Изобретение относится к устройствам ввода информации типа текста, знаков, управляющих сигналов в мобильные телефоны, карманные компьютеры, панели и пульты управления бытовыми приборами, компьютерными и электронными играми и т.п.
При всей своей разнообразности все эти устройства роднит наличие клавишного пользовательского интерфейса, главная проблема которого вытекает из стремления к миниатюризации устройств, плохо сочетающейся со все более возрастающим количеством выполняемых ими функций, управляемых клавишами.
К примеру, активное повышение вычислительной мощи средств обработки сигнала в индустрии электронных игр привело к тому, что нынешние игры по своей сложности не идут ни в какое сравнение с тем, что было лет десять назад. Игры становятся все более изощренными, количество всевозможных игровых команд и операций растет и растет. При этом средства управления игрой представлены, по сути, теми же кнопочными интерфейсами, свойственными появлению первых компьютеров. Так, например, современный 12-клавишный пульт Super Nintendo имеет в своем составе восемь кнопок операций и 4 кнопки для направлений вверх, вниз, вправо, влево.
Общеизвестна нелюбовь большинства пользователей к пультам дистанционного управления бытовыми приборами: слишком много кнопок на ограниченном пространстве, ужатая география - все это создает трудности при поиске нужной кнопки, приводит в замешательство и отталкивает. Если в комнате притушен свет, прочесть названия кнопок попросту невозможно. С момента своего появления в конце 60-х до сегодняшнего дня дистанционно контролируемые потребительские устройства усложнялись в экспоненциальной зависимости. Однако эволюция обошла стороной кнопочный интерфейс, в частности пульты дистанционного управления. Они обросли кнопками, число которых достигает нескольких десятков - вот и все их приобретения. А появление так называемых универсальных пультов, призванных объединить в себе управляющие функции всеми бытовыми приборами, породило немало дополнительных проблем: часть привычных пользователям функций, свойственных старым пультам, выпала, а увеличение набора "скрытых" кнопок привела к необходимости изучения и запоминания объемных руководств-инструкций по использованию самого пульта. Предел уже достигнут: современные пульты, требуя все большего усердия пользователя для их освоения, находятся на грани удобства удержания. Перенос проблем на чужое поле, например, использование наряду с обычными кнопками средств телевизионных меню - Graphic User Interface (GUI) - фактически подменяющего собой функции пульта управления, стало делом обычным. Рассматриваются даже варианты применения карманных компьютеров в качестве пульта дистанционного управления (US Patent 6437836).
И самая болезненная точка нынешнего кнопочного интерфейса - ввод текста в мобильные телефоны и карманные компьютеры. Реализовать на крайне ограниченном пространстве совокупность символов, сопоставимую с традиционной настольной клавиатурой - задача столь же нерешенная, сколь и злободневная.
Таким образом, современный кнопочный интерфейс характеризуется наличием весьма серьезной проблемы, способной сдерживать дальнейшее развитие устройств, им контролируемых: границы выполняемых устройствами функций намного превосходят физические возможности их презентации кнопочным интерфейсом. Клавиш катастрофически не хватает. Их размеры находятся на грани неудобства нажатия и, в случае мобильных устройств, удержания устройства в руках во время работы. Кнопочный интерфейс в том виде, как он существует сегодня, устарел безнадежно и требует коренного переосмысления.
Стремление разрешить противоречие нашло отражение в многочисленных разработках.
Бесперспективность одного подхода можно видеть в US 4791408, представляющем пятиклавишную клавиатуру для набора текста одной рукой. Ввод осуществляется как отдельной клавишей, так и совместным нажатием нескольких клавиш - аккордом. Для работы с такой клавиатурой нужно как минимум выучить комбинации клавиш - аккорды, чему, как показывает практика, пользователь активно противится. Именно по этой причине аккордные клавиатуры, известные уже более четверти века, так и не прижились. Примечательно, что в упоминаемом патенте каждая клавиша, скользя из нейтральной позиции, замыкает один из двух контактов, обеспечивая, таким образом, ввод двух символов, чем и знаменует отличный от аккордного подход к проблеме кнопочного интерфейса - а именно попытку создать мультикнопку, способную менять свое значение.
Стремление увеличить количество команд, закрепленных за отдельной клавишей, сулит немалые выгоды. При этом для переназначения функций кнопки предлагались разнообразные решения.
Попытка автоматического переназначения предпринята в патенте US 6437709, где функции настольной клавиатуры реализованы 13 клавишами при помощи аппаратной лингвистической поддержки (например, приставка слова вводится по первой букве, суффикс - по входящей в него согласной и т.д.). Поддерживается соответствующая база слов, наиболее частотное из которых подается на дисплей для подтверждения пользователем. Несмотря на то, что подобная реализация требует дополнительных ресурсов, ее тонкое место - невозможность ввода незнакомого системе слова и неудобства, вызванные требованием постоянного подтверждения предположений системы.
Другой подход в том же русле представлен многократным нажатием цифровых клавиш телефонной клавиатуры, на которые назначены до четырех символов, пошагово перебираемых до требуемого значения, как это описано в заявке РФ №98110270 (10.05.2000 г.) и как это можно видеть практически в любом мобильном телефоне.
Еще один подход можно выделить как дополнительные средства переключения функций кнопки, активируемые пользователем дополнительно. Так, например в авт. свид. СССР N 1606352, БИ №42, 1990 г. предлагалось устройство, обеспечивающее контроль положения руки оператора для соответствующего изменения функций клавиш.
Примерно то же самое предлагалось в US Patent 5661505: “качающаяся” вправо и влево от нормали клавиатура для работы пятью пальцами с двенадцатью буквенными клавишами, на которых закреплены по три символа. Выбор нужного осуществляется наклоном корпуса. К мобильным устройствам это решение непригодно: на весу не работает, и рабочие операции придется выучить.
Идея мультиклавиши нашла свое отражение и в панелях управления бытовыми приборами, в частности US Patent 6140627 делает попытку добавить мультикнопку к ряду обычных в панели управления СВЧ-печкой.
В US 5087910 клавиатура, имеющая по две клавиши для трех пальцев, имеет четырехпозиционный переключатель для большого пальца, посредством которого переназначаются значения клавиш.
Здесь мы сталкиваемся с еще одним направлением поиска решений версифицировать “одноразмерную кнопку” - идеей четырехпозиционного переключателя, известного как D-панель, реализующий метафору о направлениях по сторонам света: север, юг, запад, восток. Характерным представителем этой линии разработок можно считать US Patent 4927987, в котором представлено устройство с отверстием для пальца, внутри которого установлены четыре датчика. Далее отверстия, не меняя сути, сменили всевозможные тарелочки на разнообразных подвесках.
Впоследствии это решение пополнились еще одной дополнительной операцией по включению кнопки строго по центру. Типичная реализация такого многопозиционного переключателя - изящный по своему техническому воплощению пятипозиционный переключатель US 6329614, собранный из обычных нажимных кнопок-микровыключателей по типу качающегося стола. Позиционное включение обеспечивается тем, что нажатие по центру вызывает замыкания центрального контакта, а качание кнопки в одну из четырех сторон - замыкание центрального контакта с одним из периферийных. Как и все подобные разработки, устройство имеет слишком большие размеры: собранная из таких переключателей 12-клавишная телефонная клавиатура будет размером с пол-листа формата А1, что не совсем отвечает требованиям современных мобильных устройств. Даже при условии массового производства таких многопозиционных переключателей, в силу конструктивных особенностей их размеры вряд ли уменьшатся до микроклавиатурных. Сомнителен и наклон кнопки, выбранный в качестве основного пользовательского действия для носимого в руках устройства.
Идея мультикнопки видимо доведена до предела в US Patent 5408621, где для ввода текста в телефон предлагается двенадцатипозиционный переключатель. При этом совершенно непроработанным остается вопрос обеспечения тактильных ощущений пользователя, а именно разведения направления движения пальца для уверенного выбора нужной буквы.
Совершенно иной подход к кнопочному интерфейсу продемонстрирован в US Patent 6509848, где выходной сигнал пульта дистанционного управления зависит от усилия нажатия на кнопку. Однако, и этот подход хоть и заявлен как упрощающий пользование пультом, представляется проблематичным: градуировать усилия по нескольким уровням трудно даже искушенному пользователю, не говоря о массовом потребителе.
Общим дефектом всех этих линий разработок остается то, что конфигурация переключателя не может быть существенно уменьшена в размерах, а большое количество используемых компонентов повышает производственную стоимость.
Интерфейс как клавиатура из многопозиционных клавиш выглядит весьма заманчиво: все команды наглядны, движения просты и интуитивно понятны. Методов ввода текста, базирующихся на использовании подобной системы, столь же много, сколь мало попыток ее технической реализации.
Наиболее близким аналогом предлагаемому нами изобретению является устройство ввода текста в телефонный аппарат, описанное в патенте Украины №46628. При нажатии на клавишу пользователь производит небольшое движение в сторону, вводя символ, соответствующий данной стороне клавиши. Сама клавиатура ничем не отличается от стандартной 12-клавишной, которой оснащен каждый сотовый телефон, за исключением сенсорной панели, обеспечивающей идентификацию сдвига клавиш. Однако, несмотря на некоторые преимущества по отношению к механическим решениям, такие как малые перемещения и более высокая надежность, сенситивные панели требуют серьезных вычислительных ресурсов для обработки аналогового сигнала, что будет являться активным сдерживающим фактором для широкого распространения подобного рода кнопочных интерфейсов в более дешевых, чем мобильные телефоны, устройствах.
Цель предлагаемого изобретения состоит в упрощении конструкции, повышении надежности, снижении ее производственной стоимости для создания кнопочных интерфейсов широкого спектра потребительских товаров.
Указанная цель достигается за счет того, что в интерфейсе пользовательских устройств, содержащем основание, по крайней мере одну сборку, состоящую из клавиши и средства определения срабатывания клавиши, первое средство определения смещения элементов устройства друг относительно друга, причем клавиша установлена с возможностью доступа к ней снаружи, отличающийся тем, что в него введена платформа, установленная с возможностью смещения относительно основания, клавиша установлена с возможностью ее, вместе с платформой, смещения относительно основания, первое средство определения смещения элементов устройства друг относительно друга установлено с возможностью регистрации смещения платформы относительно основания, а средство определения срабатывания клавиши выполнено или расположено относительно клавиши таким образом, что оно может регистрировать срабатывание клавиши и в нейтральном положении, и/или при смещении платформы из нейтрального положения, дополнительно оно содержит не менее двух сборок: первое средство определения смещения элементов устройства друг относительно друга выполнено или установлено с возможностью регистрации указанного смещения в двух ортогональных направлениях; в него введено второе средство определения смещения элементов устройства друг относительно друга, установленное с возможностью регистрации смещения платформы относительно основания в направлении, ортогональном тому, в котором регистрирует смещение первое средство определения смещения элементов устройства друг относительно друга; первое и/или второе средства определения смещения элементов устройства друг относительно друга и средства определения срабатывания клавиш установлены на основании: клавиши установлены на основании в отверстиях платформы; клавиши установлены на платформе; оно снабжено средством, обеспечивающим взаимное смещение платформы и основания за счет двух не связанных между собой смещений в двух ортогональных направлениях; количество клавиш равно четырем и они установлены в один ряд; количество клавиш равно пяти и они установлены в один ряд; клавиши установлены рядами; клавиши установлены в три ряда по четыре штуки; средство, обеспечивающее взаимное смещение платформы и основания только в двух ортогональных направлениях, выполнено в виде двух линейных гофроэлементов, расположенных ортогонально друг другу и соединяющих основание и платформу; контакты первого и/или второго средства определения смещения элементов устройства друг относительно друга расположены на внутренних стенках гофроэлементов напротив друг друга.
Устройство поясняется чертежами, где представлен один из вариантов его конкретного исполнения и:
на фиг.1 показан внешний вид устройства в четырехкнопочном варианте, на фиг.2 показан вид устройства сверху, на фиг.3-7 показан вид устройства со снятыми отдельными деталями, на фиг.8-15 представлена реализация изобретения на примере телефонного аппарата, на фиг.16-18 показан телефонный аппарат с частичным разрезом сбоку, на фиг.19 представлен концептуальный вариант интерфейса пульта дистанционного управления музыкальным центром, на фиг.20 - концепт интерфейса карманного персонального компьютера.
Интерфейс пользовательских устройств в первом варианте реализации состоит из деталей основания 1, платформы 2, расположенной с возможностью перемещения на основании 1. Клавиши 3 расположены в линию, к ним имеется доступ снаружи устройства, между боковинами 4 основания 1 и платформой 2 имеется зазор 5, обеспечивающий возможность смещения платформы 2 совместно с клавишами 3 относительно основания 1. Платформа 2, которая может состоять из нескольких деталей, установлена на основании 1 с помощью четырех шариков 6 (на фиг.3 один из видимых слева шариков удален для наглядности), каждый из которых катается в вытянутых в одном направлении лунках 7. Лунки 7 в основании 1 вытянуты в одном направлении, соответствующие им лунки 8 в платформе 2 - в направлении, ортогональном направлению лунок основания 1, таким образом достигается возможность движения платформы 2 относительно основания 1 в двух ортогональных направлениях. При этом пазы 9 ограничивают размер перемещения платформы 2 относительно основания 1, препятствуя дальнейшему перемещению элементов конструкции средства определения срабатывания для каждой клавиши 10. Средства определения срабатывания 10 для каждой клавиши 3 расположены под клавишами 3, образуя с ними сборку, и на них воздействуют при нажатии указанные клавиши 3, выполненные в конкретном примере в виде шариков 11.
Шарики 11 воспринимают соответствующее усилие нажатия и передают его на чувствительный элемент 12 средства определения срабатывания для каждой клавиши 3, обеспечивающий преобразование воспринимаемого усилия в замыкание или размыкание контактов, изменение электрического сопротивления, изменения светового потока, электрической емкости, индуктивности или иного параметра, который может быть с помощью известных средств использован для соотнесения его сигнала (изменения его или иного) с фактом нажатия или отпускания соответствующей клавиши 3. Средства определения срабатывания 10 для каждой клавиши 3 в частном случае прикреплены к деталям платформы 2 четырьмя винтами 13. Платформа 2 удерживается около основания 1 за счет нахождения ее выступов 14 в пазах 9 под боковиной 15, препятствующей чрезмерному смещению платформы 2 вверх и по направлению линии расположения кнопочных элементов 3. Выкатыванию шариков 11 вверх препятствует пластина 16, входящая в состав платформы 2 и имеющая четыре отверстия под них, размеры которых меньше диаметра шарика 11. Расположенная под пластиной 16 фигурная пластина 17 также имеет четыре отверстия под шарики 11 такие, что они могут слегка перемещаться в них. Под шариками 11 на основании 1 располагаются чувствительные элементы 12, средства определения срабатывания для каждой клавиши. На основании 1 вблизи чувствительных элементов 12 установлены датчики 18 (в данном примере контактного типа) первого и второго средства определения смещения элементов устройства друг относительно друга - смещения платформы 2 относительно основания 1. Два из указанных датчиков 18 (на фиг.6 слева) относятся к первому средству определения смещения элементов устройства друг относительно друга, регистрирующему в данном случае смещение вдоль клавиш 3, другие два датчика 18 (на фиг.6 справа) относятся ко второму средству определения смещения элементов устройства друг относительно друга, регистрирующему смещение в направлении, перпендикулярном первому. При смещении платформы 2 она нажимает корпусом средства определения срабатывания 10 клавиши на соответствующий рычаг 19 датчика 18, замыкая тем самым внутренние контакты датчика 18, что соответственно изменяет считываемый с него параметр на контактах 20. Изменение значения считываемого параметра на контактах 20 соотносится с направлением перемещения платформы 2 стандартным образом, обеспечивая однозначное соответствие между положением платформы 2 и параметрами сигнала на контактах 20 датчиков 18. В частности, при смещении платформы 2 вдоль клавиш 3 вправо нажимается контакт 20 второго слева (фиг.6) датчика 18, при смещении платформы 2 поперек линии клавиш 3 вдаль от наблюдателя нажимается контакт 20 дальнего из датчиков 18.
Сборка, состоящая из клавиши 3 и средства определения срабатывания клавиши 3, выполнена таким образом, что возможно определение срабатывание клавиши 3 как в нейтральном положении, так и в смещенном положении платформы 2 и клавиш 3 за счет того, что сместившийся шарик 11 остается в пределах торца чувствительного элемента 12.
Приведенный пример устройства содержит одновременно четыре сборки, содержащие клавишу 3 и средство определения срабатывания клавиши, особое выполнение лунок 7 и 8 реализует один из вариантов выполнения средства, обеспечивающего взаимное смещение платформы 2 и основания 1 за счет двух не связанных между собой смещений в двух ортогональных направлениях.
Второй пример реализации устройства раскрывает применение его в телефонном аппарате (фиг.8-15). На фиг.8 представлен аппарат с условно прозрачной передней частью, что позволяет показать расположение датчиков 18 с рычагами 19, при этом центральные на фиг.8 датчики относятся к первому средству определения смещения элементов устройства друг относительно друга, а нижний и верхний датчики 18 - ко второму средству определения смещения элементов устройства друг относительно друга. На фиг.9 представлен вид аппарата сбоку, где основание 1 может быть одновременно корпусом или быть соединенным с ним. Платформа 2 выполнена в виде пластины с гофроэлементами 21 (на фиг.15 показано вертикальное сечение платформы 2) и выступами 22, обеспечивающими нажатие на рычаги 19 датчиков, относящихся к первому средству определения смещения элементов устройства друг относительно друга. На рычаги 19 датчиков 18, относящихся ко второму средству определения смещения элементов устройства друг относительно друга, воздействуют при перемещении платформы 2 нижние и верхние стенки гофроэлементов 21 (фиг.14), в платформе 2 выполнены отверстия 23 для размещения клавиш 3 (на фиг.8, 11 они расположены в три ряда).
На фиг.16-18 показан телефонный аппарат с частичным разрезом сбоку. В этом варианте выполнения интерфейса пользовательских устройств датчики, входящие в первое и второе средство определения смещения элементов устройства друг относительно друга, выполнены в плоских гофроэлементах 21, в центральной части гофроэлемента 21 выполнена перемычка 24, препятствующая слипанию стенок гофроэлемента 21 при смещении платформы 2 относительно основания 1. Одновременно на верхней части стенок гофроэлемента 21 нанесены контакты 25, замыкающиеся за счет давления выступов 26 гофроэлемента 21 и надавливания в определенном направлении на платформу 2 при удержании на месте основания 1, что вызывает соответствующее смещение платформы 2 относительно основания 1. Считывание сигнала с указанных контактов 25 позволяет идентифицировать смещение платформы 2 относительно основания 1 и его направление.
На фиг.19 представлен концептуальный вариант интерфейса пульта дистанционного управления музыкальным центром, имеющим в своем составе CD-проигрыватель, цифровой радиоприемник и двухкассетный реверсивный магнитофон. Обычный пульт ДУ такого центра имеет порядка тридцати кнопок управления. С использованием предлагаемого изобретения их число снижается до четырех, как это показано на фиг.19. При этом корпус может иметь любой эргономичный дизайн.
Управление центром становится интуитивно понятным. Снимается необходимость визуального поиска нужной кнопки.
На нижней части фиг.19 кнопки слева направо: "Ухо" - управление звуком, CD - управление проигрывателем дисков. Tuner - управление радиоприемником, Tape - управление магнитофоном. "Ухо" - одинарное нажатие во время работы CD-проигрывателя или магнитофона включает/выключает режим паузы (режим MUTE в случае радиоприемника), нажатие вне работы центра включает его с последними установками на воспроизведение.
Смещение кнопки вверх-вниз пошагово управляет громкостью (“громче-тише” соответственно). Удерживание в таком положении - нарастание, ослабление громкости.
Смещение по горизонтали - пошаговое изменение баланса. Удерживание в таком положении - пошаговый перебор режимов эквалайзера, включая функцию X-bass.
"CD" - нажатие кнопки включает/выключает воспроизведение проигрывателя. Смещение по горизонтали - управление перемоткой “вперед-назад”. Удерживание по горизонтали - режим поиска APSS. Смещение вверх - включение/выключение режима повторного проигрывания. Смещение вниз - переход к источнику VIDEO/AUX и возвращение назад.
"Tuner" - нажатие включает/выключает радиоприемник. Смещение по горизонтали - переход к ближайшей предварительно настроенной частоте. Смещение вверх - включение MONO/STEREO. Смещение вниз - включение отображения часов на дисплее.
"Таре" - нажатие включает/выключает звучание. Смещение по горизонтали - перемотка кассеты, с удерживанием - режим поиска APSS. Смещение вверх - выбор первой или второй деки. Смещение вниз - выбор направления движения ленты (прямое или обратное).
Кнопка POWER отсутствует, включение либо отключение любого источника автоматически включает/отключает центр от сети.
На фиг.20 представлен концепт интерфейса карманного персонального компьютера (КПК), набор функций которого соответствует стандартной настольной клавиатуре. Клавиши 3 большого размера установлены в два ряда по пять справа и слева от дисплея 27. Символы нанесены на поверхность читаемым шрифтом, размер которого практически не уступает тому, что мы видим на больших клавиатурах. Благодаря этому снимается такая проблема, как неудобство работы с КПК людям с большими пальцами. Часть вспомогательных клавиш 28 вынесена на верхнюю часть корпуса и управляется указательными пальцами. Ввод осуществляется либо двумя руками, либо разместив КПК на ладони, одной рукой. Основная часть полезной площади, несмотря на большой размер клавиш 3, занята дисплеем 27, при этом платформа 2 расположена под клавишами 3 и перемещается вместе с ними.
Указанные особенности выполнения интерфейса пользовательских устройств позволяет более простыми и дешевыми средствами решить задачу ввода информации типа текста, знаков, управляющих сигналов в мобильные телефоны, карманные компьютеры, панели и пульты управления бытовыми приборами, компьютерными и электронными играми и т.п.
Изобретение относится к устройствам ввода информации типа текста, знаков, управляющих сигналов в мобильные телефоны, карманные компьютеры, панели и пульты управления бытовыми приборами, компьютерными и электронными играми и т.п. Его использование позволяет получить технический результат в виде упрощения конструкции, повышения надежности и снижения производственной стоимости при создании кнопочных интерфейсов широкого спектра потребительских товаров. Технический результат достигается за счет того, что в интерфейс пользовательских устройств, содержащий основание, по крайней мере одну сборку, состоящую из клавиши и средства определения срабатывания клавиши, первое средство определения смещения элементов устройства друг относительно друга, причем клавиша установлена с возможностью доступа к ней снаружи, введена платформа, установленная с возможностью смещения относительно основания, клавиша установлена с возможностью ее, вместе с платформой, смещения относительно основания, первое средство определения смещения элементов устройства друг относительно друга установлено с возможностью регистрации смещения платформы относительно основания, а средство определения срабатывания клавиши выполнено или расположено относительно клавиши таким образом, что оно может регистрировать срабатывание клавиши и в нейтральном положении, и/или при смещении платформы из нейтрального положения. 14 з.п. ф-лы, 20 ил.
Топчак-трактор для канатной вспашки | 1923 |
|
SU2002A1 |
Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов | 1917 |
|
SU97A1 |
US 6344620 B1, 05.02.2002 | |||
US 6519003 В1, 11.02.2003 | |||
УСТРОЙСТВО ВВОДА | 1991 |
|
RU2022335C1 |
Авторы
Даты
2005-02-27—Публикация
2003-03-21—Подача