CN1247606A - 一种用于计算机的输入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过一个球(2)的运动用来在计算机屏幕上定位光标的输入装置,球的旋转运动变换成电子信号,该输入装置的特征在于:磁性可检测标记提供在球(2)处,能够由磁性读单元(11)以这样一种方式检测,从而球的转动转换成相对于x轴和y轴的数据值,所述轴最好彼此垂直。这提供了一种适于把计算机鼠标建造成圆珠笔形的紧凑检测装置。

Description

一种用于计算机的输入装置
本发明涉及一种用来通过球相对于基板的运动定位计算机屏幕上的光标的输入装置，并且球的这些旋转运动转化成相应的电子信号。
用于计算机操作的一般已知输入装置，如计算机鼠标，具有一定的缺陷。计算机鼠标需要一些在计算机用户范围内的可用空间。对于鼠标基板的另一个要求是，它必须是坚固和平的，而且基本是一定程度的水平基板，以使用户能够相对于计算机屏幕的整个范围定位鼠标的屏幕投影。以下情况可能有时是困难的或者甚至是不可能的：把计算机安置成对于鼠标操作所要求的空间总是适用的。况且，已知的计算机鼠标方案在长期使用后经常导致手指和手腕疼痛。
已经进行了几种尝试来克服这些缺陷，特别是几种提议用来把计算机鼠标建造成一种圆珠笔。这样一种“计算机笔”操作将极为方便、容易和更准确，有可能利用手指的微细运动功能远比手臂发展得好的情况。而且，关于其上使用鼠标的基板没有严格要求。
把计算机鼠标建造成圆珠笔也将能够发展计算机的一般用途。因而，可以想象，计算机的未来使用尤其将包括“手写”字母或电子形式的笔记。因此有可能把个人接触给与计算机用户，并且完全或部分减小键盘的使用。
然而，已经发现，用来记录和把球的运动转换成电信号的布置的常规实施例，需要大量空间，特别是在球周围，这对可能给出的笔状计算机鼠标的小尺寸设置了限制。对于“计算机笔”的已知结构通常是，笔本身和球的外部直径较大，并且计算机笔因而不如普通圆珠笔方便。
德国Auslegeschrift No.DE 39 00 622 A1描述了一种笔状计算机鼠标，其中因为两个滚子与球恒定的接触，所以实现球的运动记录。滚子作为球转动的结果而转动。提供一个与滚子的每一个相连接的传感器单元，用于记录滚子的转动。两个滚子这样布置，从而可以记录在两个相对于x轴和y轴方向上的球运动。这种方案，需要较大的空间，就象普通“盒形”计算机鼠标中球的正常转动记录，但不同之处在于在圆珠笔结构中球后面的空间正好可用。因而，根据DE 39 00 622 A1的管形计算机鼠标不能以非常小的横截面直径制造，因为直接在球后面的管必须能够容纳整个空间要求的记录装置。
由US-A-5 434 594还得知计算机鼠标的笔形结构的另一个实施例。这里，记录装置和球悬架以与普通“盒形”鼠标相同的方式制成。结果是计算机鼠标具有这样一种结构，从而只在某种程度上，提供了相对于笔形计算机鼠标来说期望的优点。
EP-A-0 413 606描述了一种组合圆珠笔和计算机鼠标。它这样操作，流量计直接布置在球上方，所述流量计测量其中墨水作为球运动的结果而运动的方向。这种方案显得不是非常可靠，并且只有在笔中存在墨水才行。
由US-A5,288,993得知一种跟踪球装置，其中球提供有随机分布的对比色斑点、和光敏传感器装置，从而能检测球的运动。这种检测概念占用球下面和旁边的大量空间，并且仅由于这个原因就不适于在笔型方案中使用。而且，该装置需要至少5毫米直径的球。
由WO94/22071得知另一种光学方案。该装置包括能检测高尔夫球型的球的运动的光耦合器装置，高尔夫球型的球装有凹下反射器(凹坑)。该装置也占用球周围的大量空间，并且需要相当大的直径，该直径使该方案不适合作为笔型方案。
因而，本发明的目的在于，给用于计算机的输入装置提供一种记录装置，该记录装置比已知方案需要小得多的空间，由此使得有可能以与圆珠笔、或类似的书写器具相对应的尺寸建造笔形计算机鼠标。
本发明包括一种引言所述种类的输入装置，其中输入装置包括用来最好在彼此垂直的两个方向上检测球的角转动的磁性检测装置，所述检测装置包括一个或多个检测单元，该检测单元包括至少一个能够检测代表球表面运动的磁信号的读磁头。
因此，提供了一种用于输入装置的记录装置，该输入装置包含相当少的元件，并且就空间方面来说具有优势，因为检测装置的写和读单元便利地布置在球的后侧，并且仅占用很少的空间。这使得该原理适于计算机笔的设计，因为它由于读单元的小尺寸可以用较小的横截面直径制造。况且，该原理在所谓的跟踪球方面也是有用的，其中空间考虑可能起作用。
在第一实施例中，在一种磁性检测系统中检测球的角转动，其中两个写磁头最好成直角相对于一个读磁头定位。该系统然后将连续地用各种磁性标记标记球的表面，当球转动时，这些标记将连续地由读磁头检测。由于已知写磁头与读磁头之间的距离，所以然后可以计算球相对于X轴和Y轴的转动。
在另外一个实施例中，球的角转动能转化到最好彼此相对垂直布置的两个轴上，并且磁性可检测标记能沉积在或提供在所述轴上。由此提供一种特别便宜的装置，该装置在球直径具有中等大小和/或如果球的表面由于其他原因是非磁性材料时，特别便利。
电子信号处理单元可以是笔的一个集成部分。另外磁信号在笔中产生，并且直接发送到用于最终信号处理的外部信号处理单元。该处理单元能并入在计算机中或在其上的发送接收器中。
在本发明的一个最佳实施例中，把装置建造成包括管形壳体的计算机笔，其中球可转动地布置在一端。而且，在相对端处，计算机笔可以以电缆连接或无线连接的形式连接到计算机上。在这个实施例中，笔将提供有一个发射器和一个电源，如通常的可充电电池等。键可以布置在管形壳体的侧面，以产生用于连接计算机的辅助控制信号。这些键被成形，并且布置成人类工程学的适当配置，以便以类似于例如圆珠笔使用的方式使用计算机笔。
下面参照附图将更详尽地描述本发明，在附图中
图1是根据按照本发明一种输入装置的一个最佳实施例的一种计算机笔的视图，
图2是根据按照本发明一种输入装置的一个最佳实施例的一种计算机笔的结构视图，
图3是球和检测装置的主要顶视图，及
图4是用于本发明具体实施例的一种信号处理装置。
图1表示根据本发明建造成一种计算机笔1的一种输入装置，计算机笔1包括安装在笔的管形主要部分3的下端处的一个球2、和在相对端用来从笔1向一个计算机(未表示)发送信号的发送装置5。主要部分3的下部安装有一个键单元4，键单元4包括如此布置在笔1上的两个按钮，从而当用户把笔1握在其手中时与两个手指对准。
在所示的实施例中，主要部分3形成大体为圆形的横截面，但当然可以依据希望的设计具有任何横截面形状。
球2由钢制成，或者至少装有一个易于接收磁性充电的表面。
检测装置11布置在主要部分3内球2的上方，以记录球在两个方向上的转动，借助于检测装置11可以把笔通过球的转动在X和Y方向上的运动，转换成经发送装置5发送到计算机的电信号。
把电子信号从计算机笔传送到计算机的装置可以是一根导线，或者另外是包括在计算机上的接收器单元和笔上的发送器单元的一种无线连接，如图1中所示。
图1和2表示一种建造成圆珠笔的计算机笔。笔提供有一个夹片21，从而当笔不用时可以以实用方式放在用户的口袋等中。
图2表示笔的结构。检测装置11的顶部在压敏计20的一端或两端与其接触。由此可以检测球上的压力和球压力的大小。笔然后可以依据安装软件用途，用于至计算机的图象输入。这允许笔通过贴着基板压紧、或已经直接在屏幕上指出一个图标后用于单击功能，从而压敏计20可以用作一种选择方法，或用作对单击键4的补充，并且笔也可以用来产生图象，有可能把球压力转换成在画图中使用的线粗细的信号。根据本发明这个实施例的计算机笔因而可以用来产生“手写”电子信息等，正如其他形式的画图将是可能的那样。根据本发明这个实施例的计算机笔因而可以在基于计算机的任务方面使用，就象今天圆珠笔用于基于纸张的任务。
笔的结构还包括一个集成在所示实施例的笔中的处理器单元18。另外，处理器单元18可以集成在发送接收器中、或在计算机上，其中来自光学读单元11和压敏计20(如果安装这个的话)的检测信号，转换成电子信号，该电子信号借助于一个红外或无线电发送单元无线地发送到计算机。在该最佳实施例中，无线连接将基于无线电频率发送。一个可更换和/或可充电的电池17，如锂电池，布置成与处理器18相连接，作为用于笔中电子单元11、18、22的电源。
由图3理解检测装置11相对于球2的布置。检测装置11包括两组检测器，每个检测器包括一个能够把磁荷沉积到球表面上的写磁头14。根据角转动的方向，该变化由读磁头12、13之一检测。这些读磁头12、13以这样一种方式布置，从而第一读磁头12的读数对应于y方向的运动，而第二读磁头13的读数对应于x方向的运动。
绕所述写磁头14布置两个读磁头12、13和一个擦除单元16。擦除单元16环形围绕着读磁头12、13和写磁头14。两个检测单元在x和y方向分别测量，并且相互垂直地布置。
从写磁头14沉积到球2表面上的脉冲，当球转动时，将指向读磁头12或13之一。在读磁头12或13与写磁头14之间的距离是已知的，并且通过过渡时间的简单测量，能计算球2的角速度。这种计算对于x和y方向都能进行。
读磁头12和13可以是线圈或其他种类的磁性传感器。
在一个实施例中，沉积一个识别脉冲。每沉积一个脉冲，开始一次测量。该脉冲由读磁头12或13之一检测，由此检测过渡时间和方向，并且计算角速度。当检测由读磁头12或13之一进行时，下一个脉冲由写磁头14沉积。
在另一个实施例中，使用与球接触的两根轴。在这个实施例中，如图4中所示，检测装置11能只包括读磁头，因为轴装有磁性标记。读磁头检测磁场的变化，由此能计算角转动的方向和速率。磁性标记的数量必须最少为两个。由轴表面上磁性标记的实际数量，通过脉冲计数能计算角转动的速率和方向，如图4中所示。
而且，一个或多个加速度表可以并入笔中。加速度表测量笔在一维、两维或三维中的加速度。笔其他可能功能的组合意味着，在笔的写功能中，有可能得到完全等效于普通圆珠笔等等的写功能。
当笔的球头贴着基板运动时，由此在计算机上写，压敏计总是呈现一定的压力。当笔的球头从基板升起时，例如当升起笔开始一个新字、字母、图画等等时，一般仅希望使光标运动到新的开始位置，而这不会在计算机屏幕/文档上产生一条线。
压敏计20最好用导电橡胶材料实现。在这个橡胶盘的一侧上，建立一个永久电气触点，而另一侧当施加球压力时进入电气接触。橡胶盘以这样一种方式成形，从而接触表面通过球压力的增大而增大。另外，压敏计20能作为压电或应变片方案提供。
笔的加速度测量在一个电子信号处理单元中转换，由此相对于X轴和Y轴可以检测笔的运动。
笔然后可以用在写/画软件程序中，从而当在运动中贴着基板致动球头时，该运动将转换成相对于X轴和Y轴的光标运动记录。压敏计将同时记录在球头上的一定压力。这两种测量的组合，例如导致运动记录为一条线、一个字母或其他电子“写”符号。当从基板升起笔以把光标运动到一个用于下一条线、字母或其他电子“写”符号的新开始点时，压敏计上的压力将下降到0。当压力已经下降到0时，加速度表或诸加速度表接管笔相对于X轴和Y轴运动的检测，并且光标然后将相对于X轴和Y轴相应地运动。相对于通过球转动的该运动，基于加速度表检测的运动在屏幕上不会产生电子“写”标记(线、符号等等)。
检测装置11与一个处理检测信号的电子信号处理单元通信，该检测信号然后进一步通到计算机。
当然，通过本发明认识到，沉积在球表面上的磁性标记能包含预定数据值，而不脱离在权利要求书中所定义的本发明的基本思想。该基本思想，除上述的计算机笔外，也可以联系其他类型输入装置的构造使用，如跟踪球或常规计算机鼠标。

Claims (10)

1.一种用来通过一个球相对于一个基板的运动在计算机屏幕上定位光标的输入装置，并且球的这些旋转运动变换成相应电子信号，其特征在于：输入装置包括最好在彼此垂直的方向上，用来检测球的角转动的磁性检测装置，所述检测装置包括一个或多个检测单元，该检测单元包括至少一个能够检测代表球表面运动的磁信号的读磁头。
2.根据权利要求1所述的输入装置，其特征在于：检测单元包括两个能够检测由一个写磁头沉积的磁信号的读磁头。
3.根据权利要求1或2所述的输入装置，其特征在于：球表面在两个最好垂直的位置中连续地标记有磁性标记，并且这些磁性标记由两个磁性写磁头制成。
4.根据权利要求1至3任一项所述的输入装置，其特征在于：绕读磁头提供擦除装置。
5.根据权利要求1至4任一项所述的输入装置，其特征在于：球提供有易于接收磁性充电的表面。
6.根据权利要求1至5任一项所述的输入装置，其特征在于：该装置建造成一支包括一个管形壳体的计算机笔，在该壳体中球可转动地布置在一端。
7.根据权利要求1至4任一项所述的输入装置，其特征在于：球的角转动转移到两根最好彼此相互垂直的轴上，并且磁性可检测标记能沉积或提供在所述轴上。
8.根据以上权利要求一项或多项所述的输入装置，其特征在于：该装置装有用来记录球压力的压敏计。
9.根据以上权利要求一项或多项所述的输入装置，其特征在于：该装置装有能够测量装置在一维、两维或三维中的加速度的加速度表。
10.一种检测一个球，如在计算机输入装置中的一个球，的角转动的方法，其特征在于：球表面在两个最好垂直的位置中连续地标记有磁性标记，并且这些磁性标记由两个磁性写磁头制成，及一个，最好是两个磁性检测单元，最好以读磁头的形式，布置在两个写磁头的边上。
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