устройство управления курсором

Формула изобретения

1. Устройство управления курсором (140) на экране или дисплее компьютера (130), отличающееся тем, что содержит ручной блок (10), содержащий два датчика (20, 30), размещаемые вдоль двух пальцев пользователя компьютера и способные входить в контакт друг с другом в точке пересечения, которая управляет положением курсора на экране, причем датчики связаны с процессором (120), предназначенным для определения точки пересечения между датчиками, когда они расположены рядом друг с другом, и для управления положением курсора в двух взаимно перпендикулярных направлениях в зависимости от указанной точки пересечения.

2. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что процессор (120) содержит средства измерения сопротивления датчиков с целью определения координат точки их пересечения.

3. Устройство управления по п.1 или 2, отличающееся тем, что ручной блок (10) способен осуществлять функцию выбора при помощи одного из пальцев, вдоль которого размещен датчик, путем быстрого двукратного поднятия и нажатия этим пальцем на другой палец, вдоль которого размещен датчик.

4. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что ручной блок (10) способен осуществлять функцию выбора с помощью одного пальца посредством быстрого двукратного нажатия одним пальцем, вдоль которого установлен датчик, на второй палец, вдоль которого не размещено никакого датчика.

5. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что датчики выполнены из двух полос (90, 100), одна из которых имеет относительно более высокое сопротивление, чем другая, а между этими полосами имеется электрически изолирующий слой (110), выполненный из гибкого материала.

6. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что датчики выполнены из двух полос (90, 100), выполненных на внутренней части заполненной газом трубки, причем эта трубка по меньшей мере частично изготовлена из гибкого материала.

7. Устройство управления по п.5 или 6, отличающееся тем, что сопротивление по меньшей мере одной из этих двух полос позволяет определить координаты.

8. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что ручной блок (10) способен управлять положением курсора на экране в третьем направлении, перпендикуляром к двум первым направлениям, с помощью датчика, установленного вдоль пальца и прижимаемого к другому пальцу, вдоль которого не имеется никакого датчика.

9. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что датчики выполнены из проводов с однородным удельным сопротивлением.

10. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что датчики снабжены фиксирующими средствами для прикрепления к пальцам пользователя.

11. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что датчики прикреплены вдоль большого пальца и другого пальца перчатки.

12. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что процессор (120) выполнен в виде браслета, предназначенного для размещения на запястье пользователя.

13. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что программное обеспечение компьютера позволяет управлять перемещением курсора (140) с постоянной скоростью в определенном направлении на экране, когда точка пересечения (80) датчиков расположена в любой из концевых точек (40, 50, 60, 70) датчиков.

14. Устройство управления по п.1, отличающееся тем, что параметры указанного устройства регулируются с использованием компьютера.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к устройству управления курсором на дисплее компьютера.

Указательное устройство для перемещения курсора на дисплее компьютера обычно состоит из мыши с шариком, который приводится во вращение в процессе перемещения мыши по плоской поверхности. Относительное перемещение мыши в различных направлениях и соответствующее вращательное перемещение шарика приводят к соответствующему изменению координат курсора на экране. Значительное перемещение на экране в определенном направлении можно осуществить на малой поверхности путем периодического приподнимания мыши в процессе перемещения и возвращения ее в предыдущее положение.

Один из альтернативных вариантов по сравнению с обычной мышью представляет собой устройство с управляющим шариком, который, находясь в фиксированном месте, может вращаться относительно произвольной оси. Шарик находится в специальном кармане, в котором имеются датчики, преобразующие перемещения шарика в соответствующие относительные изменения координат курсора. Одним из преимуществ данного варианта является то, что значительного перемещения в одном направлении легко достигнуть путем непрерывного вращения шарика относительно одной и той же оси.

В другом случае указательное устройство может содержать сенсорную панель, с помощью которой можно изменять координаты курсора путем перемещения пальца по сенсорной панели в различных направлениях, причем палец слегка прижимается к этой панели. Значительное перемещение в одном направлении можно осуществить аналогично тому, как это делается с использованием мыши, то есть приподнимая палец в процессе перемещения и возвращая его в предыдущее положение.

Для выполнения щелчков в вышеупомянутых случаях обычно используются две клавиши: одна - для щелчка левой клавишей и для двойного щелчка, а другая - для "щелчка правой клавишей". В последнем случае, когда указательное устройство содержит сенсорную панель, щелчок левой клавишей и двойной щелчок можно альтернативно осуществить одним или двумя легкими ударами пальца по панели.

В приведенном выше примере обычно предполагается, что пользователь работает за обычным столом или письменным столом, на котором размещены по меньшей мере указательное устройство, клавиатура и, возможно, экран. В частности, для указательного устройства необходимо, чтобы для перемещения мыши имелась по существу плоская поверхность с определенной площадью. В других случаях условия могут отличаться, например может отсутствовать стол или его аналог. Следовательно, существует потребность в указательном устройстве другого типа, которым пользователь может манипулировать непосредственно без необходимости наличия опорной поверхности. Один из примеров такого устройства описан в патенте Японии 10301706А. Это указательное устройство содержит небольшой короткий стержень, предназначенный для перемещения курсора на экране. Стержень установлен на цилиндрическом корпусе, который можно надеть на один из указательных пальцев. Кроме того, указательное устройство содержит выключатели для выполнения щелчков, соответствующих нажатию левой и правой клавиш мыши, и радиопередатчик для передачи соответствующих сигналов в главный компьютер. В другом примере, описанном в патенте Японии 11015597А, используется указательное устройство с неподвижной частью и подвижным шариком, который управляется кончиком пальца. Неподвижная часть содержит держатель для шарика и обеспечивает выполнение щелчка. В неподвижной части также имеется нить, которая взаимодействует с пальцем.

Недостатком вышеописанных устройств является то, что устройства для управления координатами курсора на экране, то есть короткий стержень в первом случае и шарик во втором случае, имеют малые размеры, что затрудняет манипуляцию ими по сравнению с указательными устройствами, описанными выше. Это же справедливо для устройств, управляющих функциями щелчка. Для точной регулировки координат курсора и активации функции щелчка требуется высокая точность перемещения пальца и требуется больше времени, особенно для человека с ограничениями моторно-двигательного аппарата.

При использовании указательного устройства для управления курсором на экране компьютера или на дисплее имеется опасность получения травм, связанных, например, с мышечным напряжением. Использование обыкновенной компьютерной мыши для стационарного компьютера может вызвать боль, например в правой или левой руке и в соответствующем плече и запястье.

Таким образом, имеется потребность в усовершенствованном указательном устройстве для управления курсором для больших стационарных компьютерных экранов, мобильных компьютеров (лэптоп), небольших портативных компьютеров и так называемых экранных очков, причем данное устройство снижает риск получения травм, не требует использования плоской поверхности или специальной сенсорной панели на компьютере, но при этом является легким в управлении, имеет эффективную функцию щелчка и является удобным для использования людьми с ограниченными возможностями мелкой моторики.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание такого нового и усовершенствованного устройства для управления курсором на экране или дисплее компьютера, которое не требует использования какой-либо плоской поверхности, снижает риск нанесения травм пользователю, является легким в управлении, включает эффективные функции щелчка и может использоваться человеком при ходьбе или при каком-либо другом перемещении. Термин "компьютер" означает блок, включающий центральный процессор, соединенный с экраном или дисплеем.

Эти и другие задачи решаются в управляющем устройстве в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. Устройство управления курсором на экране или дисплее компьютера содержит ручной блок с двумя датчиками, предназначенными для манипуляции ими с помощью двух пальцев пользователя. Когда пользователь перемещает свои пальцы друг относительно друга, датчики входят в контакт друг с другом в точке пересечения, а положение точки пересечения управляет положением курсора на экране компьютера. Датчики соединены с процессором для определения точки их пересечения, когда они расположены рядом друг с другом, и для управления положением курсора в двух взаимно перпендикулярных направлениях по отношению к точке пересечения.

Поскольку пользователь компьютера может управлять устройством управления с помощью большого и указательного пальцев, которые обеспечивают высокоточный захват, не требующий способностей к выполнению мелких движений пальцами, обеспечивается эффективное управление курсором. Так как рука довольно хорошо приспособлена к такого рода захватам во многих других ситуациях, риск получения травмы ничтожно мал. Кроме того, отсутствует необходимость в плоской поверхности, а ручной блок может использоваться даже при перемещении пользователя компьютера, например при ходьбе.

Процессор может содержать устройства для измерения сопротивления датчиков и для определения на основе этих измерений координат точек пересечения.

Для реализации функции выбора, соответствующей щелчку по левой клавише, двойному щелчку или щелчку по правой клавише на обычной компьютерной мыши, один из пальцев, вдоль которого расположен датчик, можно быстро поднять дважды и нажать на другой палец, вдоль которого расположен второй датчик.

Путем нажатия большим пальцем на указательный палец слева и справа соответственно можно имитировать выполнение щелчка левой клавишей и щелчка правой клавишей.

Функция выбора может также быть реализована путем быстрого двукратного нажатия датчиком, расположенным вдоль пальца, на другой палец, вдоль которого нет датчика.

Датчики могут быть выполнены из двух полос, одна из которых имеет относительно более высокое сопротивление, чем другая полоса, которая является хорошим проводником с низким сопротивлением. Сопротивление по меньшей мере одной полосы выбрано так, чтобы можно было осуществить определение координат. Между полосами расположен электрически изолирующий слой из гибкого материала. Чтобы сжать полосы вместе через электрически изолирующий слой и ввести их в электрический контакт друг с другом, необходимо лишь очень небольшое усилие. Можно также нанести полосы на внутреннюю часть трубки, которая по меньшей мере частично выполнена из гибкого материала. Гибкая часть трубки упруго восстанавливается при снятии давления, таким образом прерывая электрический контакт между полосами.

Трубка может быть герметично закрыта и заполнена воздухом или любым другим газом. Ручной блок, сформированный из таких датчиков, может также быть приспособлен для управления положением курсора в третьем направлении, которое перпендикулярно двум первым направлениям, за счет того, что пальцем, вдоль которого расположен датчик, нажимают на палец, вдоль которого не имеется датчиков.

Согласно другому возможному варианту выполнения настоящего изобретения датчик содержит провода с однородным удельным сопротивлением, так называемые реостатные провода, которые приводятся в электрический контакт друг с другом в точке их пересечения.

Датчики могут быть размещены вдоль большого пальца и другого, предпочтительно указательного, пальца при помощи перчатки или прикреплены к пальцам с помощью фиксирующих средств, например, посредством колец, зажимов, напальчников или клея.

Процессор может быть вмонтирован в браслет, надеваемый на запястье пользователя.

Курсором управляет программное обеспечение компьютера, а постоянное перемещение в определенном направлении может быть достигнуто при локализации точки пересечения датчиков на одной из концевых точек датчиков, соответствующих концам координатных осей.

Параметры устройства управления, например чувствительность курсора при его перемещении по экрану в зависимости от величины перемещения точки пересечения датчиков, можно регулировать в компьютере.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже настоящее изобретение описано более подробно со ссылками на фиг.1-4, причем:

на фиг.1 показан большой палец пользователя компьютера и указательный палец, вдоль которых расположены датчики,

на фиг.2 показан предпочтительный вариант выполнения датчика,

на фиг.3 схематично показан ручной блок, включающий датчики, связанные с процессором, который, в свою очередь, соединен с компьютером, и

на фиг.4а и 4b показано сечение датчика, выполненного в виде прямоугольной трубки, причем на фиг.4а трубка показана при отсутствии на нее воздействия, а на фиг.4b показана трубка в деформированном состоянии.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемое устройство для управления курсором содержит ручной блок с двумя датчиками, которые в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения выполнены в виде двух нитей, размещаемых вдоль двух пальцев пользователя компьютера, которые предпочтительно представляют собой большой палец и указательный палец одной руки.

Таким образом, нити отслеживают перемещения большого пальца и указательного пальца, причем эти нити соответствуют двум ортогональным осям, которые определяют положение курсора на экране компьютера или дисплее. Вместо использования этих пальцев нити можно расположить вдоль большого пальца и другого пальца на той же руке, или на произвольном пальце одной руки и произвольном пальце другой руки.

При расположении нитей рядом друг с другом точка их пересечения управляет положением курсора на экране компьютера, и когда точка пересечения нитей меняется за счет перемещения большого пальца и указательного пальца, курсор также перемещается по экрану. Таким образом, положением курсора на экране управляют путем перемещения большого пальца и указательного пальца, когда эти пальцы расположены рядом друг с другом, так что нити также расположены рядом друг с другом. Когда нити расположены не рядом друг с другом, курсор на экране неподвижен.

Выбор, то есть функция активации, которая может соответствовать щелчку левой клавишей, двойному щелчку или щелчку правой клавишей в обычной компьютерной мыши, может быть выполнен пользователем путем быстрого поднятия одного пальца и нажатия им на другой палец. Щелчок левой клавишей и правой клавишей соответственно может быть выполнен пользователем путем нажатия большим пальцем на левую и правую стороны указательного пальца соответственно.

Функцию выбора можно также осуществить путем двукратного нажатия датчиком, который расположен вдоль большого пальца, на третий палец, на котором нет никакого датчика.

Различные функции выбора могут также быть реализованы другими способами, управляемыми с помощью программного обеспечения компьютера. Чувствительность перемещения курсора при соответствующем перемещении пальцев друг относительно друга может регулироваться с помощью того же программного обеспечения.

Предпочтительно пользователь легко настраивает при помощи компьютера некоторые параметры устройства управления, например чувствительность перемещений курсора и скорость двойного щелчка.

Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения процессор соединен с конечными точками датчиков и содержит устройства для измерения значений сопротивления, например источник напряжения и амперметр. Такой процессор может быть выполнен в виде браслета, приспособленного для крепления вокруг запястья пользователя. Измерительные приборы непрерывно измеряют сопротивление между заданными конечными точками датчиков путем подачи на них напряжения и измерения тока. Процессор регистрирует изменения измеряемого сопротивления, преобразовывает их в изменение координат точки пересечения датчиков и выдает результаты в компьютер для управления положением курсора.

На фиг.1 представлено изображение руки пользователя компьютера, причем на руке имеется ручной блок 10, а на большом пальце и указательном пальце имеются датчики 20, 30, выполненные согласно настоящему изобретению. Изменение положения большого пальца относительно указательного пальца непосредственно соответствует изменению положения курсора на экране компьютера. Относительное положение пальцев определяется с использованием двух взаимно перпендикулярных осей, например оси x на указательном пальце и оси y на большом пальце, причем изменение положения точки 80 пересечения между осями соответствует изменению координат курсора. Большое изменение положения в определенном направлении может быть достигнуто неоднократным подъемом большого пальца и установкой его в другом положении. Таким образом, перемещение курсора отслеживает перемещение большого пальца и указательного пальца друг относительно друга, когда они находятся в контакте друг с другом.

Таким образом, ручной блок 10 содержит два датчика, которые предпочтительно выполнены в виде нитей 20, 30 и подходящим образом закреплены вдоль одной стороны указательного пальца и вдоль нижней стороны большого пальца, например вшиты в перчатку. Нити могут рассматриваться в качестве осей двумерной системы координат, и на фиг.1 нить 30 на большом пальце образует ось y, а нить 20 на указательном пальце образует ось x. У датчика 20 имеются конечные точки 40, 50, а у датчика 30 имеются конечные точки 60, 70. Датчики приводятся в контакт друг с другом в точке 80 пересечения, имеющей координаты x (расстояние между 50 и 80) и y (расстояние между 60 и 80).

Эти координаты можно определить путем измерения нескольких значений электрического сопротивления датчиков. При постоянном измерении сопротивления можно получать непрерывные значения координат точки пересечения датчиков 20 и 30.

Эти измерения и вычисления предпочтительно выполняются процессором, соединенным с конечными точками датчиков и выполненным, например, в виде браслета, как в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения.

Согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения необходимые вычисления выполняются соответствующим процессором, объединенным с компьютером и связанным с ручным блоком беспроводным способом посредством радиосвязи. Радиочастотный сигнал из компьютера принимается в ручном блоке пассивными схемами, передающими настроенный сигнал, на основе которого компьютер может непрерывно вычислять координаты точки пересечения, и в соответствии с перемещением точки пересечения осуществляется управление перемещением курсора.

Для достижения подходящего соотношения между изменением координат точки пересечения и изменением соответствующих координат курсора на экране может оказаться желательным масштабирование координат точки пересечения. Такое масштабирование может выполняться процессором или компьютером путем умножения координат на соответствующий масштабный коэффициент.

Датчики, которые выполнены в виде нитей, могут быть вшиты в перчатку или прикрепляться к пальцам пользователя компьютера с помощью фиксирующих средств, например колец, зажимов, напальчников или клея. Точка 80 пересечения осей координат указывает положение курсора, и при ее перемещении за счет перемещения большого пальца относительно указательного пальца при их контакте курсор перемещается по экрану или дисплею. Когда большой палец и указательный палец расположены не рядом друг с другом, курсор остается на месте. Если пользователь несколько раз поднимает большой палец, опускает его с левой стороны и, прижав, перемещает направо, курсор перемещается на некоторое расстояние вправо. Соответственно, путем неоднократного перемещения указательного пальца курсор можно переместить на некоторое расстояние вверх или вниз. Когда точка пересечения осей расположена в одной из конечных точек 40, 50, и 60, 70 осей, осуществляется перемещение курсора в соответствующем направлении с постоянной скоростью. Чувствительность курсора, то есть расстояние, на которое перемещается курсор при заданной величине перемещения пальца, управляется программным обеспечением компьютера.

На фиг.2 изображен предпочтительный вариант выполнения датчика, сформированного из двух полос 90, 100, одна из которых выполнена из проводникового материала, а другая - из материала с определенным удельным сопротивлением, причем между полосами помещен электрически изолирующий слой из эластичного материала 110. По меньшей мере одна из полос имеет сопротивление, превышающее значение, необходимое для определения координат. Эластичный материал может состоять, например, из материала на основе геля. Между двумя полосами подается напряжение U, а ток А измеряется амперметром.

С помощью соответствующего фиксирующего устройства датчики прикреплены к двум пальцам пользователя, например к большому пальцу и к указательному пальцу, при этом точка 80 пересечения между элементами образуется в результате легкого нажатия большим пальцем на указательный палец, что вызывает ток между полосами. Согласно данному варианту выполнения настоящего изобретения измеряемое сопротивление пропорционально расстоянию между конечной точкой 40 и точкой 80 пересечения, поэтому координаты точки 80 пересечения можно легко вычислить. Можно также прикрепить полосы 90, 100 к внутренней части гибкой трубки, изготовленной из упругого материала; при этом полосы входят в контакт друг с другом при легком надавливании на трубку. Когда давление прекращается, трубка восстанавливает свою форму, в результате чего электрический контакт между полосами разрывается. Трубка может быть герметично закрыта и заполнена воздухом или другим газом. Поскольку давление между полосами может влиять на сопротивление, сечение трубки можно выбрать так, что при деформации трубки давление между полосами распределяется равномерно. На фиг.4а и 4b показан возможный вариант выполнения датчика, выполненного в виде трубки 150 прямоугольного сечения с полосами 90, 100, прикрепленными ко внутренней части на двух противоположных сторонах трубки. При давлении деформируется только та сторона трубки, к которой прикреплена полоса 90. На фиг.4а показано сечение трубки в недеформированном состоянии, а на фиг.4b показано сечение трубки в деформированном состоянии.

При использовании описанной конструкции датчиков ручной блок может быть выполнен с возможностью управления курсором в третьем направлении, перпендикулярном к двум другим, с помощью датчика, который установлен вдоль большого пальца и которым нажимают на третий палец, не имеющий датчика. Это означает, что ручной блок может использоваться для трехмерного изображения на экране. Контакт большого пальца с третьим пальцем может, как вариант, соответствовать колесу прокрутки на мыши или может влиять на величину какого-либо параметра, например, служить для управления громкостью звука, яркостью или контрастностью экрана.

Согласно второму варианту выполнения устройства управления датчики выполнены из проводов с однородным удельным сопротивлением, то есть из так называемых реостатных проводов, которые могут представлять собой металлическую нить, изготовленную из специального сплава. Для определения координат точки пересечения между проводами с однородным удельным сопротивлением необходимо измерить сопротивление между несколькими конечными точками ручного блока. Если сопротивление между конечными точками 50 и 60 на фиг.1 обозначить как R₁₁, сопротивление между точками 50 и 70 обозначить как R₁₂ , а полное сопротивление по оси у между конечными точками 60 и 70 обозначить R_y, координаты x (расстояние между точками 50 и 80) и у (расстояние между точками 60 и 80) точки пересечения можно вычислить с помощью следующих уравнений:

и

Помимо использования сопротивлений R ₁₁ и R₁₂, входящих в уравнения (1) и (2), существуют дополнительные способы выбора пар величин сопротивлений для вычисления x и y. В этом случае необходимо также измерить сопротивления между конечными точками 40 и 60 и между конечными точками 40 и 70. Пары должны состоять из "соседних" сопротивлений. В уравнениях предполагается, что полные сопротивления Rx и Ry для датчиков, составляющих ось X и ось Y соответственно, известны или могут быть измерены. В настоящем описании три других способа не описаны подробно, но они дают возможность компенсировать девиации, обусловленные дефектами в датчиках. Сигнал об ошибке может передаваться пользователю в виде оптического или звукового сигнала.

На фиг.3 показан предпочтительный вариант выполнения устройства управления, в котором имеются два датчика 20, 30, образующие ось x и ось y в системе координат, причем координаты точки 80 пересечения этих осей управляют положением курсора на экране компьютера. Конечные точки 40 и 70 соединены с процессором 120, содержащем измерительные приборы, например источник напряжения и амперметр, которые подают напряжение в некоторые из конечных точек и измеряют ток, в результате чего можно определить координату x и координату y соответственно в точке пересечения датчиков. Процессор может быть выполнен, например, в виде браслета, надеваемого вокруг запястья пользователя компьютера. Координаты точки пересечения датчиков, вычисленные процессором, передаются в компьютер, предпочтительно с помощью радиосвязи, например по технологии "голубой зуб" (Bluetooth), но возможно и соединение, отличающееся от беспроводного. Программное обеспечение компьютера обрабатывает значения координат, полученные от процессора, и управляет положением курсора.

Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами его выполнения и может быть изменено в пределах объема формулы изобретения.