專利名稱：自索引計算機指點設備的模塊化組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及和計算機等一起使用的指點設備。
背景技術：
現(xiàn)代的計算機操作系統(tǒng)和圖形程序需要一個指點設備以控制光標在計算機顯示器上的位置。對于臺式PC，最成功的指點設備是“鼠標”。鼠標是一個手持件，其在靠近鍵盤的一個平面上移動以控制光標在計算機顯示器上的運動。鼠標移動的方向和距離決定了光標在顯示器上移動的方向和距離。傳統(tǒng)的鼠標提供一個用戶能高精度移動的剛性體。對于臺式計算機，鼠標為指點問題提供了一個滿意的解決方案。偶爾當工作空間不足以提供鼠標所能移動的路徑，以容許光標在顯示器上的期望移動時，用戶會簡單地拿起鼠標并且使鼠標重新回到工作空間的中心位置。
雖然鼠標為臺式PC市場中的指點設備問題提供了滿意的解決方案，但類似的成功設備對于便攜式和手持式計算機是不實用的。這些計算機經(jīng)常用在缺少靠近鍵盤的、鼠標能在其上移動的、足夠大的平面的環(huán)境中。因此，當這些計算機用在這樣的環(huán)境下時需要某種其他形式的指點設備。
用在這些環(huán)境下的指點設備必須要解決迅速和準確地移動鼠標的問題。另外，該裝置必須以一種新手用戶無須大量指令就能理解的直覺方式來運行。另外，指點設備必須在有限的工作空間中運行，并且滿足計算機或手持式裝置的形狀因數(shù)。最后，也必須滿足低成本、低功耗和高性能的常規(guī)限制。
當前，對于膝上型計算機市場中的指點設備問題主要有兩種解決方案Synaptics的電容式TouchPadTM和IBM的TrackPiontTM。其他公司制造具有類似功能的這些設備的多個版本。這兩種解決方案遠沒有滿足上述要求。TrackPiontTM是一個通常位于膝上型計算機鍵盤中央的小按鈕。通過手指在按鈕的上部施加一個橫向力，按鈕可以以一種類似于“操縱桿”的方式移動。不幸的是，按鈕僅能移動很小的量；因此，按鈕的位移不能直接被映射成光標位置在計算機顯示器上的位移。代替性地，按鈕位移控制了光標移動的方向和速度。用戶能采用此種類型的速度控制定位光標的精度明顯低于傳統(tǒng)的鼠標所能達到的精度。這種限制在需要小的、精確的移動，如在計算機圖形程序中繪畫的工作中特別明顯。
TouchPadTM是一個一邊長50-100毫米的空白長方形墊，其一般被放置在大多數(shù)膝上型計算機鍵盤的前面。該設備感測手指在長方形表面上相對于設備邊緣的位置。此感測是通過測量由用戶手指在位于一種絕緣的、低摩擦的材料之下的一串電極上引起的電容變化來實現(xiàn)的。
類似于TrackPiontTM，TouchPadTM也受到精度不高的困擾。其內在地難于測量由位于相對于電路未知電壓處的用戶所引起的電容改變。此外，用戶手指的接觸區(qū)域相對較大。因此，為了提供對手指位置的精確測量，該設備必須確定一些參數(shù)，如手指和墊之間接觸區(qū)的中心位置。不幸的是，隨著用戶所施加壓力的變化，接觸區(qū)的尺寸和形狀會改變。因此這些確定最多是有限精確的。實際上，用戶不能重復地執(zhí)行精確的移動。
當用戶不經(jīng)意用手指或手腕觸摸了該墊時，也有一些由錯誤信號引起的困難。在一些設備中，傳統(tǒng)鼠標的“點擊”功能是通過在該墊上輕擊實現(xiàn)的。結果，在打字操作中，打字期間的這些不經(jīng)意動作會使光標跳到一個新位置，并且文本會被插入到所述新位置。
基于用戶用他或她的手指移動的“壓輪”(puck)的設備提供了更高級別的精確度，因為壓輪在所允許運動區(qū)中的位置能被精確地確定。另外，壓輪能比上面所討論的用在TrackPiontTM系統(tǒng)中的操縱桿移動更大的距離。
雖然基于壓輪的指點設備提供更高的輸入精度，但是清潔和更換壓輪給出了獨特的問題。壓輪必須在位于壓輪運動區(qū)中的表面上以低摩擦“感覺”輕柔地滑動，而不允許灰塵進入到該機構中。另外，如果灰塵進入了壓輪機構，該機構難于清潔。最后，壓輪部件容易被破壞，由此需要一種用于廉價替換關鍵部件的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明包括一種指點設備，其具有一個壓輪子組件和一個基座子組件。壓輪子組件包括一個可移動的壓輪，其被限制為在一個壓輪運動區(qū)中移動。壓輪子組件包括一個支撐件，所述支撐件具有一個位于其中的開口，所述開口確定壓輪運動區(qū)的邊界。基座子組件包括一個所述壓輪在其上移動的基座表面、一個測量壓輪在壓輪運動區(qū)中位置的檢測器和一個連接機構。連接機構將基座子組件連接到壓輪子組件上，使得壓輪子組件可與基座組件可逆地分離開。當壓輪子組件與基座組件分離開時，基座表面是可到達的。在一種實施方式中，壓輪子組件進一步包括一個使壓輪返回到壓輪運動區(qū)中一個預定區(qū)域的復原機構。在另一種實施方式中，支撐件也包括第一觸點，第一觸點與基座子組件中相應的第二觸點相配合，用于在壓輪和基座子組件之間形成電連接。壓輪優(yōu)選地被一個彈簧電連接到第一觸點上，所述彈簧使壓輪返回到壓輪運動區(qū)中的一個預定區(qū)域。


圖1A闡釋了基于壓輪的指點設備的俯視圖。
圖1B是圖1A所示的指點設備穿過線1B-1B的截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的指點設備的截面圖。
圖3是圖1所示的表面12的一部分的俯視圖，在本發(fā)明的一種實施方式中壓輪在該表面上移動。
圖4是電極151-155的等效電路的示意圖。
圖5闡釋了一個感測機構，其采用光學傳感器來確定壓輪在壓輪運動區(qū)中的位置。
圖6闡釋了根據(jù)本發(fā)明的指點設備的另一種實施方式的俯視圖。
圖7是圖6所示的指點設備穿過線7-7的截面圖。
圖8是一個具有根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的指點設備的膝上型計算機的俯視圖。
圖9是圖8所示的膝上型計算機穿過線9-9的截面圖。
具體實施例方式
參照圖1A-1B能更容易地理解本發(fā)明提供其優(yōu)點的方式，這些圖闡釋了一個基于壓輪的指點設備10。圖1A是指點設備10的俯視圖，而圖1B是指點設備10穿過圖1A所示的線1B-1B的截面圖。指點設備10包括一個壓輪11，該壓輪11響應于施加到該壓輪11上的橫向力在位于壓輪運動區(qū)19中的基底15的表面12上移動。該力一般是由用戶的手指、指尖、拇指、拇指指尖或多個手指施加的。壓輪11包括一個測量施加在壓輪11上的垂直壓力的壓力感測機構。另外，指點設備10包括一個確定壓輪11在表面12上位置的感測機構。
壓輪一般用于控制顯示器上的光標。當用戶施加在壓輪11的垂直壓力大于一個預定閾值時，壓輪11在表面12上的任何位置改變被報告給主機裝置，該指點設備形成了主機裝置的一部分。這種位置改變被用于在顯示器上移動光標，移動光標的幅度和方向取決于當將垂直力施加到壓輪11上時壓輪11的移動幅度和方向。即，如果壓輪的移動由指點設備上的距離d和角度φ所定義的方向表征，那么光標的移動由顯示器上的距離D和角度φ所定義的方向表征。主機裝置中的一個硬件驅動器通常設置D和d之間的關系。
當用戶通過移開用戶手指16來釋放壓輪11時，壓輪11借助于13所示的彈簧返回到其中心位置，該彈簧將壓輪連接到壓輪運動區(qū)的一側14上。由于在其返回期間用戶手指沒有在壓輪11上施加垂直力，與該返回移動相關的位置改變不報告給主機裝置。這樣就提供了一種方便的“回到中心位置”的能力，該能力一般通過拿起鼠標并將鼠標重新放置在運動區(qū)的中心來實現(xiàn)。這對膝上型計算機、手持設備和其他其中的運動區(qū)受到限制的微型裝置是尤其需要的。
雖然上述指點設備對當前包括在膝上型計算機中的傳統(tǒng)指點設備提供了很多改進，但是該指點設備需要定期清潔?；覊m和其他碎屑會在壓輪運動區(qū)的表面上積累，并且干擾壓輪在此表面上的平滑移動。另外，將壓輪定位在壓輪運動區(qū)中的彈簧也會被破壞。最后，提供以下的設計是有益處的，該設計能被容易地定制成包括一個制造商廠標或一個更完美地適合左撇子用戶的按鈕配置。
本發(fā)明通過采用兩個子組件設計來構造指點設備解決了這些問題?，F(xiàn)在參照圖2，其是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的指點設備30的截面圖。指點設備30包括一個基座子組件40和一個壓輪子組件50。壓輪子組件50包括壓輪51、一個具有開口54的平板52和彈簧55，該開口54限定了壓輪運動區(qū)，該彈簧55使得當壓輪51被釋放時將壓輪51返回到壓輪運動區(qū)中的一個預定位置。
基座子組件40包括一個表面45，位于該表面45上的位置傳感器41被用于測量壓輪在壓輪運動區(qū)中的位置。將傳感器與壓輪電絕緣開的保護層(未在圖中示出)優(yōu)選地覆蓋住這些傳感器?；咏M件40也可以包括一個控制器，該控制器從傳感器41接收信號并從這些信號計算壓輪51的位置。下面將對確定位置的方式進行更詳細的討論。
基座子組件40也包括一個用于將壓輪子組件50安全地保持在基座子組件中的定位凹槽(detent)46。壓輪子組件50優(yōu)選地嚙合到基座子組件40中。如彈簧49的多個彈簧可以被用于保持壓輪子組件50抵靠在定位凹槽46上。然而，可以采用任何無需特殊工具就使基座子組件40同壓輪子組件50連接和不連接的任意機構。例如，根據(jù)本發(fā)明的一種指點設備可以采用多個螺釘來將基座子組件40和壓輪子組件50保持在一起。
如上面所注意到的，一個指點設備(如指點設備30)會聚集灰塵和其他碎屑，這些灰塵和碎屑會干擾壓輪的平滑移動或壓輪的位置感測機構。因此，根據(jù)本發(fā)明的指點設備優(yōu)選地允許其用戶拆開指點設備并清潔壓輪和下表面。另外，允許用戶容易地更換壓輪機構的設計是優(yōu)選的，因為由于磨損或錯誤使用彈簧和/或壓輪部件可能會變得失去效用。最后，特定計算機或其他主機裝置的制造商可能希望在壓輪和周圍平板上包括一個廠標或其他定制的標記。因此，允許將指點設備制造為具有多種專用壓輪子組件中任意一種的設計是有益的。
另外，基座子組件40包括多個連接器47，該連接器47與壓輪子組件40上的相應連接器58配合，用于將來自壓輪51的信號傳送到控制器42。優(yōu)選的是經(jīng)由一個或多個彈簧55將這些來自壓輪51的信號耦接到連接器58。正被討論的彈簧或者由電導體制成，或者具有埋入在其中或覆蓋在其上的電導體。
可以通過多種方法中的任意一種來感測壓輪在壓輪運動區(qū)中的位置。通常，每一種方法都利用基座子組件中的一個或多個部件。在圖3中闡釋了這樣的一個位置感測機構。圖3是圖1所示的表面12的一部分的俯視圖，在本發(fā)明的一種實施方式中壓輪在該表面上移動。表面150包括151-154所示的四個電極，它們具有連接到外部電路的端子。為了簡化該圖，已經(jīng)省略了這些端子。壓輪具有一個下表面，該下表面包括一個電極155，在該圖中以虛線顯示該電極。電極151-155被彼此電隔離開。例如，電極155可被覆蓋一個電介質層，該電介質層提供所需的絕緣同時仍然允許電極155在其他電極上滑行。該電極實際上可被圖案化地形成在基底的背面，該基底的表面如150所示。這減少了相對于壓輪電極的電容，但是可能對幾個毫米或更小的基底厚度是很實用的。電極155和電極155-154中的每一個之間的重疊取決于壓輪相對于電極155-154的位置。分別由A-D來表示電極155和電極151-154之間的重疊。
現(xiàn)在參照圖4，該圖是電極151-155的等效電路的示意圖。電極155與電極151重疊的部分形成了一個平行板電容器，其具有與重疊A成比例的電容。類似地，電極155與電極152重疊的部分形成了一個平行板電容器，其具有與重疊B成比例的電容，并且以此類推下去。因為所有的電容器共用了電極155的多個部分，等效電路由連接到158所示的公用電極的四個電容器組成。這個電極正好是電極155。因此，通過測量電極155和每個電極151-154之間的電容，就能確定電極155相對于電極151-154的位置。這個確定過程可由控制器159執(zhí)行，該控制器159可以是指點設備的一部分或與指點設備相連接的主機裝置的一部分。
在壓輪運動區(qū)充分地大于壓輪直徑的實施方式中，可以在基底上放置4個以上電極。測量這些電極中的每一個與壓輪之間的電容可以如上所述地確定壓輪的位置。
也可以采用光學傳感器如用在傳統(tǒng)光學鼠標中的那些光學傳感器來確定壓輪在壓輪運動區(qū)中的位置?，F(xiàn)在參照圖5，其闡釋了這樣的一種感測機構。在此實施方式中，壓輪82的下表面84被正好位于壓輪運動區(qū)表面81下方的光學鼠標傳感器83照射。光學鼠標傳感器在本領域是已知的，因此在此將不對其詳細討論。為了本討論的目的，注意到光學鼠標傳感器83具有一個照射壓輪82下表面的照射系統(tǒng)和一個形成所照射表面的一部分的圖像的成像傳感器就足夠了。該成像系統(tǒng)對下表面的連續(xù)圖像進行比較以在圖像之間確定壓輪移動的幅度和方向。
前面合適位置感測機構的例子被提供作為實例。然而，從前面的討論可以明顯看出，不脫離本發(fā)明的教導，存在大量的能被采用的位置測量機構。
本發(fā)明的上述實施方式采用了一種特定的連接機構以將壓輪子組件連接到基座子組件上。然而，不脫離本發(fā)明可以采用多種其他的連接機構?，F(xiàn)在參照圖6和7，它們描述了根據(jù)本發(fā)明的指點設備的另一種實施方式。圖6是指點設備200的俯視圖，而圖7是圖6中指點設備200穿過線7-7的截面圖。指點設備200由壓輪子組件210和基座子組件220構成?；咏M件220包括兩個狹槽221，狹槽221的尺寸允許212所示的相應短小突出部穿過該狹槽。通過使短小突出部對齊狹槽，將壓輪子組件210連接到基座子組件220上。一旦短小突出部穿到基座子組件上表面的下面，壓輪子組件就被旋轉直到短小突出部嚙合相應的插孔226。
壓輪子組件210和基座子組件220之間的電連接是經(jīng)由短小突出部上的觸點形成的，短小突出部上的觸點嚙合狹槽中的相應觸點。在215和225示出了一對典型的觸點。這些觸點允許將壓輪223中的電極連接到基座子組件220中的控制器235?？刂破?35也被連接到222所示的位置感測電極。
圖6和7所示的連接機構不需要任何工具。用戶能僅通過扭轉壓輪子組件直到使短小突出部與狹槽對齊來拆下壓輪子組件?？梢栽趬狠喿咏M件210的表面上提供合適的標識或突起以有助于用戶操作壓輪子組件。因此，用戶能容易地拆下壓輪子組件來清潔和/或更換。一旦拆下壓輪子組件，就能清潔基座子組件和壓輪自身底面上的任何電極。
本發(fā)明尤其適合于在對指點設備具有有限空間的膝上型計算機或其他主機裝置上實施?，F(xiàn)在參照圖8和9，這些圖描述了具有根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的指點設備的膝上型計算機。圖8是膝上型計算機300的俯視圖，而圖9是穿過圖8中線9-9的截面圖。為了簡化附圖，已經(jīng)從附圖中省略了顯示器。指點設備300優(yōu)選地被定位為靠近膝上型計算機300的鍵盤320?；咏M件330被附著到膝上型計算機上，并且可以被安裝在靠近鍵盤的表面上的一個凹坑中，從而提供更薄的整體膝上型計算機形狀因數(shù)。另一個選擇為，基座子組件330可被模制在膝上型計算機的表面中。在一種實施方式中，以一種防止用戶拆下基座子組件的方式將基座子組件連接到此表面上。在這種實施方式中，指點設備和膝上型計算機的連接被提供在基座子組件的下面。用于提供這些連接的典型連接器如360和361所示。這樣的配置允許以一種防止液體或碎屑通過指點設備進入膝上型計算機的方式來將基座子組件密封到膝上型計算機上。
壓輪子組件以一種類似于上述的方式連接到基座子組件上。該連接機構允許壓輪子組件被用戶容易地拆下以進行清潔和/或更換。壓輪子組件包括壓輪341、彈簧342和上平板343。上平板343具有一個孔，其限定了壓輪的運動區(qū)，并且該連接機構用于將壓輪子組件連接到基座子組件上。
已經(jīng)就與膝上型計算機一起使用的指點設備描述了本發(fā)明的上述實施方式。然而，從前面的討論將會明顯看出，本發(fā)明可被應用在多種不同的數(shù)據(jù)輸入環(huán)境中。例如，根據(jù)本發(fā)明的指點設備可以是取代傳統(tǒng)鼠標的獨立指點設備。類似地，本發(fā)明的指點設備可被用作PDA或蜂窩電話上的指點設備，用于對這些裝置上的菜單進行選擇。
從前面的描述和附圖來看，本發(fā)明的各種修改對于本領域普通技術人員來說將變得很明顯。因此，本發(fā)明僅由所附的權利要求的范圍進行限定。
權利要求
1.一種指點設備(30)，其包括一個壓輪子組件(50)，其包括一個可移動的壓輪(51)，其被限制為在一個壓輪運動區(qū)(19)中移動；和一個支撐件(52)，其具有一個位于其中的開口，所述開口確定所述壓輪運動區(qū)的邊界；一個基座子組件(40)，其包括一個基座表面(45)，所述壓輪在其上移動；和一個位置檢測器(151-155，159)，其測量所述壓輪在所述壓輪運動區(qū)中的位置；以及一個連接機構(46，212，221)，用于將所述基座子組件(40)連接到所述壓輪子組件(50)上，使得所述壓輪子組件(50)可與所述基座組件可逆地分離開，并且當所述壓輪子組件(50)與所述基座組件分離開時，所述基座表面(45)是可到達的。
2.如權利要求1所述的指點設備(30)，其中所述可移動的壓輪包括一個用戶傳感器，其檢測用戶和所述壓輪之間的相互作用。
3.如權利要求1所述的指點設備(30)，其中不采用工具，基座子組件(40)可與所述基座子組件(40)分離開。
4.如權利要求1所述的指點設備(30)，其中所述壓輪子組件(50)進一步包括一個復原機構(13)，其使所述壓輪返回到所述壓輪運動區(qū)中的一個預定區(qū)域。
5.如權利要求4所述的指點設備(30)，其中所述復原機構包括一個連接到所述壓輪的彈簧(13)。
6.如權利要求1所述的指點設備(30)，其中所述支撐件(52)進一步包括第一觸點(215)，所述第一觸點(215)與所述基座子組件(40)中相應的第二觸點(225)相配合，用于在所述壓輪和所述基座子組件(40)之間形成電連接。
7.如權利要求6所述的指點設備(30)，其中所述壓輪通過一個彈簧(13)電連接到所述第一觸點(215)上，所述彈簧(13)使所述壓輪返回到所述壓輪運動區(qū)中的一個預定區(qū)域。
8.如權利要求1所述的指點設備(30)，其中所述位置傳感器包括位于所述表面上的多個表面電極(151-154)和一個與所述壓輪一起移動的壓輪電極(155)。
9.如權利要求1所述的指點設備(30)，其中所述基座子組件(40)被連接到一個便攜式主機裝置(300)上。
10.如權利要求1所述的指點設備(30)，其中所述基座子組件(40)與一個便攜式主機裝置(300)集成在一起。
全文摘要
公開了一種指點設備(30)，其具有一個壓輪子組件(50)和一個基座子組件(40)。壓輪子組件(50)包括一個具有用戶傳感器的可移動壓輪，所述用戶傳感器檢測用戶和壓輪之間的相互作用。壓輪被限制為在一個壓輪運動區(qū)中移動。壓輪子組件(50)包括一個支撐件(52)，所述支撐件具有一個位于其中的開口，所述開口確定所述壓輪運動區(qū)的邊界?；咏M件(40)包括一個所述壓輪在其上移動的基座表面(45)、一個測量所述壓輪在所述壓輪運動區(qū)中位置的檢測器(151－155，159)和一個連接機構(46，212，221)。所述連接機構(46，212，221)將所述基座子組件(40)連接到所述壓輪子組件(50)上，使得所述壓輪子組件(50)能容易地拆下。當所述壓輪子組件(50)與所述基座組件分離開時，所述基座表面(45)是可到達的。所述壓輪子組件(50)也包括一個使所述壓輪返回到預定區(qū)域的復原機構(13)。
文檔編號G06F3/033GK1886720SQ200480034790
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權日2003年11月24日
發(fā)明者J·哈利, F·馬塔 申請人:阿瓦戈科技Ecbu Ip(新加坡)股份有限公司