УПРАВЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА Российский патент 2004 года по МПК G06K11/18 

Область техники, к которой относится изобретение.

Настоящее изобретение относится к управляющему элементу для персонального компьютера, обычно используемому в качестве джойстика, встраиваемого в компьютерную мышь.

Предпосылки создания изобретения.

Разработанная фирмой IBM мышь ScrollPoint Mouse представляет собой компьютерную мышь с миниатюрным джойстиком, встроенным в ее переднюю часть. Такой джойстик предназначен для управления функциями прокрутки и изменения масштаба при работе с электронными документами или при просмотре веб-страниц. В джойстике имеется чувствительный к давлению резистор (ЧДР), преобразующий приложенное к стержню усилие в электрические сигналы, которые обрабатываются и передаются в компьютер в виде управляющих прокруткой сигналов. Для управления джойстиком пользователь может использовать любой палец, который наиболее удобно располагается на внешней части или головке джойстика. Форма этой головки является очень важной для удобства работы пользователя с управляющим устройством, например с мышью типа ScrollPoint.

В некоторых предыдущих моделях мышей ScrollPoint фирмы IBM использовался небольшой круглый куполообразный управляющий элемент шириной приблизительно 0,7 мм, использование которого приводило к некоторым описанным ниже нежелательным ситуациям. Так, например, из-за сравнительно небольшой площади поверхности контакта с нижней частью кончика пальца представлялось целесообразным с целью увеличить трение при контакте пальца с головкой разработать для управляющего элемента специальный волокнистый материал, получивший название "кошачий язык". Для изготовления этого материала с целью получения соответствующего изделия с длительным сроком службы приходится использовать достаточно сложный и многоступенчатый процесс. В результате стоимость подобного материала с шероховатой поверхностью типа "кошачьего языка" оказывается достаточно высокой по сравнению со стоимостью всей мыши. Хотя этот материал и обеспечивает хорошее или удовлетворительное трение при контакте с ним пальца, некоторые пользователи находят его неприятным на ощупь. Кроме того, при использовании управляющего элемента куполообразной формы пользователь не может легко различить на ощупь вертикальное и горизонтальное направления. Когда пользователю требуется прокрутить документ по вертикали, случайное нажатие на куполообразный управляющий элемент по диагонали может привести к прокрутке изображения и по горизонтали. Прокрутка отличается от перемещения курсора и для нее часто требуется обеспечить перемещение строго по вертикали или строго по горизонтали.

Эти аспекты имеют важное значение для применения и конкурентоспособности компьютерного устройства, поскольку мышь является важной частью компьютера, при этом пользователи при выборе компьютера не в последнюю очередь уделяют внимание мыши, проверяя ее "на ощупь".

В заявке GB 2264196 описана кнопка для использования на клавиатуре, например калькулятора или телефона, верхняя поверхность которой имеет вогнутый профиль, если смотреть в одном направлении (направлении X), и выпуклый профиль, если смотреть в другом направлении (направлении Y), перпендикулярном первому направлению.

Краткое описание изобретения.

В изобретении предлагается управляющий элемент джойстика для персонального компьютера, имеющий рабочую или верхнюю поверхность, с которой контактирует палец руки пользователя этого управляющего элемента и которая имеет седловидную форму для опирания пальца при его контакте с этой рабочей поверхностью, и выполненный с возможностью перемещения в поперечных направлениях для управления джойстиком.

Такая конфигурация и форма рабочей поверхности управляющего элемента наиболее пригодна для использования в управляющем прокруткой джойстике, например в мыши ScrollPoint фирмы IBM или в любой другой мыши либо в кнопке другой конструкции, используемой, например, для встроенного джойстика управления прокруткой. Предлагаемый в изобретении управляющий элемент (или его головка) предоставляет пользователю улучшенные возможности управления и является более приятным "на ощупь" при более низкой стоимости его изготовления. Использование управляющего элемента с имеющей особую седловидную форму и специальный рельеф рабочей поверхностью позволяет пользователю выполнять операции управления более качественно и с большим удобством. Хотя в предпочтительном варианте предлагаемый управляющий элемент предназначен для использования в мыши ScrollPoint фирмы IBM, та же конструкция может быть использована и для других устройств, оперирование которыми осуществляется пальцем руки и которые предназначены для использования с персональными компьютерами. Так, в частности, мышь ScrollPoint фирмы IBM представляет собой изометрический джойстик, в котором определяется величина усилий, прикладываемых к нескольким, преимущественно к четырем, чувствительным к давлению резисторам (ЧДР). Управляющий элемент такой же конструкции может использоваться и для неизометрических управляющих устройств, чувствительных к перемещению их рабочего органа.

Первоначальная конструкция с материалом типа "кошачий язык" использовалась в устройстве TrackPoint для компьютеров IBM ThinkPad. Для систем TrackPoint управляющий элемент должен быть достаточно маленьким, чтобы его можно было разместить между клавишами клавиатуры. Устройство TrackPoint в первую очередь предназначается для перемещения курсора, и поэтому его не выполняют асимметричной формы. Поскольку на размеры мыши накладывается меньше ограничений, а для управления прокруткой применяется отдельный датчик, форма управляющего элемента может быть оптимизирована для целей управления прокруткой. Предпочтительно рабочей поверхности управляющего элемента придавать форму, которая характеризуется асимметрией между поперечным и вертикальным направлениями.

Управляющий элемент с рабочей поверхностью седловидной формы в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения является приятным на ощупь и удобным в пользовании, что частично обусловлено тем, что в нем нет необходимости использовать шероховатый материал типа "кошачьего языка", а также обусловлено увеличением площади контакта с пальцем, соответствием формы управляющего элемента форме пальца и наличием на поверхности управляющего элемента концентричных овальных выступов, уменьшающих соскальзывание пальца.

Благодаря тому, что в предпочтительном варианте рабочая поверхность управляющего элемента обладает значительной асимметрией между поперечным профилем и профилем в направлении от его передней к задней сторонам, пользователь легко может различать направления вертикальной и горизонтальной прокрутки.

Таким образом, в изобретении предлагается имеющее управляющую поверхность определенной формы устройство ввода для персонального компьютера, при этом, в частности, такая поверхность имеет определенный рельеф и многоугольные фаски, что позволяет повысить эффективность контакта пальца человека с этой поверхностью при приложении давления, а также при манипулировании, оперировании и управлении скоростью перемещения курсора и изображений на экране монитора персонального компьютера.

В соответствии с предпочтительным вариантом в изобретении предлагается управляемый пальцем управляющий элемент, который предназначен для мыши или другого устройства персонального компьютера и который позволяет передавать давление на чувствительный к давлению резистор для выполнения операций прокрутки или других функций по управлению персональным компьютером, при этом рабочей поверхности такого управляющего элемента придан определенный рельеф, например рифленый, и особая форма, например седловидная, под опирание пальца пользователя персонального компьютера и обеспечения удовлетворительного сцепления между мягкими тканями пальца и этой рабочей поверхностью управляющего элемента, что позволяет предотвратить проскальзывание пальца в любом из большого числа направлений по вертикальной и горизонтальной осям или в любом квадранте для обоих направлений, при этом обеспечивается удобное расположение пальца и руки пользователя и самоориентация пальца по отношению к управляющему элементу и корпусу мыши с целью обеспечения надлежащего контроля и управления, например, функцией прокрутки.

Краткое описание чертежей.

Ниже изобретение рассмотрено на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

на фиг.1 - мышь с управляющим элементом седловидной формы в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения,

на фиг.2 - вид в перспективе управляющего элемента седловидной формы в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения,

на фиг.3 - вид в плане верхней или рабочей поверхности управляющего элемента в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения изобретения, при этом на чертеже показан рельеф этой верхней поверхности, напоминающий форму овальных беговых дорожек,

на фиг.4 - симметричная вогнутая форма управляющего элемента, если смотреть на него в направлении слева или спереди (на кончик пальца) либо сзади (от центра мыши),

на фиг.5 - вид управляющего элемента сбоку вдоль используемого для управления им пальца, при этом на чертеже показана симметричная выпуклая форма поверхности контакта, если смотреть на нее спереди или с левой либо с правой стороны управляющего элемента,

на фиг.6 - вид управляющего элемента, аналогичный виду по фиг.4, при этом на чертеже изображен палец, находящийся на головке управляющего элемента, а также показаны направление движения пальца и направление усилий, приложенных к имеющей определенную геометрию рабочей поверхности управляющего элемента,

на фиг.7 - вид управляющего элемента, аналогичный виду по фиг.5, при этом на чертеже в виде сбоку изображен палец, находящийся на головке управляющего элемента, а также показано качательное движение пальца на головке, в результате которого возникают усилия, действующие на эту головку и передающиеся на соединенный с ним стержень.

Описание предпочтительного варианта выполнения изобретения.

На фиг.1 показан управляющий элемент 10 с седловидной или вогнутой рабочей поверхностью, расположенный в корпусе 12 мыши, на котором имеются другие кнопки, например кнопки 14, 16 и 18, предназначенные для управления различными функциями персонального компьютера. На фиг.2 этот управляющий элемент асимметричной формы показан в перспективе и имеет профилированную или рельефную рабочую поверхность 22, которая может иметь, например, волнистый профиль по типу профиля стиральной доски или пилообразный профиль, как это показано на чертеже, либо может иметь профиль со слегка выпуклыми ребрами или бугорками, выступающими над этой верхней поверхностью 22 управляющего элемента 10, что позволяет увеличить трение между такой поверхностью и пальцем руки и повысить за счет этого усилие, передаваемое от пальца на стержень 20 джойстика в прямом направлении или под некоторым углом либо в любом ином направлении, отличном от направления, совпадающего с осью или продольной ориентацией этого стержня, как это показано на фиг.4 и 5. Изготавливать рабочую поверхность управляющего элемента с приданием ей предпочтительной формы, структуры или профиля можно с помощью самых разнообразных методов, литье под давлением, в процессе которого можно сразу формировать рабочую поверхность 22 требуемой формы или профиля. У профиля этой поверхности должен иметься определенный перепад высот или для ее изготовления необходимо использовать материал, повышающие трение при контакте пальца с этой поверхностью 22 управляющего элемента. С этой целью предпочтительно использовать материал, обладающий высокой долговечность и приемлемым коэффициентом трения. Приемлемой альтернативой является использование прорезиненного материала. При этом существуют и другие методы, позволяющие придавать рабочей поверхности управляющего элемента 10 определенный профиль или структуру после его изготовления. Стержень 20 изображен на чертежах не полностью и частично в разрезе. На фиг.3, где управляющий элемент 10 показан в виде сверху, изображен предпочтительный рисунок рабочей поверхности 22.

В предпочтительном варианте рабочая или верхняя поверхность управляющего элемента 10 имеет вогнутую по направлению слева направо или справа налево форму, как показано на фиг.4, и выпуклую по направлению спереди назад или сзади вперед форму, как это показано на фиг.5. На чертежах рабочая поверхность имеет форму, близкую к форме гиперболического параболоида. При этом форма рабочей поверхности управляющего элемента отличается от точной формы гиперболического параболоида только тем, что в виде в плане (сверху) линии, ограничивающие контур "седла" спереди и сзади, или длина седла, измеренная вдоль его осевой линии, практически не изменяются по мере удаления вбок от этой осевой линии к боковым сторонам корпуса 12 мыши. Под точным гиперболическим параболоидом понимается при этом фигура, форма которой в геометрии описывается соответствующей формулой.

Рабочая поверхность 22 может быть выполнена симметричной относительно осевой линии, как это показано в виде сверху или в виде сбоку на фиг.3 или 4, или же может быть выполнена не симметричной относительно любой из осевых линий управляющего элемента 10. Так, например, как показано на фиг.5, часть выпуклой кривой со стороны, обращенной к руке пользователя, может иметь наклон, отличный от наклона той части этой выпуклой кривой, которая расположена со стороны кончика пальца пользователя. В показанном на фиг.3 виде сверху рабочая или верхняя поверхность управляющего элемента имеет близкий к овальному контур, а ее профиль напоминает овальные беговые дорожки на стадионе, при этом в предпочтительном варианте измеренный слева направо размер или ширина управляющего элемента составляет 14 мм, а его измеренный спереди назад размер или длина составляет 10 мм.

Такая конструкция обладает по меньшей мере рассмотренными ниже преимуществами, которые позволяют устранить недостатки, присущие рабочим поверхностям и конструкциям известных управляющих элементов. Благодаря большей площади рабочей поверхности 22 управляющего элемента 10 увеличивается площадь контакта между пальцем и этой поверхностью, и тем самым обеспечивается достаточно высокое трение между ними. В результате отпадает необходимость в использовании шероховатой поверхности типа "кошачьего языка", что снижает производственные затраты.

Механически предлагаемый управляющий элемент работает следующим образом. Головка или вершина управляющего элемента 10 имеет форму, оптимальную для точного приложения усилий кончиком пальца. При разработке подобного управляющего элемента был проведен ряд исследований, целью которых было изучить движения суставов пальца и мышц, задействуемых для приложения давления кончиком пальца, а также изучить взаимодействие мягких тканей кончика пальца с твердой поверхностью головки управляющего элемента. Было установлено, что динамические свойства пальца существенно различаются при приложении усилия в направлении вперед-назад по сравнению с усилием, прикладыванием в направлении влево-вправо (в поперечном направлении).

При горизонтальном перемещении кончик пальца слегка поворачивается или наклоняется вбок, как это показано двунаправленной стрелкой 21 на фиг.4, в направлении приложения усилия, при этом давление прикладывается к наклонным поверхностям в сторону боковых краев 24 или 26 вершины управляющего элемента 10. Эти наклонные поверхности, примыкающие к краям 24 и 26, предотвращают соскальзывание пальца, как показано на фиг.4 и 6.

Как показано на фиг.5, палец 28 может перемещаться вперед или назад по рабочей поверхности 22 управляющего элемента 10 в любом из направлений, обозначенных двунаправленной стрелкой 30, что сопровождается приложением к этой рабочей поверхности 22 давления, которое передается на стержень 20, который соединен с управляющим элементом 10 и часть которого изображена на фиг.5. При этом, как это известно и происходит при работе с мышью ScrollPoint фирмы IBM, передаваемое на стержень усилие в последующем сопровождается "прокруткой", что является примером операции, которая может выполняться при приложении таким путем усилия к управляющему элементу подобного типа. Необходимые для выполнения такой операции сигналы поступают от датчиков на чувствительных к давлению резисторах (ЧДР) схематично изображенного на чертеже блока 23 ЧУР.

В показанном на фиг.5 случае касающийся головки управляющего элемента 10 палец 28, который изображен сбоку, перемещается вперед-назад. Это движение преобразуется в вертикальную "прокрутку" изображения на экране монитора, для обеспечения чего кончик пальца слегка наклоняется в одну сторону, противоположную направлению приложения усилия к рабочей поверхности управляющего элемента (см. изогнутую стрелку 32 на фиг.7). Как показано на фиг.7, мягкие ткани пальца 28, принимая форму выпуклой поверхности управляющего элемента 10 в переднем и заднем направлениях, непрерывно передают усилие на этот управляющий элемент 10, не соскальзывая при этом с него. На фиг.7, где касающийся головки управляющего элемента 10 палец 28 изображен сбоку, показано также, что перемещение пальца на управляющем элементе 10 сопровождается передачей усилия (-й) на стержень 20.

Изобретение относится к управляющему элементу для персонального компьютера, обычно используемому в качестве джойстика, встраиваемого в компьютерную мышь. Техническим результатом является создание управляющего элемента с рабочей поверхностью, которая позволяет однозначно идентифицировать направление вертикальной и горизонтальной прокруток изображения и повысить удобство управления курсором на экране монитора. Технический результат достигается за счет того, что управляющий элемент джойстика имеет верхнюю поверхность, с которой контактирует палец руки пользователя определенного рельефа и седловидной формы для опирания пальца при его контакте с этой поверхностью, при этом управляющий элемент выполнен с возможностью перемещения в поперечных направлениях для управления джойстиком. 3 с. и 8 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Управляющий элемент (10) джойстика (20) для персонального компьютера, выполненный с возможностью перемещения в поперечных направлениях для управления джойстиком, отличающийся тем, что он имеет рабочую или верхнюю (22) поверхность, с которой контактирует палец (28) руки пользователя этого управляющего элемента и которая имеет седловидную форму для опирания пальца при его контакте с этой рабочей поверхностью (22).2. Управляющий элемент по п.1, отличающийся тем, что он предназначен для мыши (12) персонального компьютера и имеет рабочую или верхнюю поверхность (22) для опирания пальца (28) пользователя мыши, при этом указанная поверхность (22) имеет приблизительно овальный контур и такой профиль, который, если смотреть из первого положения, соответствующего первому виду сбоку, имеет вогнутую форму, а если смотреть из второго положения, ортогонального первому положению и соответствующего второму виду сбоку, имеет выпуклую форму.3. Управляющий элемент по п.2, отличающийся тем, что его рабочей поверхности дополнительно придан определенный рельеф, обеспечивающий надежное сцепление пальца (28) пользователя мыши (12) с вогнутым и выпуклым профилями этой поверхности (22) управляющего элемента.4. Управляющий элемент по п.3, отличающийся тем, что рельеф рабочей поверхности указанного элемента позволяет пользователю различать направления прокрутки.5. Управляющий элемент по п.4, отличающийся тем, что указанный рельеф образован выступами над рабочей поверхностью, обеспечивающими сцепление пальца с этой поверхностью при нажатии пальцем на управляющий элемент для прокрутки изображения на экране монитора персонального компьютера.6. Управляющий элемент по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что указанный рельеф рабочей поверхности по своей структуре напоминает резиноподобный материал, обеспечивающий сцепление пальца (28) пользователя с этой рабочей поверхностью за счет трения.7. Управляющий элемент по любому из пп.2-6, отличающийся тем, что выпуклый профиль рабочей поверхности (22) этого элемента образует площадку для приложения давления (21, 30) от пальца к этому элементу для преобразования этого давления, действующего на указанную площадку рабочей поверхности, в блоке (23) с чувствительными к давлению резисторами в электрический сигнал, обеспечивающий прокрутку изображения на экране монитора персонального компьютера.8. Управляющий элемент по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он предназначен для прокрутки изображения на экране монитора персонального компьютера, и его рабочая поверхность (22) имеет форму параболического гиперболоида для опирания пальца (28) пользователя, когда с помощью этого управляющего элемента осуществляется указанная прокрутка.9. Управляющий элемент по п.1, отличающийся тем, что его верхняя или рабочая поверхность имеет выпуклую форму в поперечном сечении плоскостью, проходящей через осевую линию управляющего элемента, которая проходит от передней стороны корпуса управляющего элемента к задней его стороне, и имеет вогнутую форму в поперечном сечении плоскостью, проходящей через осевую линию управляющего элемента, которая проходит от одной боковой стороны корпуса управляющего элемента до другой его боковой стороны.10. Мышь (12), имеющая джойстик (20) с управляющим элементом (10) по любому из пп.1-9, предназначенным для выполнения операции прокрутки.11. Персональный компьютер, имеющий мышь (12) по п.10.