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Diese
Anmeldung bezieht sich auf den Gegenstand, der in den folgenden
U.S.-Patenten beschrieben ist: U.S.-5,578,813 mit dem Titel FREEHAND
IMAGE SCANNING DEVICE WHICH COMPENSATES FOR NON-LINEAR MOVEMENT; U.S.-5,644,139
mit dem Titel NAVIGATION TECHNIQUE FOR DETECTING MOVEMENT OF NAVIGATION
SENSORS RELATIVE TO AN OBJECT; und U.S.-5,786,804 mit dem Titel
METHOD AND SYSTEM FOR TRACKING ATTITUDE. Diese drei Patente beschreiben
Techniken zum Verfolgen von Positionsbewegung. Diese Techniken sind
eine Komponente bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das nachfolgend
beschrieben ist. Dementsprechend werden die U.S.-Patente Nrn. 5,578,813,
5,644,139 und 5,786,804 hiermit hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
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Diese
Anmeldung bezieht sich ferner auf den Gegenstand, der in den folgenden
U.S.-Patenten beschrieben ist: 6,057,540 mit dem Titel MOUSELESS OPTICAL
AND POSITION TRANSLATION TYPE SCREEN POINTER CONTROL FOR A COMPUTER SYSTEM;
U.S.-6,151,015 mit
dem Titel PEN LIKE COMPUTER POINTING DEVICE; und der U.S.-Patentanmeldung,
Seriennummer 09/052,046, eingereicht am 30. März 1998 mit dem Titel SEETNG
EYE MOUSE FOR A COMPUTER SYSTEM. Diese zwei verwandten Patente und
die Patentanmeldung beschreiben Bildschirmzeigevorrichtungen basierend auf
den Techniken, die in den U.S.-Patenten Nrn. 5,578,831, 5,644,139
und 5,786,804 beschrieben sind. Deshalb werden die U.S.-Patente
Nrn. 6,057,504 und 6,151,015 und die U.S.-Patentanmeldung Seriennummer
09/052,046 hiermit hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen zum Steuern eines
Cursors auf einem Anzeigebildschirm, ebenfalls bekannt als Zeigevorrichtungen.
Diese Erfindung bezieht sich spezieller auf eine optische Druckknopfzeigevorrichtung.
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Die
Verwendung einer per Hand bedienten Zeigevorrichtung zur Verwendung
mit einem Computer und dessen Anzeige ist beinahe überall verbreitet. Bei
weitem am beliebtesten von den verschiedenen Vorrichtungen ist die
herkömmliche
(mechanische) Maus, die in Verbindung mit einer Mausunterlage arbeitet.
Zentral innerhalb der unteren Oberfläche der Maus ist ein Loch positioniert,
durch das sich ein Abschnitt der Unterseite eines gummibeschichteten Stahlballs
erstreckt. Die Mausunterlage ist üblicherweise eine geschlossenzellige
Schaumstoffgummiunterlage, die mit einem geeigneten Gewebe abgedeckt
ist. Reibungsarme Unterlagen an der unteren Oberfläche der
Maus gleiten leicht über
das Gewebe, aber der Gummiball rutscht nicht. Statt dessen rollt der
Gummiball über
das Gewebe, wenn die Maus bewegt wird. Innerhalb der Maus befinden
sich Rollen oder Räder,
die den Ball an dessen Umfang kontaktieren und dessen Rotation in
elektrische Signale umwandeln, die orthogonale Komponenten der Mausbewegung
darstellen. Diese elektrischen Signale sind mit einem Computer gekoppelt,
wo eine Software auf die Signale anspricht, um die angezeigte Position
eines Zeigers (Cursor) gemäß der Bewegung
der Maus um ein ΔX
und ein ΔY
zu ändern.
Der Benutzer bewegt die Maus nach Bedarf, um den angezeigten Zeiger
zu einer gewünschten
Stelle oder Position zu bewegen. Sobald der Zeiger auf dem Bildschirm
auf ein Objekt oder eine Stelle von Interesse zeigt, wird ein Knopf
an der Maus mit den Fingern der Hand aktiviert, die die Maus hält. Die
Aktivierung dient als ein Befehl, um eine bestimmte Aktion zu unternehmen, deren
Eigenschaft durch die Software in dem Computer definiert ist.
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Zusätzlich zu
den mechanischen Zeigevorrichtungstypen, wie z. B. einer herkömmlichen
Maus, wurden ferner optische Zeigevorrichtungen entwickelt, wie
z. B. jene, die in den aufgenommenen Patenten und der Patentanmeldung
beschrieben sind. Bei einer Form einer optischen Zeigevorrichtung
wird anstelle eines sich bewegenden, mechanischen Elements, wie
einem Ball in einer herkömmlichen
Maus, eine relative Bewegung zwischen einer Bilderzeugungsoberfläche, wie
z. B. einem Finger oder einem Desktop, und Photodetektoren innerhalb
der optischen Zeigevorrichtung optisch erfaßt und in Bewegungsinformationen
umgewandelt.
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Bei
tragbaren, elektronischen Vorrichtungen, wie z. B. Mobiltelefonen,
persönlichen,
digitalen Assistenten (PDA; PDA = personal digital assistant), digitalen
Kameras, tragbaren Spielvorrichtungen, Rufempfängern bzw. Pagern, tragbaren
Musikgeräten (z.
B. MP3-Player) und anderen Vorrichtungen, ist es vielleicht nicht
erwünscht,
eine externe Zeigevorrichtung zu verwenden, wie z. B. eine mechanische Maus
oder eine optische Maus, mit der die Vorrichtung gekoppelt ist.
Es ist oft unbequem, die zusätzliche
Ausrüstung
herumzutragen. Bei einer mechanischen Zeigevorrichtung, wie einer
Maus, kann es schwierig sein, eine geeignete Oberfläche zu finden, auf
der die Maus betrieben werden kann.
-
Einige
tragbare, elektronische Vorrichtungen umfassen eingebaute Bildschirmzeigevorrichtungen. Einige
Mobiltelefone umfassen z. B. Pfeiltasten, die es ermöglichen,
eine Markierungsleiste auf einem Anzeigebildschirm umherzubewegen,
um Menüartikel
hervorzuheben, wie z. B. Namen oder Telefonnummern. Sobald ein Menüartikel
hervorgehoben wurde, wird der Menüartikel üblicherweise durch Drücken einer
anderen Taste an dem Mobiltelefon ausgesucht. Das Verwenden mehrerer
Tasten zum Hervorheben und Auswählen
von Menüartikeln
ist ineffizient und zeitaufwendig, besonders für Benutzer, die es eher gewohnt
sind, mit anderen Typen von Bildschirmzeigevorrichtungen zu arbeiten,
wie z. B. einer Maus oder einem Steuerungsball oder einer optischen
Zeigevorrichtung.
-
Einige
tragbare, elektronische Vorrichtungen umfassen ferner Indikatoren,
wie z. B. blinkende Lichter oder hörbare Indikatoren, um dem Benutzer einen
bestimmten Typ von Benachrichtigung zu liefern, wie z. B. eine Benachrichtigung, daß der Benutzer
eine E-Mail-Nachricht oder eine Voice-Mail-Nachricht bzw. Sprachpost-Nachricht
erhalten hat. Einige Telefone umfassen z. B. ein Blinklicht, um
den Benutzer zu benachrichtigen, daß der Benutzer eine Voice-Mail-Nachricht erhalten
hat. Solche Indikatoren werden üblicherweise
durch eine freistehende LED an der Vorrichtung geliefert, an einem
Anzeigebildschirm der Vorrichtung oder durch ein Audio-Teilsystem,
und sind nicht in eine Bildschirmzeigevorrichtung aufgenommen.
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Aus
der bereits eingangs erwähnten
US 6 057 540 A ist
eine Zeigersteuerung bekannt, bei der ein Pfosten zwischen den Tasten
einer Tastatur vorgesehen ist, der eine Oberfläche aufweist, über die ein
Finger bewegt werden kann. Komponenten sind vorgesehen, um eine
Bewegung des Fingers zu erfassen, um basierend darauf einen Cursor
zu steuern.
-
Die
WO 99/27485 A2 befasst sich mit einem System zur Steuerung eines
Zugriffs auf einen Computer, das einen Objektbildgenerator zum Erzeugen eines
Bilds eines Unebenheiten aufweisenden Objekts aufweist. Ein Bildprozessor
kann vorgesehen sein, um eine Bewegung des Objekts, beispielsweise eines
Fingers, zu erfassen. Der Objektbildgenerator kann eine Druck-variable
Impedanzschicht aufweisen, um Steuersignale zu erzeugen, die „Klick"-, „Doppelklick"- und „Drag"-Funktionen implementieren
können.
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Es
wäre wünschenswert,
eine optische Bildschirmzeigevorrichtung zur Verwendung in einer tragbaren,
elektronischen Vorrichtung zu liefern, die Bildschirmzeiger-Bewegungssteuerung,
Auswahlfähigkeiten
und Anzeigefunktionen in einer einzelnen, kompakten Vorrichtung
kombiniert.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bedienungsfreundliche
kompakte Vorrichtung zum Steuern der Position eines Bildschirmzeigers
und eine tragbare, elektronische Vorrichtung zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und eine tragbare,
elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch
13 gelöst.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Mobiltelefons mit einer optischen
Druckknopfbildschirm-Zeigervorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
2A eine
auseinandergezogene Ansicht, die die Hauptkomponenten eines Ausführungsbeispiels
einer optischen Druckknopfbildschirm-Zeigervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
-
2B eine
Querschnittsansicht entlang der Abschnittslinien 2B-2B in 2A,
die die Bildschirmzeigervorrichtung, die in 2A dargestellt
ist nach dem Aufbau zeigt; und
-
3 ein
elektrisches Blockschaltbild von Hauptkomponenten des Mobiltelefons,
das in 1 gezeigt ist.
-
1 ist
eine perspektivische Ansicht einer tragbaren, elektronischen Vorrichtung 10 mit
einer optischen Druckknopfbildschirm-Zeigervorrichtung 20 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist die tragbare, elektronische Vorrichtung 10 ein Mobiltelefon.
Bei einem alternati ven Ausführungsbeispiel
kann die Vorrichtung 10 jeglicher Typ einer tragbaren,
elektronischen Vorrichtung sein, die einen Anzeigebildschirm aufweist,
einschließlich eines
persönlichen,
digitalen Assistenten (PDA), einer Digitalkamera, einer tragbaren
Spielvorrichtung, eines Rufempfängers,
eines tragbaren Musikplayers oder einer anderen Vorrichtung.
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Das
Mobiltelefon 10 umfaßt
einen Leistungsknopf 12, einen Anzeigebildschirm 14,
eine Markierungsleiste 16, Menüartikel 18A-18C (gemeinschaftlich
bezeichnet als Menü 18),
eine Bewegungserfassungsvorrichtung 20 und mehrere Druckknöpfe 24. Die
Druckknöpfe 24 werden
ferner als Tastenfeld 24 bezeichnet. Die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 umfaßt einen
Indikatorring 21 und einen Druckknopf 23. Ein
Benutzer schaltet ein Mobiltelefon 10 unter Verwendung
des Leistungsknopfes 12 ein/aus. Ein Menü 18,
das mehrere Menüartikel 18A-18C umfaßt, wird
einem Benutzer auf einem Anzeigebildschirm 14 angezeigt.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind
die Menüartikel 18A-18C Namen
oder Telefonnummern. Bei Menüartikeln 18A-18C,
die Namen sind, speichert das Mobiltelefon 20 eine zugeordnete Telefonnummer
für jeden
derartigen Namen. Obwohl ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung in dem Kontext eines Menüs 18 und einer Markierungsleiste 16 beschrieben
ist, verwenden alternative Ausführungsbeispiele
andere Anzeigeanordnungen, wie z. B. einen bewegbaren Bildschirmzeiger
(z. B. einen Pfeil) und auswählbare
Artikel (z. B. auswählbare
Symbole), die individuell durch Plazieren des bewegbaren Bildschirmzeigers über einen
gewünschten
Artikel identifiziert werden.
-
Ein
Benutzer hebt einen Bestimmten der Menüartikel 18A-18C durch
Bewegen der Markierungsleiste 16 hervor. Bei einem Ausführungsbeispiel wird
die Markierungsleiste 16 durch Reiben eines Fingers 22 gegen
die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 bewegt und insbesondere
gegen den Druckknopf 23. Wenn der Finger 22 nach
oben gegen die Bewegungserfas sungsvorrichtung 20 bewegt
wird, bewegt sich die Markierungsleiste 16 nach oben durch
die Menüartikel 18A-18C.
Wenn sich der Finger 22 nach unten gegen die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 bewegt,
bewegt sich die Markierungsleiste 16 nach unten durch die
Menüartikel 18A-18C. Nachdem
ein Gewünschter
von den Menüartikeln 18A-18C mit
der Markierungsleiste 16 hervorgehoben wurde, wird der
hervorgehobene Menüartikel ausgewählt. Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird ein hervorgehobener Menüartikel
durch Drücken
eines Druckknopfs 23 mit dem Finger 22 nach unten
ausgewählt.
Bei einer Form der Erfindung wählt
ein Mobiltelefon 10 automatisch die ausgewählte Telefonnummer
oder die Telefonnummer, die dem gewählten Namen zugeordnet ist,
nachdem ein hervorgehobener Menüartikel
durch einen Benutzer ausgewählt wurde.
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Zusätzlich zum
Durchführen
der Artikelauswahl kann die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 verwendet
werden, um eine Vielzahl anderer Funktionen durchzuführen, abhängig von
dem bestimmten Typ der tragbaren, elektronischen Vorrichtung, in
der die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 verwendet wird.
Solche Verwendungen umfassen folgende, sind jedoch nicht auf dieselben
begrenzt: Bewegen eines Bildschirmzeigers auf einem Anzeigebildschirm
und Auswählen
der angezeigten Artikel in praktisch jeglichem Typ von Vorrichtung,
Verursachen, daß ein
Bild in einer tragbaren Kamera gemacht wird, und Verursachen, daß eine Video-
und/oder Klangaufzeichnung bei einer Aufzeichnungsvorrichtung gestartet wird.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
leuchtet der Druckknopf 23 auf, wenn er durch einen Benutzer
berührt
wird. Bei einer Form der vorliegenden Erfindung leuchtet der Druckknopf 23 ferner
auf, um einen bestimmten Typ von Benachrichtigung an einen Benutzer
zu liefern, wie z. B. eine Benachrichtigung, daß der Benutzer eine E-Mail-Nachricht
oder eine Voice-Mail-Nachricht
erhalten hat, eine Benachrichtigung über einen eingehenden Anruf
oder eine andere Benachrichtigung.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfaßt
die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 den Indikatorring 21,
der den Druckknopf 23 umgibt, und der ferner aufleuchtet,
um einen bestimmten Typ von Benachrichtigung an einen Benutzer zu
liefern. Die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 kann aufgebaut
sein, um eine Vielzahl unterschiedlicher Benachrichtigungen mit
dem Druckknopf 23 und dem Indikatorring 21 zu
liefern, durch Verursachen, daß ein
Druckknopf 23 und/oder ein Indikatorring 21 zusammen
oder getrennt aufblinken, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
blinken oder unterschiedliche Farben von sichtbarem Licht emittieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel
entspricht jeder Typ einer visuellen Indikation, die durch einen
Druckknopf 23 und einen Indikatorring 21 geliefert
werden, einem bestimmten Typ von Benachrichtigung. Der Indikatorring 21 könnte z. B.
zweimal in schneller Folge blinken, eine kurze Zeitspanne lang pausieren
und dann zweimal in schneller Folge aufblinken, usw., um anzuzeigen, daß der Benutzer
zwei Voice-Mail-Nachrichten hat. Der Druckknopf 23 könnte auf ähnliche
Weise blinken, um die Anzahl empfangener E-Mail-Nachrichten anzuzeigen.
-
2A ist
eine auseinandergezogene Ansicht, die die Hauptkomponenten eines
Ausführungsbeispiels
einer Bewegungserfassungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 umfaßt einen äußeren, mechanischen
Rahmen 23, eine Linsenanordnung 40, einen inneren,
mechanischen Rahmen 50 und eine Schaltungsanordnung 70.
Der äußere, mechanische
Rahmen 23 wirkt als ein Druckknopf, wie nachfolgend ferner
detailliert beschrieben wird, und wird ebenfalls als Druckknopf 23 bezeichnet.
Der äußere, mechanische
Rahmen 23 umfaßt
einen zylindrischen Rahmen 32 und Finger 36A und 36B.
Die Finger 36A und 36B sind an einer äußeren Oberfläche des
zylindrischen Rahmens 32 angebracht und erstrecken sich
im allgemeinen abwärts.
Eine obere Oberfläche
des zylindrischen Rahmens 32 ist im allgemeinen konkav
in ihrer Form und ist durch eine obere Abdeckung 38 abgedeckt,
wie in 2B besser ersichtlich ist. Ein
Loch 34 ist in dem zy lindrischen Rahmen 32 in
der Nähe
des Zentrums des Rahmens gebildet.
-
Eine
Linsenanordnung 40 umfaßt einen oberen Abschnitt 42,
einen unteren Abschnitt 44 und einen mittleren Abschnitt 46.
Der obere Abschnitt 42 der Linsenanordnung 40 ist
in seiner Form im allgemeinen kreisförmig und paßt in das Loch 34 des
zylindrischen Rahmens 32, wenn dieselben angeordnet sind.
Der mittlere Abschnitt 46 der Linsenanordnung 40 ist
im wesentlichen hohl und ist im Hinblick auf den unteren Abschnitt 44 gewinkelt,
wie aus 2B besser ersichtlich ist. Der
untere Abschnitt 44 der Linsenanordnung 40 ist
in seiner Form im allgemeinen zylindrisch.
-
Ein
innerer, mechanischer Rahmen 50 umfaßt eine Öffnung 52, Säulen 54,
eine Aussparung 56 und eine Linse 58. Die Aussparung 56 ist
an einer oberen Oberfläche
des inneren, mechanischen Rahmens 50 gebildet und ist teilweise
entsprechend einer äußeren Oberfläche des
zylindrischen Rahmens 32 geformt. Die Öffnung 52 ist in der
Nähe des
Zentrums einer oberen Oberfläche
des inneren, mechanischen Rahmens 50 gebildet und ist entsprechend einer äußeren Oberfläche der
Linsenanordnung 40 geformt. Wenn sie angeordnet ist, ist
die Linsenanordnung 40 innerhalb einer Öffnung 52 positioniert und
der äußere, mechanische
Rahmen 23 ist über der
Aussparung 56 positioniert, wie in 2B gezeigt
ist. Die Linse 58 ist innerhalb der Öffnung 52 des inneren,
mechanischen Rahmens 50 positioniert. Vier Säulen 54 sind
an einer unteren Oberfläche
des inneren, mechanischen Rahmens 50 angebracht und werden
verwendet, um den inneren, mechanischen Rahmen 50 an die
Schaltungsanordnung 70 anzubringen.
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Die
Schaltungsanordnung 70 umfaßt eine lichtemittierende Diode
(LED) 72, einen Bewegungssensor 76, eine gedruckte
Schaltungsplatine (PCB; PCB = printed circuit board) 80,
und Hilfsschaltkreise 82. Die LED 72, der Bewegungssensor 76 und
die Hilfsschaltkreise 83 sind an der PCB 80 angebracht. Das
Loch 74 ist in der Nähe
des Zentrums der PCB 80 gebildet und ist im wesentlichen
in seiner Form zylindrisch, um einer äußeren Oberfläche des
unteren Abschnitts 44 der Linsenanordnung 40 zu
entsprechen. Aussparungen 78 sind in der Nähe der Ecken der
PCB 80 gebildet, und sind im allgemeinen in ihrer Form
zylindrisch, um einer äußeren Oberfläche der Säulen 54 des
inneren, mechanischen Rahmens 50 zu entsprechen. Wenn sie
angeordnet sind, sind die Säulen 54 des
inneren, mechanischen Rahmens 50 innerhalb der Aussparungen 78 der
Schaltungsanordnung 70 positioniert, und ein unterer Abschnitt 44 der
Linsenanordnung 40 ist innerhalb des Lochs 74 positioniert,
wie in 2B gezeigt ist.
-
Ein
Indikatorring 21 (gezeigt in 1) ist in den 2A und 2B nicht
gezeigt, aber bei einem Ausführungsbeispiel,
ist um den äußeren Umfang
des zylindrischen Rahmens 32 positioniert und ist elektrisch
mit der Schaltungsanordnung 70 gekoppelt.
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2B ist
eine Querschnittsansicht, entnommen entlang der Abschnittslinien
2B-2B in 2A, die die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 zeigt,
die in 2A nach dem Anordnen gezeigt ist.
Wie in 2B gezeigt ist, wird der Druckknopf 23 um
180 Grad um dessen zylindrische Achse gedreht, von der Position,
die in 2A gezeigt ist. Die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 verfolgt
die Bewegung einer Arbeitsoberfläche
oder einer Bilderzeugungsoberfläche,
wie z. B. eines menschlichen Fingers 22, der gegen die
obere Abdeckung 38 des Druckknopfs 23 gedrückt wird.
-
Die
LED 72 emittiert Licht, das durch die Linsenanordnung 40 angesammelt
und fokussiert wird, um den oberen Abschnitt 42 der Linsenanordnung 40 und
der oberen Abdeckung 38 zu beleuchten. Die obere Abdeckung 38 kann
eine Glas- oder eine andere verschleißbeständige Schicht sein, die auf
das Obere des Druckknopfs 23 aufgebracht ist. Wenn die Spitze
des Fingers 22 gegen die Oberfläche 38 gedrückt wird,
sind die Hautrillen und jegliche andere Mikrogewebeeigenschaften in
der Ebene der Oberfläche 38 sichtbar,
so als ob sie ein Teil der Oberfläche 38 wären. Die
Linse 58 fokussiert Licht von diesen Merkmalen auf ein
Array von Photodetektoren 77, das Teil des Bewegungssensors 76 ist.
Der Bewegungssensor 76 nimmt automatisch jegliches geeignete
Bild auf und verfolgt dasselbe. Beim Verfolgen eines Bildes erzeugt
der Bewegungssensor 76 inkrementelle (X, Y) Signale.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
emittiert die LED 72 zusätzlich zum Beleuchten einer
Bilderzeugungs- oder Arbeits-Oberfläche, wie
z. B. des Fingers 22, zu Zwecken der Bewegungserfassung
ferner sichtbares Licht durch die Oberfläche 38, um einen Anzeige-
oder Benachrichtigungs-Typ an den Benutzer zu liefern. Bei alternativen
Ausführungsbeispielen
werden eine zusätzliche
LED oder mehrere LEDs, einschließlich unterschiedlich gefärbter LEDs, verwendet,
um sichtbares Licht durch die Oberfläche 38 zu emittieren,
um Anzeigen oder Benachrichtigungen zu liefern.
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Das
Heben der Fingerspitze weg von der Oberfläche 38 um sogar nur
wenige Tausendstel von Zentimetern refokussiert das Bild und erzeugt
einen Verfolgungsverlust. Dieser Zustand wird innerhalb des Bewegungsdetektors 76 erfaßt, und
bei einem Ausführungsbeispiel
endet die Produktion der inkrementellen (X, Y) Signale. Dies hat
die Auswirkung, daß die
Markierungsleiste 16 an jeglicher Position unverändert bleibt,
die dieselbe momentan einnimmt, und ist genau die gleiche, wie wenn
ein Benutzer einer Maus seine Hand von der Maus nimmt. Wenn die Fingerspitze
nachfolgend wieder auf die Oberfläche 38 plaziert wird,
erkennt der Bewegungsdetektor 76, daß ein Bild erhalten wurde,
und behandelt bei einem Ausführungsbeispiel
diese Erwerbung, obwohl eine Rücksetzung
durchgeführt
wurde. Das heißt,
bis eine neue Bewegung nach der neuen Erwerbung durchgeführt wurde,
bleiben die inkrementellen Koordinaten (X, Y) bei dem Wert (0, 0).
Dies läßt die existierende
Position der Markierungsleiste 16 unverändert, bis dieselbe absichtlich
durch die Bewegung der Fingerspitze bewegt wird, und dieselbe genau
der Plazierung der Hand eines Mausbenutzers zurück auf die Maus entspricht,
ohne dieselbe zu bewegen.
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Der
Bewegungssensor 76 verwendet genau oder im wesentlichen
dieselbe Technik wie die Bilderzeugungs- und Navigations-Anordnung, die in
den durch Bezugnahme aufgenommenen Patenten beschrieben ist. Bei
den bestimmten Betriebseinstellungen, die hierin beschrieben sind,
war es erwünscht, daß eine bestimmte
Vergrößerung des
Bildes vorliegt, bevor dasselbe den Sensor erreichte, aufgrund der
geringen Größe der Mikromerkmale,
die abgebildet und nachverfolgt werden (z. B. Papierfasern). Hier
sind die Merkmale auf der Fingerspitze im wesentlichen ziemlich
groß im
Vergleich, so daß eine Vergrößerung bei
einem Ausführungsbeispiel
nicht verwendet wird. Obwohl eine Form eines Bilderzeugungs- und
Navigations-Mechanismus in den durch Bezugnahme aufgenommenen Patenten
beschrieben ist, wird nachfolgend eine kurze Übersicht der Techniken geliefert.
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Die
LED 72, die bei einem Ausführungsbeispiel eine IR-LED
ist, emittiert Licht, das durch die Linsenanordnung 40 auf
eine Region 38 projiziert wird, die Teil einer Arbeitsoberfläche ist,
die für
eine Navigation abgebildet werden soll. Bei einer Form der vorliegenden
Erfindung ist der Bewegungssensor 76 eine integrierte Schaltung
(IC; IC = integrated circuit) mit einem Array von Photodetektoren 77,
einem Speicher und arithmetischen Schaltungen, die angeordnet sind,
um eine Bildkorrelation und Verfolgungsfunktionen zu implementieren,
die hierin und in den durch Bezugnahme aufgenommenen Patenten beschrieben
sind. Ein Bild der Beleuchtungsregion, wie z. B. ein Bild der Fingerspitze
des Fingers 22, wird durch ein optisches Fenster auf ein
Paket der integrierten Schaltung 76 und auf das Array von
Photodetektoren 77 projiziert. Die Linse 58 unterstützt die Projektion
des Bildes auf die Photodetektoren.
-
Eine
bevorzugte, optische Navigationstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung
erfaßt
optisch eine Bewegung durch di rektes Abbilden der verschiedenen,
bestimmten, optischen Merkmale als ein Array von Pixeln, die auf
der Oberfläche 38 sichtbar sind,
so wie man davon ausgeht, daß es
der menschliche Gesichtssinn tut. IR-Licht, das von einer texturierten
Arbeitsoberfläche
reflektiert wird, die gegen die Oberfläche 38 gepreßt ist,
wird auf ein geeignetes Array (z. B. 16 × 16 oder 24 × 24) von
Photodetektoren 77 fokussiert. Die Antworten der individuellen Photodetektoren
werden auf eine geeignete Auflösung
(z. B. 6 oder 8 Bit) digitalisiert und als ein Rahmen in entsprechende
Positionen innerhalb eines Speicherarrays gespeichert. Bei einem
Ausführungsbeispiel
entspricht jedes Pixel in einem Rahmen einem der Photodetektoren.
-
Die
Gesamtgröße des Arrays
von Photodetektoren 77 ist vorzugsweise groß genug,
um ein Bild aufzunehmen, das verschiedene Merkmale aufweist (z.
B. Rillen in den Hautwindungen). Auf diese Weise erzeugen Bilder
von solchen räumlichen
Merkmalen übertragene
Muster von Pixelinformationen, während sich
die Fingerspitze bewegt. Die Anzahl von Photodetektoren in dem Array
und die Rahmengeschwindigkeit, mit der ihre Inhalte digitalisiert
und erfaßt
werden, arbeiten zusammen, um zu beeinflussen, wie schnell die Fingerspitze über die
Oberfläche 38 bewegt
und trotzdem verfolgt werden kann. Das Verfolgen wird durch Vergleichen
eines neu erfaßten
Musterrahmens mit einem vorangehend erfaßten Referenzrahmen erreicht,
um die Richtung und den Betrag der Bewegung sicherzustellen.
-
Bei
einem Ausführungsbeispiel
wird der gesamte Inhalt von einem der Rahmen um die Distanz von
einem Pixel sukzessive in jeder der acht Richtungen verschoben,
die durch eine Ein-Pixel-Versatz-Versuchsverschiebung ermöglicht wird
(eins rüber,
eins rüber
und eins nach unten, eins nach unten, eins nach oben, eins nach
oben, eins rüber,
eins rüber
in die andere Richtung etc.). Dies summiert sich zu acht Versuchen.
Da keine Bewegung stattgefunden haben könnte, wird ferner eine neunte
Versuchs-„Nullverschiebung" verwen det. Nach
jeder Versuchsverschiebung werden die Abschnitte der Rahmen, die
sich überschneiden,
auf einer Pixel-für-Pixel-Basis abgezogen,
und die resultierenden Differenzen werden vorzugsweise hoch zwei
genommen und dann summiert, um einen Maßstab von Ähnlichkeit (Korrelation) innerhalb
dieser Überlappungsregion
zu bilden. Es sind natürlich
größere Versuchsverschiebungen
möglich
(z. B. zwei rüber
und eins runter), aber an einem bestimmten Punkt ruiniert die zugehörige Komplexität den Vorteil,
und es wird bevorzugt, einfach eine ausreichend hohe Rahmengeschwindigkeit
mit kleinen Versuchsverschiebungen aufzuweisen. Die Versuchsverschiebung
mit der geringsten Differenz (größte Korrelation)
kann als eine Anzeige der Bewegung zwischen den zwei Rahmen genommen
werden. Das heißt,
sie liefert unbearbeitete Bewegungsinformationen, die skaliert und/oder
akkumuliert werden können,
um eine Markierungsleisten-Bewegungsinformation
(ΔX und ΔY) einer
geeigneten Körnung
und bei einer geeigneten Geschwindigkeit des Informationsaustauschs
zu liefern.
-
Der
Sensor 76 erfaßt
automatisch, wann die Fingerspitze von der Oberfläche 38 entfernt
wurde, durch Erfassen, daß alle
oder ein Großteil
der Pixel in dem Bild „dunkel
wurden". Das Verfahren
ist eigentlich etwas komplizierter als das, wie nachfolgend beschrieben
wird.
-
Wenn
die Fingerspitze von der Oberfläche 38 entfernt
wird, erreicht das IR-Licht von der beleuchtenden LED 72 die
Photodetektoren nicht mehr in derselben Menge wie vorher, falls überhaupt;
die reflektierende Oberfläche
ist zu weit weg oder ist einfach nicht in Sicht. Wenn die Fingerspitze
jedoch entfernt wird, und die Oberfläche 38 folglich einer
intensiv beleuchteten Umgebung ausgesetzt wird, können sich
die Ausgangssignale der Photodetektoren auf jeglichem Pegel befinden.
Der Schlüssel
ist, daß die Ausgangssignale
der Photodetektoren einheitlich sind, oder zumindest fast. Der Hauptgrund
dafür,
daß die
Ausgangssignale einheitlich werden, ist, daß kein fokussiertes Bild mehr
vorhanden ist.
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Alle
Bildmerkmale sind unklar und sie sind jeweils über die gesamte Sammlung von
Photodetektoren verteilt. Daher kommen die Photodetektoren einheitlich
auf einen Durchschnittspegel. Dies steht in deutlichem Kontrast
zu dem Fall, bei dem ein fokussiertes Bild vorliegt. In dem fokussierten
Fall weisen die Korrelationen zwischen Rahmen (wie vorangehend mit
eins rüber,
eins rüber
und eins nach unten, etc.) ein deutliches Phänomen auf.
-
Im
Betrieb sollten die Bilder mit einer Geschwindigkeit erlangt werden,
die ausreichend ist, daß sich
nachfolgende Bilder in der Distanz um nicht mehr als vielleicht
ein Viertel der Breite des Arrays unterscheiden oder vier Pixel
für ein
16x16-Array von Photosensoren. Experimente zeigen, daß eine Fingergeschwindigkeit
von 50 mm/sec nicht übermäßig ist.
Mit einer 1:1-Bilderzeugung entspricht dies einer Geschwindigkeit
an dem Array von 800 Pixel pro Sekunde. Um einer Anforderung zu
entsprechen, sich nicht mehr als vier Pixel pro Zyklus zu bewegen,
wird eine Meßrate
von 200 Mustern pro Sekunde gebraucht. Diese Rate ist ziemlich praktisch
und kann wünschenswert
sein, um mit einem Vielfachen dieser Rate zu arbeiten.
-
Wie
in 2B gezeigt ist, ist der Druckknopf 23 über der
Aussparung 56 des inneren, mechanischen Rahmens 50 positioniert,
und der Finger 36A des Druckknopfs 23 erstreckt
sich durch die PCB 80. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die PCB 80 an eine
gedruckte Hauptschaltungsplatine (nicht gezeigt) der tragbaren,
elektronischen Vorrichtung 10 angebracht und der Finger 36A ist über einem
Knopf oder einer Erhebung auf der gedruckten Hauptschaltungsplatine
positioniert. Die Aussparung 56 ermöglicht es einem Druckknopf 23,
sich zu biegen, wenn derselbe durch einen Benutzer gedrückt wird,
was verursacht, daß sich
der Finger 36A des Druckknopfs 23 nach unten durch
die PCB 80 bewegt und einen Knopf auf der gedruckten Hauptschaltungsplatine
aktiviert.
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3 ist
ein elektrisches Blockdiagramm, das die Hauptkomponenten einer tragbaren,
elektronischen Vorrichtung 10 zeigt, wie z. B. eines Mobiltelefons.
Die tragbare, elektronische Vorrichtung 10 umfaßt eine
Antenne 196, eine Kommunikationsschaltungsanordnung 198,
eine Bewegungserfassungsvorrichtung 20, eine Anzeige 14,
eine Eingabe-/Ausgabe-
(I/O-) Schnittstelle 200, eine I/O-Schnittstelle 202,
ein Tastenfeld 24, einen Prozessor 204 und einen
Speicher 206. Die Bewegungserfassungsvorrichtung 20,
die Anzeige 14 und das Tastenfeld 24 sind jeweils
mit der I/O-Schnittstelle 202 gekoppelt.
Die I/O-Schnittstelle 202 ist ferner mit dem Prozessor 204 gekoppelt.
Der Prozessor 204 kommuniziert mit der Bewegungserfassungsvorrichtung 20,
der Anzeige 14 und dem Tastenfeld 24 über die
I/O-Schnittstelle 202. Der Prozessor 204 ist ferner mit
dem Speicher 206 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Treiber 208 in dem Speicher 206 gespeichert.
Der Prozessor 204 verwendet den Treiber 208, um
die Markierungsleiste 16 auf der Anzeige 14 basierend
auf Bewegungsdaten zu steuern, die von dem Bewegungssensor 76 innerhalb
der Bewegungserfassungsvorrichtung 20 empfangen werden.
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Kommunikationen
werden durch die Vorrichtung 10 über die Antenne 196 gesendet
und empfangen. Die Antenne 196 ist mit der Kommunikationsschaltungsanordnung 198 gekoppelt.
Die Kommunikationsschaltungsanordnung 198 umfaßt Standardkommunikationskomponenten,
die Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, wie z. B. Verstärker, Analog/Digital-Wandler,
Digital/Analog-Wandler, Modulatoren und Demodulatoren. Der Prozessor 204 ist
mit der Kommunikationsschnittstelle 198 über die I/O-Schnittstelle 200 gekoppelt.
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Bei
einer Form der vorliegenden Erfindung empfängt der Prozessor 204 inkrementelle
(X, Y) Signale von dem Bewegungssensor 76 innerhalb der Bewegungserfassungsvorrichtung 20,
die die relative Bewegung zwischen der Bewegungserfassungsvorrichtung 20 und
einer Arbeitsoberfläche
anzeigen. Der Prozessor 204 empfängt ferner Auswahlsignale von
der Bewe gungserfassungsvorrichtung 20, die anzeigen, daß ein Benutzer
einen Druckknopf 23 gedrückt hat. Unter Verwendung des
Treibers 208 verarbeitet der Prozessor 204 die
empfangenen, inkrementellen (X, Y) Signale und die Auswahlsignale
und unternimmt eine entsprechende Aktion. Wenn der Finger 22 z.
B. nach oben gegen die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 bewegt
wird, empfängt
der Prozessor 204 inkrementelle (X, Y) Signale von dem Bewegungssensor 76,
die diese Aufwärtsbewegung anzeigen.
Ansprechend darauf verursacht der Prozessor 204, daß sich die
Markierungsleiste 16 auf der Anzeige 14 nach oben
durch die Menüartikel 18A-18C bewegt.
Wenn der Stift 22 nach unten gegen die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 bewegt wird,
empfängt
der Prozessor 204 inkrementelle (X, Y) Signale von dem
Bewegungssensor 76, die diese Abwärtsbewegung anzeigen. Ansprechend
darauf verursacht der Prozessor 204, daß sich die Markierungsleiste 16 auf
der Anzeige 14 nach unten durch die Menüartikel 18A-18C bewegt.
Wenn die empfangenen Auswahlsignale von der Bewegungserfassungsvorrichtung 20 anzeigen,
daß ein
Benutzer einen Druckknopf 23 gedrückt hat, verursacht der Prozessor 204,
daß die
Kommunikationsschaltungsanordnung 198 die Telefonnummer
wählt,
die dem momentan hervorgehobenen Menüartikel zugeordnet ist. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die Geschwindigkeit der Bewegung der Markierungsleiste 16 oder eines
anderen Bildschirmzeigers durch einen Benutzer programmierbar.
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Der
Prozessor 204 überträgt ferner
Indikatorlichtsteuersignale zu der Bewegungserfassungsvorrichtung 20 über die
I/O-Schnittstelle 202. Die Indikatorlichtsteuersignale
steuern die Beleuchtung des Indikatorrings 21 und des Druckknopfs 23,
um verschiedene Benachrichtigungen an den Benutzer zu liefern.
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Bei
einer Form der vorliegenden Erfindung kann ein Benutzer freie Handzeichnungen
in die tragbare, elektronische Vorrichtung 10 eingeben,
durch Bewegen des Fingers 22 gegen die Bewegungserfassungsvorrichtung 20.
Eingegebene Zeich nungen können
verwendet werden, um Faksimiledokumente zu kommentieren oder zu
erzeugen, oder können
Benutzerunterschriften darstellen, die verwendet werden können, um
elektronische Transaktionen zu verifizieren. Zusätzlich dazu kann eine Zeichenerkennungssoftware
verwendet werden, um alphanumerische Zeichensymbole zu erkennen,
die durch einen Benutzer durch Bewegen des Fingers 22 gegen
die Bewegungserfassungsvorrichtung 20 eingegeben werden.
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Fachleute
auf dem Gebiet werden erkennen, daß Funktionen, die durch die
tragbare, elektronische Vorrichtung 10 durchgeführt werden,
in Hardware, Software, Firmware oder jeglicher Kombination aus denselben
implementiert werden können.
Die Implementierung kann über
einen Mikroprozessor, eine programmierbare Logikvorrichtung oder
eine Ablaufsteuereinheit erfolgen. Komponenten der vorliegenden
Erfindung können
in der Software oder auf einem oder mehreren computerlesbaren Medien
vorliegen. Der Ausdruck computerlesbares Medium, wie er hierin verwendet
ist, ist definiert, um jegliche Art von Speicher, flüchtig oder
nichtflüchtig,
wie z. B. Disketten, Festplatten, CD-ROM, Flash-Speicher, Nur-Lese-Speicher (ROM;
ROM = read-only memory) und Direktzugriffsspeicher zu umfassen.