bereich von durch den Benutzer anpaßbaren Optionen vergrößert wird.

12. Zeigervorrichtung zur Erzeugung einer Mehrzahl von Computer- Eingangssignalen mit der Hand eines Benutzers und zur Steuerung einer Cursor- Position auf Anzeigen, wobei die Vorrichtung so ausgelegt ist, daß sie eine Handgelenk-Beanspruchung verhindert und das Handgelenk in einer sicheren und bequemen Ruhelage hält, wodurch eine Spannung in der Hand des Benutzers zu einem Minimum gemacht wird, Schmerzen, Ermüdungen und durch den Computer hervorgerufene wiederholte Beanspruchungs-Gesundheitsschäden selbst während langgestreckter Perioden eines dauernden Gebrauchs vermieden werden, mit:

a) einem Bodenteil zum Tragen eines Hardware-Mechanismus und zur Positionierung der Vorrichtung auf einer darunterliegenden, im wesentlichen horizontalen Oberfläche;

b) einem an der Oberseite des Unterteils angebrachtes Gehäuse, auf dem eine Hand ruhen kann,

c) wobei das allgemein konvexe Gehäuse aneinander angrenzende vordere, obere, hintere Oberflächen, linke und rechte Seitenoberflächen aufweist, um eine entspannte Hand eines Benutzers und proximale Phalangen der Zeige-, Mittel- und Ringfinger abzustützen, so daß die vorderen Betätigungseinrichtungen durch die Finger bei einer Bewegung aus der entspannten Position betätigbar sind, während die Hand als solche in ihrer entspannten Position ruht;

d) Einrichtungen zur Steuerung der Cursor-Position,

e) eine Vielzahl von Betätigungseinrichtungen;

dadurch gekennzeichnet, daß

f) zumindest eine bis drei und vorzugsweise zwei der Betätigungseinrichtungen oberhalb des Zeige-, Mittel- oder Ringfingers des Benutzers befestigt sind;

g) die vordere Betätigungseinrichtungen so ausgelegt sind, daß sie auf Fingerbewegungen ansprechen, die im wesentlichen horizontal oder vertikal nach oben gerichtet sind,

h) wobei die vorderen Betätigungseinrichtungen so ausgelegt sind, daß sie gegen eine Betätigung durch im wesentlichen vertikale nach unten gerichtete Kräfte geschützt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, die weiterhin eine Daumen- Betätigungseinrichtung umfaßt, die auf der linken Seite befestigt ist, wobei die Daumen-Betätigungseinrichtung eine Vielzahl von Funktionen bereitstellt, wie die Cursor-Positionierung unter Verwendung eines kugelförmigen Positionier- Meßfühlers, das Aktivieren und Blättern von Menüs, das Ziehsperren und das Anklicken bereitstellt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, was eine im wesentlichen vertikale vordere Oberfläche umfaßt, wobei zwei Arten von vorderen Betätigungseinrichtungen unter- und oberhalb der Finger des Benutzers befestigt sind, wodurch eine Beuge- und Entbeuge-Anklickfunktionalität geschaffen wird, wodurch die Anzahl von Befehlen vergrößert wird, die von der Zeigervorrichtung erzeugt werden, und wobei der Bereich von vom Benutzer kundenspezifisch anpaßbarer Optionen erweitert wird.