專利名稱：用戶接口設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于計算或計算機相關環(huán)境的用戶接口設備。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用戶可借以在計算或計算機相關環(huán)境中手動輸入控制信號的設備。
本發(fā)明具有作為手動設備的特定應用，該手動設備在諸如數(shù)字圖像之類的數(shù)字信息的操作和處理中作為用戶的控制信號輸入接口，在該示例性環(huán)境中描述本發(fā)明將是方便的。然而，將會意識到，本發(fā)明并不限于上述應用，而是，例如還可在各種各樣的機器人和自動化機械的控制中獲得應用。
背景技術：
目前，可從市場上獲得各種各樣且不斷增加的供用戶在計算或數(shù)字應用程序中輸入控制信號的手動設備。這些設備中較為眾所周知的包括各種形式的常規(guī)鼠標、操縱桿和跟蹤球。
申請人的較新進展見美國專利公布No.2003/0103217，涉及用于檢測兩個對象的相對運動或相對位置的傳感器裝置，以及將上述傳感器裝置引入用于在計算環(huán)境中輸入控制信號的用戶接口設備中。
自然，優(yōu)化這樣的用戶接口設備的人機工程學(ergonomics)、操作舒適性以及操作的愿望和努力正在進行，對于涉及一些特定計算機相關應用的尤其如此。
本發(fā)明提供了上述最優(yōu)化過程的一種繼續(xù)，主要涉及CAD和圖像處理軟件應用程序的控制。具體而言，本發(fā)明基于從功能性和人機工程學角度來制造一種改進型用戶接口設備的目的，最優(yōu)選適用于CAD/CAM和圖像處理應用程序。
歐洲專利公布No.1152 324非常簡要地提及了一種用于個人計算機的推動鈕(jog-dial)形式的圖像接口設備。國際專利公布No.WO--01/65329描述了一種操縱桿類型的計算機接口設備，其中用于檢測三個自由度上的旋轉(zhuǎn)運動的傳感器機構包含在底座中。
美國專利No.6,225,980和國際專利公布No.WO-03/046822描述了用于計算機控制功能的輸入設備，該輸入設備包括旋轉(zhuǎn)式刻度盤，該旋轉(zhuǎn)式刻度盤具有包含在刻度盤邊緣下方的底座中的旋轉(zhuǎn)位置傳感器。傳感器的這種定位使傳感器裝置易遭受碰撞和振動，且不能使可用空間最大化。而且，這些設備未提供最優(yōu)化人機工程配置。

發(fā)明內(nèi)容
概括來說，本發(fā)明提供一種用于在計算機相關環(huán)境中手動輸入控制信號的用戶接口設備，該設備包括底座，用于將該設備支撐在一表面上；安裝在底座上的第一輸入部件，適于繞從底座大體向上延伸的軸線轉(zhuǎn)動，第一輸入部件具有從底座近側(cè)的端區(qū)域到底座遠側(cè)的端區(qū)域的軸向長度并包圍一中心空間，一傳感器裝置被置于中心空間內(nèi)用于檢測和解釋第一輸入部件相對于底座的轉(zhuǎn)動，第一輸入部件在其近側(cè)和遠側(cè)端區(qū)域處各具有開口；以及設置在或鄰近設置在第一輸入部件的所述遠側(cè)端區(qū)域處的至少兩個第二輸入部件，每個所述第二輸入部件包括適于用指壓驅(qū)動的開關或繼電器，其中第一輸入部件的轉(zhuǎn)動和/或?qū)Φ诙斎氩考尿?qū)動適于在計算機環(huán)境中產(chǎn)生相應的控制信號，并且其中所述兩個第二輸入部件被這樣安裝，使得第一輸入部件相對于底座的轉(zhuǎn)動不影響或改變所述第二輸入部件的位置。
因此，第一輸入部件優(yōu)選包括大體圓柱套狀或環(huán)狀元件，該大體圓柱套狀或環(huán)狀元件具有在其近側(cè)和遠側(cè)端區(qū)域之間延伸的大體空心或開口中心區(qū)域。在一個實施方案中，第一輸入部件可具有漸縮的截頭圓錐體形式，在其位于底座近側(cè)的端區(qū)域處最開闊。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，第一輸入部件具有橫切其旋轉(zhuǎn)軸線的大體圓形的橫截面，并且第一輸入部件的外周緣被設計成能被用戶握住和手動旋轉(zhuǎn)。關于這一點，優(yōu)選地對第一輸入部件的外周緣加工成一定的輪廓和外形，以改進設備的人機工程學。例如，外周緣可被成形為具有彎曲凹面和/或設置有棱紋(ribs)，以改善舒適感和增強握力。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，第一輸入部件的直徑小于約70毫米，優(yōu)選小于約55毫米，更優(yōu)選在約30毫米到約40毫米的范圍內(nèi)。
一般來說，設備的整體高度，尤其是第一輸入部件的軸向長度，會限定用戶的手的取向或定位，當?shù)谝惠斎氩考霓D(zhuǎn)動軸線基本豎直時尤其如此。在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，第一輸入部件的軸向長度小于約65毫米，更優(yōu)選在約20毫米到約50毫米的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，各個輸入部件的運動或驅(qū)動可在不影響其他輸入部件的情況下獨立進行。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，第一輸入部件被安裝成適于繞一在第一輸入部件的中間區(qū)域內(nèi)的從底座向上延伸的框架或結(jié)構轉(zhuǎn)動。在這樣的一個實施方案中，優(yōu)選的是，至少兩個第二輸入部件設置在框架的上端區(qū)域。框架的上端區(qū)域優(yōu)選地伸出第一輸入部件的遠側(cè)端區(qū)域外。這樣，第二輸入部件可鄰近第一輸入部件的遠側(cè)端設置。包括至少兩個第二輸入部件的框架的外端區(qū)域可包括一大體鄰近設置在第一輸入部件的遠側(cè)端區(qū)域的蓋子。
本發(fā)明的用戶接口設備通常是與計算機處理器和/或供用戶手動操作和輸入控制命令的有關機器分開的輔助設備，但可連接到上述計算機處理器和/或有關設備以與它們通信。用于與計算機處理器通信的連接可通過電纜實現(xiàn)，或者也可用無線方式實現(xiàn)。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，用戶接口設備的底座適于將該設備支撐在一操作表面上，如工作臺或桌面上，該設備在該操作表面上被使用。在本發(fā)明的一種形式中，底座具有較為笨重和堅固的結(jié)構，并被設計成能在用戶操作設備的過程中在表面上保持不動。為此，底座可包括用來抓牢表面的基腳。然而，在本發(fā)明的一種可供選擇的形式中，底座可被設計成適于這樣在支撐表面上平動，使得平動同樣在計算機環(huán)境中產(chǎn)生控制信號。例如，底座的運動可產(chǎn)生類似于常規(guī)鼠標設備在運動期間所產(chǎn)生的跟蹤或定位信號。而且，底座可任選地包括供放置用戶的手的掌托(palm rest)，不過該設備更優(yōu)選被設計成不需要掌托的。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，第一輸入部件的旋轉(zhuǎn)軸線基本垂直于底座或支撐表面延伸，因而一般是一大體豎直軸線。關于這一點，將會意識到，在這里所使用的相對于本發(fā)明的設備(例如，相對于旋轉(zhuǎn)軸線的定向長度)而言的如“向上”和“上部”等術語應被理解成是在工作臺或桌面上使用設備時設備的一般取向而言的。
盡管在所描述的優(yōu)選實施方案中，第一輸入部件的旋轉(zhuǎn)軸線是大體豎直的，但應該理解的是，本發(fā)明的用戶接口設備也設想了第一輸入部件的旋轉(zhuǎn)軸線被設置成與底座或支撐表面成一斜交角或不垂直角的實施方案。例如，在針對特定操作條件試圖實現(xiàn)最佳人機工程配置時會發(fā)現(xiàn)該軸線傾斜成與底座或支撐表面成一45度到90度的角。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，第一輸入部件具有一起始位置，并且用戶接口設備適于在第一輸入部件繞其軸線旋轉(zhuǎn)離開該起始位置時產(chǎn)生一控制信號。第一輸入部件可繞所述旋轉(zhuǎn)軸線在順時針方向和逆時針方向中的任一方向上或兩個方向上轉(zhuǎn)動。還優(yōu)選的是，第一輸入部件被施加一回彈偏壓，例如由一個或多個彈簧元件施加，以返回該起始位置。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，第一輸入部件適于“指尖控制”。換句話說，第一輸入部件相對于底座的轉(zhuǎn)動需要的力與可由一般用戶的手指容易地施加的力相當。例如，在第一輸入部件被一個或多個彈簧元件施加回彈偏壓的情況下，彈簧阻力一般小于約15牛頓/毫米，優(yōu)選在約0.1到約10牛頓/毫米的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約0.5到約5牛頓/毫米的范圍內(nèi)，其中位移(單位為毫米)指第一輸入部件周緣處的旋轉(zhuǎn)位移。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，第一輸入部件的轉(zhuǎn)動在一有限角范圍內(nèi)，即小于360度。第一輸入部件的轉(zhuǎn)動范圍，例如，可小于約120度，很可能小于約60度，甚至可能小于約30度。在一個特定實施例中，第一輸入部件的轉(zhuǎn)動限于一個約10度的角范圍。轉(zhuǎn)動范圍優(yōu)選地沿順時針方向和逆時針方向平均分配到起始位置的兩側(cè)。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，各個第二輸入部件被配置為開關或繼電器，并且用戶接口設備適于在各個所述第二輸入部件被手動驅(qū)動時產(chǎn)生相應的控制信號。各個所述第二輸入部件最優(yōu)選采用按鈕式開關或繼電器的形式，以便各個所述第二輸入部件的驅(qū)動通過施加向下指壓實現(xiàn)。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，借助所述第一或第二輸入部件中至少一個的驅(qū)動產(chǎn)生的控制信號是可編程的。換句話說，該設備優(yōu)選能被編程，以確定或設置借助第一輸入部件和/或各個第二輸入部件的驅(qū)動產(chǎn)生的特定控制信號-即，設置輸入部件的特定功能。關于這一點，本發(fā)明的用戶接口設備優(yōu)選包括操作軟件，該操作軟件被設計成能使與特定輸入部件的驅(qū)動相關聯(lián)的控制信號被改變或被設置為多個可能選擇對象中的一個。該操作軟件還優(yōu)選被設計成能使設備的參數(shù)如輸入部件的響應速度和/或靈敏度被調(diào)整。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，操作軟件適于將與所述輸入部件中的一個或多個相關聯(lián)的相應控制信號的細節(jié)、和/或所述可能的可編程選擇對象，顯示在與同本發(fā)明的設備一起使用的計算機處理單元相關聯(lián)的顯示監(jiān)視器上。該操作軟件還適于顯示設備的參數(shù)，如輸入部件的響應速度和/或靈敏度等。上述顯示，例如，可用圖解法識別各個輸入部件，并可借助各個輸入部件的功能，用關鍵字或短語來識別相應的輸入控制信號。這樣的顯示應該會方便設備的使用。
在本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的形式中，該設備包括兩個第二輸入部件，它們最好采用按鈕式開關，這兩個第二輸入部件可被編程，使得這兩個第二輸入部件開關中的每個執(zhí)行與它們中另一個相對的功能。例如，這兩個第二輸入部件開關中的一個可被編程來產(chǎn)生“向上翻頁(Page Up)”控制信號，而它們中的另一個可被編程來產(chǎn)生“向下翻頁(Page Down)”控制信號?；蛘撸鼈冎械囊粋€可被編程來產(chǎn)生“向前(Forward)”控制信號，而它們中的另一個可被編程來產(chǎn)生“向后(Back)”控制信號。類似地，一個開關可被編程來產(chǎn)生“復制(Copy)”控制信號，而另一個開關可被編程來產(chǎn)生“粘貼(Paste)”控制信號。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，用戶接口設備還包括鄰近第一輸入部件設置在底座上的一個或多個第三輸入部件。各個所述第三輸入部件也優(yōu)選采用適于以類似于各個所述第二輸入部件的方式手動驅(qū)動的開關或繼電器的形式。所述一個或多個第三輸入部件優(yōu)選不能被編程來提供不同的操作控制信號。相反，各個第三輸入部件優(yōu)選具有預設功能。
在本發(fā)明的一種形式中，除可轉(zhuǎn)動外，第一輸入部件還可軸向位移，以在計算機相關環(huán)境中產(chǎn)生控制信號。因此，在至少一個實施方案中，第一輸入部件可在它所繞著安裝的框架上在軸向上移動。該軸向位移可在沿軸向的任一方向上或沿軸向的兩個方向上，并且一般克服一回彈偏壓，該回彈偏壓起作用來使第一輸入部件返回軸向起始位置。
在本發(fā)明的另一種形式中，第一輸入部件所繞著安裝的框架的至少一部分可移動，以產(chǎn)生一輸入控制信號。這樣，可移動框架部分本身可構成用戶接口設備的一輸入部件。例如，該框架部分可相對于設備的底座樞軸轉(zhuǎn)動或平移，以產(chǎn)生一控制信號。該框架部分的樞軸轉(zhuǎn)動或平動優(yōu)選克服一回彈偏壓，例如來自彈簧的回彈偏壓，該偏壓起作用來使該框架部分返回中性位置。
如前面針對轉(zhuǎn)動所述的，第一輸入部件的樞軸轉(zhuǎn)動和/或平動優(yōu)選被設計成適合進行“指尖控制”的，只需要與可由一般用戶的手指容易施加的力相當?shù)牧?。關于這一點，針對第一輸入部件的樞軸轉(zhuǎn)動和/或平動的彈簧元件的回彈偏壓一般小于約15牛頓/毫米，優(yōu)選在約0.1到約10牛頓/毫米的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約0.5到約5牛頓/毫米的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的用戶接口設備包括一傳感器裝置，該傳感器裝置，與其它元件一起，主要被設計成能檢測和解釋第一輸入部件相對于底座的轉(zhuǎn)動。在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，用戶接口設備包括一用于檢測兩個對象的相對運動或相對位置的傳感器裝置，見美國專利公布No.2003/0103217中的描述，該專利公布的全部內(nèi)容在此通過引用的方式納入。因此，該傳感器裝置優(yōu)選被設計成能檢測和解釋第一輸入部件的轉(zhuǎn)動和/或第一輸入部件的軸向位移和/或第一輸入部件安裝于其上的框架部分的樞軸轉(zhuǎn)動或平動。該傳感器裝置一般被置于第一輸入部件所圍住的中心空間內(nèi)，例如一套狀或環(huán)狀元件的空心中心區(qū)域內(nèi)，但是該傳感器裝置還可部分被置于底座內(nèi)。因此，該傳感器裝置可穩(wěn)固地安裝在底座上，例如，安裝在第一輸入部件所優(yōu)選地繞著安裝的框架上或框架內(nèi)。
本發(fā)明的用戶接口設備優(yōu)選被設計成適于由用戶單手操作的，不過雙手操作同樣被設想到。因而，整個設備應該基本能被用戶的一只手圍住，象使用常規(guī)鼠標時的情形一樣。
本發(fā)明的用戶接口設備最特定的是面向用于CAD/CAM軟件和圖像處理軟件的圖像或模型操作。特別是，借助該設備的輸入部件的運動或驅(qū)動產(chǎn)生的控制信號優(yōu)選與數(shù)字圖像或模型的觀察點的自由導航相關，使縮放操作和平移操作能夠被同時執(zhí)行。該創(chuàng)造性設備的上述配置具有如下優(yōu)點為用戶提供非常自然和直觀的方式在計算機環(huán)境中瀏覽、操作圖像和設計。
本發(fā)明還提供一種用于計算機環(huán)境中的圖像產(chǎn)生和/或操作的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括如上所述的、根據(jù)本發(fā)明的用戶接口設備。例如，該系統(tǒng)可為一個CAD/CAM軟件系統(tǒng)。


下面參照附圖，通過舉例的方式描述根據(jù)本發(fā)明的用戶接口設備的特定實施方案，附圖中相同的參考數(shù)字表示相同的組成部分，并且其中圖1A至1C是根據(jù)本發(fā)明的特定實施方案的三種不同尺寸的用戶接口設備的示意性立體圖；圖2A是圖1C中所示的、本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的更詳細的示意性立體圖(部分被剖開)；圖2B是圖2A中所示的優(yōu)選實施方案的示意性俯視圖；圖3A是與圖2A中所示的類似的、本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方案的詳細示意性立體圖(部分被剖開)；圖3B是圖3A中所示的優(yōu)選實施方案的示意性俯視圖；和圖4A-4D是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案的用戶接口設備的示意性主視圖、俯視圖、側(cè)視圖和立體圖。
具體實施例方式
首先參照圖1A至1C，示意性圖解了根據(jù)本發(fā)明的用戶接口設備100的三個不同實施例的立體圖。在每種情況下，設備包括底座10，該底座包括大體圓形或橢圓形支撐結(jié)構11。一般來說，底座10是堅固的，并被設計成能放在操作表面上的大體固定位置，如工作臺或桌面上等。為此，底座10的底面可包括橡膠基腳(未示出)，用以抓牢工作臺或桌面的上表面。底座支撐結(jié)構11本身還被設計成能至少部分放置設備的操作電子設備，下面將進行更充分的說明。
第一用戶輸入部件20采用大體圓柱套狀或環(huán)狀元件的形式，從底座結(jié)構11的上面12向上延伸。該套狀或環(huán)狀第一輸入部件20安裝在底座10上以適于繞軸線21轉(zhuǎn)動，該軸線21大體垂直于底座向上延伸的，也就是，大體垂直于水平桌面。這樣，圓柱形或環(huán)狀第一輸入部件20采用旋鈕的形式，并具有從底座10近側(cè)的端區(qū)域23到底座遠側(cè)的相對端區(qū)域24的軸向長度或高度22。第一輸入部件20的側(cè)壁25具有橫切旋轉(zhuǎn)軸線21的大體圓形橫截面，并圍住一空間，一傳感器裝置安裝在該空間內(nèi)用于檢測并解釋第一輸入部件20相對于底座10的轉(zhuǎn)動。這樣，圓柱套狀或環(huán)狀元件的側(cè)壁25圍住一在近側(cè)和遠側(cè)端區(qū)域22、23之間延伸的空心或開口區(qū)域(未示出)。
在該實施例中，第一輸入部件20的轉(zhuǎn)動范圍小于約30度，可使旋轉(zhuǎn)起始位置的兩側(cè)均僅有約10度的角范圍。環(huán)狀第一輸入部件20優(yōu)選由彈簧元件(未示出)施加回彈偏壓，以返回旋轉(zhuǎn)起始位置。重要的是，第一輸入部件20適于進行“指尖控制”，以便其相對于底座的轉(zhuǎn)動可用一般的手指力量容易地實現(xiàn)。具體而言，在環(huán)狀第一輸入部件20由彈簧元件施加回彈偏壓的情況下，彈簧阻力一般在約0.5到約5牛頓/毫米的范圍內(nèi)。
鄰近第一輸入部件20的遠側(cè)端區(qū)域24有一蓋部30，該蓋部不適合相對于底座轉(zhuǎn)動。蓋部30的上表面處包括至少一個按鈕式開關或繼電器31、32，它們構成第二輸入部件。如在示意圖中清楚看見的，圖1A和1C所示的實施方案包括兩個第二輸入部件31、32，而圖1B所示的實施方案僅圖解了一個較大的第二輸入部件按鈕31。
此外，圖1A至1C顯示，各個示例性實施方案包括兩個按鈕式第三輸入部件41，它們設置在底座10的上表面12處并鄰近第一輸入部件旋鈕20的近側(cè)端區(qū)域23。
在上述各實施方案的情形下，用戶轉(zhuǎn)動第一輸入部件旋鈕20、和/或驅(qū)動蓋部30中的按鈕式開關31和32中的一個、和/或驅(qū)動按鈕式開關41，會在輸入設備的設計所針對的圖像處理計算機環(huán)境中產(chǎn)生相應的控制信號。圖1A至1C所示的三個實施例之間的主要區(qū)別在于套狀或環(huán)狀第一輸入部件20的軸向長度或高度22。這三種不同高度22實質(zhì)上為用戶限定了三種不同的手位置。圖1A所示的實施方案具有較高的、最高達約70毫米的圓柱套元件20，要進行正確使用，需要大體“豎直”的手取向。因此，套元件20被抓在拇指以及至少食指和中指中間，同時手掌在大體豎直方向上。
相反，圖1B所示的實施方案所具有的第一輸入部件具有僅約20毫米的較短軸向長度22。要正確操作這一特定用戶接口設備100，手優(yōu)選在大體“水平”方向上，同時食指放在蓋部30的頂部，而拇指和中指抓住第一輸入部件20的環(huán)狀元件。在此實施方案中，由于用戶手的取向，底座10被設計成包括掌托13，因此比圖1A所示的實施方案中的底座稍大。
在圖1C所示的實施方案中，第一輸入部件20的圓柱套狀或環(huán)狀元件的高度22介于圖1A和1B所示的實施方案之間，一般在20到50毫米的范圍內(nèi)。此配置規(guī)定了大體“傾斜”或成角度的手取向，其中第一輸入部件20由用戶的拇指和食指抓在中間。在圖1A至1C所示的三個實施方案中，該具有“傾斜”手取向的第三實施方案被發(fā)現(xiàn)提供了最佳性能和人機工程學。
參照圖2A和2B對圖1C所示的本發(fā)明的用戶接口設備100的細節(jié)作進一步描述。圖2A顯示，第一輸入部件20的圓柱套狀或環(huán)狀元件被“切掉”，以露出它所圍住的、用于至少部分放置傳感器裝置50的中心空間26，該傳感器裝置50檢測和解釋第一輸入部件20相對于底座10的轉(zhuǎn)動。第一輸入部件20的圓柱形側(cè)壁25被顯示為剖開。將會意識到，在這些圖中將第一輸入部件20表示為普通圓柱狀元件僅僅是一種簡化示意性表示方式。實際上，優(yōu)選對第一輸入部件20的外部側(cè)表面加工成一定的外形或輪廓以方便用戶舒適地、符合人機工程學原理地進行操作。關于這一點，該外表面可具有彎曲凹面輪廓，并可任選地包括棱紋或紋理，以增強握力。不過，為圖解該設備的基本構造，一般來說普通圓柱形式的第一輸入部件20就夠了。
如可在圖2A中看見的，第一輸入部件20被安裝得適于繞一框架51旋轉(zhuǎn)，該框架從底座10向上延伸至穿過第一輸入部件20的空心中心區(qū)域26，在蓋部30中達到最高點。該框架51提供一用于支撐蓋部30以及設置在蓋部30上的一對第二輸入部件開關31、32的結(jié)構，更不必說提供用于傳感器裝置50和旋鈕部件20的支撐結(jié)構了。傳感器裝置50可，例如，基于美國專利公布No.2003/0103217中描述的裝置，并且適于至少能夠檢測和解釋旋鈕20相對于底座10的轉(zhuǎn)動。此傳感器裝置50至少部分置于套狀或環(huán)狀旋鈕20中，雖然，一般情況下它還部分置于底座10的支撐結(jié)構11中。旋鈕或環(huán)狀第一輸入部件20繞旋轉(zhuǎn)軸線21的轉(zhuǎn)動獨立于兩個第二輸入部件開關31、32。類似地，對任一第二輸入部件開關31、32的驅(qū)動不以任何方式影響第一輸入部件20。
圖2B顯示用戶接口設備的俯視圖或平面圖。在該視圖中，可清楚地看見，圓形蓋部30被分成左半部和右半部，其中每個半部構成第二輸入開關31、32中的一個。用戶接口設備還包括被設計為使這些開關中的各個開關所產(chǎn)生的控制信號能被編程的操作軟件。因此，該操作軟件使各個第二輸入部件開關31、32的控制信號能夠從一組選擇對象中進行選擇和設置。這兩個第二輸入部件開關31、32中的一個一般被編程來執(zhí)行與它們中另一個相對的功能或產(chǎn)生與它們中另一個相對的操作控制信號。例如，這對第二輸入部件按鈕可被編程進行“撤消(Undo)-重做(Redo)”、“向上翻頁(Page Up)-向下翻頁(PageDown)”、“歸位(Home)-至尾(End)”、“向后(Back)-向前(Forward)”或“復制(Copy)-粘貼(Paste)”。
從附圖2B中還可清楚地看見，底座結(jié)構11包括5個按鈕式開關或繼電器41、42、43、44、45，它們構成用戶接口設備100的一組第三輸入部件。這些第三輸入開關中的四個開關41、42、43、44被標明具有特定操作控制功能。因此，這四個第三輸入部件開關41、42、43、44不可編程，而是適于總是產(chǎn)生與特定標記對應的相同控制信號。關于這一點，正如本領域公知的，標記ESC、ALT、SHIFT和CTRL具有常規(guī)意義和操作。第三輸入部件開關中的第五個開關45為適應開關(FIT開關)，F(xiàn)IT是特別針對本發(fā)明的設備100所適用于的圖像處理應用程序的操作。具體而言，該開關被設計成能使圖像的特定選定部分“適應”圖像顯示屏幕。
圖3A和3B圖解了本發(fā)明的另一實施方案。該實施方案非常類似于圖2A和2B所示的實施方案，與它們的主要不同在于，在此情形下有四個可編程第二輸入部件31、32、33、34被設置成繞蓋部30均勻分布。在所有其他方面，設備100基本相同。
圖4A至4D圖解了本發(fā)明的被更實際地處理過的實施方案。在這種情況下，用戶接口設備100具有更彎曲、更完美、總體上更符合人機工程學原理的配置，不過其基本結(jié)構與上面所描述的相同。在該實施方案中，第一輸入部件20的旋鈕具有稍微呈錐形的設置，并具有凹入的側(cè)壁25，該側(cè)壁25優(yōu)選覆蓋有為用戶提供良好抓握特性的柔軟的橡膠基底的復合物。蓋部30為鄰近第一輸入部件20的旋鈕的遠側(cè)端區(qū)域24的整體式元件，適于在用戶指壓的作用下向任一側(cè)樞軸轉(zhuǎn)動或擺動，以驅(qū)動兩個正好相對的第二輸入部件開關31、32。第三輸入部件開關41、42、43、44、45采用繞圓形底座結(jié)構11的上表面12分布的伸長按鈕的形式。
設備100的一種可能變化涉及第二和第三輸入部件開關各自的數(shù)量?？梢岳斫獾氖?，所提供實施例中第二輸入部件開關31、32和第三輸入部件41-45各自的數(shù)量可不脫離本發(fā)明的范圍而改變。
上面參照附圖描述的設備100的另一種可能變化設想，第一輸入部件20的套狀或環(huán)狀元件還可在軸向上位移，以產(chǎn)生另一控制信號。此外，第一輸入部件20和/或第一輸入部件20所繞著安裝以進行旋轉(zhuǎn)的框架51的至少一部分可相對于底座10樞軸轉(zhuǎn)動，以同樣產(chǎn)生另一輸入控制信號。因此，在一個實施方案中，施加于旋鈕20和蓋部30的側(cè)面的橫向壓力(即，在向前方向上、向后方向上或橫向上)被設計成能相對于底座10樞軸轉(zhuǎn)動框架51的可移動部分——以及隨著它樞軸轉(zhuǎn)動旋鈕20和蓋部30——，從而產(chǎn)生另一輸入控制信號。還有，第一輸入部件20的樞軸運動或平動一般適于進行指尖控制，克服一在約0.5到約5牛頓/毫米的范圍內(nèi)的彈簧偏壓。
本發(fā)明的用戶接口設備100，尤其是圖4A至4D所示的優(yōu)選配置中的，提供了小巧且用戶界面非常友好的設備，用于對數(shù)字圖像或模型的觀察點進行自由導航，使縮放操作和平移操作能夠被同時執(zhí)行。旋鈕20的轉(zhuǎn)動可例如產(chǎn)生一“平移”控制信號，而旋鈕20的軸向位移和/或?qū)Φ诙斎氩考_關31-34之一的驅(qū)動可實現(xiàn)縮放操作。這樣，本發(fā)明的設備100可為用戶提供非常自然、直觀的方式，以在計算機環(huán)境中，尤其是在CAD/CAM或圖像處理軟件應用程序內(nèi)的計算機環(huán)境中，瀏覽、操作圖像和設計。本發(fā)明的另一優(yōu)點是，降低了用戶來回頻繁的手部動作以及操作鍵盤的必要性，——尤其是在第三輸入部件開關41-45中對預設鍵盤功能進行了預編程時。
本發(fā)明的用戶接口設備100主要面向用于協(xié)同普通計算機監(jiān)視器和鍵盤以及常規(guī)計算機鼠標進行的操作。本發(fā)明的用戶接口設備100可例如用用戶的左手操作，在這種情況下，用戶一般會用他/她的右手操作常規(guī)鼠標。常規(guī)鼠標和鍵盤依然是整個計算機設計過程的組成要素，鼠標一般在2D繪圖模式下使用，例如，在勾畫幾何結(jié)構的“草擬階段”使用，鼠標一般還用于選擇和確認命令。其間，鍵盤一般用來輸入數(shù)字(如尺寸等)和文本(如文件名等)。
本發(fā)明的用戶接口設備100尤其適用于3D模型、對象和設計的動作控制輸入例如，在設計“精加工階段”，在此期間添加設計細節(jié)，以及在“編輯、組合和理解階段”，在此期間可控制和修改組件的尺寸并可將完成的組件組合在一起。雖然如此，設備100還可適于在2D模式下操作，從而降低用戶對常規(guī)鼠標的依賴性。
顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可改變和/或增添參照附圖描述的設備100的各個組成部分。
權利要求
1.一種用于在計算機相關環(huán)境中手動輸入控制信號的設備(100)，該設備包括底座(10)，用于將該設備支撐在一表面上；安裝在底座(10)上的第一輸入部件(20)，適于繞從底座(10)大體向上延伸的軸線(21)轉(zhuǎn)動，第一輸入部件(20)具有從底座(10)近側(cè)的端區(qū)域(23)到底座遠側(cè)的端區(qū)域(23)的軸向長度(22)并包圍一中心空間(26)，一傳感器裝置(50)被置于中心空間內(nèi)用于檢測和解釋第一輸入部件(20)相對于底座的轉(zhuǎn)動，第一輸入部件(20)在其近側(cè)和遠側(cè)端區(qū)域(23，24)處各具有開口；以及在第一輸入部件的所述遠側(cè)端區(qū)域(24)處設置或鄰近第一輸入部件的所述遠側(cè)端區(qū)域(24)設置的至少兩個第二輸入部件(31，32)，所述第二輸入部件(31，32)中的每個包括適于用指壓驅(qū)動的開關或繼電器；其中第一輸入部件(20)的轉(zhuǎn)動和/或?qū)Φ诙斎氩考?31，32)的驅(qū)動適于在計算機環(huán)境中產(chǎn)生相應的控制信號，并且其中所述至少兩個第二輸入部件(31，32)被這樣安裝，使得第一輸入部件(20)相對于底座的轉(zhuǎn)動不影響或改變所述兩個第二輸入部件(31，32)的位置。
2.根據(jù)權利要求1的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)包括大體圓柱套狀或環(huán)狀元件，該大體圓柱套狀或環(huán)狀元件具有在所述近側(cè)和遠側(cè)端區(qū)域(23，24)之間延伸的大體空心或開口的中心區(qū)域(26)。
3.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)具有橫切其旋轉(zhuǎn)軸線(21)的大體圓形的橫截面。
4.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，各個輸入部件(20，31，32)的運動或驅(qū)動可在不影響其他輸入部件的情況下獨立進行。
5.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)的直徑小于約70毫米，優(yōu)選小于約55毫米。
6.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)的軸向長度(22)小于約65毫米，更優(yōu)選在約20毫米到約50毫米的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)被安裝成適于繞大體位于第一輸入部件(20)中間的從底座延伸的框架(51)旋轉(zhuǎn)，其中第二輸入部件(31，32)設置在框架(51)的上端區(qū)域(30)處。
8.根據(jù)權利要求7的設備，其特征在于，框架(51)的上端區(qū)域(30)伸出第一輸入部件(20)的遠側(cè)端區(qū)域(24)外。
9.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)的旋轉(zhuǎn)軸線(21)大體垂直于底座(10)延伸。
10.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第一輸入部件的轉(zhuǎn)動在一有限角范圍內(nèi)，所述角范圍優(yōu)選小于約120度，更優(yōu)選小于約60度，進一步優(yōu)選小于約30度。
11.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)具有旋轉(zhuǎn)起始位置，并且用戶接口設備適于在第一輸入部件(20)繞其軸線旋轉(zhuǎn)離開所述起始位置時產(chǎn)生控制信號。
12.根據(jù)權利要求11的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)被施加回彈偏壓以返回所述起始位置。
13.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)適于繞旋轉(zhuǎn)軸線(21)沿順時針方向和逆時針方向中的任一方向上或兩個方向上轉(zhuǎn)動。
14.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)適于“指尖控制”，以便第一輸入部件相對于底座轉(zhuǎn)動所需要的力與可由一般用戶的手指容易地施加的力相當。
15.根據(jù)權利要求13的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)的回彈偏壓小于約15牛頓/毫米，優(yōu)選在約0.1到約10牛頓/毫米的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在約0.5到約5牛頓/毫米的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第二輸入部件(31，32)被配置為按鈕式開關或繼電器，并且用戶接口設備適于在各個所述第二輸入部件通過用指壓手動驅(qū)動時產(chǎn)生控制信號。
17.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，借助所述第一或第二輸入部件(20，31，32，33，34)中至少一個的運動或驅(qū)動產(chǎn)生的控制信號是可編程的。
18.根據(jù)權利要求17的設備，其特征在于，包含操作軟件，該操作軟件被設計成能使與特定輸入部件(20，31，32，33，34)的驅(qū)動相關聯(lián)的相應控制信號被改變或被設置為多個可能選擇對象中的一個。
19.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，包含操作軟件，該操作軟件被設計成能使該設備的參數(shù)如輸入部件的響應速度和/或靈敏度被調(diào)整。
20.根據(jù)權利要求18或19的設備，其特征在于，操作軟件適于將與所述輸入部件(20，31，32，33，34)中的一個或多個相關聯(lián)的相應控制信號的細節(jié)和/或所述可能選擇對象顯示在與同該設備(100)一起使用的計算機處理單元相關聯(lián)的顯示監(jiān)視器上。
21.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，所述兩個第二輸入部件(31，32)被編程，使得各個所述第二輸入部件執(zhí)行與它們中的另一個相對的功能。
22.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，設備(100)包含四個第二輸入部件(31，32，33，34)，所述四個第二輸入部件(31，32，33，34)優(yōu)選可被編程。
23.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，還包含鄰近第一輸入部件設置在底座上的一個或多個第三輸入部件(41，42，43，44，45)。
24.根據(jù)權利要求2 3的設備，其特征在于，各個所述第三輸入部件(41，42，43，44，45)采用適于以類似于各個所述第二輸入部件的方式手動驅(qū)動的開關或繼電器的形式。
25.根據(jù)權利要求23或24的設備，其特征在于，所述一個或多個第三輸入部件(41，42，43，44，45)不能編程提供不同的操作控制信號，而是具有預設功能。
26.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，底座(10)被設計成適于在一支撐裝置上平動，使得平動在計算機環(huán)境中產(chǎn)生控制信號。
27.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，除了可轉(zhuǎn)動外，第一輸入部件(20)還可相對于底座在軸向上位移，以同樣在計算機相關環(huán)境中產(chǎn)生控制信號。
28.根據(jù)權利要求27的設備，其特征在于，第一輸入部件(20)可在沿軸向的任一方向上或沿軸向的兩個方向上位移，優(yōu)選克服一回彈偏壓，該回彈偏壓起作用以使第一輸入部件返回軸向起始位置。
29.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，第一輸入部件所繞著安裝的框架(51)的至少一部分是可移動的，以產(chǎn)生一輸入控制信號。
30.根據(jù)權利要求29的設備，其特征在于，框架部分(51)可相對于該設備的底座(10)樞軸轉(zhuǎn)動、平移、或者樞軸轉(zhuǎn)動和平移，以產(chǎn)生一控制信號。
31.根據(jù)權利要求30的設備，其特征在于，框架部分(51)具有一阻止所述樞軸轉(zhuǎn)動和/或平動的回彈偏壓，該偏壓起作用以使該框架部分返回中性位置。
32.根據(jù)權利要求29-31中任一權利要求的設備，其特征在于，向第一輸入部件(20)施加橫向壓力適于使所述框架部分相對于底座(10)樞軸轉(zhuǎn)動或平移。
33.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，傳感器裝置(50)被設計成能檢測和解釋第一輸入部件的轉(zhuǎn)動和/或第一輸入部件的軸向位移和/或所述框架部分的樞軸轉(zhuǎn)動或平動。
34.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，傳感器裝置(50)安裝在框架(51)上或框架(51)內(nèi)。
35.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，底座(10)適于將該設備支撐在一操作表面上，如工作臺或桌面上。
36.根據(jù)以上權利要求中任一權利要求的設備，其特征在于，設備(100)被設計成適于由用戶單手操作。
37.一種用于計算機環(huán)境中的圖像產(chǎn)生和/或操作的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以上權利要求中任一權利要求的用戶接口設備(100)。
全文摘要
本發(fā)明提供用于在計算機相關環(huán)境中手動輸入控制信號的設備(100)，該設備包括底座(10)，用于將該設備支撐在一表面上；安裝在底座(10)上的第一輸入部件(20)，適于繞從底座(10)大體向上延伸的軸線(21)轉(zhuǎn)動，第一輸入部件(20)具有從底座(10)近側(cè)的端區(qū)域(23)到底座遠側(cè)的端區(qū)域(23)的軸向長度(22)并包圍一中心空間(26)，一傳感器裝置(50)被置于中心空間內(nèi)用于檢測和解釋第一輸入部件(20)相對于底座的轉(zhuǎn)動，第一輸入部件(20)在其近側(cè)和遠側(cè)端區(qū)域(23，24)處各具有開口；以及在第一輸入部件(20)的所述遠側(cè)端區(qū)域(24)處設置或鄰近設置的一對第二輸入部件(31，32)，每個所述第二輸入部件(31，32)包含適于用指壓驅(qū)動的開關或繼電器。第一輸入部件(20)的轉(zhuǎn)動和/或?qū)Φ诙斎氩考?31，32)的驅(qū)動適于在計算機環(huán)境中產(chǎn)生相應的控制信號。
文檔編號G05G1/01GK1965288SQ200580008540
公開日2007年5月16日 申請日期2005年3月16日 優(yōu)先權日2004年3月17日
發(fā)明者A·帕斯庫奇 申請人:3D連接有限公司