能够进行类触摸手势的旋转元件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能够进行类触摸手势的旋转元件。在一个实施方式中，本发明提供了一种具有包括接触式传感器的机械轮的输入装置。在一个实施方式中，该轮是使用磁力计来检测拇指轮内部的磁体的旋转的拇指轮。在一个实施方式中，接触式传感器是电容地耦接至与感测电路连接的桥电极的柱状浮置电极。拇指轮可以用于水平滚动、缩放以及其他手势。
【专利说明】
能够进行类触摸手势的旋转元件
技术领域
[0001]本发明涉及具有旋转元件如鼠标上的拇指轮的输入装置。
【背景技术】
[0002]已经设计了具有各种在上部的滚轮，以及有时具有在侧部的拇指轮的鼠标。一个示例是罗技专利8，686，944，该专利示出了用于缩放和其他特征的拇指轮。可以按下拇指轮以按钮激活。在罗技公开20070188455中描述了拇指轮的其他实施方式，其还描述了以下现有技术。
[0003]已经在许多不同的设计中描述了可以通过拇指激活的在鼠标的侧部的开关或刻度盘。美国专利第4，891，632号示出了可以由用户的拇指操纵的跟踪球。微软美国专利第5，473，344号示出了一种拇指轮，该拇指轮是可以通过绕一端枢转按下以点击开关的细长滚筒。美国专利第5，712，725号示出了具有侧部拇指致动的旋转变换器的用于控制显微镜聚焦的鼠标。该变换器产生与旋转角度成比例的脉冲序列。
[0004]致伸科技(Primax)美国专利第5，771，038号示出了用于鼠标的侧部的一些不同的拇指致动开关，包括球、微型条状物以及刻度盘。刻度盘使用具有不同电容的两个调谐盘。致伸科技美国专利第5，917，473号示出了具有侧部的使用电刷编码的拇指致动刻度盘的鼠标。可以按下该刻度盘用于点击开关功能。IBM美国专利第6，115，029号示出了鼠标上的侧部拇指刻度盘。
[0005]Alps美国专利第6，525，713号示出了作为现有技术的下述鼠标，所述鼠标具有在鼠标的上部的按钮之间的自动恢复滑动开关。这个专利继续示出了在鼠标的前部和侧部上的微动/梭(shuttle)开关。这些开关是位于彼此上部的轮，其中，微动开关根据微动刻度盘的旋转提供连续脉冲同时梭开关提供与旋转角度和旋转方向对应的脉冲。
[0006]阿姆斯特朗美国专利第6，198,473号示出了在图32中的鼠标的侧部上的前压敏按钮和后压敏按钮，其中，取决于施加的压力量具有变化的速度的视频帧率。致伸科技美国专利第5，883，619号示出了可以在11方向上倾斜以产生滚动的圆形控制按钮。该第5，883，619号专利还示出了在鼠标的侧部上的用于控制缩放的双向拇指按钮。
[0007]罗技专利7，623，116“具有多种力感测等级的滚筒”示出了可以用两个等级的力来枢转激活两级按钮或两级压敏按钮的滚筒。罗技美国专利第6，879，316号示出了具有在任一侧上的用于激活持续滚动的压敏按钮的滚轮。
[0008]在罗技专利6，859，196中示出了鼠标的靠近检测如当用户的手靠近时将鼠标从睡眠模式中唤醒。
[0009]智能电话和平板使用具有用于输入控制的多种手势的触摸屏。已经有将手势性能并入到其他输入装置的尝试。例如，罗技公开第20130120259号描述了鼠标上的针对用户拇指的固态接触式传感器，使得能够进行手势检测。
[0010]在鼠标的侧部实现机械拇指滚筒的挑战是在可利用空间中安装需要的部件。对于机械拇指轮存在优点，以及对于接触式传感器(手势检测)存在不同的优点。
【发明内容】
[0011]在一个实施方式中，本发明提供了一种具有机械旋转元件和关联的接触式传感器的输入装置。由接触式传感器检测到的旋转元件的旋转以及触摸与拿开的组合可以用于产生手势。接触式传感器还可以用于激活或按钮按下功能，消除了旋转元件除了能够旋转之外还要能够被机械地按下的需要。
[0012]在一个实施方式中，机械轮设计有接触式传感器使得机械轮可以被放置在针对用户输入装置如鼠标上的拇指轮的受约束的空间中。该设计独特地以非常紧凑的形状因子将轮触摸检测与高分辨率(〈1° )角度传感器组合。
[0013]在一个实施方式中，本发明使用机械水平轮再现了多手指触摸体验。本发明将高级的触摸用户体验带入了基本控制装置中。除了标准水平滚动之外，本发明使得计算机能够控制像平滑地后退与前进或者平滑地应用页面控制。
[0014]在一个实施方式中，拇指轮使用磁力计检测拇指轮的旋转。拇指轮具有内部的、具有径向的北磁极和南磁极的盘状磁体以使得能够检测径向位置。较小的磁体使得能够较近地放置磁力计，在没有磁化饱和的情况下提供足够的信号。在拇指轮的外表面的附近是用于电容式触摸检测的柱状浮置电极。浮置电极利用作为绝缘体的橡胶柄来覆盖。该电极电容地耦接至印刷电路板(PCB)上的电极。这消除了有线连接的需要，以及使得触摸检测器能够安装在旋转的拇指轮自身中。接触式传感器的这样的使用消除了按下拇指轮用于“点击”激活的需要。
【附图说明】
[0015]图1是根据本发明的实施方式的拇指轮的分解图。
[0016]图2是装配的图1的拇指轮的图。
[0017]图3是根据本发明的一个实施方式的用于图1的拇指轮的安装模块的分解图。
[0018]图4是示出了在图3的轴承上的图3的连接电极的装配的图。
[0019]图5是根据本发明的一个实施方式的图3的安装模块的PCB的后侧的图。
[0020]图6是根据本发明的一个实施方式的装配的图1的拇指轮和图3的安装模块的图。
[0021]图7是根据本发明的一个实施方式的包括图1的拇指轮的鼠标的立体图。
【具体实施方式】
[0022]图1是根据本发明的实施方式的拇指轮100的分解图。拇指轮具有右本体部102和左本体部104。轴122和轴124从本体部104和本体部102延伸。本体部102和本体部104可以由塑料制成。盘状磁体106被安装到右本体102的开口 108中。铜浮置电极110被分别地置于右本体102的内部112和左本体104的内部114上。装饰环116在橡胶柄(rubber grip)118和橡胶柄120被推在铜电极110两侧上之后被推在铜电极110的中央上。
[0023]图2示出了图1的实施方式的装配的拇指轮100。在一个实施方式中，盘状磁体106的直径是3mm以及厚度是1mm。盘状磁体106具有径向北磁极和南磁极。在一个实施方式中，电极110是铜。可替选地，电极110可以是铝或另一材料。在一个实施方式中，电极是磷-铜合金。增加磷以使铜更坚固，使得铜在形成之后将保持其位置。这个电极和以下描述的在轮上的连接电极的材料应当是顺磁性的以便不扰乱用于角位置检测的磁场。这同样适用于轮或其他结构上的任何涂层或涂料。在塑料部分或其他部分上的这样的涂层或涂料应当是没有金属肩的专利。
[0024]图3是根据本发明的一个实施方式的用于图1的拇指轮的安装模块的分解图。拇指轮100安装在轴承302上。轴122和轴124(不可见)快速装入轴承302的臂304和臂306。轴承润滑脂被施加至臂304和臂306中的轴和/或孔。润滑脂具有足够的粘度以在用户的拇指仅仅停留在拇指轮上时抑制滚筒的运动、避免拇指轮的小的意料之外的运动。此外，与用于手指滚动轮的去除抖动的固件或软件类似，去除抖动的固件或软件可以另外地用于限制这样的意料之外的运动。
[0025]如在图4中更详细地示出的，连接电极308附接至轴承302的后侧。PCB 310附接至轴承302的后部。PCB包括用于感测磁体和拇指轮100的角位置的磁力计312。磁力计312的位置接近磁体106和拇指轮100，然而足够远以在距磁体适当的距离处横切磁场以使得能够进行最优检测。轴承302的塑料部在装配时覆盖磁力计312以屏蔽磁力计312免受任何静电放电(esd)。拇指模块壳体314将容纳拇指轮100、轴承302以及PCB310的组合装配，同时拇指模块壳体314自身附接至鼠标或其他输入装置。
[0026]针对如在图3的实施方式中所示的磁力计312的位置，使用的磁体具有轴向极化。这确保磁力计位于下述磁体的一部分磁场内，所述磁体随着转动拇指轮提供最大磁场强度和变化的磁场。
[0027]成对的开关316和开关318安装在用于将鼠标上的后按钮和前按钮分离的PCB310上。虽然未示出，但是可以设置LED或其他光源以在检测到用户的拇指触摸拇指轮或者从拇指轮拿开时给用户反馈。
[0028]图4是示出了图3的轴承上的图3的连接电极的装配的图。连接电极308可以由铜制成，或者可替选地由铝或另一材料制成。在一个实施方式中，如所示出的，连接电极308安装在轴承302中，然后焊接到PCB 310上。
[0029]图5是根据本发明的一个实施方式的图3的安装模块的PCB的后侧的图。触摸检测集成电路502连接至通过开口 504设置的接合物以连接至PCB的相对侧上的连接电极308。通过PCB中的孔还将PCB后侧上的电路连接至PCB的相对侧上的磁力计312。
[0030]图6是根据本发明的一个实施方式的装配的图1的拇指轮和图3的安装模块的图。拇指轮100、轴承302以及PCB 310使用螺丝602安装在模块壳体314上。螺丝604将PCB 310附接至壳体314。
[0031]图7是根据本发明的一个实施方式的包括图1的拇指轮的鼠标700的立体图。鼠标700还包括手指激活的滚轮702和按钮704与按钮706。由于最舒适的使用拇指是提供比手指更少的运动，则拇指轮100具有比手指轮702更小的直径。较小的直径使得在拇指的较小运动的情况下能够进行较大的运动。
[0032]在操作中，浮置电极110用作连接感测电极308的桥，以提供用户触摸拇指轮和靠近拇指轮的指示。由接触式传感器产生的控制信号可以用硬件、固件或软件来产生。该信号可以在手指从拇指轮拿开、放在拇指轮上时提供激活，或者在手指从拇指轮拿开和放在拇指轮上时都提供激活。在针对单个电极实施方式不检测运动的明显限制(如碰擦或手指挤在一起或移开)的情况下，控制信号可以是与在智能电话或平板的触摸表面上使用的触摸控制信号相同的控制信号。
[0033]
[0034]针对每个输入装置如鼠标，磁体106的特定磁场可以改变，而且磁力计312的接收特性也可以改变。因此，可以使用测试台来校准每个装置。测试台具有接合轮的马达以及测量磁力计输出的探针。将根据所检测的沿电磁场的每个轴的最大值和最小值进行记录，并且将其映射至拇指轮的旋转位置。映射的值可以用作查询表以指示旋转的量或者可以用作针对磁力计输出的校准因子。
[0035]手势
[0036]可以实现任何数量的手势。针对基本操作，用于手势的构件块是拇指打开、拇指关闭、轻击、双击以及旋转(滚动/缩放)。在一个实施方式中，可以考虑手指滚轮702提供产生其他手势的能力来将构件块映射至不同手势。例如，拇指轮的旋转可以映射至两个手指运动(如滚动)，同时手指轮的运动被映射至单个手指滚动。
[0037]在一个实施方式中，对拇指轮的双击用于改变拇指轮的功能。例如，拇指轮的功能可以从水平滚动改变至缩放(在手指轮用于垂直滚动的情况下)。
[0038]在一个实施方式中，检测拇指从拇指轮拿开，并且用于停止显示装置上的运动。在另一实施方式中，如果拇指轮的速度高于预定阈值，则拇指拿开不停止运动，而是运动继续进行一段时间。
[0039]在一个实施方式中，维持按钮按下(如左/右按钮)并且旋转轮将改变功能(如键盘上的修改键)。在一个示例中，针对键盘上的轮，当旋转轮时默认发送后退/前进命令，以及左击+轮旋转发送水平滚动事件。
[0040]在一个实施方式中，可以通过使用电容接触式传感器来模仿自由轮运动。当手指从轮移开时，记录速度(起始速度)以及施加衰减率直到速度为零为止。可以由用户调整衰减率和起始速度。
[0041 ] 可替选实施方式
[0042]如在所附权利要求中陈述的，在本发明的范围内各种可替选实施方式是可行的。例如，代替磁力计，可以结合接触式传感器使用其他旋转传感器。例如，可以使用霍尔传感器、光学传感器或机械传感器(如高分辨率机械可变电阻传感器)。
[0043]在另一实施方式中，可以利用位于拇指轮的边缘处的固定电极来代替浮置传感器，使得用户的拇指可以转动轮，同时用户拇指部分可以轻微地接触固定电极或足够地接近固定电极以提供触摸检测。在这样的实施方式中，接触式传感器可以是电阻性的或者电容性的。
[0044]在可替选实施方式中，可以通过使用多个环电极代替单个柱状浮置电极来与多个连接电极一起检测小的碰擦动作，以检测哪个环主要被触摸以指示运动的方向。
[0045]在另一实施方式中，输入装置是跟踪球。可替选地，输入装置可以是控制杆、游戏手柄、遥控装置、键盘、触摸板或任何其他输入装置。在可替选实施方式中，轮位于其可以由手指而不是由拇指激活的位置。
[0046]在其他实施方式中，可以用球或任何其他旋转元件代替轮。接触式传感器可以是任何类型的接触式传感器，包括光学接触式传感器、压力接触式传感器、电容接触式传感器或其他接触式传感器。旋转元件和接触式传感器可以安装在消费者电子装置如鼠标(顶部、侧部、侧底部)、键盘或演示器上的任何位置处。
【主权项】
1.一种输入装置，包括: 机械旋转元件； 第一传感器，用于指示所述旋转元件的旋转运动；以及 第二传感器，用于指示用户的手的一部分对所述旋转元件的触摸和靠近中之一。2.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述第一传感器包括: 磁体，其内部地安装在所述旋转元件中；以及 磁力计，其安装在所述旋转元件附近。3.根据权利要求2所述的输入装置，其中，所述旋转元件是轮，并且所述磁体是以径向南北极的方式成形的盘。4.根据权利要求3所述的输入装置，其中，所述磁力计以从所述轮偏移的方式安装至所述输入装置内部的一侧并且在所述输入装置的内部比所述轮更远。5.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述第二传感器是电容式传感器，所述电容式传感器包括: 浮置电极，其安装在所述旋转元件中； 桥电极，其安装在所述旋转元件的外部并且与所述旋转元件相邻；以及 检测电路，其连接至所述桥电极。6.根据权利要求5所述的输入装置，其中， 所述旋转元件是轮； 所述浮置电极是在所述轮的外表面附近安装的柱状电极；以及 所述输入装置进一步包括:安装在所述轮上以覆盖所述柱状电极的绝缘体。7.根据权利要求6所述的输入装置，进一步包括:用于支承所述轮的轴承模块；以及 其中，所述桥电极包含:在所述轴承模块的与所述轮相对的侧上直接在所述轮后安装的平的矩形部。8.根据权利要求6所述的输入装置，其中，所述绝缘体是供用户抓握的具有不平外表面的橡胶柄。9.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述旋转元件是拇指轮，并且所述输入装置是鼠标。10.根据权利要求1所述的输入装置，进一步包括:处理模块，用于响应于来自所述第一传感器和所述第二传感器的信号而产生手势命令。11.根据权利要求10所述的输入装置，其中，所述手势命令包括水平滚动手势和双击手势以改变模式。12.根据权利要求11所述的输入装置，其中，所述改变模式起作用，以在水平滚动模式与缩放模式之间进行改变。13.一种输入装置，包括: 机械拇指轮，其安装在所述输入装置的侧部上； 第一传感器，用于指示所述轮的旋转运动，所述第一传感器包括: 磁体，其内部地安装在所述机械轮中；以及 磁力计，其安装在所述轮附近；以及第二接触式传感器，用于指示用户的手的一部分对所述轮的靠近，所述接触式传感器包括: 浮置电极，其安装在所述轮中； 桥电极，其安装在所述轮的外部并且与所述轮相邻；以及 检测电路，其连接至所述桥电极。14.根据权利要求13所述的输入装置，其中， 所述浮置电极是在所述轮的外表面附近安装的柱状电极；以及 所述输入装置进一步包括:安装在所述轮上以覆盖所述柱状电极的绝缘体。15.—种鼠标，包括: 机械拇指轮，其安装在所述鼠标的侧部上； 第一传感器，用于指示所述轮的旋转运动，所述第一传感器包括: 磁体，其内部地安装在所述机械轮中；以及 磁力计，其安装在所述轮附近； 第二接触式传感器，用于指示用户的手的一部分对所述轮的靠近，所述接触式传感器包括: 浮置电极，其安装在所述轮中； 桥电极，其安装在所述轮的外部并且与所述轮相邻；以及 检测电路，其连接至所述桥电极； 处理模块，用于响应于来自所述第一传感器和所述第二传感器的信号而产生手势命令；以及 其中，所述手势命令包括水平滚动手势和双击手势以改变模式。
【文档编号】G06F3/0362GK105843420SQ201610059871
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】阿诺·佩雷特-真蒂莱, 丹尼尔·博南诺, 帕特里克·爱德华·让·塞里西耶, 达拉赫·勒特雷尔, 尼古拉斯·雷蒙德, 雅罗斯拉夫·伊劳塞克
【申请人】罗技欧洲公司