Указывающее устройство типа мыши, управляемое пользователем

Изобретение относится к управляемому пользователем указывающему устройству типа мыши и к пользовательскому интерфейсу для ввода данных в электронное устройство. Техническим результатом является повышение надежности устройства, удобства его использования, обеспечение ввода данных в трехмерной системе координат. Управляемое пользователем указывающее устройство типа мыши содержит электронные компоненты и схемы, включающие измерительные средства, средства обработки и средства беспроводной связи для определения перемещений, включающих, по меньшей мере, вращательные перемещения устройства, выработки данных, относящихся к указанным перемещениям, и передачи указанных данных на электронное устройство, причем устройство (1) является шаром (2), имеющим внешнюю поверхность (2') для свободного качения и для получения воздействий от физических эффектов на поверхности и устройстве, указанные электронные компоненты и схемы (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) установлены внутри шара (2), при этом устройство содержит, по меньшей мере, один датчик магнитного поля (4; 4а, 4b, 4с), по меньшей мере, один датчик (5) давления, по меньшей мере, один датчик (3) ускорения и процессор (7), выполненный с возможностью установки опорного направления движения шара с помощью короткого поворота пользователем устройства в заданном направлении или посредством помещения пользователем устройства в определенную начальную ориентацию, при которой пользователю видны визуальные отметки ориентации шара. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к управляемому пользователем устройству для управления или связи с электронным устройством, в частности к указывающему устройству типа мыши, управляемому пользователем. Электронное устройство может быть компьютером, карманным персональным компьютером (КПК), мобильным телефоном, устройством GPS, игровым устройством, телевизором, автомобильной развлекательной системой или, например, персональным тренировочным контрольно-измерительным устройством.

Уровень техники

Одним из наиболее распространенных интерфейсов между пользователем и компьютером или управляемым с помощью компьютера устройством является обычная мышь, регистрирующая двухмерные перемещения мыши на соответствующей плоской поверхности и обеспечивающая соответствующие сигналы для компьютера для перемещения указателя на экране. Кроме того, обычная мышь содержит кнопки для позиционирования указателя, выбора данных, открытия и закрытия окон или меню для дальнейшего выбора, запуска или закрытия программ или приложений и ввода команд в различных ситуациях. Кроме того, компьютерная мышь может содержать другие функции, например, функцию прокрутки, которая часто реализуется посредством колеса прокрутки.

Механическая мышь содержит шарик внутри корпуса мыши, шарик катится по плоской поверхности и его перемещения регистрируются датчиками снаружи шарика. Технология обычно является оптико-механической или полностью оптической. В оптической мыши оптический датчик контролирует микроскопические особенности соответствующей поверхности для регистрации перемещений мыши. Поверхность освещается, например, светодиодом, и датчик получает и сравнивает последовательные изображения поверхности для регистрации перемещений.

За последние годы в мышах стала применяться беспроводная технология. По широко используемой технологии маломощные низкоскоростные беспроводные соединения формируются между мышью и устройством USB, соединенным с главным компьютером. Сегодня технология Bluetooth становится стандартной для беспроводной связи электронных устройств. Например, доступны Bluetooth-адаптеры, соединяемые с разъемами USB. Также доступны компьютеры и другие электронные устройства со встроенным интерфейсом Bluetooth, и это также становится обычным решением. Соответственно уже доступны мыши, оснащенные интерфейсом Bluetooth.

Имеются различные предложения по использованию в компьютерных мышах датчиков ускорений, датчиков измерения угловой скорости, гироскопов, в целом, регистрации трехмерного движения, во многих случаях также с одновременным применением беспроводной технологии. Разработка так называемых технологий MEMS (Micro Electro Mechanical Systems, микроэлектромеханических систем) предлагает хорошие средства для реализации приведенных выше решений. Такие предложения были сделаны в US 4787051, US 4839838, US 5181181, WO 01/90877 A1, US 2004/0066371 и ЕР 1103884 A1.

Имеются проблемы с реализацией компьютерных мышей, использующих датчики ускорения для регистрации перемещения. Эти проблемы можно преодолеть, например, за счет использования определенных дополнительных датчиков и алгоритмов обработки данных измерения.

Еще одной проблемой является то, что решения все еще содержат множество отдельных частей, механически собранных вместе для формирования устройства. Устройства с использованием новых технических решений являются более дорогими, чем обычные устройства, но, фактически, не дают значительных преимуществ.

По нашему мнению, наиболее серьезной проблемой является отсутствие новой идеи управляемого пользователем устройства, например мыши, которое сделало бы возможным использовать рассмотренные выше новые технологии для реализации простого и недорогого устройства, которое было бы новым основным решением, заменяющим традиционные механические и оптические мыши.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание управляемого пользователем устройства для управления или связи с электронным устройством, в частности указывающего устройства типа мыши, управляемого пользователем, которое в большой степени решает упомянутые выше проблемы.

Для достижения этой цели управляемое пользователем устройство для управления или связи с электронным устройством, в частности, указывающее устройство типа мыши, содержащее электронные компоненты и схемы, включающие в себя измерительные средства, средства обработки и средства беспроводной связи, для определения перемещений, включающих, по меньшей мере, вращательные перемещения устройства, выработки данных, относящихся к указанным перемещениям, и передачи указанных данных на электронное устройство, отличается признаками отличительной части пункта 1 формулы изобретения. В пунктах 2-6 охарактеризованы различные варианты реализации управляемого пользователем устройства согласно изобретению.

Для достижения этой цели также предложен пользовательский интерфейс для управления или связи с электронным устройством, содержащий управляемое пользователем устройство, включающее в себя измерительные средства, средства обработки и средства беспроводной связи для определения перемещений, включающих, по меньшей мере, вращательные перемещения устройства, выработки данных, относящихся к указанным перемещениям, и передачи указанных данных на электронное устройство, отличающийся признаками отличительной части пункта 7 формулы изобретения. Пункты 8-10 характеризуют различные варианты осуществления пользовательского интерфейса согласно изобретению.

Устройство согласно изобретению очень дешево в изготовлении. Механика устройства очень проста и надежна. Форма шарика идеальна по соотношению жесткость к весу. В устройстве имеется всего лишь несколько компонентов, которые являются основными стандартными компонентами в электронной промышленности. Когда начнется серийное производство в высоких объемах, станет экономически возможно включить большинство необходимых компонентов в особое устройство Bluetooth, и стоимость производства может стать даже ниже.

Устройство согласно изобретению в основном является подключенным с помощью Bluetooth универсальным набором датчиков, который может иметь много других применений как управляемое пользователем устройство управления или связи.

Краткое описание чертежей

Изобретение и некоторые варианты его реализации далее описаны более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, где:

На фиг.1 изображена блок-схема, схематически представляющая вариант осуществления управляемого пользователем устройства согласно изобретению;

На фиг.2-4 изображены соответственно виды в частичном разрезе сверху, спереди и сбоку, схематически представляющие возможную реализацию устройства согласно фиг.1;

На фиг.5 и 6 проиллюстрированы возможные способы использования устройства согласно изобретению;

На фиг.7 и 8 схематически представлены некоторые дополнительные варианты осуществления изобретения;

На фиг.9 представлен дополнительный вариант осуществления изобретения; и

На фиг.10-12 схематически представлены некоторые дополнительные варианты осуществления управляемого пользователем устройства согласно изобретению.

Осуществление изобретения

Управляемое пользователем устройство 1, представленное на фиг.1-4, является, по существу, шариком 2, имеющим внешнюю поверхность 2' для свободного качения и для получения воздействия от физических эффектов на поверхности и устройстве. Устройство, например, указывающее устройство типа мыши, управляемое пользователем, содержит электронные компоненты и схемы, включающие в себя измерительные средства 3, 4, 5, средства обработки 7 и средства 8 беспроводной связи для определения перемещений, включающих в себя, по меньшей мере, вращательные перемещения устройства, выработки данных, относящихся к указанным перемещениям, и передачи указанных данных на электронное устройство для управления или связи с устройством. Устройство 1 является независимо работающим устройством шарообразной формы, имеющим необходимые физические свойства, а также датчики, и электронные компоненты, и схемы внутри шарика 1, соединенные в единое целое с шариком, так, что шарик, как таковой, работает как управляемое пользователем устройство для управления или связи с электронными устройствами.

Устройство 1 на фиг.1-4 содержит внутри шарика 2 различные датчики, включая датчики 3 ускорений, датчики 4 магнитного поля и датчики 5 давления. Датчики 3 ускорений могут включать в себя, например 3-осевой датчик ускорений MEMS. Датчики 4 магнитного поля включают в себя три маломощных отдельных осевых магнитометра 4а, 4b и 4с, которые могут быть, например, недорогими индукционными магнитометрами. Датчики 5 давления могут быть, например, миниатюрными пьезорезистивными датчиками.

Датчики могут включать в себя также электронику для выдачи выходных цифровых сигналов датчиков, а другие различные электронные схемы могут быть необходимы для преобразования выходных сигналов датчика в цифровые данные для дальнейшей обработки и использования. Необходимая схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и другие электронные схемы для обработки выходных сигналов датчика представлены как один блок 6.

Центральный блок 7 обработки включает в себя соответствующий процессор с необходимой памятью для сохранения программ и данных. Программы обеспечивают, например, необходимые функции фильтрации для обработки данных датчиков с целью отделения существенных данных от шумов и расчетные функции для получения требуемых данных из данных датчиков, относящихся к перемещениям, изменениям давления или другим физическим эффектам, определяемым датчиками.

Соединение между устройством 1 и электронным устройством, в сочетании с которым оно используется, является беспроводным. Преимущественной технологией реализации соединения является Bluetooth, и соответственно примерное устройство на фиг.1-4 содержит соответствующий комплект 8 микросхем Bluetooth.

Устройство на фиг.1-4 содержит аккумуляторную батарею 9 и необходимые схемы 10 управления питанием.

В схематически представленной физической реализации согласно фиг.2-4 шарик 2 является полым шариком, снабженным прочной, достаточно толстой и соответственно гибкой сферической оболочкой 11. Она может быть изготовлена из соответствующего резинового или пластикового материала и может изначально содержать две половинки, которые после монтажа внутренних компонентов и схем прикрепляются друг к другу, например, склеиванием. Компоненты установлены на печатной плате 13, датчики 4а и 4b магнитного поля прикреплены на дополнительную печатную плату 14, соединенную с платой 13 как блок с однорядным расположением выходов. Батарея 9 присоединена механически и электрически к другой стороне печатной платы 13 с помощью щитков с клеммами или пружин 15 и 16. В сферической оболочке 11 предусмотрено отверстие 17, которое выровнено относительно внутреннего зарядного разъема 18, который соединяется с клеммами батареи с помощью проводников 19 и 20. Пустое пространство внутри оболочки заполнено соответствующим наполнителем 12, например пенопластом. Оболочка, по существу, герметична, и, следовательно, например, нажатие на внешнюю поверхность 2' шарика вызывает повышение давления внутри шарика.

Устройство согласно изобретению используется в указывающем устройстве типа мыши, управляемом пользователем. На фиг.5 представлен ноутбук 22, содержащий дисплей и функции для управления компьютером с помощью компьютерной мыши или аналогичного устройства. Такие функции для управления включают в себя, например, функции курсора или прокрутки. Шариковое устройство 1 согласно изобретению используется как мышь. Пользователь 21 использует шарик 1, перемещая его пальцем 22, и шарик передает управляющие данные мыши, вырабатываемые при перемещении и выборочном нажатии на шарик, по беспроводному соединению L. Шариком можно управлять также с помощью ладони руки 21 на соответствующей поверхности 23, как показано на фиг.6.

На фиг.7 и 8 схематически представлен один возможный способ реализации некоторых функций кнопки мыши в устройстве согласно изобретению. На фиг.7 достаточно легкое нажатие Р1 на поверхность 2' шарикового устройства 1 вызывает давление внутри шарика, соответствующее силе нажатия. Датчик давления 5 определяет его и выдает соответствующий сигнал на процессор 7. Устройство также содержит усилитель 24 и преобразователь 25, прикрепленные к оболочке 11 шарикового устройства. В ответ на импульс давления процессор управляет усилителем 24 и передатчиком, чтобы сгенерировать тактильную обратную связь F1, короткий маломощный вибрационный импульс. Шарик 1 посылает соответствующий управляющий сигнал S1 на управляемое устройство, например на компьютер, означающий, например, нажатие левой кнопки мыши. На фиг.8 нажатие Р2 является более сильным. Соответственно процессор 7 управляет устройством так, чтобы послать соответствующий управляющий сигнал S2, означающий, например, нажатие правой кнопки мыши, и выдать соответствующую более сильную тактильную обратную связь F3.

На фиг.10-12 схематически представлены некоторые дополнительные примеры размещения датчиков, которые могут быть использованы для определения вращательных и других перемещений устройства.

В примере на фиг.10 устройство 2 содержит мини-видеокамеры 26 для получения изображения окружающей среды через соответствующие окна 27 в поверхности 2' шарика. К примеру, в результате обработки данных изображения, предоставленных камерой, могут быть определены скорость и направление вращательного перемещения R шарика.

В примере на фиг.11 радиочастотный передатчик 31, например передатчик Bluetooth, предусмотрен в электронном устройстве 30, например в компьютере, а внутри шарика 2 имеется устройство из нескольких антенн 28 и схемы 29 для обработки сигналов, предоставляемых антеннами. Положение шарика может быть вычислено по разностям во времени получения сигнала от передатчика 31 различными антеннами 28, и за счет анализа последовательности положений шарика могут быть получены перемещения шарика.

В примере на фиг.12 световой передатчик 33, например соответствующий светодиод, предусмотрен в электронном устройстве 32, например в компьютере, а внутри шарика предусмотрено несколько приемников 34 света, находящихся за маленькими окнами или за прозрачной для света передатчика 33 поверхностью 2' шарика. Положение шарика может быть вычислено по разностям во времени получения светового сигнала от передатчика 33 различными приемниками 34, и за счет анализа последовательности положений шарика могут быть получены перемещения шарика.

Далее описаны два примера работы устройства согласно изобретению.

Пример 1

Шаг 1: Процессор 7 открывает или иным способом устанавливает канал связи с управляемым электронным устройством. Устройство может быть, например, компьютером, мобильным телефоном, КПК, информационным проектором, игрушкой, телевизором, автомобилем. Шаг 1 может быть пропущен, если устройство или используемый способ связи не требуют инициализации.

Шаг 2: Процессор 7 устанавливает опорное направление движения шарикового устройства. Это может быть сделано пользователем путем короткого поворота устройства в заданном направлении или, например, посредством помещения устройства в определенную «начальную ориентацию», при которой пользователю, например, видны некоторые визуальные отметки ориентации шарика.

Шаг 3: Процессор 7 считывает данные датчиков, полученные от датчиков 3, 4 и 5.

Шаг 4: Процессор 7 выполняет необходимые функции фильтрации для обработки данных измерений с целью отделения существенных данных от шума.

Шаг 5: Процессор 7 вычисляет значения перемещений шарикового устройства по существенным данным измерений. Это выполняется путем преобразования значений датчика ускорения и датчика ориентации в магнитном поле в координаты движения и вращения устройства. Эти координаты преобразуются, например, в координаты перемещения мыши.

Шаг 6: Процессор 7 вычисляет давление по данным датчика давления и определяет, хотел ли пользователь активировать или деактивировать соответствующую функцию, например функцию кнопки мыши.

Шаг 7: Процессор 7 посылает вычисленные значения перемещения шарикового устройства и другие функциональные значения, например значения состояния, через канал связи на приемное электронное устройство.

Шаг 8: Циклический возврат к шагу 3.

Некоторые или все функции процессора 7 могут быть также выполнены процессором электронного устройства. Например, в одном варианте осуществления управляемое пользователем устройство передает только данные датчиков, а все вычисления, связанные с координатными системами и/или опорными направлениями, выполняются процессором электронного устройства. Конечно, возможно любое распределение задач между процессором 7 управляемого пользователем устройства и процессором электронного устройства, и оно находится в области изобретения.

Таким образом, управляемое пользователем устройство согласно изобретению может работать как устройство, соответствующее обычной компьютерной мыши в интерфейсе между компьютером или управляемым с помощью компьютера электронным устройством и пользователем. Для шарикового устройства, в таком случае, требуется опорная ориентация, которая может быть задана, например, способом, описанным выше на шаге 2. Тогда качение устройства по нижележащей поверхности соответствует перемещениям обычной мыши по поверхности. Нажатия могут соответствовать функциям кнопок мыши, как описано выше на шаге 6 и ранее со ссылкой на фиг.7 и 8. К примеру, одновременное нажатие и качение устройства могут соответствовать функции перетаскивания, а вращение вокруг своей оси (вращение устройства на месте вокруг оси, перпендикулярной к нижележащей поверхности) может соответствовать функции прокрутки.

Пример 2

В этом примере описана работа шарикового устройства в качестве управляемого пользователем устройства для измерения расстояния и отправки результатов измерения на соответствующее электронное устройство.

Шаг 1: Процессор 7 открывает или иным образом устанавливает канал связи с приемным электронным устройством. Шаг 1 может быть пропущен, если приемное устройство или используемый способ связи не требуют инициализации.

Шаг 2: Процессор 7 считывает данные датчиков, полученные от датчиков 3, 4 и 5.

Шаг 3: Процессор 7 выполняет необходимые функции фильтрации для обработки данных датчиков с целью отделения существенных данных от шума.

Шаг 4: Процессор 7 вычисляет значения перемещений шарикового устройства по существенным данным датчиков. Это выполняется путем преобразования значений датчика ускорения и датчика ориентации в магнитном поле в координаты движения и вращения устройства.

Шаг 5: Процессор посылает вычисленные значения перемещения шарикового устройства через канал связи на приемное электронное устройство.

Шаг 6: Циклический возврат к шагу 2.

Изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления. К примеру, конструкция шарика может быть также полой или частично полой. Со ссылкой на фиг.9, конструкция шарика 2 может быть также гибкой таким образом, что устройство 1 может, в некоторой степени, сплющиваться при использовании на соответствующей поверхности 23. Выражение «устройство, по существу, является шаром» используется здесь для определения того, что свойства шара включают также и эту возможность.

Электронные компоненты внутри шара могут быть также смонтированы на гибкой печатной плате или, например, на внутренней поверхности оболочки шарика. Для сборки устройства может быть также предусмотрена некоторая другая гибкая конструкция с электрическими проводниками или с любым сочетанием описанных или упомянутых вариантов.

Упомянутые выше датчики являются только примерными. Могут также использоваться, например, гироскопические датчики. Для реализации различных вариантов осуществления изобретения могут быть использованы измерение емкости на поверхности шарика или любые другие датчики для определения поворота, ориентации, положения, давления внутри или на внешней поверхности шарика.

Конечно, кроме технологии Bluetooth возможны другие виды беспроводных линий связи. Вместо радиочастотного канал может также быть оптическим, например, инфракрасным каналом, как IrDA. Наиболее предпочтительно, чтобы шариковое устройство было самозаряжающимся или индуктивно заряжаемым. В будущем такие варианты, наиболее вероятно, станут доступны также и для недорогих приложений.

Изобретение может изменяться в рамках формулы.

1. Управляемое пользователем указывающее устройство типа мыши, содержащее электронные компоненты и схемы, включающие в себя измерительные средства, средства обработки и средства беспроводной связи, для определения перемещений, включающих, по меньшей мере, вращательные перемещения устройства, выдачи данных, относящихся к указанным перемещениям, и передачи указанных данных на электронное устройство, причем устройство (1) выполнено, по существу, в виде шара (2), имеющего внешнюю поверхность (2') для свободного качения и для получения воздействий от физических эффектов на поверхности и устройстве, а указанные электронные компоненты и схемы (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) установлены внутри шара (2) в соединении в единое целое с шаром, при этом устройство содержит, по меньшей мере, один датчик магнитного поля (4; 4а, 4b, 4с) для определения ориентации устройства и использования данных ориентации при работе устройства, и, по меньшей мере, один датчик (5) давления для определения давления, например, нажатий, направленных на указанную внешнюю поверхность (2'), а указанные измерительные средства включают в себя, по меньшей мере, один датчик (3) ускорения, причем устройство содержит процессор (7), отличающееся тем, что процессор (7) выполнен с возможностью установки опорного направления движения шара с помощью короткого поворота пользователем устройства в заданном направлении или посредством помещения пользователем устройства в определенную начальную ориентацию, при которой пользователю видны визуальные отметки ориентации шара.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шар (2, 11) выполнен из резины и/или пластика.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешняя поверхность (2') выполнена упругой для генерирования воспринимаемых откликов на нажатия (P1, P2) с различной силой.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конструкция шара (2) выполнена гибкой для обеспечения возможности его сплющивания на жесткой поверхности (23).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство (1) содержит средства (24, 25) для обеспечения тактильной обратной связи (F1, F2).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что качение устройства по нижележащей поверхности соответствует перемещениям обычной мыши по поверхности.

7. Пользовательский интерфейс для ввода данных в электронное устройство, включающий в себя управляемое пользователем устройство, содержащее электронные компоненты и схемы, включающие измерительные средства, средства обработки и средства беспроводной связи, для определения перемещений, включающих, по меньшей мере, вращательные перемещения устройства, выдачи данных, относящихся к указанным перемещениям, и передачи указанных данных на электронное устройство, причем устройство (1) выполнено, по существу, в виде шара (2), содержащего внутри себя указанные электронные компоненты и схемы (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) в соединении в единое целое с шаром, и имеющего внешнюю поверхность (2') для свободного качения и для получения воздействий от физических эффектов на поверхности и устройстве, при этом устройство содержит, по меньшей мере, один датчик магнитного поля (4; 4а, 4b, 4с) для определения ориентации устройства и для использования данных ориентации при работе устройства, и, по меньшей мере, один датчик давления (5) для определения давления, например, нажатий, направленных на внешнюю поверхность (2'), причем указанные измерительные средства включают в себя, по меньшей мере, один датчик (3) ускорения, электронное устройство содержит дисплей и соответствующие функции курсора, указанные электронные компоненты и схемы (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) выполнены таким образом, что в ответ на качение устройства (19) данные передаются электронному устройству для перемещения курсора в направлении, соответствующем направлению качения, электронное устройство имеет функции, подобные функциям управления электронным устройством с помощью компьютерной мыши или аналогичного устройства, при этом указанные электронные компоненты и схемы (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) выполнены таким образом, что в ответ на нажатия (P1, P2) на внешнюю поверхность (2') данные (S1, S2), означающие работу соответствующей кнопки мыши, передаются на электронное устройство, причем устройство содержит процессор (7), отличающийся тем, что процессор (7) выполнен с возможностью установки опорного направления движения шара с помощью короткого поворота пользователем устройства в заданном направлении или посредством помещения пользователем устройства в определенную начальную ориентацию, при которой пользователю видны визуальные отметки ориентации шара.

8. Пользовательский интерфейс по п.7, отличающийся тем, что указанные электронные компоненты и схемы (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) выполнены таким образом, что в ответ на одновременные нажатие и качение устройства данные, соответствующие функции перетаскивания, передаются на электронное устройство.

9. Пользовательский интерфейс по п.7, отличающийся тем, что электронное устройство содержит дисплей и соответствующую функцию прокрутки, причем указанные электронные компоненты и схемы (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) выполнены таким образом, что в ответ на вращательное движение, именно, поворот устройства на месте вокруг оси, перпендикулярной к нижележащей поверхности, данные, соответствующие функции прокрутки, передаются на электронное устройство.

10. Пользовательский интерфейс по п.7, отличающийся тем, что качение устройства по нижележащей поверхности соответствует перемещениям обычной мыши по поверхности.