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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf Zeigevorrichtungen und insbesondere auf eine
verbesserte Zeigevorrichtung, die ein widerstandsbehaftetes, elastisches
Druckelement mit einem integrierten Schalter und einer elektrisch
leitenden Substratoberfläche
aufweist.
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Zeigevorrichtungen einschließlich Daumenhebel
bzw. Joysticks sind im Stand der Technik bekannt. Herkömmliche
Joysticks wurden und werden in erster Linie als eine Steuereinrichtung
für Spiele verwendet,
obwohl sie auch allgemein als Vorrichtungen zum Ersatz einer Maus
verwendet werden. Bei einer typischen Anwendung ist die Zeigevorrichtung in
Form eines Joysticks über
Kabel mit einem Mikrocontroller eines Computers mit einem Display
und einer Tastatur verbunden. Der herkömmliche Joystick weist zahlreiche
bewegliche Teile auf, und die Größe des darin
befindlichen Mechanismus läßt seine
Verwendung in zahlreichen Anwendungen nicht zu, wie z. B. Fernsteuerungen,
Tastaturen und Notebooks. Auf der anderen Seite weisen Joysticks
die Vorteile auf , zuverlässig
und leistungsfähig
zu sein.
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Bei bekannten Zeigevorrichtungen
wird typischerweise ein Substrat oder eine gedruckte Leiterplatte
verwendet, die eine widerstandsbehaftete Beschichtung und ein leitendes
Kraftausbzw. -umlenkelement aufweist, das auf dem Substrat bewegbar
ist, um den Ort des Kontakts zu verändern und Signale zu erzeugen,
die sich mit dem Ort bzw. der Position verändern. Die Ausbildung der widerstandsbehafteten
Beschichtung auf dem Substrat ist ein kostenaufwendiger und schwieriger
Vorgang, der dazu führen kann,
daß ein
größerer Prozentsatz
von Vorrichtungen als Ausschußteile
verschrottet werden müssen.
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Eine Zeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist aus der
EP
762 317 A bekannt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es besteht daher eine Notwendigkeit
nach einer einfach strukturierten Zeigevorrichtung, die weniger
Bauteile und weniger sich bewegende Teile aufweist, eine große Leistungsfähigkeit
und hohe Zuverlässigkeit
aufweist und leicht herzustellen ist.
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Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
liegt darin, eine kompakte, einfach aufgebaute Zeigevorrichtung
bereitzustellen, die eine verminderte Anzahl von Bauteilen und lediglich
ein bewegliches Teil aufweist, und die miniaturisiert ist.
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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden
Erfindung besteht darin, eine Zeigevorrichtung bereitzustellen,
die in ein Notebook oder einen standardmäßigen Computer eingebaut werden
kann oder die für Fernsteuervorrichtungen
verwendet werden kann. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt
darin, ein Zeigevorrichtung bereitzustellen, die gegenüber der äußeren Umgebung
undurchlässig ist.
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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden
Erfindung liegt darin, eine Zeigevorrichtung mit digitaler und analoger
Integration bereitzustellen, einschließlich eines digitalen Schalters
und/oder einem Aufweckmerkmal, um die Lebensdauer von Batterien
zu verlängern,
was ideal ist für
eine Anwendung bei Fernsteuerungen.
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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden
Erfindung liegt darin, unterschiedliche Typen von Kontrolloberflächen für den Benutzer
bereitzustellen, um die Zeigevorrichtung zu berühren und zu manipulieren.
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Die Erfindung ist durch die Merkmale
der beigefügten
Ansprüche
festgelegt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht, in der eine Zeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt ist, die an ein Computersystem angeschlossen ist;
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2 zeigt
eine teilweise Querschnittansicht, die eine Ausführungsform einer Zeigevorrichtung
nach der vorliegenden Endung in einem nicht ausgelenkten Zustand
darstellt;
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3 ist
eine teilweise Querschnittansicht, in der die Zeigevorrichtung nach 2 in einem ausgelenkten
Zustand dargestellt ist;
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4 ist
eine Draufsicht einer Ausführungsform
einer elektrisch leitenden Oberfläche auf einem Substrat der
Zeigevorrichtung nach 2;
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5 ist
eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform einer elektrisch
leitenden Oberfläche auf
einem Substrat der Zeigevorrichtung nach 2;
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6 ist
eine schematische Ansicht, die eine Darstellung des Schaltkreises
der Zeigevorrichtung nach 2 erläutert;
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7 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die eine weitere
Ausführungsform
einer Zeigevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung erläutert;
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8 ist
eine teilweise Querschnittansicht, in der die Zeigevorrichtung nach 7 in einem nicht ausgelenkten
Zustand dargestellt ist;
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9 ist
eine teilweise Querschnittansicht, in der die Zeigevorrichtung nach 7 in einem ausgelenkten
Zustand dargestellt ist;
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10 ist
eine Draufsicht einer Ausführungsform
einer elektrisch leitenden Oberfläche auf einem Substrat der
Zeigevorrichtung nach 7;
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11 ist
eine Seitenansicht, in der drei Ausführungsformen einer Steuerflächenkomponente für die Zeigevorrichtung
nach 7 dargestellt sind;
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12 zeigt
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht von oben auf eine
andere Ausführungsform
eines Verriegelungsrings für
die Zeigevorrichtung nach 7;
und
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13 zeigt
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht von unten des Verriegelungsrings
nach 12.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführunsgform
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Zunächst sei auf 1 Bezug genommen, in der eine Zeigevorrichtung
dargestellt ist, die in einem Behältnis oder Kasten 1 angeordnet
ist, das eine obere Wand oder einen Deckel aufweist. Obwohl 1 eine Zeigevorrichtung 10 nach
Art eines Joysticks zeigt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf Joysticks
beschränkt.
Ein Paar von Kabeln 2, 3 sind an den Kasten 1 angeschlossen
und verlaufen von dem Kasten 1 bis zu einer Verbindung,
an der sich die Kabel 2, 3 gemeinsam zu einem
Kabel 4 vereinigen, das an einen Mikrocontroller 6 angeschlossen ist.
Der Mikrocontroller 6 ist einem Bildschirm 7 und einer
Tastatur 8 zugeordnet.
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Eine Ausführungsform der Zeigevorrichtung 10 nach 2 weist ein elastisches
Rückstellelement
auf, das auf einem nicht leitenden Substrat 16 abgestützt ist.
Das elastische Rückstellelement 12 ist zweckmäßigerweise
mit dem Substrat 16 entlang seines äußeren Rands 18 verbunden.
Der äußere Rand 18 kann
jede beliebige Form aufweisen und ist zweckmäßigerweise im wesentlichen
kreisförmig. Das
elastische Element 12 ist ebenfalls zweckmäßigerweise
ein im wesentlichen kreisförmiges
Teil mit einer Querschnittform durch seinen Mittelpunkt, die die
Form aufweist, die in 2 dargestellt
ist.
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Das elastische Rückstellelement 12 weist eine
widerstandsbehaftete Oberfläche 20 auf,
die mit einem Abstand gegenüber
der oberen Oberfläche 22 des
Substrats 16 angeordnet ist. Die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 ist
elastisch abgestützt,
damit sie bewegbar oder verlagerbar ist zwischen dem Ruhezustand
oder nicht ausgelenkten Zustand, der in 2 dargestellt ist, und dem niedergedrückten Zustand
oder ausgelenkten Zustand, der in 3 dargestellt
ist, in dem die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 in der Richtung
des Pfeils 23 gedrückt
ist, um in Kontakt mit der oberen Oberfläche 22 des Substrats 16 zu
treten, um eine Kontaktstelle 24 zu bilden. Das elastische
Rückstellelement 12 weist
vorzugsweise ein flexibles Element oder eine Abstützung 26 auf,
die die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 elastisch abstützt, so
daß sie
sich zwischen dem Ruhezustand und dem niedergedrückten Zustand bewegen kann.
Das flexible Element 26 ist zwischen der widerstandsbehafteten
Oberfläche 20 und
dem äußeren Rand 18 des
elastischen Rückstellelements 12 angeschlossen.
Eine Ausführungsform
des flexiblen Elements 26 ist ein ringförmiger Balg, der in 2 und 3 dargestellt ist. Der ringförmige Balg 26 verformt
sich in einer akkordeonartigen Art und Weise auf die Aufbringung
einer Kraft auf das elastische Rückstellelement 12 hin,
so daß die
widerstandsbehaftete Oberfläche 20 in
Richtung auf das Substrat 16 bewegt wird. Es versteht sich
natürlich,
daß auch andere
flexible Elemente verwendet werden können, um die widerstandsbehaftete
Oberfläche 20 elastisch abzustützen.
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Die elastische Oberfläche 20 ist
in zweckmäßiger Weise
gekrümmt,
damit sie im niedergedrückten
Zustand auf der oberen Oberfläche 22 des
Substrats 16 abrollt bzw. sich darauf hinund herbewegt. Die
widerstandsbehaftete Oberfläche 20 weist zweckmäßigerweise
eine konvexe Form auf. Wenn sich die widerstandsbehaftete, hin-
und herbewegbare Oberfläche 20 auf
der oberen Oberfläche 22 hin- und
herbewegt, wird die Kontaktposition 24 zwischen der widerstandsbehafteten
Oberfläche
und der oberen Oberfläche 22 verändert. Die
widerstandsbehaftete Oberfläche 20 kann
verformbar sein, so daß die Kontaktposition 24 zwischen
der widerstandsbehafteten Oberfläche 20 und
der oberen Oberfläche 22 in ihrer
Fläche
zunimmt, wenn die Auslenkung aufgrund einer größeren Kraft, die auf das elastische
Rückstellelement 12 ausgeübt wird,
vergrößert wird.
Die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 weist
ein widerstandsbehaftetes Material auf, welches zweckmäßigerweise
ein widerstandsbehafteter Gummi sein kann. In vorteilhafter Weise
ist der Widerstand über die
widerstandsbehaftete Oberfläche 20 im
wesentlichen gleichmäßig.
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Wie in 2 dargestellt
ist, weist das elastische Rückstellelement 12 in
vorteilhafter Weise einen Stab oder Joystick 21 auf, der
sich von der widerstandsbehafteten Oberfläche 20 erstreckt.
Der Stab 28 kann von der Hand oder einem oder mehreren Fingern
eines Menschen betätigt
werden, um die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 in Richtung
auf das Substrat 16 zu drücken. In der bevorzugten Ausführungsform
erstreckt sich der Stab 28 im wesentlichen senkrecht zu
der oberen Oberfläche 22 des Substrats 16,
obwohl auch andere Orientierungen für den Stab 28 zweckmäßig sein
können.
Der Stab 28 hat in zweckmäßiger Weise eine konisch zulaufende Seitenfläche 30 zum
Zwecke einer angenehmen und einfachen Bedienung. Der Stab 28 kann
aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein, einschließlich Gummi
oder Kunststoff.
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Der Stab 28, die widerstandsbehaftete
Oberfläche 20 und
das flexible Element 26 können aus dem gleichen Material
bestehen, zweckmäßigerweise
aus einem widerstandsbehafteten Gummi niedriger Härte. Der
widerstandsbehaftete Gummi kann ein widerstandsbehaftetes Material
aufweisen, wie bspw. Kohlenstoff oder ein kohlenstoffartiges Material,
das in einem Gummimaterial eingebettet ist. Der widerstandsbehaftete
Gummi hat in bevorzugter Weise einen im wesentlichen gleichmäßigen oder
homogenen Widerstand, der typischerweise dadurch erzeugt wird, daß ein sehr
feines widerstandsbehaftetes Material verwendet wird, das während einer
langen Zeitspanne in dem Herstellungsvorgang eingemischt wird. In
den meisten Anwendungen hat der widerstandsbehaftete Gummi, der
verwendet wird, einen mäßigen Widerstand
von weniger als etwa 50 000 Ohm, und bevorzugt von weniger als etwa
25 000 Ohm, bspw. zwischen etwa 1 000 und etwa 25 000 Ohm, und am
meisten bevorzugt zwischen etwa 1 000 und 10 000 Ohm. Das widerstandsbehaftete, elastische
Rückstellelement 12 aus
Gummi, das aus dem Stab 28, der widerstandsbehafteten Oberfläche 20 und
dem flexiblen Element 26 besteht, kann bspw. durch Abformen
hergestellt sein.
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Die obere Oberfläche 22 des Substrats 16 weist
eine elektrisch leitende Oberfläche 36 auf,
die im niedergedrückten
Zustand mit der widerstandsbehafteten Oberfläche 20 des elastischen
Rückstellelements 12 in
Kontakt steht. Wie in 2 bis 4 dargestellt ist, weist
die elektrisch leitende Oberfläche 36 in bevorzugter
Weise eine ebene Form auf und ist im wesentlichen kreisförmig. Die
elektrisch leitende Oberfläche 36 weist
ein leitendes Material wie bspw. Kupfer auf.
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Nunmehr auf 4 bezugnehmend, kann eine Ausführungsform
der elektrisch leitenden Oberfläche 36 einen
Schalter 38 umfassen, der in bevorzugter
Weise ein innerer Schalter 38 ist, der einen elektrisch
leitenden Mittelpunkt 42 aufweist, der von einem elektrisch
leitenden Ring 44 durch einen nicht leitenden elektrischen
Schaltzwischenraum oder Ring 40 getrennt ist. Der nicht
leitende Ring 40 kann durch einen Teil des Substrats gebildet
sein. Die Fläche
des elektrisch leitenden Mittelpunkts 42 und die Breite
des nicht leitenden elektrischen Schaltrings 40 sind in
bevorzugter Weise klein im Vergleich mit der Fläche der widerstandsbehafteten
Oberfläche 20.
In bevorzugter Weise kann die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 durch
die Hand oder einen oder mehrere Finger eines Menschen ausgelenkt
werden, um einen Kontakt mit der elektrisch leitenden Oberfläche 36 im
Bereich einer Kontaktposition 24 herzustellen, die sowohl
den elektrisch leitenden Mittelpunkt 42 als auch den elektrisch
leitenden Ring 44 über
den nicht leitenden Ring 40 hinweg umfaßt. In einer bevorzugten Ausführungsform
befindet sich der elektrisch leitende Mittelpunkt 42 an
dem Mittelpunkt der elektrisch leitenden Oberfläche 36, der von der
elektrisch leitenden Oberfläche 20 um
den kürzesten
Abstand beabstandet ist und mit der Achse des Stabs 28 ausgerichtet
ist.
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Im Gebrauch wird eine veränderliche
Spannung über
der widerstandsbehafteten Oberfläche 20 bereitgestellt,
und zweckmäßigerweise über das
widerstandsbehaftete, elastische Rückstellelement 12. Diese
Spannungsvarianz bzw. veränderliche
Spannung kann durch eine beliebige auf diesem Gebiet bekannte Vorgehensweise
erzeugt werden. Bspw. kann die veränderliche Spannung dadurch
erzeugt werden, daß das
elastische, widerstandsbehaftete Rückstellelement 12 mit
einer Vielzahl von elektrischen Kontakten 48 elektrisch
in Verbindung gebracht wird, die entlang seines äußeren Rands 18 mit gegenseitigem
Abstand angeordnet sind. Es sind mindestens zwei und in bevorzugter
Weise vier derartige elektrische Kontakte 48 vorhanden,
bspw. Ost, West, Nord und Süd.
Jedes Paar von gegenüberliegenden
elektrischen Kontakten 48 wird mit einem Spannungspotential
beaufschlagt. Die mit einem Spannungspotential beaufschlagten elektrischen Kontakte 48 erzeugen
eine veränderliche
Spannung bzw. eine Spannungsvarianz über die widerstandsbehaftete
Oberfläche 20 des
widerstandsbehafteten, elastischen Rückstellelements 12.
In Anwendungen, in denen die Zeigevorrichtung 10 mit Mikroprozessoren
verwendet wird, ist die typische Spannung, die auf die elektrischen
Kontakte 48 angelegt wird, etwa 3 bis 5 Volt. Die Spannung
kann für
andere Anwendungen unterschiedlich sein.
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Wenn der Stab 28 des elastischen
Rückstellelements 12 in
Richtung auf das Substrat 16 gedrückt wird, wie in 3 dargestellt ist, verformt
sich das flexible Element 26 auf eine akkordeonartige Weise,
und eine elektrische Kontaktposition 24 wird zwischen der
widerstandsbehafteten Oberfläche
und der elektrisch leitenden Oberfläche 36 in dem niedergedrückten Zustand
erzeugt. Das elastische Rückstellelement 12 wirkt
als ein Kraftab- oderumlenkelement. Im niedergedrückten Zustand überträgt die widerstandsbehaftete
Oberfläche 20 eine
Spannung an die elektrisch leitende Oberfläche 36 mit einem Widerstandswert,
der durch die elektrische Kontaktposition 24 auf der widerstandsbehafteten
Oberfläche 20 festgelegt
ist.
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Wenn die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 auf
der elektrisch leitenden Oberfläche 36 abgerollt
oder hin- und herbewegt wird oder durch eine stärkere Kraft gedrückt wird,
damit sie sich weiter verformt, wird die elektrische Kontaktposition 24 verlagert
und die Kontaktfläche
wird verändert.
Die Veränderung
in der Kontaktposition 24 und der Fläche führt zu einer Spannungsveränderung
aufgrund der Veränderung
im Widerstandswert einer unterschiedlichen Kontaktposition 24 und
Fläche
auf der widerstandsbehafteten Oberfläche. Dadurch, daß die widerstandsbehaftete
Oberfläche 20 über die
elektrisch leitende Oberfläche 36 hin-
und auf der elektrisch leitenden Oberfläche 36 erfaßt werden.
Das Signal wird aufgenommen und verarbeitet von einer Vorrichtung wie
bspw. einem nicht dargestellten Mikrocontroller, der die Signaldaten
interpretiert und ein Ausgangssignal an ein damit verbundenes Empfangsgerät erzeugt,
wie bspw. eine nicht dargestellte Anzeige. Unter Verwendung von
Vorgehensweisen, die in diesem Bereich der Technik bekannt sind,
kann die erfaßte Information
dazu verwendet werden, die Kontaktposition 24 zwischen
der widerstandsbehafteten Oberfläche 20 und
der elektrisch leitenden Oberfläche 36 zu
berechnen. Das elastische Rückstellelement 12 bewegt
sich in seine ursprüngliche,
nicht verformte Position zurück,
in der die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 einen Abstand
von der elektrisch leitenden Oberfläche 36 aufweist, wenn
die Kraft nicht mehr wirkt.
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Wenn die elektrisch leitende Oberfläche 20 die
Anordnung aufweist, die in 4 dargestellt
ist, wird der elektrische Schalter 38 betätigt, wenn
das elastische Rückstellelement 12 in
den niedergedrückten
Zustand ausgelenkt wird. Da der Stab 28 mit dem Schalter 38 ausgerichtet
ist, wird die Kraft, die auf den Stab 28 ausgeübt wird,
im wesentlichen nach unten entlang der Achse des Stabs 28 in
Richtung auf den Schalter 38 übertragen. Da die widerstandsbehaftete
Oberfläche 20 den
elektrisch leitenden Mittelpunkt 42 und den elektrisch
leitenden Ring 44 kontaktiert, dadurch daß der nicht
leitende Zwischenraum oder Ring 40 überbrückt wird, wird der Schalter 38 aktiviert.
Der Schalter 38 kann für
einen Bereich von Anwendungen eingesetzt werden, die für einen
Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet bekannt sind, wie bspw. für einen
Mausklick.
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Wenn die Zeigevorrichtung 10 in
Anwendungen wie bspw. einer Fernsteuervorrichtung verwendet wird,
weist die Zeigevorrichtung in vorteilhafter Weise, wenn die Einsparung
von Batteriestrom gewünscht
wird, ein digitales Aufwachmerkmal auf. In diesem Fall wird die
veränderliche
Spannung nicht an die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 angelegt, wenn
sich die Zeigevorrichtung 10 in dem Ruhezustand befindet.
Die veränderliche
Spannung wird nur dann angelegt, wenn ein elektrischer Kontakt zwischen
der widerstandsbehafteten Oberfläche 20 und der
elektrisch leitenden Oberfläche 36 in
dem niedergedrückten
Zustand besteht, und es wird ein digitales Aufwachsignal erzeugt.
Als Ergebnis davon wird Energie gespart, und die Lebensdauer der
Batterie kann verlängert
werden. Einzelheiten einer digitalen Aufwacheinrichtung sind im
Stand der Technik bekannt und werden an dieser Stelle nicht wiederholt.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
elektrisch leitenden Oberfläche 36,
die eine Anzahl von inneren Schaltkontakten 54a, 54b, 54c und 54d umfaßt, die
jeweils einen elektrisch leitenden Mittelpunkt 55a, 55b, 55c und 55d aufweisen,
der von einem elektrisch leitenden Äußeren 56a, 56b, 56c und 56d durch
einen nicht leitenden elektrischen Schaltzwischenraum oder Ring 57a, 57b, 57c und 57d getrennt
ist. Die inneren Schattkontakte 54a, 54b, 54c und 54d sind
dicht an und im wesentlichen symmetrisch mit Abstand von dem Mittelpunkt
der leitenden Oberfläche 36 angeordnet,
der mit der Achse des Stabs 28 ausgerichtet ist, und sind
im wesentlichen ähnlich
im Aufbau mit dem Schaltkontakt 44 nach 4. Die Fläche des elektrisch leitenden
Mittelpunkts 55a bzw. 55b, 55c und 55d und
die Breite des nicht leitenden elektrisch leitenden Schaltrings 57a, 57b, 57c und 57d eines
jeden inneren Schaltkontakts 54a, 54b, 54c und 54d ist
in bevorzugter Weise klein im Vergleich mit der Fläche der
widerstandsbehafteten Oberfläche 20.
Wie in der Ausführungsform
nach 4 kann jeder nicht
leitende Ring 57a, bzw. 57b, 57c und 57d
durch einen Teil des Substrats gebildet sein. 5 zeigt eine Anzahl von elektrisch leitenden
Blöcken 60,
z. B. Ost, West, Nord und Süd,
die vorgesehen sein können,
um die veränderliche
Spannung an die widerstandsbehaftete Oberfläche des widerstandsbehafteten
Rückstellelements 12 anzulegen.
Wie weiter oben besprochen, können andere
Formen und Vorgehensweisen zum Bereitstellen der veränderlichen
Spannung eingesetzt werden.
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Wenn die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 ausgelenkt
wird, indem eine Kraft auf den Stab 28 aufgebracht wird,
der mit dem Mittelpunkt der leitenden Oberfläche 36 ausgerichtet
ist, kommt dieser zunächst
mit der elektrisch leitenden Oberfläche 36 in der Nähe des Mittelpunkts
der leitenden Oberfläche 36 in
Kontakt. Unter einer normalen Kraft bildet die widerstandsbehaftete
Oberfläche 20 keinen
elektrischen Kontakt mit den Schaltkontakten 54a, 54b, 54c und 54d,
um die Kontakte zu aktivieren, da sie von dem Mittelpunkt der leitenden
Fläche 36 beabstandet angeordnet
sind. Selbst dann, wenn die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 auf
der elektrisch leitenden Oberfläche 36 abgerollt
wird, berührt
sie nicht mehr als einen der Schaltkontakte. Wenn die Kraft auf
die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 vergrößert wird, indem
stärker
auf den Stab 28 gedrückt
wird, verformt sich die elastische widerstandsbehaftete Oberfläche 20,
und die Aufstandsfläche
auf der Oberfläche 20 wird
vergrößert, so
daß die
Möglichkeit
besteht, zwei der Schaltkontakte 54a, 54b, 54c und 54d zur
gleichen Zeit zu kontaktieren, wobei die beiden Schaltkontakte zur
Aktivierung überbrückt werden. Aufgrund
der im wesentlichen quadratischen Anordnung ist es wahrscheinlicher,
daß die
widerstandsbehaftete Oberfläche
zwei benachbarte Schaltkontakte kontaktiert, als zwei diagonal gegen überliegend
angeordnete Schaltkontakte. In einer Ausführungsform ist jeder des Paars
von diagonal gegenüberliegend angeordneten
Schaltkontakten mit dem gleichen elektrischen Punkt verbunden, und
benachbarte Schaltkontakte sind mit unterschiedlichen elektrischen
Punkten verbunden. Daher tritt eine Betätigung eines Schalters nur
bei einer Kraft auf, die größer als
eine normale Kraft auf den Stab 28 ist, um einen Kontakt
zwischen der widerstandsbehafteten Oberfläche 20 und zwei Schaltkontakten
herzustellen. Die Konfiguration mit den Schaltkontakten 54a, 54b, 54c und 54d kann
für einen
Bereich von Anwendungen eingesetzt werden, die einem Fachmann auf dem
vorliegenden Gebiet bekannt sind.
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Das elastische Rückstellelement 12 der
Zeigevorrichtung 10 kann mehrere kontinuierliche Wege von
im wesentlichen gleichförmigem
Widerstand bereitstellen, um veränderliche
Signale zu erzeugen. Der kontinuierliche widerstandsbehaftete Weg
ist gleichwertig einer großen
Anzahl von diskreten Widerstandspunkten zum Zwecke einer verbesserten Leistung.
Wie vorstehend erörtert,
werden die unterschiedlichen Signale durch eine unterschiedliche Spannung
erzeugt, die durch Spannungsquellen oder ähnliches erzeugt werden. In
bestimmten Anwendungen wie bei herkömmlichen Joysticks werden vier
Wege verwendet, nämlich
Ost, West, Nord und Süd,
wie sie durch die vier Kontaktklötze 60 (5) erzeugt werden. Das elastische
Rückstellelement 12 ermöglicht,
daß in
einfacher Weise mehr Wege hinzugefügt werden.
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6 erläutert schematisch
eine Schaltungsdarstellung 70 der Zeigevorrichtung 10 mit
vier Wegen, Ost, West, Nord und Süd, die zwei Achsen festlegen,
nämlich
eine Ost-West-Achse und Nord-Süd-Achse.
Die Nord-Süd-Achse
wird durch den widerstandsbehafteten Weg 72 dargestellt,
während
die Ost-West-Achse durch den widerstandsbehafteten Weg 74 dargestellt
wird. Die Schaltung 70 umfaßt einen Nord-Süd-Abgreifer 76,
der in beweglichem Kontakt entlang des Nord-Süd-Wegs oder der Nord-Süd-Achse 72 steht,
und einen Ost-West-Greifer 78, der in bewegbarem Kontakt
entlang des Ost-Süd-Wegs
oder der Ost-Süd-Achse 74 steht.
Die Bewegung des Nord-Süd-Abgreifers 76 und
die des Ost-West-Abgreifers 78 stellt eine abrollende Bewegung
der widerstandsbehafteten Oberfläche 20 des elastischen
Rückstellements 12 über die
elektrisch leitende Oberfläche 36 in
der Nord-Süd-Richtung
und in der Ost-West-Richtung
dar. Die Positionen der Abgreifer 76, 78 legen
die veränderlichen
Signale fest und stellen die Position der widerstandsbehafteten Oberfläche 20 auf
der elektrisch leitenden Oberfläche 36 dar.
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Die Zeigevorrichtung 10 ist
kompakt und einfach, und sie weist lediglich zwei Komponenten auf, nämlich das
widerstandsbehaftete Auslenkelement 12 und das Substrat 16 mit
der elektrisch leitenden Oberfläche 36.
Das widerstandsbehaftete Auslenkelement 12 ist das einzige
bewegliche Teil. Das widerstandsbehaftete Auslenkelement 12 umschließt die elektrisch
leitende Oberfläche 36,
so daß sie
diese undurchlässig
bezüglich äußeren Einflüssen aus
der Umgebung macht. Die Zeigevorrichtung 10 kann miniaturisiert
werden und in ein Notebook oder in einen standartmäßigen Computer
eingebaut werden Sie kann auch in Fernsteuerungseinrichtungen verwendet
werden.
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Unter Bezugnahme auf 7 weist eine andere Ausführungsform
einer Zeigevorrichtung 110 ein Substrat oder eine gedruckte
Leiterplatte 123 auf, die in vorteilhafter Weise einen
Flächenbereich
einer kontinuierlichen oberen Substratoberfläche 130 aufweist,
wie dargestellt. Bei dieser Ausführungsform der
Zeigevorrichtung 110 wird ein integrierter Schalter verwendet,
wie bspw. ein Kuppelschalter 136, wie dargestellt. Der
Kuppelschalter 136 in dieser Ausführungsform weist eine gebogene
Oberseite mit Füßen 137 auf,
die den Schalter 136 über Öffnungen 138 in dem
Substrat 123 mit dem Substrat 123 in Kontakt bringen.
Der Kuppelschalter 136 wird zusammengedrückt, wenn
er niedergedrückt
wird. Eine wahlweise vorhandene kleine Vertiefung 139 kann
in der Mitte des Kuppelschalters 136 zum Zwecke der Zentrierung
vorgesehen sein, wie nachfolgend noch erläutert wird. Die Zeigevorrichtung 110 weist
einen Sockelzapfen 141 und ein elastisches Rückstellelement 142 auf.
Der Zapfen 141 weist einen Vorsprung oder Ansatz 149 an
seiner Unterseite auf. Der Ansatz 149 ist so geformt, daß er in
einer zusammengesetzten Art und Weise mit dem Hohlraum eines Sitzes 150 zusammenwirkt,
der in dem Rückstellement 142 vorgesehen
ist, wie am deutlichsten aus der zusammengesetzten Zeigevorrichtung 110 nach 8 hervorgeht. Das Rückstellelement 142 weist
eine ausreichende Elastizität
auf, um zu ermöglichen,
daß der Vorsprung 149 in
den Hohlraum des Sitzes 150 paßt, um den Zapfen 141 und
das Rückstellelement 142 in einfacher
Weise aneinander zu befestigen. Diese Auslegung macht es außerdem leicht,
den Zapfen 141 von dem Rückstellelement 142 zu
lösen und
den Zapfen 141 durch ein anderes Element mit unterschiedlicher
Form zu ersetzen.
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Das Rückstellelement 142 weist
eine widerstandsbehaftete Oberfläche 152 auf,
wie 8 und 9 zeigen, die unterhalb des
Sitzes 150 angeordnet ist. Die widerstandsbehaftete Oberfläche 152 ist
in vorteilhafter Weise gekrümmt
und weist eine konvexe Form auf, ähnliche wie die widerstandsbehaftete Oberfläche 20 der
Zeigevorrichtung 110 nach 2. Der äußere Rand
154 des
Rückstellelements 142 ist außerdem ähnlich zu
dem äußeren Rand 18 des elastischen
Rückstellelements 12 der
Zeigevorrichtung 10 und verbindet das Rückstellelement 142 mit dem
Substrat 123, wie in 8 dargestellt
ist. Ein ringförmiger
Bogen 156 verbindet den Sitz 150 mit dem äußeren Rand 154 des
Rückstellelements 142. Der
Kuppelschalter 136 ist in vorteilhafter Weise unterhalb
des zentralen Bereichs der widerstandsbehafteten Oberfläche 152 angeordnet,
die in dem nicht verformten Zustand der oberen Oberfläche 130 des Substrats
zunächst
liegt. Die Oberfläche
des Kuppelschalters 136 kann ein aktiver Teil des Schaltkreises sein,
um Leistungsmerkmale der Firmware des Mikroprozessors zu ermöglichen,
wie nachfolgend noch erläutert
wird.
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Ein wahlweise vorhandener Verriegelungsring 160 kann über das
elastische Rückstellelement 142 gesetzt
werden, um es relativ zu dem Substrat 123 festzuhalten,
wobei das Rückstellelement 142 alternativ
unmittelbar mit dem Substrat 123 verbunden werden kann.
Der Verriegelungsring 160 weist eine Anzahl von Öffnungen 162 auf,
die zu den Öffnungen 164 in
dem Substrat 123 passen. Eine Anzahl von Befestigungsschrauben 166 koppeln
den Verriegelungsring 160 und das Substrat 123 über die Öffnungen 162 und Öffnungen 164,
wobei diese Verbindungen der Einfachheit halber in 8 und 9 nicht
dargestellt sind. Auf dem Substrat 123 ist ein wahlweise vorgesehenes
Eingabe-Kopfstück 170 angebracht, um
eine Verbindung zwischen den Drähten
oder Kabeln innerhalb der Zeigevorrichtung 110 mit externen Geräten herzustellen,
bspw. mit einem Mikroprozessor, wie etwa dem Microcontroller 6 in 1. Eine wahlweise vorgesehene
Steuervorrichtung 180 ist über dem Zapfen 141 angeordnet,
um eine Steuerfläche 182 für einen
Kontakt mit der Hand oder den Fingern eines Menschen bereitzustellen.
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8 zeigt
die Zeigevorrichtung 110 in dem nicht ausgelenkten Zustand,
und 9 zeigt die Zeigevorrichtung 110 in
dem ausgelenkten Zustand, wobei sich der Kuppelschalter 136 in
einem zusammengedrückten
Zustand befindet. Eine Ausführungsform der
elektrisch leitenden Oberfläche 130,
wie sie in 10 dargestellt
ist, weist einen äußeren leitenden Ring 172 auf,
der mit den Öffnungen 138 gekoppelt ist,
und eine zentrale leitende Fläche 174,
die mit Abstand von dem leitenden Ring 172 und unter dem Kuppelschalter 136 angeordnet
ist. 10 zeigt eine Anzahl
von elektrischen Kontaktflächen
bzw. Kontaktklötzen 176,
z. B. entlang der Ost-West-Achse 74 und der Nord-Süd-Achse 72,
die dafür
vorgesehen sind, die widerstandsbehaftete Oberfläche 152 des Rückstellements 142 mit
einer veränderlichen
Spannung zu versorgen.
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In Betrieb kommt die widerstandsbehaftete Oberfläche 152 in
Kontakt mit der oberen Oberfläche des
Kuppelschalter 136 unter einer Kraft in der Richtung 177,
um eine Kontaktposition 134 zu bilden und den veränderlichen
Widerstand oder die veränderliche
Spannung des Gerätes 110 bereitzustellen. Wenn
die widerstandsbehaftete Oberfläche 152 auf der
oberen Oberfläche
des Kuppelschalters 136 abgerollt wird, wird die Kontaktposition 134 zwischen der
widerstandsbehafteten Oberfläche 152 und
den Kuppelschalter 136 verändert. Ein weiteres Niederdrücken des
Rückstellements 142 lenkt
den Kuppelschalter 136 aus bzw. drückt ihn nach unten zusammen,
so daß er
mit der zentralen leitenden Fläche 174 in
dem ausgelenkten Zustand in Kontakt kommt, wie in 9 dargestellt ist. Dieses Schließen des Schalters
veranlaßt
den Spannungs- oder Widerstandswert der Vorrichtung 110 dazu,
an die zentrale leitende Fläche 174 übertragen
zu werden. Das Signal auf der zentralen Kontaktfläche kann
dann konditioniert werden, so daß es zu einem digitalen Eingangssignal
wird oder als ein analoges Signal verbleibt. Dieser Betrieb der
Zeigevorrichtung 110 emuliert bzw. entspricht vollständig einem
Mausklick auf die linke Maustaste.
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Der Kuppelschalter 136 stellt
zusätzliche funktionelle
Merkmale bereit. Das erste ist eine Drag- bzw. Ziehfunktion, die
in Zusammenhang mit einem Courser (Schreibmarke) einer Maus leicht
verständlich
ist, wobei der Finger die linke Taste einer Maus niederdrückt und
sie niedergedrückt
hält, während die
Maus verschoben wird. Eine Ziehfunktion ist schwierig auszuführen, wenn
die frühere
Ausführungsform
der Zeigevonichtung 10 nach 2 verwendet
wird. Der integrierte Kuppelschalter 136 löst das Problem
dadurch, daß durch
das Niederdrücken des
Zapfens 141 und des Rückstellelements 142 ein zusammengedrückter Zustand
hergestellt wird, um das Merkmal des Niedergedrückt-Haltens zu simulieren.
Ein zusammengedrückter
Kuppelschalter 136 stellt allerdings keine ideale Oberfläche für einen Kontakt
mit der widerstandsbehafteten Oberfläche 152 bereit, um
Daten zu erzeugen. Daher wird die Zeigevorrichtung 110 in
vorteilhafterweise modifiziert, in dem Firmware bereitgestellt wird,
die dem Kuppelschalter 136 zugeordnet ist, z. B. in einem Prozessor
wie etwa dem Microcontroller 6 nach 1. In dem Zieh-Betriebszustand, wenn
der Benutzer den Zapfen 141 und das Rückstellelement 142 nach
unten gedrückt
hält, wobei
der Kuppelschalter 136 zusammengedrückt wird, während einer festgelegten, kurzen
Zeitspanne, bspw. zwischen etwa 0,25 und 0,5 Sekunden, und dann
losläßt, wirkt
die Zeigevorrichtung 110 so, als ob das Rückstellelement 142 niedergedrückt verblieben
wäre, während der
Kuppelschalter 136 zusammengedrückt wäre. Eine Bewegung des Zapfens 141 an
der Oberseite des Kuppelschalters 136, bspw. in Ost/West-
und Nord/Süd-Richtung,
bringt die Ziehfunktion zur Ausführung.
Um die löschen
bzw. fallenzulassen, drückt der
Benutzer lediglich den Zapfen 141 und das Rückstellelement 142 ein
weiteres Mal nieder, um den Kuppelschalter 136 zusammenzudrücken, und
läßt los.
Dies stellt ein vollständiges
Szenario mit "drag and
drop" (Ziehen und
Fallenlassen) dar.
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Die wahlweise vorhandene Vertiefung 139 in der
Mitte des Kuppelschalters 136 ist nach oben ausgerichtet.
Wenn das Rückstellelement 142 niedergedrückt wird,
wird es in den meisten Fällen
einen anfänglichen
Kontakt mit dem Mittelpunkt des Kuppelschalters 136 herstellen.
Dies ermöglicht
einer Firmware, die in dem Mikroprozessor eingebettet ist, das widerstandsbehaftete
Rückstellelement 142 zu
kalibrieren, wobei der erfaßte
Widerstandswert an der mittleren Vertiefung 139 als ein
Bezugswert in dem Falle verwendet wird, daß irgendwelche Mängel, bspw.
ein fehlender homogener Widerstand, in der widerstandsbehafteten
Oberfläche 152 und
dem widerstandsbehafteten Material des Rückstellelementes 142 vorhanden
sein sollten.
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Das elastische Rückstellelement 142,
einschließlich
der widerstandsbehafteten Oberfläche 152,
kann aus einem Gummi mit niedriger Härte hergestellt sein. Der Zapfen 141 und
die Steuervorrichtung 180 können aus dem gleichen Material
wie das Rückstellelement 142 hergestellt
sein, oder sie können
aus anderen Materialien hergestellt sein, wie bspw. aus einem harten
Kunststoff. Das Material und die Geometrie des Rückstellelements 142 sind
so gewählt,
um eine wiederholte Verformung und Rückformung des Rückstellelements 142 zwischen
dem ausgelenkten und dem nicht ausgelenkten Zustand zu erleichtern.
Der Kuppelschalter 136 ist typischerweise aus rostfreiem
Stahl, Phosphor, Bronze, anderen Stahlmaterialien oder ähnlichem
hergestellt.
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Die Ausgestaltung der Zeigevorrichtung 110 bringt
bestimmte Vorteile mit sich. Beispielsweise kann der getrennte Zapfen 141 und
auch die Steuerungsvorrichtung 180 die Hand eines Benutzers
von der elektrischen Schaltung und von Komponenten isolieren, die
die widerstandsbehaftete Oberfläche 152 des
Rückstellelements 142 und
die elektrisch leitende Oberfläche 130 des
Substrats 123 umfassen. Darüber hinaus ist der Ansatz 149 so
geformt, daß er in
einer fest eingesetzten Art und Weise mit dem Hohlraum des Sitzes 150 zusammenwirkt,
der in dem Rückstellelement 142 ausgebildet
ist. Die Kombination des Ansatzes 149 und des Sitzes 150 ermöglichen,
daß die
Dicke des Abschnitts des Rückstellelements 142,
der sich benachbart zu der widerstandsbehafteten Oberfläche 152 befindet,
relativ dünn
ist. Als Ergeb nis davon neigt das Rückstellelement 142 der
Zeigevorrichtung 110 dazu, sich in weicher und zuverlässiger Art
und Weise zu verformen und rückzuformen.
Zahlreiche andere Ausführungen
der Zeigevorrichtung ähnlich
zu denen, die dargestellt sind (10, 110), sind
möglich.
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11 zeigt
andere mögliche
Anordnungen für
die Steuervorrichtung 180. Auf die erste Steuerungsvorrichtung 180 wird
vorliegend als Kugelsteuerung Bezug genommen, aufgrund der Form
ihrer Steuerfläche 182 und
einer kreisbahnartigen Bewegung. Die zweite Steuervorrichtung 180a ist
ein Stab, der eine Steuerfläche 182a wie
bei einem Joystick aufweist, während
die dritte Steuervorrichtung 180b eine Scheibe mit einer
scheibenartigen Steuerfläche 182b ist.
Die Oberflächen 182, 182a und 182b der Steuervorrichtungen 180, 180a und 180b können jeweils
ein Greifmuster, wie bspw. eine nicht dargestellte, quer eingeschnittene
Tex- tur, aufweisen, damit die Handhabung durch die Hand oder Finger
eines Menschen erleichtert wird. Die Steuervorrichtungen 180, 180a und 180b erstrecken
sich jeweils im wesentlichen senkrecht zu der oberen Oberfläche 130 des
Substrats 123 und sind typischerweise im we- sentlichen
symmetrisch relativ zu ihren Achsen.
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Die Scheibe 180b kann die
Gefahr einer Störung
aufgrund wiederholter Beanspruchung mit sich bringen, da sie das
Gelenk des Fingers der Hand dazu bringt, eine Drehbewegung in der Ost/West-Achse
bzw. in Querrichtung zu versuchen, was Beanspruchungen für die Gelenke
mit sich bringt. Der Stab 180a hat den Vorteil einer besseren ergonomischen
Auslegung als der Scheibenklotz 180b, da er ermöglicht,
daß der
Finger in seitlicher Richtung bewegt wird, ohne daß Beanspruchungen an
den zugehörigen
Gelenken der Hand auftreten, was bedeutet, daß er angenehmer zu benutzen
ist und eine geringere Wahrscheinlichkeit besteht, daß irgendeine
Schädigung
des Gelenks die Folge ist. Auf der anderen Seite hat der den Nachteil,
daß er
einen größeren vertikalen
Platz beansprucht, was es möglicherweise
schwieriger macht, den Stab 180a physisch im Inneren einer
Vorrichtung, wie bspw. eine Fernsteuerung, einzusetzen und eine
unbeabsichtigte Auslenkung zu verhindern. Die Kugelsteuerung 180 verbindet
die Vorteile einer geringen Höhenabmessung
der Scheibe 180b und einer ergonomischen Auslegung des
Stabs 180a. Im Gebrauch veranlaßt die hin und her gerichtete
Bewegung, die zwischen der widerstandsbehafteten Oberfläche 152 des
Rückstellelements 142 und
der elektrisch leitenden Oberfläche 130 des
Substrats 123 erzeugt wird, die Kugelsteuerung 12 und
auch das Rückstellelement 142 dazu,
sich zu verdrehen. Die Drehung der Steuerfläche 182 der Steuerung 180 läßt die Notwendigkeit
entfallen, das Gelenk des Fingers zu drehen, wenn die Steuerung 180 so
betätigt
wird, daß sie
sich in der Ost/West-Richtung und in ande ren, im wesentlichen seitlichen
bzw. Querrichtungen bewegt. Als Ergebnis davon ist die Wahrscheinlichkeit
einer wiederholten Beanspruchung stark reduziert.
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Man wird erkennen, daß die vorstehend
beschriebenen Anordnungen von Vorrichtungen und deren Verfahren
rein beschreibend für
Anwendungen der Grundlagen der vorliegenden Erfindung sind, und daß zahlreiche
andere Ausführungsformen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne daß der Bereich
der Erfindung, wie er in den Ansprüchen festgelegt ist, verlassen
wird. Beispielsweise erläutern 12 und 13 eine andere Ausführungsform eines einrastenden
Verriegelungsrings 190, der den Verriegelungsring 160 nach 7 ersetzen kann und der
die Notwendigkeit der Befestigungsschrauben 166 entfallen
läßt. Der
einrastende Verriegelungsring 190, wie er dargestellt ist,
weist einen einrastenden Ring 192 auf, der typischerweise
aus einem Metall oder einem ähnlichen
Material mit einer ausreichenden Festigkeit bzw. Zugfestigkeit besteht,
um die Komponenten fest auf dem Substrat 123 zu verriegeln.
Ein isolierender Ring 194, der typischerweise aus einem
nicht leitenden Polymer hergestellt ist, ist zwischen dem einrastenden
Ring 192 und dem Rückstellelement 142 nach 7 angeordnet. Der isolierende
Ring 194 weist Zapfen 196 auf, die dazu verwendet,
ihn über
Ausrichtöffnungen
zu positionieren, die auf dem Substrat 123 angeordnet sind.
Der einrastende Ring 192 weist einrastende Elemente 198 auf,
die elastisch vorgespannt sind und in ihre Position durch nicht
dargestellte Öffnungen,
die in dem Substrat 123 vorgesehen sind, einrasten. Die
einrastenden Elemente 198 erleichtern einen leichten und schnellen
Zusammenbau und eine Zerlegung des einrastenden Verriegelungsrings 190.
Der einrastende Ring 192 weist in bevorzugter Weise Haltelaschen oder
Abschnitte 199 auf, die Kräfte auf den isolierenden Ring 190 ausüben, um
zu gewährleisten,
daß der isolierende
Ring 194 und die darunter befindlichen Komponenten, wie
bspw. das Rückstellelement 142, an
Ort und Stelle verbleiben. Die Verwendung von Metall oder einem
sonstigen stabilen Material ist zweckmäßig, um eine ausreichende Festigkeit
für den
einrastenden Ring 192 bereitzustellen. Alternativ können der
metallische, einrastende Ring 192 und der isolierende Ring 194 durch
einen einzelnen, einrastenden Verrigelungsring ersetzt werden, der
nicht dargestellt ist, und der isoliert und dennoch eine ausreichende
Festigkeit besitzt, um die Bauteile auf dem Substrat 123 zu
verriegeln. In zweckmäßiger Weise kann
ein stabiles Polymer, ein Verbundmaterial oder ähnliches verwendet werden.