能夠進行類觸摸手勢的旋轉(zhuǎn)元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠進行類觸摸手勢的旋轉(zhuǎn)元件。在一個實施方式中，本發(fā)明提供了一種具有包括接觸式傳感器的機械輪的輸入裝置。在一個實施方式中，該輪是使用磁力計來檢測拇指輪內(nèi)部的磁體的旋轉(zhuǎn)的拇指輪。在一個實施方式中，接觸式傳感器是電容地耦接至與感測電路連接的橋電極的柱狀浮置電極。拇指輪可以用于水平滾動、縮放以及其他手勢。
【專利說明】
能夠進行類觸摸手勢的旋轉(zhuǎn)元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及具有旋轉(zhuǎn)元件如鼠標(biāo)上的拇指輪的輸入裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)設(shè)計了具有各種在上部的滾輪，以及有時具有在側(cè)部的拇指輪的鼠標(biāo)。一個示例是羅技專利8，686，944，該專利示出了用于縮放和其他特征的拇指輪?？梢园聪履粗篙喴园粹o激活。在羅技公開20070188455中描述了拇指輪的其他實施方式，其還描述了以下現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]已經(jīng)在許多不同的設(shè)計中描述了可以通過拇指激活的在鼠標(biāo)的側(cè)部的開關(guān)或刻度盤。美國專利第4，891，632號示出了可以由用戶的拇指操縱的跟蹤球。微軟美國專利第5，473，344號示出了一種拇指輪，該拇指輪是可以通過繞一端樞轉(zhuǎn)按下以點擊開關(guān)的細(xì)長滾筒。美國專利第5，712，725號示出了具有側(cè)部拇指致動的旋轉(zhuǎn)變換器的用于控制顯微鏡聚焦的鼠標(biāo)。該變換器產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)角度成比例的脈沖序列。
[0004]致伸科技(Primax)美國專利第5，771，038號示出了用于鼠標(biāo)的側(cè)部的一些不同的拇指致動開關(guān)，包括球、微型條狀物以及刻度盤?？潭缺P使用具有不同電容的兩個調(diào)諧盤。致伸科技美國專利第5，917，473號示出了具有側(cè)部的使用電刷編碼的拇指致動刻度盤的鼠標(biāo)?？梢园聪略摽潭缺P用于點擊開關(guān)功能。IBM美國專利第6，115，029號示出了鼠標(biāo)上的側(cè)部拇指刻度盤。
[0005]Alps美國專利第6，525，713號示出了作為現(xiàn)有技術(shù)的下述鼠標(biāo)，所述鼠標(biāo)具有在鼠標(biāo)的上部的按鈕之間的自動恢復(fù)滑動開關(guān)。這個專利繼續(xù)示出了在鼠標(biāo)的前部和側(cè)部上的微動/梭(shuttle)開關(guān)。這些開關(guān)是位于彼此上部的輪，其中，微動開關(guān)根據(jù)微動刻度盤的旋轉(zhuǎn)提供連續(xù)脈沖同時梭開關(guān)提供與旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)的脈沖。
[0006]阿姆斯特朗美國專利第6，198,473號示出了在圖32中的鼠標(biāo)的側(cè)部上的前壓敏按鈕和后壓敏按鈕，其中，取決于施加的壓力量具有變化的速度的視頻幀率。致伸科技美國專利第5，883，619號示出了可以在11方向上傾斜以產(chǎn)生滾動的圓形控制按鈕。該第5，883，619號專利還示出了在鼠標(biāo)的側(cè)部上的用于控制縮放的雙向拇指按鈕。
[0007]羅技專利7，623，116“具有多種力感測等級的滾筒”示出了可以用兩個等級的力來樞轉(zhuǎn)激活兩級按鈕或兩級壓敏按鈕的滾筒。羅技美國專利第6，879，316號示出了具有在任一側(cè)上的用于激活持續(xù)滾動的壓敏按鈕的滾輪。
[0008]在羅技專利6，859，196中示出了鼠標(biāo)的靠近檢測如當(dāng)用戶的手靠近時將鼠標(biāo)從睡眠模式中喚醒。
[0009]智能電話和平板使用具有用于輸入控制的多種手勢的觸摸屏。已經(jīng)有將手勢性能并入到其他輸入裝置的嘗試。例如，羅技公開第20130120259號描述了鼠標(biāo)上的針對用戶拇指的固態(tài)接觸式傳感器，使得能夠進行手勢檢測。
[0010]在鼠標(biāo)的側(cè)部實現(xiàn)機械拇指滾筒的挑戰(zhàn)是在可利用空間中安裝需要的部件。對于機械拇指輪存在優(yōu)點，以及對于接觸式傳感器(手勢檢測)存在不同的優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在一個實施方式中，本發(fā)明提供了一種具有機械旋轉(zhuǎn)元件和關(guān)聯(lián)的接觸式傳感器的輸入裝置。由接觸式傳感器檢測到的旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)以及觸摸與拿開的組合可以用于產(chǎn)生手勢。接觸式傳感器還可以用于激活或按鈕按下功能，消除了旋轉(zhuǎn)元件除了能夠旋轉(zhuǎn)之外還要能夠被機械地按下的需要。
[0012]在一個實施方式中，機械輪設(shè)計有接觸式傳感器使得機械輪可以被放置在針對用戶輸入裝置如鼠標(biāo)上的拇指輪的受約束的空間中。該設(shè)計獨特地以非常緊湊的形狀因子將輪觸摸檢測與高分辨率(〈1° )角度傳感器組合。
[0013]在一個實施方式中，本發(fā)明使用機械水平輪再現(xiàn)了多手指觸摸體驗。本發(fā)明將高級的觸摸用戶體驗帶入了基本控制裝置中。除了標(biāo)準(zhǔn)水平滾動之外，本發(fā)明使得計算機能夠控制像平滑地后退與前進或者平滑地應(yīng)用頁面控制。
[0014]在一個實施方式中，拇指輪使用磁力計檢測拇指輪的旋轉(zhuǎn)。拇指輪具有內(nèi)部的、具有徑向的北磁極和南磁極的盤狀磁體以使得能夠檢測徑向位置。較小的磁體使得能夠較近地放置磁力計，在沒有磁化飽和的情況下提供足夠的信號。在拇指輪的外表面的附近是用于電容式觸摸檢測的柱狀浮置電極。浮置電極利用作為絕緣體的橡膠柄來覆蓋。該電極電容地耦接至印刷電路板(PCB)上的電極。這消除了有線連接的需要，以及使得觸摸檢測器能夠安裝在旋轉(zhuǎn)的拇指輪自身中。接觸式傳感器的這樣的使用消除了按下拇指輪用于“點擊”激活的需要。
【附圖說明】
[0015]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的拇指輪的分解圖。
[0016]圖2是裝配的圖1的拇指輪的圖。
[0017]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于圖1的拇指輪的安裝模塊的分解圖。
[0018]圖4是示出了在圖3的軸承上的圖3的連接電極的裝配的圖。
[0019]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖3的安裝模塊的PCB的后側(cè)的圖。
[0020]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的裝配的圖1的拇指輪和圖3的安裝模塊的圖。
[0021]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的包括圖1的拇指輪的鼠標(biāo)的立體圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的拇指輪100的分解圖。拇指輪具有右本體部102和左本體部104。軸122和軸124從本體部104和本體部102延伸。本體部102和本體部104可以由塑料制成。盤狀磁體106被安裝到右本體102的開口 108中。銅浮置電極110被分別地置于右本體102的內(nèi)部112和左本體104的內(nèi)部114上。裝飾環(huán)116在橡膠柄(rubber grip)118和橡膠柄120被推在銅電極110兩側(cè)上之后被推在銅電極110的中央上。
[0023]圖2示出了圖1的實施方式的裝配的拇指輪100。在一個實施方式中，盤狀磁體106的直徑是3mm以及厚度是1mm。盤狀磁體106具有徑向北磁極和南磁極。在一個實施方式中，電極110是銅。可替選地，電極110可以是鋁或另一材料。在一個實施方式中，電極是磷-銅合金。增加磷以使銅更堅固，使得銅在形成之后將保持其位置。這個電極和以下描述的在輪上的連接電極的材料應(yīng)當(dāng)是順磁性的以便不擾亂用于角位置檢測的磁場。這同樣適用于輪或其他結(jié)構(gòu)上的任何涂層或涂料。在塑料部分或其他部分上的這樣的涂層或涂料應(yīng)當(dāng)是沒有金屬肩的專利。
[0024]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于圖1的拇指輪的安裝模塊的分解圖。拇指輪100安裝在軸承302上。軸122和軸124(不可見)快速裝入軸承302的臂304和臂306。軸承潤滑脂被施加至臂304和臂306中的軸和/或孔。潤滑脂具有足夠的粘度以在用戶的拇指僅僅停留在拇指輪上時抑制滾筒的運動、避免拇指輪的小的意料之外的運動。此外，與用于手指滾動輪的去除抖動的固件或軟件類似，去除抖動的固件或軟件可以另外地用于限制這樣的意料之外的運動。
[0025]如在圖4中更詳細(xì)地示出的，連接電極308附接至軸承302的后側(cè)。PCB 310附接至軸承302的后部。PCB包括用于感測磁體和拇指輪100的角位置的磁力計312。磁力計312的位置接近磁體106和拇指輪100，然而足夠遠(yuǎn)以在距磁體適當(dāng)?shù)木嚯x處橫切磁場以使得能夠進行最優(yōu)檢測。軸承302的塑料部在裝配時覆蓋磁力計312以屏蔽磁力計312免受任何靜電放電(esd)。拇指模塊殼體314將容納拇指輪100、軸承302以及PCB310的組合裝配，同時拇指模塊殼體314自身附接至鼠標(biāo)或其他輸入裝置。
[0026]針對如在圖3的實施方式中所示的磁力計312的位置，使用的磁體具有軸向極化。這確保磁力計位于下述磁體的一部分磁場內(nèi)，所述磁體隨著轉(zhuǎn)動拇指輪提供最大磁場強度和變化的磁場。
[0027]成對的開關(guān)316和開關(guān)318安裝在用于將鼠標(biāo)上的后按鈕和前按鈕分離的PCB310上。雖然未示出，但是可以設(shè)置LED或其他光源以在檢測到用戶的拇指觸摸拇指輪或者從拇指輪拿開時給用戶反饋。
[0028]圖4是示出了圖3的軸承上的圖3的連接電極的裝配的圖。連接電極308可以由銅制成，或者可替選地由鋁或另一材料制成。在一個實施方式中，如所示出的，連接電極308安裝在軸承302中，然后焊接到PCB 310上。
[0029]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的圖3的安裝模塊的PCB的后側(cè)的圖。觸摸檢測集成電路502連接至通過開口 504設(shè)置的接合物以連接至PCB的相對側(cè)上的連接電極308。通過PCB中的孔還將PCB后側(cè)上的電路連接至PCB的相對側(cè)上的磁力計312。
[0030]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的裝配的圖1的拇指輪和圖3的安裝模塊的圖。拇指輪100、軸承302以及PCB 310使用螺絲602安裝在模塊殼體314上。螺絲604將PCB 310附接至殼體314。
[0031]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的包括圖1的拇指輪的鼠標(biāo)700的立體圖。鼠標(biāo)700還包括手指激活的滾輪702和按鈕704與按鈕706。由于最舒適的使用拇指是提供比手指更少的運動，則拇指輪100具有比手指輪702更小的直徑。較小的直徑使得在拇指的較小運動的情況下能夠進行較大的運動。
[0032]在操作中，浮置電極110用作連接感測電極308的橋，以提供用戶觸摸拇指輪和靠近拇指輪的指示。由接觸式傳感器產(chǎn)生的控制信號可以用硬件、固件或軟件來產(chǎn)生。該信號可以在手指從拇指輪拿開、放在拇指輪上時提供激活，或者在手指從拇指輪拿開和放在拇指輪上時都提供激活。在針對單個電極實施方式不檢測運動的明顯限制(如碰擦或手指擠在一起或移開)的情況下，控制信號可以是與在智能電話或平板的觸摸表面上使用的觸摸控制信號相同的控制信號。
[0033]
[0034]針對每個輸入裝置如鼠標(biāo)，磁體106的特定磁場可以改變，而且磁力計312的接收特性也可以改變。因此，可以使用測試臺來校準(zhǔn)每個裝置。測試臺具有接合輪的馬達(dá)以及測量磁力計輸出的探針。將根據(jù)所檢測的沿電磁場的每個軸的最大值和最小值進行記錄，并且將其映射至拇指輪的旋轉(zhuǎn)位置。映射的值可以用作查詢表以指示旋轉(zhuǎn)的量或者可以用作針對磁力計輸出的校準(zhǔn)因子。
[0035]手勢
[0036]可以實現(xiàn)任何數(shù)量的手勢。針對基本操作，用于手勢的構(gòu)件塊是拇指打開、拇指關(guān)閉、輕擊、雙擊以及旋轉(zhuǎn)(滾動/縮放)。在一個實施方式中，可以考慮手指滾輪702提供產(chǎn)生其他手勢的能力來將構(gòu)件塊映射至不同手勢。例如，拇指輪的旋轉(zhuǎn)可以映射至兩個手指運動(如滾動)，同時手指輪的運動被映射至單個手指滾動。
[0037]在一個實施方式中，對拇指輪的雙擊用于改變拇指輪的功能。例如，拇指輪的功能可以從水平滾動改變至縮放(在手指輪用于垂直滾動的情況下)。
[0038]在一個實施方式中，檢測拇指從拇指輪拿開，并且用于停止顯示裝置上的運動。在另一實施方式中，如果拇指輪的速度高于預(yù)定閾值，則拇指拿開不停止運動，而是運動繼續(xù)進行一段時間。
[0039]在一個實施方式中，維持按鈕按下(如左/右按鈕)并且旋轉(zhuǎn)輪將改變功能(如鍵盤上的修改鍵)。在一個示例中，針對鍵盤上的輪，當(dāng)旋轉(zhuǎn)輪時默認(rèn)發(fā)送后退/前進命令，以及左擊+輪旋轉(zhuǎn)發(fā)送水平滾動事件。
[0040]在一個實施方式中，可以通過使用電容接觸式傳感器來模仿自由輪運動。當(dāng)手指從輪移開時，記錄速度(起始速度)以及施加衰減率直到速度為零為止?？梢杂捎脩粽{(diào)整衰減率和起始速度。
[0041 ] 可替選實施方式
[0042]如在所附權(quán)利要求中陳述的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)各種可替選實施方式是可行的。例如，代替磁力計，可以結(jié)合接觸式傳感器使用其他旋轉(zhuǎn)傳感器。例如，可以使用霍爾傳感器、光學(xué)傳感器或機械傳感器(如高分辨率機械可變電阻傳感器)。
[0043]在另一實施方式中，可以利用位于拇指輪的邊緣處的固定電極來代替浮置傳感器，使得用戶的拇指可以轉(zhuǎn)動輪，同時用戶拇指部分可以輕微地接觸固定電極或足夠地接近固定電極以提供觸摸檢測。在這樣的實施方式中，接觸式傳感器可以是電阻性的或者電容性的。
[0044]在可替選實施方式中，可以通過使用多個環(huán)電極代替單個柱狀浮置電極來與多個連接電極一起檢測小的碰擦動作，以檢測哪個環(huán)主要被觸摸以指示運動的方向。
[0045]在另一實施方式中，輸入裝置是跟蹤球。可替選地，輸入裝置可以是控制桿、游戲手柄、遙控裝置、鍵盤、觸摸板或任何其他輸入裝置。在可替選實施方式中，輪位于其可以由手指而不是由拇指激活的位置。
[0046]在其他實施方式中，可以用球或任何其他旋轉(zhuǎn)元件代替輪。接觸式傳感器可以是任何類型的接觸式傳感器，包括光學(xué)接觸式傳感器、壓力接觸式傳感器、電容接觸式傳感器或其他接觸式傳感器。旋轉(zhuǎn)元件和接觸式傳感器可以安裝在消費者電子裝置如鼠標(biāo)(頂部、側(cè)部、側(cè)底部)、鍵盤或演示器上的任何位置處。
【主權(quán)項】
1.一種輸入裝置，包括: 機械旋轉(zhuǎn)元件； 第一傳感器，用于指示所述旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)運動；以及 第二傳感器，用于指示用戶的手的一部分對所述旋轉(zhuǎn)元件的觸摸和靠近中之一。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入裝置，其中，所述第一傳感器包括: 磁體，其內(nèi)部地安裝在所述旋轉(zhuǎn)元件中；以及 磁力計，其安裝在所述旋轉(zhuǎn)元件附近。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸入裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)元件是輪，并且所述磁體是以徑向南北極的方式成形的盤。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輸入裝置，其中，所述磁力計以從所述輪偏移的方式安裝至所述輸入裝置內(nèi)部的一側(cè)并且在所述輸入裝置的內(nèi)部比所述輪更遠(yuǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入裝置，其中，所述第二傳感器是電容式傳感器，所述電容式傳感器包括: 浮置電極，其安裝在所述旋轉(zhuǎn)元件中； 橋電極，其安裝在所述旋轉(zhuǎn)元件的外部并且與所述旋轉(zhuǎn)元件相鄰；以及 檢測電路，其連接至所述橋電極。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸入裝置，其中， 所述旋轉(zhuǎn)元件是輪； 所述浮置電極是在所述輪的外表面附近安裝的柱狀電極；以及 所述輸入裝置進一步包括:安裝在所述輪上以覆蓋所述柱狀電極的絕緣體。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輸入裝置，進一步包括:用于支承所述輪的軸承模塊；以及 其中，所述橋電極包含:在所述軸承模塊的與所述輪相對的側(cè)上直接在所述輪后安裝的平的矩形部。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輸入裝置，其中，所述絕緣體是供用戶抓握的具有不平外表面的橡膠柄。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入裝置，其中，所述旋轉(zhuǎn)元件是拇指輪，并且所述輸入裝置是鼠標(biāo)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入裝置，進一步包括:處理模塊，用于響應(yīng)于來自所述第一傳感器和所述第二傳感器的信號而產(chǎn)生手勢命令。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的輸入裝置，其中，所述手勢命令包括水平滾動手勢和雙擊手勢以改變模式。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的輸入裝置，其中，所述改變模式起作用，以在水平滾動模式與縮放模式之間進行改變。13.一種輸入裝置，包括: 機械拇指輪，其安裝在所述輸入裝置的側(cè)部上； 第一傳感器，用于指示所述輪的旋轉(zhuǎn)運動，所述第一傳感器包括: 磁體，其內(nèi)部地安裝在所述機械輪中；以及 磁力計，其安裝在所述輪附近；以及第二接觸式傳感器，用于指示用戶的手的一部分對所述輪的靠近，所述接觸式傳感器包括: 浮置電極，其安裝在所述輪中； 橋電極，其安裝在所述輪的外部并且與所述輪相鄰；以及 檢測電路，其連接至所述橋電極。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的輸入裝置，其中， 所述浮置電極是在所述輪的外表面附近安裝的柱狀電極；以及 所述輸入裝置進一步包括:安裝在所述輪上以覆蓋所述柱狀電極的絕緣體。15.—種鼠標(biāo)，包括: 機械拇指輪，其安裝在所述鼠標(biāo)的側(cè)部上； 第一傳感器，用于指示所述輪的旋轉(zhuǎn)運動，所述第一傳感器包括: 磁體，其內(nèi)部地安裝在所述機械輪中；以及 磁力計，其安裝在所述輪附近； 第二接觸式傳感器，用于指示用戶的手的一部分對所述輪的靠近，所述接觸式傳感器包括: 浮置電極，其安裝在所述輪中； 橋電極，其安裝在所述輪的外部并且與所述輪相鄰；以及 檢測電路，其連接至所述橋電極； 處理模塊，用于響應(yīng)于來自所述第一傳感器和所述第二傳感器的信號而產(chǎn)生手勢命令；以及 其中，所述手勢命令包括水平滾動手勢和雙擊手勢以改變模式。
【文檔編號】G06F3/0362GK105843420SQ201610059871
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年1月28日
【發(fā)明人】阿諾·佩雷特-真蒂萊, 丹尼爾·博南諾, 帕特里克·愛德華·讓·塞里西耶, 達(dá)拉赫·勒特雷爾, 尼古拉斯·雷蒙德, 雅羅斯拉夫·伊勞塞克
【申請人】羅技?xì)W洲公司