小型指点设备的制作方法

专利名称：小型指点设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制显示器上的光标的指点设备。
背景技术：
为了简化下面的讨论，将根据应用在计算机上的指点设备(pointingdevice)来解释本发明；然而，本发明可以与宽范围的数据处理系统一起使用，该系统包括手持式计算机、蜂窝电话、视频游戏等。现代计算机操作系统和图形程序需要一个指点设备来控制光标在计算机显示器上的位置。对于台式PC，最成功的指点设备是“鼠标”。鼠标是一个手持件，其在靠近键盘的一个平面上移动以控制光标在计算机显示器的运动。鼠标移动的方向和距离决定了光标在显示器上移动的方向和距离。传统的鼠标提供一个用户能高精度移动的刚性体。对于台式计算机，鼠标为指点问题提供了一个满意的解决方案。偶尔当工作空间不足以提供鼠标所能移动的路径且不容许光标在显示器上的期望移动时，用户会简单地拿起鼠标并且使鼠标重新回到工作空间的中心位置。
虽然鼠标为台式PC市场中的指点设备问题提供了满意的解决方案，但是类似的成功装置对于便携式和手持式计算机是不实用的。这些计算机经常用在以下的环境中，其在键盘附近缺少足够大的平坦表面，让鼠标在它上面移动。因此，当这些计算机用在这样的环境下时需要某种其他形式的指点设备。
用在这些环境下的指点设备必须要解决迅速和准确地移动光标的问题。另外，该设备必须以一种新手用户无须大量指令就能理解的直觉方式来运行。另外，指点设备必须在有限的工作空间中运行，并且满足计算机或手持式设备的形状因数。最后，也必须满足低成本、低功耗和高性能的常规限制。
当前，对于膝上型计算机市场中的指点设备问题主要有两种解决方案Synaptics的电容式TouchPadTM和IBM的TrackPiontTM。其他公司制造具有类似功能的这些设备的多个版本。这两种解决方案远没有满足上述要求。TrackPiontTM是一个通常位于膝上型计算机键盘中央的小按钮。通过手指在按钮的上部施加一个横向力，按钮可以以一种类似于“操纵杆”的方式移动。不幸的是，按钮仅能移动很小的量；因此，按钮的位移不能直接被映射成光标位置在计算机显示器上的位移。代替性地，按钮位移控制了光标移动的方向和速度。用户采用此种类型速度控制定位光标的精度明显低于传统的鼠标所能达到的精度。这种限制在需要小的、精确的移动，如在计算机图形程序中绘画的工作中特别明显。
TouchPadTM是一个一边长50-100毫米的空白长方形垫，其一般被放置在大多数膝上型计算机键盘的前面。该设备感知手指在长方形表面上相对该设备边缘的位置。此感知是通过测量由用户手指在位于一种绝缘的、低摩擦的材料之下的一串电极上引起的电容变化来实现的。
像TrackPiontTM一样，TouchPadTM也受到精度不高的困扰。其内在地难于测量由位于相对于电路未知电压处的用户所引起的电容改变。此外，用户手指的接触区域相对较大。因此，为了提供对手指位置的精确测量，该设备必须确定一些参数，如手指和垫之间接触区的中心位置。不幸的是，随着用户所施加压力的变化，接触区的尺寸和形状会改变。因此这些确定最多是有限精确的。实际上，用户不能重复地执行精确的移动。
当用户不经意用手指或手腕触摸了该垫时，也有一些由错误信号引起的困难。在一些设备中，传统鼠标的“点击”功能是通过在该垫上轻击实现的。结果，在打字操作中，打字期间的这些不经意动作会使光标跳到一个新位置，并且文本会被插入到这个新位置。

发明内容
本发明包括一个指点设备，其具有一个可移动的压轮(puck)，该压轮在一个表面上的压轮运动区中移动。位置检测器测量压轮在压轮运动区中的位置。在一种实施方式中，位置检测器包括位于该表面上的多个表面电极和随着压轮一起移动的一个压轮电极，并且位置检测器测量多个电极中的被选电极之间的电容。在另一种实施方式中，位置检测器测量在多个电极中的被选电极之间流动的电流。在另一种实施方式中，压轮包括一个检测用户和压轮之间相互作用的用户传感器。在另一种实施方式中，用户传感器包括一个力传感器，该力传感器产生第一信号，表示由用户施加到压轮上的第一预定力。在其他实施方式中，如果力超过第二预定力级别，该力传感器产生一个信号，和/或一个指示这个力的幅度的信号。当用户传感器感测到用户和压轮之间的相互作用时，一个控制器使光标响应于压轮在压轮运动区中的移动而在显示器上移动。光标移动的幅度和方向由压轮在压轮运动区中移动的幅度和方向确定。又一种实施方式中，提供了一个复原机构，当用户释放压轮时，该复原机构使压轮返回到压轮运动区中的一个预定区域。描述了采用弹簧或磁场的复原机构的实施方式。


图1A是指点设备10的俯视图。
图1B是指点设备10穿过图1A所示的线1B-1B的截面图。
图2A-2B阐释了上面所讨论的压轮对显示器100上的光标的控制。
图3是根据本发明的压轮的更详细的截面图。
图4是用在根据本发明的指点设备中的压轮的另一种实施方式的截面图。
图5阐释了由图4所示电极形成的等效电路。
图6是用在本发明中的压轮的另一种实施方式的截面图。
图7是本发明一种实施方式中压轮在其上移动的图1所示表面12的一部分的俯视图。
图8是如图7所示电极51-55的等效电路的示意图。
图9A是本发明另一种实施方式中压轮在其上移动的图1所示表面12的一部分的俯视图。
图9B阐释了本发明的一种实施方式，其利用了用于测量压轮位置的光学传感器。
图10是根据本发明另一种实施方式的指点设备70的俯视图。
图11是根据本发明的指点设备的又一种实施方式的截面图。
具体实施例方式
参照图1A-1B能更容易地理解本发明提供其优点的方式，这些图阐释了根据本发明一种实施方式的指点设备10。图1A是指点设备10的俯视图，而图1B是指点设备10穿过图1A所示的线1B-1B的截面图。指点设备10包括一个压轮(puck)11，该压轮11响应于施加到该压轮11上的横向力在位于压轮运动区19中的基底15的表面12上移动。该力一般是由用户的手指、指尖、拇指、拇指指尖或多个手指施加到压轮11上。压轮11包括一个测量施加在压轮11上的垂直压力的压力感测机构。另外，指点设备10包括一个用于确定压轮11在表面12上的位置的感测机构。
现在参照图2A-2B，这些图阐释了上面所讨论的压轮对显示器100上的光标的控制。当用户施加在压轮11的垂直压力大于一个预定阈值时，压轮11在表面12上的任何位置改变被报告给主机装置，该指点设备10形成了主机装置的一部分。这种位置改变被用于在显示器上移动光标，移动光标的幅度和方向取决于当将垂直力施加到压轮11上时压轮11的移动幅度和方向。即，如果压轮11的移动由指点设备上的幅度d和角度φ所定义的方向来表征，那么光标101的移动由显示器100上的幅度D和角度φ所定义的方向表征。
当用户通过移开用户手指16来释放压轮11时，压轮11借助于13所示的弹簧返回到其中心位置，该弹簧将压轮连接到压轮运动区的一侧14上。由于在其返回期间用户手指没有在压轮11上施加垂直力，与该返回移动相关的位置改变不被报告给主机装置。即，光标101保持在位置102。这样就提供了一种方便的“回到中心位置”的能力，该能力一般通过拿起鼠标并将鼠标重新放置在运动区的中心来实现。“重新回到中心位置”是膝上型计算机、手持式设备和其他其中的运动区受到限制的微型装置尤其需要的。
在本发明的一种优选实施方式中，压轮11中的压力传感器感测两个预定的压力级别。第一个级别用于激活对上述显示器上光标的跟踪。第二个级别用于实现与传统鼠标相关的“点击”功能。因此，用户可通过增加施加到压轮11上的压力来在光标的当前位置点击。也可以设计一种机械点击来提供对“点击”阈值的触觉反馈。
现在参照图3，该图是根据本发明的压轮的更详细的截面图。压轮20包括一个可移动件21，其悬挂在一个空腔26上。可移动件21和空腔26的底部25之间的距离响应于施加到元件21上表面的压力而改变。在如图3所示的实施方式中，元件21是一个从27所示的隔板悬挂下来的可变形膜。元件21从其静止位置开始已经行进的距离是对施加在可移动件21上的力的量度。此距离可以由任何合适的机构感测。
例如，23和24所示的两个压力开关。当施加到元件21上的力小于一个预定值时，每个压力开关都是打开的，对于每个开关预定值是不同的。随着元件21被向下推，开关23首先闭合并且切换到导通状态。这个开关给主机装置发送信号用以表示指点设备现在已经被激活。这样的话，主机装置开始测量指点设备的位置并响应于这些测量改变光标在显示器上的位置。
如果施加在元件21上的力增大为超过第二预定值，开关24也将闭合。此开关的状态被主机装置(该指点设备是其一部分)或一个作为指点设备自身一部分的控制器独立地监测。在传统的鼠标中，提供了能由用户激励的按钮，以给主机装置发送信号，从而在某种程度上特别注意到当前光标在显示器上的位置。通过推压此按钮使开关闭合经常被称为在当前光标位置“点击”。在采用了压轮20的指点设备中可以采用开关24来提供此点击功能。
压轮20的上述实施方式采用了独立的开关来感测两个力的阈值。然而，采用单个的压力感知元件也能实现用于激活光标跟踪和点击功能的力阈值，该单个的压力感知元件提供了元件21的表面相对空腔底部25的位置的模拟测量。例如，元件21可以包括一个电极，该电极与空腔底部的一个相应元件形成一个电容器。随着元件21的表面和空腔底部25之间距离的改变，此电容器的电容也改变。该电容改变可通过多种传统电路中的任意一种来测量，并且可被用于确定元件21和空腔底部25之间的距离。在这种情况下，两个电容阈值确定了上述的两个力阈值。
上述实施方式利用元件21的弹性提供一种用于将施加在元件21上的力转换成可测量的距离的机构。然而，存在很多种其他已知机构，提供这种功能。例如，空腔26可被填充一种可压缩的媒介如泡沫橡胶。又一种实施方式中，可以采用由弹簧机构悬挂在一个表面上的刚性可移动件。
现在参照图4，该图是用在根据本发明的指点设备中的压轮的另一种实施方式的截面图。压轮30包括一个具有一个刚性件31的空腔36，该刚性件31通过弹簧悬挂在空腔36的底部35上。典型的弹簧如38所示。当没有给刚性件31施加向下的力时，元件31适当地被一个如37所示的止动弹簧支撑。当按箭头39所示的方向施加力时，元件31朝空腔的底部移动一定的距离，该距离取决于所施加的力和弹簧38的刚度系数。测量电极32和33之间的电容提供了对元件31和底部35之间距离的测量。
现在参照图5，该图阐释了由图4所示的电极形成的等效电路。电极32，33和34形成了一个电路，该电路等效于以电极34为公用电极串连的两个电容器。电容器C1表示电极33和34之间的电容，而电容器C2表示电极32和34之间的电容。电极32和33之间的总电容取决于电极34与电极32和33之间的距离。在连接到电极32和33的外部电连接的帮助下可以感测此电容，为了简单起见从附图中省略了该电连接。上述的电容测量方案不需要到电极34的外部电连接，因此，其实施是廉价且简单的。然而替代性地，可以采用基于测量电极34与电极32和33中的一个或两个之间的电容的其他实施方式。
虽然上面描述的压轮实施方式采用了电容式测量来感测可移动件和空腔底部之间的距离，但是可以采用其他测量技术。现在参照图6，该图是用在本发明中的压轮的另一种实施方式的截面图。在压轮40中，图4中38所示的弹簧被替换成一个导电的、可压缩泡沫层46，其电阻取决于泡沫的压缩程度。这样的材料是本领域公知的，因此在此将不对其进行详细讨论。为了本讨论的目的，注意到电极32和33之间的电阻将随着泡沫的压缩而改变就足够了。
已经根据两个离散的力级别描述了本发明上述实施方式，以确定保证光标移动的力级别和激活点击功能的力级别。然而，也可以实施在其中测量模拟力级别并将其用于实现其他功能的设备。例如，可以采用模拟力级别来实现压敏绘画设备的功能。采用此类功能的图形输入设备对于本领域是已知的，因此在此将不详细讨论。为了本讨论的目的，注意到指点设备施加到表面上的压力被转换成绘画的某种属性就足够了，该属性例如是显示器上光标位置处当前正被绘制的线条的宽度。
参照图7，可以更容易地理解检测压轮在下表面上位置的检测器的一种实施方式。图7是本发明一种实施方式中压轮在其上移动的图1所示表面12的一部分的俯视图。表面50包括如51-54所示的四个电极，它们具有连接到外部电路的端子。为了简化该图，已经省略了这些端子。压轮具有一个下表面，该下表面包括一个电极55，在该图中该电极被以虚线(phantom)显示。电极51-55彼此电隔离开。例如，电极55可被覆盖一个电介质层，该电介质层提供所需的绝缘同时仍然允许电极55在其他电极上滑行。这些电极实际上可被图案化地形成在基底的背面，该基底的表面如50所示。这减少了上述电极和压轮电极之间的电容，但是可能对几个毫米或更小的基底厚度实用。电极55和电极51-54中每一个之间的重叠取决于压轮相对电极51-54的位置。分别由A-D来表示电极55和电极51-54之间的重叠。
现在参照图8，该图是电极51-55的等效电路的示意图。电极55的与电极51重叠的部分形成了一个平行板电容器，其具有与重叠A成比例的电容。类似地，电极55与电极52重叠的部分形成了一个平行板电容器，其具有与重叠B成比例的电容，并且以此类推。因为所有的电容器共用了电极55的多个部分，等效电路由连接到如58所示的公用电极的四个电容器组成。这个电极正好是电极55。因此，通过测量电极55和电极51-54中每一个之间的电容，就能确定电极55相对电极51-54的位置。这个确定可由控制器59完成，该控制器59可以是指点设备的一部分或主机装置的一部分，该指点设备形成该主机装置的一部分。
在压轮运动区远大于压轮直径的实施方式中，可以在基底上放置4个以上的电极。这些电极中的每一个与压轮之间的电容测量可被用于如上所述地确定压轮的位置。
位置检测器的上述实施方式具有一个到压轮底部上的电极55的电连接。在测量表面50上每对电极之间的电容耦合的实施方式中可以去掉此连接。即，电极51和52之间电容的测量独立于电极51和53之间电容的测量，并且依此类推。考虑电极51和52之间的电容。等效电路类似于图5中所示的电路，C1与重叠A成比例，而C2与重叠C成比例。相邻电极之间的四个测量提供了求解四个电容中的每一个的信息，并且由此确定了压轮的位置。
压轮底部上的电极的形状优选为圆形，以减少由电极形状引起的误差。复原弹簧允许压轮稍微旋转一点。如果在压轮移动期间用户的手指没有放在压轮的中心，所产生的力矩可以使压轮轻微旋转。如果压轮电极是圆形对称的，这样的旋转将不改变位置测量的结果。另一方面，如果压轮电极不是圆形对称的，压轮和各个电极之间的重叠对不同的旋转将是不同的，即使每种情况下压轮的中心都在同一位置。
在本发明的上述实施方式中，位置检测器是电容式实现的，因为这些测量受到积累在电极表面上的灰尘或压轮或电极表面的磨损的影响更小，并且该位置检测器消耗较少的电力。然而，也可以采用其他的位置检测机构。现在参照图9A，该图是本发明另一种实施方式中压轮在其上移动的图1所示表面12的一部分的俯视图。表面60包括单个电阻层61，该电阻层61在其四个角有四个电极，如71-74所示。压轮62在此层上滑动。该压轮再一次以虚线显示。压轮62包括一个电极63，该电极63与电阻层61的一个很小的区域接触。当电流注入电极63时，通过测量从电极71-74流出的电流，能确定电极63相对电极71-74的位置。
也可以采用光学传感器如那些用在传统光学鼠标中的光学传感器来确定压轮在压轮运动区中的位置。现在参照图9B，其阐释了这样的一种感测机构。在此实施方式中，压轮82的下表面84包括一个图案或纹理，该图案或纹理被恰好位于压轮运动区的表面81下的光学鼠标传感器83照射。光学鼠标传感器在本领域是已知的，因此在此将不对其详细讨论。为了本讨论的目的，注意到光学鼠标传感器83具有一个照射压轮82的下表面的照射系统和一个形成所照射表面一部分的图像的成像传感器就足够了。该成像系统对下表面的连续图像进行比较以便在图像之间确定压轮移动的距离和方向。
前面的合适位置感测机构的例子可被提供为实例。然而，从前面的讨论可以明显看出，不脱离本发明的教导，存在大量的能被采用的位置测量机构。
上面讨论的许多实施方式需要到压轮的电连接。压力感测机构需要两个或三个连接，这取决于正被实施的特定实施方式。位置检测器可能需要额外的连接。重新参照图1，在本发明的一种实施方式中，为这些连接采用了13所示的弹簧。在这样一种实施方式中，弹簧由导电材料制成或覆盖以导电材料，因此每个弹簧能提供到压轮的电连接。
本发明的上述实施方式利用了经由弹簧到压轮的电连接。然而，可以采用感测与压轮相关信号的、不需要到压轮的直接连接的其他方法。远程感测技术在RF标签识别领域是公知的，因此在此将不对其详细描述。为了本讨论的目的，注意到通过测量该设备从RF信号吸收的电量可以感测远程设备中电容器和电感器的值就足够了。例如如上所述，考虑一种可以通过电容的改变感测施加在压轮上压力的实施方式。可以将其电容正被测量的电容器合并到一个储能电路中，通过为指点设备基座上的RF天线的频率的函数来测量压轮吸收的能量，从而可感测该储能电路的谐振频率。
当施加到压轮上的压力大于一个激活阈值级别时，上面讨论的本发明实施方式激活显示器上光标和压轮之间的耦合，并且当压力下降到此阈值以下时，释放该耦合。当压力完全被释放时，压轮被上面讨论的弹簧拉到其居中位置。
光标移动的距离可以大于通过将压轮从位于压轮运动区中心的静止位置移到压轮运动区边界所能移动的最大距离。在这种情况下，用户以一种类似于使用常规鼠标的方式来完成所需要移动，即通过释放压轮使压轮回到中心位置而后通过将手指放在压轮上来重新操作压轮。由于当手指在压轮回到中心位置之前拿开时光标不被触动，用户可以从显示器上用户手指从压轮上拿起的位置开始继续在显示器上移动光标。虽然这种方法对大多数的光标移动提供了满意的解决方案，但是有一些情况需要较大的移动。在这些情况下，通过大量较小移动来实现该移动并非总能令人满意。
上述实施方式采用一个弯曲弹簧在用户释放压轮时重新定位压轮。理想的情形为，复原压轮位置的弹簧提供了使压轮回到中心位置的恢复力，而不需要用户施加会使用户的手感觉到疲劳的力。另外，在压轮运动区中该力不应改变，因为这样的变化会干扰用户定位压轮的精度。另外，为膝上型计算机和手持式设备和其他微型应用而设计的实施方式重视指点设备的横向尺寸和指点设备的厚度。因此，在设计中不希望弹簧增加指点设备的厚度和横向尺寸。
图1所示的弯曲弹簧阻止压轮到达压轮运动区的全部位置。在压轮的移动朝向弹簧在压轮运动区边界上的连接点的情况下尤其如此。因此，为了提供一个在压轮运动区中具有一个特定区域的设备，需要一个稍微大一点的横向区域来容纳该表面上这个不可用空间，该不可用空间是弹簧处于它们的压缩状态所需要的。另外，对于压轮观察区的不同区域，移动压轮所需的力不同。因此，图1所示的弯曲弹簧设计不是理想的。
通用的螺旋弹簧具有类似的问题。另外，弹簧具有一个显著的厚度，其增加了指点设备的厚度。因此，这样的弹簧也不是优选的。
现在参照图10，该图是根据本发明另一种实施方式的指点设备70的俯视图。指点设备70采用一种螺旋弹簧设计，其更接近地提供了上面讨论的理想特征。压轮75被连接到如71-74所示的四个螺旋弹簧上。每一个螺旋件的一端连接到压轮75，另一端同指点设备固定部分连接于压轮运动区76边界的一个点上。一个典型的连接点如77所示。
最优选的弹簧是弯成大约270-360度的螺旋。即，于79连接到压轮上部(类似于钟表上的12点处)且于77截止在压轮运动区边界的弹簧(类似于钟表上的9点和12点之间)。虽然这是优选的弹簧结构，但是可以采用其他的弹簧结构。如果使用更短的弹簧，随着压轮移动到压轮运动区的末端，压轮趋向于旋转。在一些设计中这样的旋转会与位置感测机构发生干涉。弹簧长于360度会消耗更多的可用空间并且导致恢复力更柔弱。
如图9A所示的压轮设计具有一个靠近压轮运动区边界的阴影区，其是弹簧宽度的三倍。宽度约为0.25毫米的金属弹簧足以满足要求。因此，宽度小于1毫米的靠近于压轮运动区边界的区域是在此类基于螺旋弹簧的指点设备中浪费的所有区域。宽度为0.75毫米和厚度为1.5毫米的塑料弹簧对位于直径为60毫米的运动区中的直径为30毫米的压轮是适当的。
如图10所示的实施方式对每个弹簧采用了平面螺旋件。即，当压轮处于压轮运动区的中心时，由弹簧实现的曲线在极坐标系统(R，θ)中由R＝k-k’θ给定。这里k和k’是常数。虽然此曲线对大多数弹簧长度是良好的近似，但是在两个末端处不同于这个关系的曲线是有利的。在这样的弹簧中，弹簧的两端被调整为正切于弹簧连接到压轮和压轮运动区边界的点。这样的调整允许压轮更容易地到达压轮运动区的末端。另外，将认识到由每个平面螺旋件实现的精确曲线可以稍微不同于理想螺旋且仍然提供了超过其他弹簧设计的重要益处。因此，术语“平面螺旋件”将被定义为包括以下具有长度L和中心线的任意线性结构其在极坐标系统(R，θ)中实现为曲线，使得对于任意给定值θ，R至少50％的L都在R0＝k-k’θ的25％范围内。另外，可以采用其他形式的弓形弹簧；尽管这样的弹簧不能提供上面所讨论的螺旋件的所有优点。
本发明的上述实施方式采用四个弹簧使压轮恢复到其静止位置。然而，可以采用其他数量的弹簧。原则上可以只采用一个弹簧；然而，该弹簧需要在两个方向上提供恢复力，因此不再具有各向同性，并且将比上述弹簧硬。另外，可以采用更多的弹簧来提供到压轮的附加电连接。
上述实施方式中的弹簧理想地使压轮回到位于移动区中心的静止位置。这些实施方式使所允许的从静止位置开始的移动量最大。然而，从前面的讨论将会很明显看出每当压轮被释放时，压轮不需要被精确地返回到同一个起始位置。类似地，压轮不需要返回到精确位于压轮运动区中心的静止位置。只要压轮返回到这样的一个位置，该位置足够靠近压轮运动区的中心以允许压轮按某个希望的方向从该位置移动到一个新位置，本发明就将提供上面所讨论的弯曲弹簧设计的改进。
应注意到，优选的是压轮应以尽可能少的振荡返回到其静止位置。因此，优选地包括某种形式的振荡阻尼。一种抑制振荡的方式是当压轮被用户释放返回到其静止位置时，保证压轮保持下压抵住下表面。在这种情况下，压轮和下表面之间的摩擦会提供阻尼力。这可通过将弹簧安装为使其将一个向下的力施加在压轮上来实现。例如，弹簧末端在压轮上的连接点可以被定位在距离工作表面比弹簧另一端的连接点距离工作表面更远处。另一种选择为，弹簧可以被变形，使得每个弹簧除了施加所述恢复力之外还施加一个向下的力。
本发明的上述实施方式采用了弹簧，以在用户释放压轮时使压轮返回到其静止位置。然而，也可以采用其他机构，当压轮被释放时使压轮返回到其静止位置。例如，压轮可以包括一个磁铁，该磁铁被位于压轮下面基底中的相应磁铁吸引。在图11中示出了这样的一种实施方式，该图是根据本发明的指点设备的又一种实施方式的截面图。指点器90包括一个压轮91，该压轮与以上所述的压轮相似，该压轮包括一个用于定义压力阈值的压力感测机构。指点器90还包括一个位于压轮底部的电极，用于测量压轮相对基底93(压轮在该基底上移动)上的多个电极的位置。典型的基底电极如94和95所示。压轮91还包括一个磁铁96，该磁铁96提供当压轮被用户释放时使压轮返回到其静止位置的恢复力和测量压轮位置的电极结构。在基底93中包括一个相应的磁铁97。磁铁97的磁极被布置为与磁铁96的磁极相反。将磁铁的磁场选择为使得图10所示磁场在磁铁的中心具有其最大值，并且磁场值从磁铁的中心开始随距离降低。因此，当压轮被释放时，压轮将返回到静止位置，在该静止位置磁铁是彼此同心的。也应注意到该磁铁提供上述向下的阻尼力，用于减少压轮被释放时压轮关于其静止位置的任何振荡。
本发明的上述实施方式采用由用户手指施加的力来触发压轮的移动同光标在显示器上的移动的耦合。然而，可以采用其他机构发信号使光标耦合。例如，用户手指在压轮上的出现可以被电容式感测。由于这样的传感器是本领域已知的，在此将不对它们详细讨论。注意到用户手指的出现会可测量地改变压轮上一个或多个电极的电容就足够了。
不使用单独力或电容传感器，由控制器对压轮的x和y位置进行软件分析，也能实现用户传感器。当压轮在使其回到中心位置的弹簧力的作用下猛然回到中心时，压轮移动的方向和加速度可以被用来确定压轮是在用户操作下还是仅在弹簧的影响下。
本发明的上述实施方式采用了某种形式的复原机构，用于当用户在压轮上释放了压力时使压轮返回到其静止位置。然而，也可以构建本发明这样的实施方式，其中复原机构是用户的手指。在这样的一种实施方式中，用户将施加在压轮上的压力减小为低于压轮同光标的耦合发生时的级别。然后用户可手动地将压轮移动到一个新位置而不触动显示器上光标。然后用户可再次以足够激发压轮和光标耦合的压力来在压轮上按压，从而继续光标的移动。
本发明的上述实施方式涉及这样的压轮，当用户将其释放时，压轮被复原机构拉回到一个预定的静止点。如上面所注意到的，预定的实施方式包括某种形式的阻尼力以使压轮被释放后在压轮位置的振荡到停止不动所需的时间最少。结果，压轮不总是精确地返回到其起始点。然而，这样的精确返回是不需要的。压轮通常返回到某个预定起始区的实施方式也可实施得令人满意。与压轮运动区的边界相距足够远的任意起始区都可以获得令人满意的性能。
虽然本发明的上述实施方式采用的压轮运动区是圆形的，但是压轮运动区可以具有其他形状。例如，压轮运动区可以是椭圆形或长方形。在这些情况下，最优选的弹簧形状将不同于上面描述的那些形状。
从前面的描述和附图来看，对本发明的各种修改对本领域普通技术人员来说将变得很明显。因此，本发明仅由所附的权利要求的范围进行限定。
权利要求
1.一种指点设备(10)，其包括一个表面(12)，所述表面具有一个被限定在其上的压轮运动区(19)；一个可移动的压轮(11)，其包括检测用户和所述压轮(11)之间相互作用的用户传感器(23，24)，所述压轮(11)被限制为在所述压轮运动区(19)中移动；和一个位置检测器(51-55，59)，其测量所述压轮(11)在所述压轮运动区(19)中的位置。
2.如权利要求1所述的指点设备(10)，进一步包括一个复原机构，所述复原机构使所述压轮(11)返回到所述压轮运动区(19)中的一个预定区域。
3.如权利要求2所述的指点设备(10)，其中所述复原机构包括一个连接到所述压轮(11)的弹簧(13，71-74)。
4.如权利要求2所述的指点设备(10)，其中所述复原机构包括位于所述压轮(11)上的第一磁铁(96)和位于所述压轮运动区(19)中的第二磁铁(97)。
5.如权利要求3所述的指点设备(10)，其中所述弹簧(13，71-74)包括一个弓形弹簧(71-74)。
6.如权利要求5所述的指点设备(10)，其中所述弓形弹簧(71-74)包括一个平面螺旋弹簧(71-74)。
7.如权利要求2所述的指点设备(10)，其中所述复原机构也施加一个力，当所述压轮(11)返回到所述压轮运动区(19)中的所述预定区域时，所述力抑制在所述压轮位置的振荡。
8.如权利要求1所述的指点设备(10)，其中所述用户传感器(23，24)检测与所述压轮(11)上的一个电极有关的电容变化。
9.如权利要求1所述的指点设备(10)，其中所述用户传感器(23，24)包括一个力传感器，所述力传感器产生一个表示由用户施加到所述压轮(11)上的第一预定力的第一信号。
10.如权利要求9所述的指点设备(10)，其中所述力传感器还产生第二信号，表示一个大于第二预定力级别的力正由用户施加到所述压轮(11)上。
11.如权利要求1所述的指点设备(10)，其中所述用户传感器(23，24)产生一个信号，表示由用户施加到所述压轮(11)上的力的幅度。
12.如权利要求1所述的指点设备(10)，进一步包括一个控制器(59)，当所述传感器感测到用户和所述压轮(11)之间的所述相互作用时，控制器(59)使光标响应于所述压轮(11)在所述压轮运动区(19)中的移动而在显示器上移动，所述光标移动的幅度和方向由所述压轮(11)在所述压轮运动区(19)中移动的幅度和方向确定。
13.如权利要求12所述的指点设备(10)，其中当所述传感器没有感测到用户和所述压轮(11)之间的所述相互作用时，所述控制器不会使所述光标响应于所述压轮(11)的移动而移动。
14.如权利要求1所述的指点设备(10)，其中所述位置检测器包括位于所述表面上的多个表面电极(51-54，61)和一个随着所述压轮(11)一起移动的压轮电极(55，63)。
15.如权利要求14所述的指点设备(10)，其中所述位置传感器测量所述多个电极中被选电极之间的电容。
16.如权利要求14所述的指点设备(10)，其中所述位置传感器测量在所述多个电极中被选电极之间流动的电流。
17.一个指点设备(10)，其包括一个表面(12)，所述表面具有一个被限定在其上的压轮运动区(19)；一个可移动的压轮(11)，其被限制为在所述压轮运动区(19)中移动；一个位置检测器(51-55，59)，其测量所述压轮(11)在所述压轮运动区(19)中的位置；和一个复原机构，所述复原机构使所述压轮(11)返回到所述压轮运动区(19)中的一个预定区域。
18.如权利要求2所述的指点设备(10)，其中所述复原机构包括一个连接到所述压轮上的弹簧(13，71-74)。
19.如权利要求17所述的指点设备(10)，其中所述复原机构包括一个位于所述压轮(11)上的第一磁铁(96)和一个相对于所述压轮运动区(19)固定的第二磁铁(97)。
20.如权利要求18所述的指点设备(10)，其中所述弹簧(13，71-74)包括一个弓形弹簧(71-74)。
21.如权利要求20所述的指点设备(10)，其中所述弓形弹簧(71-74)包括一个平面螺旋弹簧(71-74)。
22.如权利要求17所述的指点设备(10)，其中所述复原机构也施加一个力，当所述压轮(11)返回到所述压轮运动区(19)中的所述预定区域时，所述力抑制在所述压轮位置的振荡。
全文摘要
指点设备(10)具有一个可移动的压轮(11)，该压轮(11)在一个压轮运动区(19)中的表面上移动。位置检测器(51－55，59)测量压轮在压轮运动区(19)中的位置。在一种实施方式中，压轮(11)包括检测用户和压轮(11)之间相互作用的用户传感器(23，24)。当用户传感器(23，24)感测到用户和压轮(11)之间的相互作用时，一个控制器使光标响应于压轮(11)在压轮运动区(19)中的移动而在显示器上移动。光标移动的幅度和方向由压轮(11)在压轮运动区(19)中移动的幅度和方向确定。在另一种实施方式中提供了一种复原机构，当用户释放压轮(11)时，该复原机构使压轮(11)返回到压轮运动区(19)中的一个预定区域。
文档编号G06F3/00GK1886714SQ200480034793
公开日2006年12月27日 申请日期2004年11月10日 优先权日2003年11月24日
发明者J·哈利, F·马塔, S·T·赫恩 申请人:阿瓦戈科技 Ecbu Ip(新加坡)股份有限公司