專利名稱：一種用于計算機的輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來通過球相對于基板的運動定位計算機屏幕上的光標的輸入裝置，并且球的這些旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成相應的電子信號。
用于計算機操作的一般已知輸入裝置，如計算機鼠標，具有一定的缺陷。計算機鼠標需要一些在計算機用戶范圍內(nèi)的可用空間。對于鼠標基板的另一個要求是，它必須是堅固和平的，而且基本是一定程度的水平基板，以使用戶能夠相對于計算機屏幕的整個范圍定位鼠標的屏幕投影。以下情況可能有時是困難的或者甚至是不可能的把計算機安置成對于鼠標操作所要求的空間總是適用的。況且，已知的計算機鼠標方案在長期使用后經(jīng)常導致手指和手腕疼痛。
已經(jīng)進行了幾種嘗試來克服這些缺陷，特別是幾種提議用來把計算機鼠標建造成一種圓珠筆。這樣一種“計算機筆”操作將極為方便、容易和更準確，有可能利用手指的微細運動功能遠比手臂發(fā)展得好的情況。而且，關(guān)于其上使用鼠標的基板沒有嚴格要求。
把計算機鼠標建造成圓珠筆也將能夠發(fā)展計算機的一般用途。因而，可以想象，計算機的未來使用尤其將包括“手寫”字母或電子形式的筆記。因此有可能把個人接觸給與計算機用戶，并且完全或部分減小鍵盤的使用。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用來記錄和把球的運動轉(zhuǎn)換成電信號的布置的常規(guī)實施例，需要大量空間，特別是在球周圍，這對可能給出的筆狀計算機鼠標的小尺寸設置了限制。對于“計算機筆”的已知結(jié)構(gòu)通常是，筆本身和球的外部直徑較大，并且計算機筆因而不如普通圓珠筆方便。
德國Auslegeschrift No.DE 39 00 622 A1描述了一種筆狀計算機鼠標，其中因為兩個滾子與球恒定的接觸，所以實現(xiàn)球的運動記錄。滾子作為球轉(zhuǎn)動的結(jié)果而轉(zhuǎn)動。提供一個與滾子的每一個相連接的傳感器單元，用于記錄滾子的轉(zhuǎn)動。兩個滾子這樣布置，從而可以記錄在兩個相對于x軸和y軸方向上的球運動。這種方案，需要較大的空間，就象普通“盒形”計算機鼠標中球的正常轉(zhuǎn)動記錄，但不同之處在于在圓珠筆結(jié)構(gòu)中球后面的空間正好可用。因而，根據(jù)DE 39 00 622 A1的管形計算機鼠標不能以非常小的橫截面直徑制造，因為直接在球后面的管必須能夠容納整個空間要求的記錄裝置。
由US-A-5 434 594還得知計算機鼠標的筆形結(jié)構(gòu)的另一個實施例。這里，記錄裝置和球懸架以與普通“盒形”鼠標相同的方式制成。結(jié)果是計算機鼠標具有這樣一種結(jié)構(gòu)，從而只在某種程度上，提供了相對于筆形計算機鼠標來說期望的優(yōu)點。
EP-A-0 413 606描述了一種組合圓珠筆和計算機鼠標。它這樣操作，流量計直接布置在球上方，所述流量計測量其中墨水作為球運動的結(jié)果而運動的方向。這種方案顯得不是非?？煽?，并且只有在筆中存在墨水才行。
由US-A5,288,993得知一種跟蹤球裝置，其中球提供有隨機分布的對比色斑點、和光敏傳感器裝置，從而能檢測球的運動。這種檢測概念占用球下面和旁邊的大量空間，并且僅由于這個原因就不適于在筆型方案中使用。而且，該裝置需要至少5毫米直徑的球。
由WO94/22071得知另一種光學方案。該裝置包括能檢測高爾夫球型的球的運動的光耦合器裝置，高爾夫球型的球裝有凹下反射器(凹坑)。該裝置也占用球周圍的大量空間，并且需要相當大的直徑，該直徑使該方案不適合作為筆型方案。
因而，本發(fā)明的目的在于，給用于計算機的輸入裝置提供一種記錄裝置，該記錄裝置比已知方案需要小得多的空間，由此使得有可能以與圓珠筆、或類似的書寫器具相對應的尺寸建造筆形計算機鼠標。
本發(fā)明包括一種引言所述種類的輸入裝置，其中輸入裝置包括用來最好在彼此垂直的兩個方向上檢測球的角轉(zhuǎn)動的磁性檢測裝置，所述檢測裝置包括一個或多個檢測單元，該檢測單元包括至少一個能夠檢測代表球表面運動的磁信號的讀磁頭。
因此，提供了一種用于輸入裝置的記錄裝置，該輸入裝置包含相當少的元件，并且就空間方面來說具有優(yōu)勢，因為檢測裝置的寫和讀單元便利地布置在球的后側(cè)，并且僅占用很少的空間。這使得該原理適于計算機筆的設計，因為它由于讀單元的小尺寸可以用較小的橫截面直徑制造。況且，該原理在所謂的跟蹤球方面也是有用的，其中空間考慮可能起作用。
在第一實施例中，在一種磁性檢測系統(tǒng)中檢測球的角轉(zhuǎn)動，其中兩個寫磁頭最好成直角相對于一個讀磁頭定位。該系統(tǒng)然后將連續(xù)地用各種磁性標記標記球的表面，當球轉(zhuǎn)動時，這些標記將連續(xù)地由讀磁頭檢測。由于已知寫磁頭與讀磁頭之間的距離，所以然后可以計算球相對于X軸和Y軸的轉(zhuǎn)動。
在另外一個實施例中，球的角轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化到最好彼此相對垂直布置的兩個軸上，并且磁性可檢測標記能沉積在或提供在所述軸上。由此提供一種特別便宜的裝置，該裝置在球直徑具有中等大小和/或如果球的表面由于其他原因是非磁性材料時，特別便利。
電子信號處理單元可以是筆的一個集成部分。另外磁信號在筆中產(chǎn)生，并且直接發(fā)送到用于最終信號處理的外部信號處理單元。該處理單元能并入在計算機中或在其上的發(fā)送接收器中。
在本發(fā)明的一個最佳實施例中，把裝置建造成包括管形殼體的計算機筆，其中球可轉(zhuǎn)動地布置在一端。而且，在相對端處，計算機筆可以以電纜連接或無線連接的形式連接到計算機上。在這個實施例中，筆將提供有一個發(fā)射器和一個電源，如通常的可充電電池等。鍵可以布置在管形殼體的側(cè)面，以產(chǎn)生用于連接計算機的輔助控制信號。這些鍵被成形，并且布置成人類工程學的適當配置，以便以類似于例如圓珠筆使用的方式使用計算機筆。
下面參照附圖將更詳盡地描述本發(fā)明，在附圖中

圖1是根據(jù)按照本發(fā)明一種輸入裝置的一個最佳實施例的一種計算機筆的視圖，圖2是根據(jù)按照本發(fā)明一種輸入裝置的一個最佳實施例的一種計算機筆的結(jié)構(gòu)視圖，圖3是球和檢測裝置的主要頂視圖，及圖4是用于本發(fā)明具體實施例的一種信號處理裝置。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明建造成一種計算機筆1的一種輸入裝置，計算機筆1包括安裝在筆的管形主要部分3的下端處的一個球2、和在相對端用來從筆1向一個計算機(未表示)發(fā)送信號的發(fā)送裝置5。主要部分3的下部安裝有一個鍵單元4，鍵單元4包括如此布置在筆1上的兩個按鈕，從而當用戶把筆1握在其手中時與兩個手指對準。
在所示的實施例中，主要部分3形成大體為圓形的橫截面，但當然可以依據(jù)希望的設計具有任何橫截面形狀。
球2由鋼制成，或者至少裝有一個易于接收磁性充電的表面。
檢測裝置11布置在主要部分3內(nèi)球2的上方，以記錄球在兩個方向上的轉(zhuǎn)動，借助于檢測裝置11可以把筆通過球的轉(zhuǎn)動在X和Y方向上的運動，轉(zhuǎn)換成經(jīng)發(fā)送裝置5發(fā)送到計算機的電信號。
把電子信號從計算機筆傳送到計算機的裝置可以是一根導線，或者另外是包括在計算機上的接收器單元和筆上的發(fā)送器單元的一種無線連接，如圖1中所示。
圖1和2表示一種建造成圓珠筆的計算機筆。筆提供有一個夾片21，從而當筆不用時可以以實用方式放在用戶的口袋等中。
圖2表示筆的結(jié)構(gòu)。檢測裝置11的頂部在壓敏計20的一端或兩端與其接觸。由此可以檢測球上的壓力和球壓力的大小。筆然后可以依據(jù)安裝軟件用途，用于至計算機的圖象輸入。這允許筆通過貼著基板壓緊、或已經(jīng)直接在屏幕上指出一個圖標后用于單擊功能，從而壓敏計20可以用作一種選擇方法，或用作對單擊鍵4的補充，并且筆也可以用來產(chǎn)生圖象，有可能把球壓力轉(zhuǎn)換成在畫圖中使用的線粗細的信號。根據(jù)本發(fā)明這個實施例的計算機筆因而可以用來產(chǎn)生“手寫”電子信息等，正如其他形式的畫圖將是可能的那樣。根據(jù)本發(fā)明這個實施例的計算機筆因而可以在基于計算機的任務方面使用，就象今天圓珠筆用于基于紙張的任務。
筆的結(jié)構(gòu)還包括一個集成在所示實施例的筆中的處理器單元18。另外，處理器單元18可以集成在發(fā)送接收器中、或在計算機上，其中來自光學讀單元11和壓敏計20(如果安裝這個的話)的檢測信號，轉(zhuǎn)換成電子信號，該電子信號借助于一個紅外或無線電發(fā)送單元無線地發(fā)送到計算機。在該最佳實施例中，無線連接將基于無線電頻率發(fā)送。一個可更換和/或可充電的電池17，如鋰電池，布置成與處理器18相連接，作為用于筆中電子單元11、18、22的電源。
由圖3理解檢測裝置11相對于球2的布置。檢測裝置11包括兩組檢測器，每個檢測器包括一個能夠把磁荷沉積到球表面上的寫磁頭14。根據(jù)角轉(zhuǎn)動的方向，該變化由讀磁頭12、13之一檢測。這些讀磁頭12、13以這樣一種方式布置，從而第一讀磁頭12的讀數(shù)對應于y方向的運動，而第二讀磁頭13的讀數(shù)對應于x方向的運動。
繞所述寫磁頭14布置兩個讀磁頭12、13和一個擦除單元16。擦除單元16環(huán)形圍繞著讀磁頭12、13和寫磁頭14。兩個檢測單元在x和y方向分別測量，并且相互垂直地布置。
從寫磁頭14沉積到球2表面上的脈沖，當球轉(zhuǎn)動時，將指向讀磁頭12或13之一。在讀磁頭12或13與寫磁頭14之間的距離是已知的，并且通過過渡時間的簡單測量，能計算球2的角速度。這種計算對于x和y方向都能進行。
讀磁頭12和13可以是線圈或其他種類的磁性傳感器。
在一個實施例中，沉積一個識別脈沖。每沉積一個脈沖，開始一次測量。該脈沖由讀磁頭12或13之一檢測，由此檢測過渡時間和方向，并且計算角速度。當檢測由讀磁頭12或13之一進行時，下一個脈沖由寫磁頭14沉積。
在另一個實施例中，使用與球接觸的兩根軸。在這個實施例中，如圖4中所示，檢測裝置11能只包括讀磁頭，因為軸裝有磁性標記。讀磁頭檢測磁場的變化，由此能計算角轉(zhuǎn)動的方向和速率。磁性標記的數(shù)量必須最少為兩個。由軸表面上磁性標記的實際數(shù)量，通過脈沖計數(shù)能計算角轉(zhuǎn)動的速率和方向，如圖4中所示。
而且，一個或多個加速度表可以并入筆中。加速度表測量筆在一維、兩維或三維中的加速度。筆其他可能功能的組合意味著，在筆的寫功能中，有可能得到完全等效于普通圓珠筆等等的寫功能。
當筆的球頭貼著基板運動時，由此在計算機上寫，壓敏計總是呈現(xiàn)一定的壓力。當筆的球頭從基板升起時，例如當升起筆開始一個新字、字母、圖畫等等時，一般僅希望使光標運動到新的開始位置，而這不會在計算機屏幕/文檔上產(chǎn)生一條線。
壓敏計20最好用導電橡膠材料實現(xiàn)。在這個橡膠盤的一側(cè)上，建立一個永久電氣觸點，而另一側(cè)當施加球壓力時進入電氣接觸。橡膠盤以這樣一種方式成形，從而接觸表面通過球壓力的增大而增大。另外，壓敏計20能作為壓電或應變片方案提供。
筆的加速度測量在一個電子信號處理單元中轉(zhuǎn)換，由此相對于X軸和Y軸可以檢測筆的運動。
筆然后可以用在寫/畫軟件程序中，從而當在運動中貼著基板致動球頭時，該運動將轉(zhuǎn)換成相對于X軸和Y軸的光標運動記錄。壓敏計將同時記錄在球頭上的一定壓力。這兩種測量的組合，例如導致運動記錄為一條線、一個字母或其他電子“寫”符號。當從基板升起筆以把光標運動到一個用于下一條線、字母或其他電子“寫”符號的新開始點時，壓敏計上的壓力將下降到0。當壓力已經(jīng)下降到0時，加速度表或諸加速度表接管筆相對于X軸和Y軸運動的檢測，并且光標然后將相對于X軸和Y軸相應地運動。相對于通過球轉(zhuǎn)動的該運動，基于加速度表檢測的運動在屏幕上不會產(chǎn)生電子“寫”標記(線、符號等等)。
檢測裝置11與一個處理檢測信號的電子信號處理單元通信，該檢測信號然后進一步通到計算機。
當然，通過本發(fā)明認識到，沉積在球表面上的磁性標記能包含預定數(shù)據(jù)值，而不脫離在權(quán)利要求書中所定義的本發(fā)明的基本思想。該基本思想，除上述的計算機筆外，也可以聯(lián)系其他類型輸入裝置的構(gòu)造使用，如跟蹤球或常規(guī)計算機鼠標。
權(quán)利要求
1.一種用來通過一個球相對于一個基板的運動在計算機屏幕上定位光標的輸入裝置，并且球的這些旋轉(zhuǎn)運動變換成相應電子信號，其特征在于輸入裝置包括最好在彼此垂直的方向上，用來檢測球的角轉(zhuǎn)動的磁性檢測裝置，所述檢測裝置包括一個或多個檢測單元，該檢測單元包括至少一個能夠檢測代表球表面運動的磁信號的讀磁頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸入裝置，其特征在于檢測單元包括兩個能夠檢測由一個寫磁頭沉積的磁信號的讀磁頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輸入裝置，其特征在于球表面在兩個最好垂直的位置中連續(xù)地標記有磁性標記，并且這些磁性標記由兩個磁性寫磁頭制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的輸入裝置，其特征在于繞讀磁頭提供擦除裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的輸入裝置，其特征在于球提供有易于接收磁性充電的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的輸入裝置，其特征在于該裝置建造成一支包括一個管形殼體的計算機筆，在該殼體中球可轉(zhuǎn)動地布置在一端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的輸入裝置，其特征在于球的角轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)移到兩根最好彼此相互垂直的軸上，并且磁性可檢測標記能沉積或提供在所述軸上。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求一項或多項所述的輸入裝置，其特征在于該裝置裝有用來記錄球壓力的壓敏計。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求一項或多項所述的輸入裝置，其特征在于該裝置裝有能夠測量裝置在一維、兩維或三維中的加速度的加速度表。
10.一種檢測一個球，如在計算機輸入裝置中的一個球，的角轉(zhuǎn)動的方法，其特征在于球表面在兩個最好垂直的位置中連續(xù)地標記有磁性標記，并且這些磁性標記由兩個磁性寫磁頭制成，及一個，最好是兩個磁性檢測單元，最好以讀磁頭的形式，布置在兩個寫磁頭的邊上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過一個球(2)的運動用來在計算機屏幕上定位光標的輸入裝置,球的旋轉(zhuǎn)運動變換成電子信號,該輸入裝置的特征在于:磁性可檢測標記提供在球(2)處,能夠由磁性讀單元(11)以這樣一種方式檢測,從而球的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成相對于x軸和y軸的數(shù)據(jù)值,所述軸最好彼此垂直。這提供了一種適于把計算機鼠標建造成圓珠筆形的緊湊檢測裝置。
文檔編號G06F3/0354GK1247606SQ98802501
公開日2000年3月15日 申請日期1998年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月12日
發(fā)明者約爾根·科斯加德·詹森 申請人:卡尼泰克有限公司