专利名称：带有可点击跟踪球的游戏控制器的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及计算机外围设备领域，并且更具体地，涉及用户输入装置，诸如游戏手柄式游戏控制器。
背景技术：
目前用于游戏控制台机器的控制器具有多种构造。最典型的是通过Sony Playstation , Microsoft Xbox 、Nintendo 和其它相关游戏系统普及的控制器，即游戏 手柄。在该构造中，用户用双手握住游戏控制器，并且用其拇指和其它手指操纵控制装置。 这些控制器设计成尽可能广地适合它们的目标群体部分。在图1中示出一种示例性现有技术的游戏手柄。参考图1，示出控制器部分包括 本体、臂部以及拇指模块。臂部包含各种按钮、操纵杆、蘑菇状件或等。通常在PC(个人计算机)上使用鼠标和键盘的组合来玩称为“第一人称射击” 或“FPS”游戏的游戏(玩者在虚拟的三维世界中采用游戏中人物的视点，因此为“第一人 称”)。通常，键盘用来控制游戏中人物在3D (三维)世界中的移位(即“WADS”控制，由此 按动键盘上的“W”使玩者向前移动，“A”向左移动，“S”向后移动并且“D”向右移动)，而鼠 标用于控制游戏中人物的视点(即将鼠标左右移动可使他的视点向左和向右旋转，将鼠标 上下移动则类似于向上和向下看)。现在这些FPS游戏(以及其它游戏)要求高度的复杂性，这种复杂性要求对游戏 中人物的视点进行细微地控制，以便跟踪(从而，用游戏中的武器射向和击中)在虚拟的3D 世界中的快速移动的目标或“远程”目标。对于此目的鼠标是理想的，因为其为玩者提供了 高程度的控制。玩者移动X距离则其视点相应地改变X度并且保持在这个角度上直至再次 移动鼠标。但是控制台控制器通常没有结合任何在控制程度方面复制鼠标的装置。左侧的模 拟杆或等效的数字装置复制键盘的“WASD”功能，并且右侧的模拟杆或等效的数字装置控制 视点。但是在这种情况下，右侧的模拟杆不能像先前示例中的鼠标那样作用。当玩者沿所 希望的方向推动杆时，游戏中人物的视点沿该方向移动直至用户将杆回复到“中立”位置， 此时游戏中人物停止转动。转动的速率由玩者置于杆上多少致动(即他将杆沿所希望的方 向推动多“远”)来确定。因此具有相当低的能够导致转动的最大速度限制，如果在游戏中 人物的后面有虚拟敌人的话，这种转动对游戏中的人物而言是成问题的。这对于精确性而言也是成问题的，因为模拟杆通常要比鼠标更难以操纵以获得精 确的视点。例如，假设“用户A”使用鼠标和键盘。如果用户A的鼠标构造成通过Imm的移 动而获得1度的视点改变，用户A必须直接“看”向并射向目标。对于用户A的视点而言，目 标正好从用户A的当前的视点向右30度和向上10度。如果用户A将其鼠标向右移动30mm 并且向上移动10mm，他知道他将以高度一致性面对他的目标。他能够如他希望的一样快速 地或缓慢地进行该动作(假如鼠标本身没有实体限制)。实际上，如果他的本能反应允许的 话，他能够基本上即刻面对他的目标并射向目标。
相比较而言，“用户B”使用控制台控制器，并且用她的拇指控制两个操纵杆。我们 假设她的右侧模拟“拇指杆”控制游戏中人物的视点。她的拇指杆具有5级位移。在级别1 上，即位移的最小级别，转动构成为每秒1度。在级别2上为每秒2度，以此类推直至每秒 5度的级别5。她也必须击中正好向右30度且向上10度的目标。用户B为了击中他的目 标，她能够将其拇指杆以位移级别5向右移动6秒然后以位移级别5向上移动2秒。如果 她希望一次做这两个动作，她将面临的限制是，她需要设法精确地在2秒界限处停止向上 的运动，否则他将射失他的目标。她也受到该控制方法的转动的最大速率的限制。正如能够看出的那样，用户B的控制方法不如用户A的控制方法那样有效或精确。 问题是，为了控制器的紧凑，并且在并不总是有鼠标可利用的平坦表面的情况下(例如在 起居室的情况下，在那里在电视和沙发的环境中玩游戏)，不能总是能够或希望使用鼠标和 键盘。某些现有技术的游戏控制器允许在向下按时“点击”或致动模拟操纵杆。因为跟 踪球能够替代或增补至少一个模拟操纵杆的功能，所以通过使跟踪球具有与其所替代的模 拟操纵杆相似的功能，本发明的优选的实施方式提供一种对于在游戏控制器中具有跟踪球 的想法的改进。其它现有技术的装置，例如在美国专利No. 6，809，722和美国公报 No. 2005/0156891中示出的那些装置，公开了对可从多个方向触及的跟踪球的使用。它们主 要描述了握在一只手中且在一个端部上具有跟踪球的装置。但是它们未能公开如在此描述 的集成的跟踪球/控制器组合。
因此，本发明的目的是提供一种人体工程学的、方便的且功能强的游戏控制器。在 有些实施方式中，如果跟踪球可点击的话，那么游戏控制器需要较少地移动手指以致动按 钮，因而对手腕、手和手指产生较少的损伤和有害的影响。
发明内容
公开了一种改进的用户输入装置，在多种实施方式中，所述装置增强了控制并且 是人体工程学的、集成的和紧凑的。跟踪球为由容置在座内的球构成的定点装置，所述座包含有传感器以检测所述球 绕两条轴线的旋转。用户用手的拇指、其它手指或手掌滚动球。现在，跟踪球可具有随着球 上的几何图案的光学跟踪装置。有些是使用LED(发光二极管)来照亮被跟踪的表面。一 帧(frame)和下一帧之间的变化通过芯片的图像处理部分进行处理，并且利用光流场估计 算法转化为在两条轴线上的运动。除了其它诸如模拟操纵杆、拇指杆或方向键(d-pad)的控制装置外，诸如游戏手 柄的用户输入装置还装配有跟踪球。所述跟踪球安装成沿竖直平面从装置本体向上和向下 地突出。因此，用户能够从上方和下方触及和使用跟踪球。在优选的实施方式中，跟踪球是可点击的，并且如下所述，对跟踪球进行点击可用 于提供更好的用户控制。
在阅读下面的详细描述和参考附图之后，本发明的前述和其它的优点将变得显而易见，附图中图1为现有技术的游戏控制器的俯视图；图2示出根据本发明的一个方面的具有集成的跟踪球的游戏控制器的俯视图；图3示出根据本发明的一个方面的具有集成的跟踪球的游戏控制器的侧视图；图4示出根据本发明的替代性实施方式的可点击的跟踪球以及相关联的耦联件和铰接件的侧视图；图5示出在图4中所示的可点击的跟踪球以及相关联的耦联件和铰接件的分解 图。尽管本发明是容许各种改型和替代性形式的，但是具体实施方式
已经在附图中作 为示例示出并且将在此进行详细地描述。然而应该理解的是，本发明不意味着受限于所公 开的具体形式。相反，本发明覆盖落入本发明的由所附权利要求限定的精神和范围内的所 有改型、等同物和替代形式。
具体实施例方式如上所概括，本发明的实施方式提供一种具有有利的控制和人体工程学益处的诸 如游戏手柄的计算机输入装置。通过本发明，用户能够享受操纵杆式控制器和集成跟踪球 的益处和优势。图2示出本发明的主要的实施方式。控制器集成有常规的拇指杆2和跟踪球3。 例如，当在玩FPS游戏时，可通过左侧拇指杆来控制游戏中人物的移位，并且通过右侧的跟 踪球控制视点。但是，本领域技术人员容易地理解，与使用跟踪球有关的其它可能的排列落 入本发明的范围(例如左侧跟踪球、右侧拇指杆/右侧跟踪球、左侧数字手柄或数字按钮等)。图3示出在图2中所示的实施方式的侧视图。如在图3中所示，在游戏控制器中 的人体工程学设计意味着不依赖任何支承表面以单手或双手握住游戏控制器，其中在能够 从控制器的顶部和底部操纵跟踪球3的同时仍然用手来支承控制器。参考图3，可从上方 (在所示示例中，通过用户4的右手的拇指)或下方(通常通过用户4的右手的其它手指) 触及跟踪球3。这样具有当需要时用户偏好使用这两种选择中的任意一个或同时使用两个 的灵活性。这极大地有助于细微的程度控制以及速度，因为在这种情况下，用户能够使用三 根或四根手指快速地操纵跟踪球3，同时仍然保持牢固地紧握在控制器上(以及能够使用 他的其它手指致动其它按钮)。与只使用拇指的情况相比，在这种情况下，用户能够更快速 地转动球，并且他还能够通过用他的其它手指和拇指根据需要停止、减速或逆转跟踪球的 运动而进行细微程度更高的控制。因此，跟踪球3能够近似鼠标在PC环境中的典型的FPS功能。例如，如果用户4 将跟踪球3移动特定的距离，那么游戏中人物的视点就能够改变特定的对应度数。因此，这 个方法解决了与操纵杆式控制器相关联的精确性的问题，同时保持了单手握持控制器的紧 凑性和整体性。所述系统和方法还包括可使跟踪球3赶上模拟/数字杆(所述模拟/数字杆适合 保持与只是设计成以旧的控制视点的方法进行操作的游戏的兼容性)的功能的装置，因此 这种人体工程学设计和跟踪球的使用仍旧优于两个模拟/数字操纵杆结构，尽管益处不象以上描述的那样大。在图4所示的替代性实施方式中，跟踪球的中间部分能够通过耦联组件和铰接组件10附连到游戏控制器，从而能够很像点击计算机鼠标键一样点击跟踪球。跟踪球3的上 表面5和下表面6都露出，使得用户4能够分别从游戏控制器上方或下方沿向下的方向7 和向上的方向8用手指操纵跟踪球。在控制器本身内，具有光学/激光跟踪传感器来检测 跟踪球3的运动。点击机构将结合图5进行论述。如在图5中所示，耦联和铰接组件9可包括上部子组件11和下部子组件12。上部 子组件11包括致动件13和上部触觉开关14。下部/底部子组件12包括光学/激光跟踪 系统15、17和下部触觉开关16。如此安装，从而能够通过向下(当手指放置在顶上时)压 按或点击跟踪球和/或向上(当手指放置在下方时)压按或点击跟踪球而致动跟踪球3。 跟踪球点击的致动能够被位于控制器内并且与跟踪球3接触的至少一个触觉开关(14、16) 检测到。这些触觉开关(14、16)能够检测到来自两个方向(向上和向下)的跟踪球3的运 动或者具体地跟踪球3的点击致动，并且向游戏或游戏控制台发送信号以执行一定的指定 的功能。在优选的实施方式中，还能够通过在跟踪球3上连续快速地多次(例如双击动作) 压按(向上8或向下7)而致动跟踪球，这可在游戏或游戏控制台中致动例如不同的命令。应当指出，本发明的上述方面能够有益地应用于包括震感式力回馈手柄(rumble pad)、控制手柄和操纵手柄的其它用户输入装置。因此，尽管参照一个或多个具体实施方式
对本发明进行了描述，但是本领域技术人员可认识到，能够在不脱离本发明的精神和范围 的情况下对本发明做出很多改变。这些实施方式及其显而易见的变型均视为落入请求保护 的发明在所附权利要求中阐明的精神和范围内。
权利要求
一种计算机控制器，包括装置本体；杆式控制器；具有上部、中部和下部的跟踪球，所述跟踪球通过耦联组件以可旋转的方式安装至所述装置本体，所述耦联组件与所述跟踪球的所述中部接触，而让所述上部和所述下部露出以便用户选择性地旋转；以及光学跟踪系统，所述光学跟踪系统通信地耦联至所述跟踪球。
2.如权利要求1所述的计算机控制器，还包括触觉开关，所述触觉开关通信地耦联至 所述跟踪球，由此，当向上或向下点击所述跟踪球时，所述触觉开关能够感知到。
3.如权利要求1所述的计算机控制器，还包括第一触觉开关和第二触觉开关，所述第 一触觉开关和所述第二触觉开关通信地耦联至所述跟踪球。
4.如权利要求3所述的计算机控制器，其中，所述第一触觉开关设置在所述耦联组件 中并位于所述第二触觉开关上方。
5.如权利要求1所述的计算机控制器，其中，所述控制器为游戏手柄。
6.如权利要求3所述的计算机控制器，其中，所述操纵杆位于所述装置本体的左侧上， 并且所述跟踪球位于所述装置本体的右侧上。
7.如权利要求1所述的计算机控制器，其中，所述光学跟踪系统为激光光学跟踪系统。
8.如权利要求1所述的计算机控制器，其中，所述杆式控制器为操纵杆。
9.如权利要求1所述的计算机控制器，其中，所述杆式控制器为拇指杆。
10.如权利要求1所述的计算机控制器，其中，所述耦联组件包括致动件。
11.一种计算机控制器，包括装置本体；方向键；具有上部、中部和下部的跟踪球，所述跟踪球通过耦联组件以可旋转的方式安装至所 述装置本体，所述耦联组件与所述跟踪球的所述中部接触，而让所述上部和所述下部露出 以便用户选择性地旋转；以及光学跟踪系统，所述光学跟踪系统通信地耦联至所述跟踪球。
12.—种计算机控制器，包括装置本体；具有上部、中部和下部的可点击跟踪球，所述跟踪球通过耦联组件以可旋转的方式安 装至所述装置本体，所述耦联组件与所述跟踪球的所述中部接触，而让所述上部和所述下 部露出以便用户选择性地旋转；以及光学跟踪系统，所述光学跟踪系统通信地耦联至所述跟踪球。
13.如权利要求12所述的计算机控制器，进一步包括触觉开关，所述触觉开关通信地 耦联至所述跟踪球，由此，当向上或向下点击所述跟踪球时，所述触觉开关能够感知到。
14.如权利要求12所述的计算机控制器，进一步包括第一触觉开关和第二触觉开关， 所述第一触觉开关和所述第二触觉开关通信地耦联至所述跟踪球。
15.如权利要求14所述的计算机控制器，其中，所述第一触觉开关设置在所述耦联组 件中并位于所述第二触觉开关上方。
16.如权利要求12所述的计算机控制器，其中，所述计算机控制器为游戏手柄。
17.如权利要求12所述的计算机控制器，还包括操纵杆。
18.如权利要求12所述的计算机控制器，还包括拇指杆。
19.如权利要求12所述的计算机控制器，还包括方向键。
20.如权利要求17所述的计算机控制器，其中，所述操纵杆位于所述装置本体的左侧 上，并且所述跟踪球位于所述装置本体的右侧上。
21.如权利要求12所述的计算机控制器，其中，所述光学跟踪系统为激光光学跟踪系统。
全文摘要
本发明公开一种改进的用户输入装置，除了诸如模拟杆控制器(例如拇指杆或操纵杆)的其它控制装置外，所述装置还装配有跟踪球。所述跟踪球安装成沿竖直平面从装置本体向上和向下地突出。用户能够从上方和下方触及和使用所述跟踪球。在优选的实施方式中，所述跟踪球可点击，从而提供了更好的控制和使用便易性。
文档编号G06F3/033GK101815561SQ200780100329
公开日2010年8月25日 申请日期2007年7月2日 优先权日2007年7月2日
发明者蔡显臣 申请人:雷泽亚太有限公司;雷泽美国有限公司