專利名稱：控制直觀顯示器的位置指示器的設備的制作方法
專利說明控制直觀顯示器的位置指示器的設備 本發(fā)明涉及用于控制直觀顯示器上的位置指示器的設備，該設備包括外殼，指示器位置控制器和檢測器裝置，其中指示器位置控制器固定在外殼內(nèi)而露出其局部球狀的部分，該指示器位置控制器用于使使用者能夠完全圍繞該局部球狀部分的暴露區(qū)域最中心的曲率中心轉(zhuǎn)動，檢測器裝置用于根據(jù)該局部球狀部分的轉(zhuǎn)動提供輸出信號。這樣的設備在本領域為公知技術，例如，用于控制個人計算機的顯示屏上的光標或指示器的鼠標或用于膝上型計算機的執(zhí)行同樣功能的球型設備。公知用于人工控制直觀顯示器的位置指示器的各種類型的設備，例如，鍵盤和推動按鈕陣列。隨著使用顯示屏的電子設備通知使用者并使使用者對該設備施加作用的出現(xiàn)，提供一種用于操作屏幕的高亮部分(例如，光標或指示器)，即，使屏幕的高亮部分移動到屏幕的要求位置的控制裝置已變得很重要。一種這樣的公知設備為鼠標。
鼠標一般包含一個轉(zhuǎn)動地固定在外殼中的球，通過使用者移動外殼導致球的轉(zhuǎn)動，這是因為該球保持與外殼下面的地表面摩擦接觸。通過測量沿兩個不同方向轉(zhuǎn)動的傳感器部件檢測該球的轉(zhuǎn)動。該球沿兩個方向的移動被轉(zhuǎn)換為二維顯示屏上的光標和指示器的移動。
基本根據(jù)同樣原理操作的一個輸入設備是所謂的跟蹤球。跟蹤球也由外殼內(nèi)的一個轉(zhuǎn)動球構(gòu)成，以及檢測該球的轉(zhuǎn)動，但區(qū)別是在跟蹤球的情況下，移動的不是外殼而是直接由使用者操作的球本身。這就具有不需要移動鼠標的空間。因此，在需要節(jié)約使用可用空間，即，特別是像膝上型計算機這樣的便攜設備的情況下，這種球型設備是一種較好的設備。
參照US-A-4939,508，該文件公開一種指示和選擇設備，根據(jù)該指示和選擇設備的圓球從指示和選擇設備的上面還是下面伸出，該指示和選擇設備決定以鼠標模式還是跟蹤球模式工作。
公知測量該球的轉(zhuǎn)動移動的各種技術。一種是提供與該球接觸的滾輪，定向滾輪以拾取該球的不同轉(zhuǎn)動方向。接著，例如，通過掃描連接到固定滾輪的軸的圓盤的光測量估算滾輪的轉(zhuǎn)動。
也可以提供一種以緊致鼠標方式直接測量球轉(zhuǎn)動的光方法，如WO-94/22071所示。根據(jù)該文件，該球被覆蓋多個凹面反射器，由此類似一個高爾夫球。圍繞球設置一個光發(fā)送和接收裝置，通過該裝置使用來自球的變化反射來檢測球的轉(zhuǎn)動。該球被覆蓋一個透明層從而能夠光滑地滑動。DE-30 45 133 A1表示了一個類似的方案。
另外，DE-39 12 354 A1公開了一種用于精確測量轉(zhuǎn)動距離的系統(tǒng)，其中在轉(zhuǎn)動球設置至少兩個永久磁鐵，所述磁鐵以非零角度相互交叉。圍繞球設置諸如霍耳傳感器之類的至少兩個磁傳感器，由此根據(jù)磁場的變化測量該球的轉(zhuǎn)動。
上述系統(tǒng)其特征在于光標或指示器能夠移動到屏幕上任何要求的點，由此選擇與該點相關的一個選項，在這里使用者必須啟動一個按鈕或按鍵來讓該電子設備執(zhí)行所選擇的選項。
參照

圖1，該圖是一個公知的用于膝上型計算機的跟蹤球的簡化的，示意性的垂直截面圖。在該圖中，以任何適宜的方式將跟蹤球固定在例如插口元件3之間，以便當使用者移動其手指或手與跟蹤球的上球狀蓋部分摩擦接觸時跟蹤球能夠向任何方向轉(zhuǎn)動，跟蹤球的上球狀蓋部分通過外殼2的上側(cè)的環(huán)形開口朝向使用者。
通過轉(zhuǎn)動檢測器5檢測跟蹤球1圍繞其垂直于圖1的平面的軸的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動檢測器5根據(jù)跟蹤球的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生一個輸出電子信號，該信號使光標或指示器沿顯示屏或類似設備上的一個軸移動。轉(zhuǎn)動檢測器可以包括例如一個與跟蹤球的外球表面摩擦接觸的滾輪。
另外，一般還相對于轉(zhuǎn)動檢測器5圍繞通過跟蹤球中心的圖1中的垂直軸轉(zhuǎn)動90°設置一個轉(zhuǎn)動檢測器(未示出)。以這種方式，可以將跟蹤球在任何方向的轉(zhuǎn)動通過一個轉(zhuǎn)動檢測器，另一個轉(zhuǎn)動檢測器，或這兩個轉(zhuǎn)動檢測器轉(zhuǎn)換為相應的輸出信號，該信號控制光標或指示器沿相互垂直的一個軸或另一個軸，即，x和y軸，或相對于這兩個軸的一個適宜的軸的移動。
參照圖1，應該明白跟蹤球的底面實際上與外殼的底座相距一段很小距離，該距離與諸如外殼設計，轉(zhuǎn)動檢測器可能需要的空間之類的因素有關。這樣，給定尺寸(直徑)的跟蹤球?qū)⒋_定球型設備的整個高度。還應該明白，因為朝向使用者的跟蹤球部分必須小于跟蹤球體積的50％以便跟蹤球能固定在外殼內(nèi)，所以給定跟蹤球的尺寸確定外殼的最小高度尺寸。然而，特別是在該控制設備用于膝上型計算機，以及顧客要求減少所需要的空間，尤其是較小的高度尺寸的情況下，通過降低跟蹤球的直徑僅能實現(xiàn)減少控制設備的整個高度和其外殼的高度尺寸。換言之，必須修改用于一起調(diào)整光標和指示器位置的某些其他形式的控制設備。
由于減少跟蹤球的尺寸，朝向使用者的表面變得較小并且其曲率變得較大。由于使用方便和舒適的緣故，使用者喜歡至少具有確定的最小直徑的跟蹤球。因此，實際上，在跟蹤球尺寸方面存在限定以便可被使用者接受和使用。這就限制了控制設備的最小高度尺寸。類似的考慮用于減少鼠標的高度。在使暴露的球狀部分的尺寸和曲率對使用者舒適的情況下，鑒于降低用于控制直觀顯示器上的位置指示器的球型設備或鼠標的高度出現(xiàn)的問題，本發(fā)明提供一種最初定義用于控制顯示屏上的光標位置的設備，其特征為所述位置控制器包括一個由彈性材料構(gòu)成并在外殼的分開兩側(cè)之間處于變形狀態(tài)的控制元件，以便提供所述位置控制器的所述球狀部分并使沿分開外殼兩側(cè)部分的方向上的高度尺寸小于所述球狀部分的所述最中心的暴露區(qū)的曲率半徑的兩倍。
本文所用術語“球狀部分”的含義是輸入設備的暴露部分具有與球狀蓋或其形狀與一個球的形狀類似但不是準確的球形的類似球狀蓋對應的形狀。
另外，本文所用的“彈性材料”是指制成處于變形狀態(tài)的指示器位置控制器的材料，彈性指的是當其不再處于變形狀態(tài)時恢復到其初始狀態(tài)的變形(拉伸或在應變下產(chǎn)生)和彈性的唯一特性。應該明白，根據(jù)相關的實施例，彈性材料的選擇對良好的操作性很關鍵。
應該明白，使用這樣的指示器位置控制器，特別是使用位置控制器的彈性控制元件保持的變形狀態(tài)，能夠減少指示器的高度尺寸并且使暴露的局部球狀部分與具有完全相同的曲率半徑的球狀跟蹤球的常規(guī)球形設備的相應部分完全相同。
在一個優(yōu)選實施例中，彈性材料控制元件是一個圍繞一個均勻內(nèi)芯(a form-keeping core)伸展的連續(xù)薄壁封皮(envelope)(例如，一個膜片)以便將該薄壁封皮保持在變形狀態(tài)，彈性材料控制元件能夠在內(nèi)芯上滑動以使使用者圍繞位置指示器控制器的局部球狀部分的最中心暴露區(qū)的曲率中心轉(zhuǎn)動局部球狀部分。
由于均勻內(nèi)芯的功能是將彈性材料的連續(xù)薄壁封皮保持在預定形狀，因此均勻內(nèi)芯可以以完全不變形的任何適宜的材料制成。該材料還應該具有這樣的特性，即，其具有一個光滑表面以便最小化薄壁封皮滑動的摩擦阻力。用于內(nèi)芯的適宜材料為聚氯乙烯(PVC)，苯酚醛塑料(注冊商標)，或金屬。
制作封皮的材料需要仔細進行選擇，其立足點為該材料必須具有高拉伸性以便該材料不需要起皺或具有最少的起皺就可以與均勻內(nèi)芯的外表面輪廓一致，以及當橫向位移力施加到輸入元件的暴露局部球狀表面時該材料還能夠圍繞均勻內(nèi)芯整體滑動。封皮材料在經(jīng)歷足夠長的工作壽命后還必須足夠耐磨損。封皮材料在通過相稱的小膜片厚度和最小的表面粗糙度時還必須提供低摩擦阻力。通常，連續(xù)薄壁封皮可以由自然或合成橡膠，或乙烯基聚合物制成，但是這些只是實例，連續(xù)薄壁封皮也可以由具有上述要求特性的，本領域技術人員容易識別的多種其他彈性材料制成。
由于最小化彈性封皮和均勻內(nèi)芯之間的摩擦阻力的重要性，最好在彈性封皮和均勻內(nèi)芯之間放入潤滑劑以便在均勻內(nèi)芯外側(cè)和連續(xù)薄壁封皮內(nèi)部之間形成潤滑薄膜。
常規(guī)的球型輸入設備的另一個缺陷是當將光標或指示器定位在屏幕上的要求位置以選擇一個指定的選項或?qū)⒃摴鈽嘶蛑甘酒鞴潭ㄔ谀抢飼r，必須使用與球型輸入設備分開的ENTER鍵產(chǎn)生一個適當?shù)拿?，例如，可以采用鍵盤上的ENTER鍵。希望能夠從球型輸入設備本身產(chǎn)生ENTER命令。
考慮到該目的，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，將一個按壓元件完全沿分開外殼的兩側(cè)部分的方向自由地安裝在通過均勻內(nèi)芯從暴露的局部球狀部分的最中心的暴露區(qū)的后面伸出的通路，將一個開關安裝在所述外殼，以便響應當壓力施加到指示器位置控制器的暴露局部球狀部分時啟動該開關的按壓元件產(chǎn)生一個輸出信號。使用該輸出信號實現(xiàn)常規(guī)的“ENTER”功能。
在另一個設計中，指示器位置控制器是一個通過外殼的側(cè)面部分保持為變形狀態(tài)的彈性材料的通常(即，當未變形時)為厚壁球狀的元件。同樣，該彈性材料可以是例如，天然或合成橡膠，或乙烯基聚合物。壁必須足夠厚以便指示器位置控制器的暴露局部球狀部分能夠獨立地保持其球的形狀。由于指示器位置控制器由一個單獨的部件組成，所以該實施例具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。也能夠低成本實現(xiàn)。
在另一個實施例，指示器位置控制器是一個一般(即，當未變形時)為球狀的彈性材料實體，該實體與前面的實施例相同，通過所述外殼的側(cè)面部分保持所述的變形狀態(tài)。同樣，由于該輸入設備是一個單獨的元件，該實施例具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。由于該輸入設備只是諸如彈性球之類的彈性材料的球狀實體，所以能夠比較經(jīng)濟地實現(xiàn)。另外，設置外殼部分以便將彈性球保持在所要求的變形狀態(tài)在結(jié)構(gòu)上比較簡單。
無論輸入元件是球狀彈性材料實體還是厚壁球狀元件，外殼最好在其一個側(cè)面部分定義一個環(huán)形開口，通過該開口所述指示器位置控制器的所述局部球狀部分伸出，該控制器在外殼的一個側(cè)面部分的所述環(huán)形開口的邊緣和外殼的另一個側(cè)面部分的內(nèi)表面之間保持為變形狀態(tài)。這是一個將指示器位置控制器保持為變形狀態(tài)的結(jié)構(gòu)簡單和有效的方式。
當視覺條件變壞，即，當使用者沒有一個清楚的顯示屏時，使用上述的位置指示器控制器比較困難或是不可能的。例如，當在室外直射太陽光下使用便攜式電子設備就屬于這種情況。如果使用者部分失明或全盲也屬于這種情況。鑒于盲人常常使用鍵盤和按壓按鈕陣列，例如，僅借助于通過按壓一個已知位置的鍵預定次數(shù)可以執(zhí)行要求的命令，轉(zhuǎn)動球型輸入設備一般不適合局部照明的使用者，盲人或工作在不良照明條件下的使用者。
因此，按照一種改進，位置指示器控制設備包括一個用于向使用者提供可感覺和/或聲音指示連續(xù)薄壁封皮圍繞均勻內(nèi)芯的轉(zhuǎn)動程度的裝置。以這種方式，即使使用者不能準確或全部看見顯示屏上的光標位置，也能確定其位置。
在具有包繞均勻內(nèi)芯的連續(xù)薄壁封皮的上述定義類型的優(yōu)選實施例中，指示提供裝置包括位于封皮上的多個空腔和偏向封皮的球以便當封皮圍繞均勻內(nèi)芯轉(zhuǎn)動時與連續(xù)空腔達到咬接接合。
因此，由于提供聲音或感覺指示，當操作位置指示器控制設備時使用者不必完全依靠觀看屏幕上的光標或指針光標，該輸入設備結(jié)構(gòu)簡單并且易于小型化。
本文公開的位置指示器控制設備特別適用于膝上型計算機，指示器位置控制器具有從外殼的上面伸出的暴露局部球狀部分。然而，應該明白，該位置指示器控制設備也可以設計成一個適合于個人計算機或類似設備的鼠標，其暴露局部球狀部分從鼠標的下面伸出與一個地平面，例如，鼠標墊摩擦接觸，與具有球狀分組嚙合(group-engaging)球的常規(guī)鼠標相比降低了鼠標的整體高度，其中常規(guī)鼠標的曲率半徑與新型鼠標的局部球狀部分的半徑相同。為較好理解本發(fā)明，現(xiàn)參照附圖，以實例的方式給出本發(fā)明是如何實現(xiàn)的。其中圖1(已描述過該圖)是一個用于控制顯示屏上的位置指示器的典型的跟蹤球的垂直截面示意圖；圖2是加入一種根據(jù)本發(fā)明形式的位置指示器控制設備的膝上型計算機的透視示意圖；圖3是本發(fā)明的第一實施例的平面圖；圖4是沿IV-IV線通過圖3的垂直截面圖；圖5是與圖4類似的第二實施例的垂直截面圖；圖6是還與圖4類似的第三實施例的垂直截面圖；圖7和8表示對圖4所示設備的均勻內(nèi)芯的形狀的修改；和圖9和10表示適用于不良視覺條件的本發(fā)明的兩個進一步的實施例；以及圖9A是圖9的實施例在其均勻內(nèi)芯位置上的膜片的透視圖，該圖表示在膜片的內(nèi)表面形成并用于向使用者給出圍繞內(nèi)芯上的膜片的轉(zhuǎn)動角度的感覺和/或聲音指示的小孔的一種可能的排列。參照圖2，該圖表示一個膝上型計算機20的透視示意圖，膝上型計算機20包括主機身24，鍵盤21，由主機身的翻蓋形成的顯示屏22，和安裝在主機身24的前部用于控制屏幕上的光標23的位置的位置指示器控制設備1’，該位置指示器控制設備與一個菜單選項，字母數(shù)字項，或用于向膝上型計算機輸入一個命令的類似項一致。
現(xiàn)在參照圖3和4所示的第一實施例，較詳細地表示了位置指示器控制設備1’的結(jié)構(gòu)。以適合于膝上型計算機的形式，該設備可以是與膝上型計算機的連接在一起的一個整體部件或者是與膝上型計算機分開的一個分離部件。
圖3和4示出外殼2，該外殼包括下側(cè)的或下壁2a，上側(cè)的或上壁2b，相對的側(cè)壁2c和端壁2d。外殼形狀一般類似一個盒。
在外殼2內(nèi)安裝的是一個指示器位置控制器6，指示器位置控制器6包括一個均勻內(nèi)芯7，它具有一個以設想其形狀完全不起皺的方式圍繞內(nèi)芯7的外表面伸出的由彈性材料制成的連續(xù)薄壁封皮或膜片8。如圖所示，均勻內(nèi)芯最好成型為圍繞通過其中心的垂直軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體并包括上局部球狀部分7a和下盤形部分7b。在上壁2b形成一個中央環(huán)形開口4，均勻內(nèi)芯7的上局部球狀部分7a與從其上伸出的薄壁膜片8通過中央環(huán)形開口4突出，以便朝向使用者。下盤形部分具有位于上壁2b的內(nèi)邊緣部分下面的其外圍部分，以便將均勻內(nèi)芯7和連續(xù)膜片8容納在外殼2中。指示器位置控制器6在外殼內(nèi)與在圍繞均勻內(nèi)芯7的下盤形部分7b的圓周表面通過的薄壁膜片8的外圍表面部分之間存在一個小間隙自由配合，使得在不存在不必要的摩擦阻力的情況下膜片8能夠在內(nèi)芯的下表面滑動，卻能完全防止均勻內(nèi)芯7的橫向位移。
當手指或手接觸壓力沿例如雙箭頭9指示的方向施加到指示器位置控制器6的上面時，連續(xù)膜片8在均勻內(nèi)芯7的外表面滑動。如圖2和3示意性所示，運動檢測器11檢測由于指示器位置控制器的局部球狀部分上的膜片部分的轉(zhuǎn)動而導致的膜片圍繞局部球狀部分7a的最中心區(qū)域的空腔中心(10)的橫向移動。該運動檢測器可以采用滾輪的形式，該滾輪與膜片8和變換器摩擦接觸用于根據(jù)滾輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電輸出信號。該輸出信號用作膝上型計算機的輸入信號以控制光標23沿顯示屏22的x軸方向上的運動(參看圖2)。
類似地，由y-運動檢測器12檢測膜片沿與圖3的平面圖中的雙箭頭9方向垂直的雙箭頭32方向的運動并將其轉(zhuǎn)換為控制光標23沿顯示屏22的y軸方向上的運動的相應輸出信號。輸入部件沿與方向9和32成一角度的任何其它方向的運動能夠同時產(chǎn)生與光標23沿具有x和y軸分量的屏幕上的傾斜路徑，即，與x和y軸成一角度的運動相對應的輸出信號。以這種方式，可以將光標23的位置調(diào)整到屏幕上的任何要求的定位。
如圖所示，一條垂直通路從均勻內(nèi)芯的上面伸到其下側(cè)，一個按壓元件13滑動地安裝在該通路中。該按壓元件的上端具有一個與其相配的局部球狀輪廓，并與均勻內(nèi)芯7的上部7a的上局部球狀表面一起形成一個連續(xù)的表面。該滑動器的下端是一個與均勻內(nèi)芯下側(cè)的平面一致的平面。
示意性如圖3所示，開關14位于外殼2的下側(cè)壁2a內(nèi)的小孔內(nèi)，開關14的上表面位于按壓元件13和插入按壓元件和開關之間的膜片8的下端。當使用者施手指壓力到指示器位置控制器6的上面時，壓力通過按壓元件13傳送到該開關，由此開關產(chǎn)生一個與膝上型計算機的“ENTER”信號功能相同的輸出信號。以這種方式，不必使用鍵盤上的ENTER鍵就可以將ENTER命令發(fā)送到計算機。
為減少連續(xù)膜片8在均勻內(nèi)芯7上滑動的阻力，在膜片和內(nèi)芯之間可以放置潤滑劑，以形成降低摩擦的潤滑薄膜。本領域技術人員公知的任何適宜的潤滑劑都可用于此目的。潤滑劑可以是諸如油之類的液體潤滑劑，或諸如石墨或滑石粉之類的非液體潤滑劑。
現(xiàn)在將描述兩種不同的制造覆蓋膜片的內(nèi)芯的方法。第一種方法適合于將一個通路與其中的按壓元件13和一個相關的開關組合在一起的內(nèi)芯類型(能夠從該設備輸入“ENTER”信號)和固體內(nèi)芯類型(這里使用鍵盤上的ENTER鍵產(chǎn)生“ENTER”命令)。在后者的情況，內(nèi)芯已處于最終形狀并已制造完成。第二種方法僅適合于在制造期間在膜片內(nèi)部最終成形的固體類型內(nèi)芯，下面將對此進行描述。
根據(jù)第一種制造方法，形狀象一個空球的彈性材料的膜片具有一個形成在其壁上的開口(例如，一個直線槽)，這是基于下面將顯而易見的原因，選擇彈性材料使其具有溫度相關彈性模量，以便降低溫度時使該膜片成為固體。在通過該開口將潤滑劑插入膜片之后，將均勻內(nèi)芯通過該開口插入膜片。通過借助于一個適當?shù)臋C械設備將該開口的側(cè)面拉在一起而關閉該開口，并且使用膠，硫化或焊接永久地連接該接合區(qū)。應該注意，在降低壓力的情況下進行到目前所述的全部制造過程。
一旦開口被永久地關閉，便恢復正常的氣壓。正常的氣壓通過壓縮導致膜片內(nèi)空氣量的減少。即使膜片和內(nèi)芯未被機械固定，現(xiàn)在膜片自動地呈現(xiàn)內(nèi)芯的外部輪廓。甚至可以在正常氣壓的情況下完成該過程，但是必須借助于一個適當?shù)臋C械固定物理壓迫該膜片使其跟隨內(nèi)芯的輪廓。
在內(nèi)芯和膜片之間收集的剩余空氣量保證潤滑劑的分布，這樣導致一個較低的摩擦力。根據(jù)開口是如何被永久地密封，膜片表面可以呈現(xiàn)出一個接合縫。這可能限制位置指示器控制設備的正常操作和/或不可能導致一個較好的外觀，即，具有一個均勻表面的連續(xù)封閉封皮。為消除由制造所產(chǎn)生的縫或其他突起，增加氣壓將膜片緊緊地壓到(固定到)內(nèi)芯。然后，通過充分降低周圍的溫度，降低膜片的彈性。通過降低足夠的溫度，膜片成為固體?，F(xiàn)在，磨光了該表面，即，很容易地消除了突起。在一個稍微修改的制造過程中，可以使用兩個半膜片形成圍繞內(nèi)芯的膜片來取代使用一個在其壁具有一個小開口的完整膜片。
根據(jù)上述的第二制造方法，在第一步驟，制造一個完全封閉的，一般為球狀的膜片(空球)。這可以以下面的方式進行。一個具有理想球狀的模具被充以液相的合成橡膠并被設置為圍繞三個最初垂直的空間坐標旋轉(zhuǎn)。因此，合成橡膠均勻分布在模具內(nèi)。在第二步驟，合成橡膠變硬，即，從液相轉(zhuǎn)換到彈性相。以這種方式，形成一個彈性材料的完整的空球。
在下一步驟，使用一個非常薄的探針將潤滑劑通過其壁注入到膜片。再次，通過膜片的旋轉(zhuǎn)使?jié)櫥瑒┚鶆蚍植荚谀て瑑?nèi)。然后，從球狀模具取出膜片并將其放入不同于內(nèi)芯上膜片的最終形狀的一個模具中。由于膜片仍充滿空氣，通過適當調(diào)整模具內(nèi)的氣壓可以實現(xiàn)膜片與模具輪廓的理想配合。
下面，使用兩個通過膜片壁的薄探針使空球內(nèi)的全部空間被充以液相的磁性材料。一個探針用于注入磁性材料，第二個探針用于消除膜片內(nèi)的空氣。已注入并均勻分布在膜片內(nèi)的潤滑劑防止磁性材料附著于膜片。由于膜片由彈性材料制成，一旦取出探針，在膜片壁不存在開口。根據(jù)所使用磁性材料的特性，例如，通過自啟動的化學處理或通過加熱使磁性材料從液相轉(zhuǎn)換到固相。
在內(nèi)芯完全變硬之后，恢復正常氣壓并從模具中取出其上覆蓋膜片的內(nèi)芯。
根據(jù)一種修改，圖3和4實施例的內(nèi)芯7的下表面可以是如點畫線15(圖4，以及下面描述的圖9和10)所示的凹面，以便在膜片和內(nèi)芯之間形成一個空氣儲存器16。當根據(jù)上述的第一種制造方法將膜片圍繞內(nèi)芯固定時提供該儲存器是一個優(yōu)點，這是因為當恢復氣壓時通過壓縮從膜片和內(nèi)芯之間未消除的空氣被收集在該空氣儲存器，而不是在膜片和內(nèi)芯之間產(chǎn)生不需要的空氣泡。
作為根據(jù)圖3和4實施例的一個修改內(nèi)芯形狀的實例，內(nèi)芯可以是一個在垂直截面具有橢圓形狀的旋轉(zhuǎn)體(圖7)。作為一種替換，該垂直截面形狀可以通過上半圓圓弧，一條底面直線和兩個比半園弧小的凹面半徑的圓弧定義，每個較小凹面半徑的圓弧將底面直線相應端連接到相鄰半圓圓弧的相應端(圖8)。應該注意，與根據(jù)圖4的內(nèi)芯形狀不同，根據(jù)圖7和8的內(nèi)芯形狀不具有任何凹形表面部分。
根據(jù)圖9的位置指示器設備具有與參照圖3和4描述的指示器設備相同的基本結(jié)構(gòu)，但是增加了一處修改，以便該位置指示器設備能用于不良視覺條件，例如陽光直射或使用者為盲人的情況。
如圖9和圖9A的透視圖(其中省略外殼2)所示，其中圖9是圍繞其垂直軸通過內(nèi)芯7的垂直截面圖，在膜片8的內(nèi)表面形成小空腔或壓痕8a陣列。為了在膜片的厚度內(nèi)容納小空腔，膜片壁厚必須大于前面所公開的實施例。這些空腔最好形成一個以空腔中心圍繞膜片8的內(nèi)圓周具有完全相同的間隔設置的相鄰空腔陣列。這樣任何三個相鄰空腔的中心，例如圖9A中的空腔8a’，8a”和8a，位于等邊三角形的頂點。滑動安裝在從內(nèi)芯7的下表面向上伸出的垂直孔的球17通過彈簧18偏向于膜片的相鄰內(nèi)表面部分。
因為可以通過使用者沿任何方向圍繞內(nèi)芯7漸進地轉(zhuǎn)動膜片8，該球嵌入連續(xù)空腔8a，并強制從空腔8a中出來。每次發(fā)生這種情況，使用者通過其手指感覺到所產(chǎn)生的與膜片轉(zhuǎn)動相反的壓力變化。通過計數(shù)這種連續(xù)的感覺，使用者能確定膜片沿相關方向轉(zhuǎn)動的角度程度，由此確定顯示屏上光標的終點位置。當使用者釋放手指與膜片的接觸時，如果需要的話，膜片將趨向調(diào)整其位置，以便使球17定位于空腔8a的中心。
如果使用者沿不排成直線或從排列空腔的偏移的方向轉(zhuǎn)動膜片，感覺指示將開始變化，因為球17開始移開相對于小孔8a的中心。作為一種替換，如果限定該球相對于膜片位移的方向的橫向位移，由于該球沿與橫向方向相反的方向交替地移動，一個小的橫向跳動將施加到該球。以這種方式，使用者能夠立刻識別他正將處于一角度的膜片轉(zhuǎn)動到對準空腔的任何方向。
根據(jù)選擇形成膜片的材料的性質(zhì)，每次嵌入動作也可以產(chǎn)生一個可聽的滴答聲或噪聲，以補充可以由使用者感覺到的感覺。作為一種替換，可以進行這樣的設計，如果給出的話，可以產(chǎn)生一個清楚的可聽滴答聲或噪聲，但不存在給予使用者的任何其他或可忽略的感覺。然而，一般最好不但給出感覺和而且給出可聽指示。
應該明白，因為膜片8處于圍繞內(nèi)芯7的拉伸條件以便其能夠與內(nèi)芯的外部輪廓一致，當膜片轉(zhuǎn)動時，相鄰小孔中心之間的間隔將隨不同瞬時小孔圍繞內(nèi)芯的位置以及每個小孔的變化位置而輕微變化。然而，考慮到小孔間隔的變化很小并且相對于相應的實際光標位置，對由使用者檢測的屏幕上的光標最終位置具有最小的影響。
小孔在膜片上的上述排列是一種較好的排列，但其他的排列也是可能的。例如，從制造的經(jīng)濟性角度考慮，在每個小孔和下一個相鄰小孔之間設置較少的小孔。然而，這種設置將導致向操作者給出圍繞屏幕上的光標的位置的較少的滴答聲和不清楚的指示。
在圖10，在膜片的外表面形成空腔8a并且球17極其相關的彈簧18固定在外殼2的下壁2a的一個孔內(nèi)，以便當膜片在內(nèi)芯7上轉(zhuǎn)動時該球嵌入連續(xù)空腔。在其他方面，其結(jié)構(gòu)和操作與圖9，9A實施例所示相同。
根據(jù)如圖3和4實施例所述的兩種制造技術中的任何一種可以完成膜片/內(nèi)芯的制造。應該明白，考慮到必須容納形成在膜片壁的空腔，該膜片必須較厚。
在根據(jù)圖5的修改中，取代包括圍繞均勻內(nèi)芯的連續(xù)彈性膜片的指示器位置控制器，該輸入元件包括一個彈性材料的壁相對較厚的局部球狀元件8’，例如一個厚壁橡膠球，該球在外殼的下壁2a的上平面和上壁的內(nèi)邊緣部分2b之間保持變形狀態(tài)?？缭缴媳?b的中央開口的局部球狀元件部分8’趨向于向上彎曲，并由此通過外殼的開口突起以提供一個凸面，局部球狀，暴露的表面部分。應該明白，必須小心選擇厚壁元件8’的壁厚度以便使其具有足夠的剛性向上彎曲為一個局部的球形狀，同時能夠沿變形球狀元件的外邊緣圍繞完全張緊的曲線彎曲。
根據(jù)圖6所示的一個進一步的改進，該輸入元件一般是一個球形(即，未變形時)的彈性材料實體8’，與圖5的實施例中的情況相同，通過外殼的相應部分使其處于變形狀態(tài)。仍然必須仔細選擇彈性材料的性質(zhì)以便指示器位置控制器的向上突起部分呈現(xiàn)要求的局部的球形狀，并且在適當?shù)哪Σ磷枇η闆r下暴露部分能夠繞其曲率中心轉(zhuǎn)動。
應該明白，控制顯示器上的位置指示器，例如，光標或指針的上述設備結(jié)構(gòu)簡單并且易于實現(xiàn)。另外，因為每個實施例中的指示器位置控制器的高度尺寸小于局部球狀部分的最中心區(qū)域的曲率半徑R的兩倍，從而提供一種比具有相同曲率的球狀跟蹤球設備的高度低的球型輸入設備(注意到球狀跟蹤球具有2R的高度)。事實上，在根據(jù)圖3的實施例中，如圖中清楚所示，指示器位置控制器6的高度略小于暴露局部球狀部分的最中心區(qū)域的曲率半徑R，這確實表示一種非常緊密的布置。
上述實施例僅是實現(xiàn)本發(fā)明的最好方式的實例。應該明白圖3和4實施例中的均勻內(nèi)芯的精確形狀和根據(jù)圖5和6的變形厚壁彈性球和實體球的精確形狀不分別具有特定的含義，只要高度尺寸小于指示器位置控制器的局部球狀部分的最中心區(qū)域的曲率半徑R。然而，通常，指示器位置控制器具有與其減少的高度相稱的擴大的寬度。
另外，運動檢測器11，12的數(shù)量，設置和類型不具有特定的含義。所公開的有關位移的角度90°和兩個運動檢測器圍繞垂直軸的定向是最好的，但不限于此。當選擇與90°不同的角度時，必須修正輸出信號以便將其轉(zhuǎn)換為基于矩形坐標系統(tǒng)的信號。盡管特別提到滾輪型檢測器，也可以使用諸如光檢測器之類的其他類型。
上述實施例涉及球型輸入設備，但是應該明白，這些實施例也適用于鼠標，并具有相同的結(jié)構(gòu)特征，但是被有效使用在反向位置。
盡管所述控制設備最好用于膝上型計算機，它們也可以用于控制直觀顯示器上的位置指示器，例如，一個其圖象投射到用于觀看者觀看的屏幕的直觀顯示單元上的指針的其他場合。
權利要求
1.一種控制直觀顯示器上的位置指示器的設備，包括外殼(2)，指示器位置控制器(6)和檢測器裝置(11，12)，其中指示器位置控制器(6)固定在外殼內(nèi)以便露出位置指示器(6)的局部球狀部分(7a，8a)，該控制器(6)用于使使用者圍繞局部球狀部分(7a，8a)的最中心暴露區(qū)域的曲率中心(10)轉(zhuǎn)動局部球狀部分(7a，8a)，檢測器裝置(11，12)用于根據(jù)局部球狀部分(7a，8a)的轉(zhuǎn)動提供輸出信號，其特征在于所述位置控制器包括一個控制元件(8)，該元件由彈性材料構(gòu)成并在外殼分開的上和下部(2a，2b)之間保持變形狀態(tài)以便提供所述位置控制器(6)的所述局部球狀部分(7a，8a)并沿分開外殼的上和下部(2a，2b)的方向具有一高度尺寸，該尺寸小于所述局部球狀部分(7a，8a)的所述最中心暴露區(qū)域的曲率半徑的兩倍。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于所述彈性材料的控制元件是一個圍繞均勻內(nèi)芯(7)伸出的連續(xù)薄壁封皮(8)，使所述薄壁封皮(8)保持其變形狀態(tài)并能夠在所述內(nèi)芯上滑動以便使使用者圍繞所述曲率中心轉(zhuǎn)動局部球狀部分(7a，8a)。
3.如權利要求2所述的設備，其特征在于在均勻內(nèi)芯(7)的外側(cè)和連續(xù)薄壁封皮(8)的內(nèi)部之間存在潤滑劑(15)。
4.如權利要求2或3所述的設備，其特征在于在從暴露局部球狀部分(7a，8a)的所述最中心暴露區(qū)域的后面通過所述均勻內(nèi)芯(7)完全沿分開外殼(2)的上和下部(2a，2b)的方向伸出的通路自由地安裝一個按壓元件(13)，和在所述外殼(2)安裝一個開關(14)以便響應當壓力施加到指示器位置控制器(6)的暴露局部球狀部分(7a，8a)時啟動開關(14)的按壓元件(13)產(chǎn)生一個輸出信號。
5.如前面任一權利要求所述的設備，其中均勻內(nèi)芯(7)是一個具有橢圓垂直截面形狀且圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體。
6.如權利要求1到4中的任一權利要求所述的設備，其中均勻內(nèi)芯(7)是一個具有橢圓垂直截面形狀且圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體，該截面形狀由上半圓圓弧，一條底面直線和兩個比半圓圓弧(r1)的曲率半徑小的曲率半徑(r2)區(qū)定義，每個小曲率半徑區(qū)將底面線的相應端連接到半圓圓弧的相應端。
7.如前面任一權利要求所述的設備，其中均勻內(nèi)芯(7)的外側(cè)是一個凹面以便在內(nèi)芯和薄壁封皮(8)之間定義一個空氣儲存器(16)。
8.如權利要求1所述的設備，其特征在于指示器位置控制器(6)一般是一個由所述外殼(2)的上和下部(2a，2b)使其保持所述變形狀態(tài)的彈性材料的壁厚球狀的元件(8’)。
9.如權利要求1所述的輸入設備，其特征在于指示器位置控制器(6)一般是一個由所述外殼(2)的上和下部(2a，2b)使其保持所述變形狀態(tài)的彈性材料的球狀的實體(8’)。
10.如權利要求8或9所述的設備，其特征在于所述外殼(2)在所述外殼的上和下部(2a，2b)的下部(2b)，通過所述指示器位置控制器(6)突起的所述局部球狀部分(7a，8a)定義一個環(huán)形開口(4)，所述控制器(6)在外殼的所述一側(cè)部分(2b)的所述環(huán)形開口的邊緣和所述外殼的上和下部的另一個部分(2a)的內(nèi)表面之間保持所述變形狀態(tài)。
11.如前面任一權利要求所述的設備，其特征在于裝置(8a，17，18)，該裝置用于向使用者提供連續(xù)薄壁封皮(8)圍繞均勻內(nèi)芯(7)的轉(zhuǎn)動程度的感覺和/或可聽指示。
12.如直接或間接附屬權利要求2的權利要求11所述的設備，其特征在于所述感覺和/或可聽指示提供裝置包括位于所述連續(xù)薄壁封皮(8)的多個空腔(8a)和一個偏向所述封皮以便當封皮圍繞均勻內(nèi)芯轉(zhuǎn)動時嵌入連續(xù)空腔的球(17)。
13.如前面任一權利要求所述的設備，該設備為一個球型設備，通過使用者的手或手指轉(zhuǎn)動其局部球狀部分(7a，8a)。
14.如權利要求1到12中的任一權利要求所述的設備，該設備是一個鼠標，其局部球狀部分(7a，8a)用于與接地表面摩擦接觸。
全文摘要
一種用于控制,例如,直觀顯示器及與個人計算機或膝上型計算機屏幕相關的監(jiān)視屏上的光標的位置指示器設備,該位置指示器控制設備(1)包括指示器位置控制器(6),控制器(6)固定在外殼(2),為圍繞固體均勻內(nèi)芯(7)以不起皺方式伸出的彈性材料的連續(xù)膜片,以便通過將手指壓力一般沿水平方向施加到膜片的最上部暴露局部球狀部分,使得膜片在內(nèi)芯上滑動以便從一個或多個運動檢測器(11,12)產(chǎn)生一個相應的輸出信號。該指示器位置控制器給出使用者一個球狀球設備(諸如用于膝上型計算機的公知設備)的外觀,但是均勻內(nèi)芯(7)的特定形狀用于降低所要求的整體高度并產(chǎn)生位置指示器控制設備(1’)的高度方面的致密結(jié)構(gòu)。根據(jù)兩種修改(圖5和6),通過一個一般為球狀的厚壁彈性球(8’),或通過一個由外殼(2)保持為變形狀態(tài)的固體彈性球(8”)實現(xiàn)該指示器位置控制器(6)?？梢詫⑽恢弥甘酒骺刂圃O備(1)設計為用于膝上型計算機的球型設備或用于個人計算機的鼠標。
文檔編號G06F3/0338GK1249832SQ98803025
公開日2000年4月5日 申請日期1998年3月2日 優(yōu)先權日1997年3月3日
發(fā)明者W·科迪姆 申請人:艾利森電話股份有限公司