专利名称：电脑摇杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电脑摇杆，尤指一种利用一组感光器所输出之感测信号经由比较器比较以将控制杆位移转换为数字信号的电脑摇杆。
目前，电脑摇杆已普遍地使用于电脑游戏中，用来控制荧光幕上所显示的游标或图形物件的移动。一般的电脑摇杆包含有一个外壳用来容纳电子和机械元件，一个垂直的控制杆可在固定角度内任意地转动，以用来控制游标在荧光幕上的移动，以及二个光栅感测装置位于控制杆的底部，用来感测控制杆在不同方向的位移量并将其转换成相对应的位移信号。
请参阅
图1及图2，图1为已知光栅感测装置中光栅及感测器的示意图，图2为图1感测器信号处理之示意图。光栅10是一个圆形薄片其上设有透光孔12设于光栅10靠近于圆周边上，一光栅14设于光栅10的一侧而一光源感测器16设于光栅14的另一侧以侦测光栅14相对于光源感测器16的转动，光源感测器16在接收经由光栅14传送来的光线后，依照所接收的光量产生振幅大小不等的类比信号18，通常的信号处理方式系将此类比信号18设定一上限电压值20和下限电压值22以转换为数位24再加以利用。如图2所示，例如上限电压值20设为3V，下限电压值22设为1V，当类比信号18的电压值超过3V时，即定义为“1”，而当电压值低于1V时，即定义为“0”。如此便可一一将该类比信号18的波峰转变为数字信号24的“1”，而将波谷转变为数字信号24的“0”，并以此不同的数字状态显示电脑摇杆的摇动状态。
然而，前述已知之类比/数字信号转换方式却有几个缺点，首先是每个数字信号24产生的速度太慢造成传统电脑摇杆的反应时间太长。此种已知之信号处理方式是利用当一类比信号18的电压值超过预设之电压上下限时，才会产生一相对应的数字信号24，因此在电压值由下限爬升至上限或由上限降至下限时需要隔一段相当的时间，通常平均约需90～120μs才能产生数字信号24不同数字状态间的变化。其次是容易产生误差，当电脑摇杆使用较久或当控制杆被很快速地改变摇动状态时，因为类比信号(如图2中之虚线26所示)尚未达到可产生数字信号输出的上限或下限电压时即又被改变其状态，使得电脑摇杆的摇动状态虽有改变但却无相对应的数字信号输出，因而产生计算失误(Loss count)的现象，使得电脑摇杆的反应不灵敏、敏感度大为下降。
本发明的目的在于提供一种电脑摇杆，使其控制杆的移动比较敏感，更快速地产生反应并消除计算失误现象的发生，从而提高电脑摇杆的反应灵敏度。
本发明的目的是这样实现的，一种电脑摇杆，其特征在于，它包含一外壳，其上方设有一开口；一控制杆，其包含有一把手设于其上端，一球状握轴设于其中段，以及一致动装置设于其下端，该控制杆之球状握轴系以可转动的方式安装于该外壳之开口内；以及，二感测装置，用来感测该控制杆之致动装置于二正交方向之位移并产生相对应之位移信号，每一感测装置包含有一光栅，其上方设有复数个透光孔；一光源，设于该光栅之一侧；复数个循序排列之感光器，设于该光栅之另一侧用来依序感测该光源透过该光栅之透光孔所传来的光线，并产生不同的感测信号；以及，复数个比较器，用来比较该不同感测信号之大小以产生该位移信号；其中当该控制杆上端之把手被移动时，该控制杆下端之致动装置会带动该光栅而使其上之透光孔产生位移，而该比较器则会将该复数个感光器于该透光孔位移时所产生之不同感测信号相比较以产生相对应之位移信号。
由于采用了上述的技术解决方案，利用一组感光器来产生一组感测信号，并由比较器来将该组感测信号转换为数字信号，使本发明之电脑摇杆对控制杆的移动远比已知电脑摇杆10敏感，亦可更快速地产生反应并消除计算失误现象的发生。
下面结合本发明的实施例附图对本发明作进一步的说明。
图1为已知光栅感测装置中光栅及感测器的示意图。
图2为图1感测器信号处理之示意图。
图3为本发明电脑摇杆之外视图。
图4为图3所示电脑摇杆沿1-1方向之剖面图。
图5为图4所示光栅感测装置之侧视图。
图6为图5所示光栅之圆形薄片之示意图。
图7为图6所示之透光孔通过感光器的示意图。
图8为图5所示光栅感测装置的功能方块图。
请参阅图3和图4。图3为本发明电脑摇杆40之外视图。图4为图3所示电脑摇杆沿1-1方向之剖面图。电脑摇杆40包含有一外壳42其上设有一开口43，以及一控制杆44可在固定角度内任意地转动。控制杆44包含有一把手46设于其上并由开口43中伸出，一球状握轴48设于其中段，以及一含有一半球形球面之致动装置50设于其下端。球状握轴48系以可转动的方式安装于外壳42的开口43内。电脑摇杆40另包含有二光栅感测装置52、54(光栅感测装置54未显示于图中)用来感测致动装置50于二正交方向之位移并产生相对应之感测信号，以及一处理器51(未显示)用来依据光栅感测装置52、54所产生之感测信号来产生位移信号。
请参阅图5、图6及图7。图5为图4所示光栅感测装置52之侧视图。图6为图5所示光栅55之圆形薄片57的示意图。图7为图6所示之透光孔58通过感光器66a/b/c/d之示意图。光栅感测装置52包含有一基座53，一光栅55以可转动的方式设于基座53之上，以及一感测装置56设于基座53之上，用来侦测光栅55的转动。光栅55包含有一圆形薄片57及一转轴59设于圆形薄片57的圆心，用来藉着控制杆44下端之致动装置50上的半球形球面的带动来触动光栅55，以使圆形薄片57得以转动。其中圆形薄片57上设有数个透光孔58位于圆形薄片57靠近于圆周边上。感测装置56是用来侦测光栅55相对于感测装置56的转动，其包含有一基板60，一光栅62设于基板60之上且位于光栅55的一侧，以及一光源感测器64设于基板60之上且位于光栅55的另一侧。光源感测器64上设有四个循序排列的感光器66a、66b、66c、66d，分别用来感测通过透光孔58的光线，并产生不同的感测信号，以及二比较器72、74用来比较感光器66a/b/c/d所产生之不同感测信号的大小以产生位移信号。其中比较器72是用来比较感光器66a与66c之感测信号大小，而比较器74则是用来比较感光器66b与66d之感测信号的大小，感光器66a/b/c/d与比较器72、74实际上可制作于同一晶片(single chip)上，可使其在相同的半导体制程条件下品质易于达成一致而相互匹配。光栅55之圆形薄片57上的各透光孔58的大小与位置系经过特别设计，以使同一时间内一个透光孔58至多只会使两个相邻的感光器66接收到光线，如此的设计可使得感光器66a/66c以及66b/66d在经由比较器72、74比较其感测信号时，无法判断其大小关系的可能性大为降低。
请参阅图8。图8为图5所示之光栅感测装置52的功能方块图。当控制杆44上端的把手46被移动时，控制杆44下端的致动装置50便会带动光栅55而使其上的透光孔58产生位移，此时，光源62所发出的光线便会透过移动中的透光孔58依序到达光源感测器64上的感光器66a、66b、66c和66d，而使各个感光器66分别产生相对应的感测信号，并传给其所对应的比较器72或74。当比较器72接收到来自感光器66a和66c的感测信号时，便会进行信号大小的比较以产生一数字信号之两个不同状态，若感光器66a信号大于感光器66c的信号便会输出第一比较信号“1”，反之则输出第二比较信号“0”，相同地，比较器74则会在感光器66b大于感光器66d时产生第一比较信号“1”，反之则产生第二比较信号“0”。因此当光源依序通过感光器66a、66b、66c及66d之时，处理器51也依序会收到四种不同组合的数字比较信号，分别为(1，1)，(0，1)，(0，0)和(1，0)，并可根据此四组比较信号的变化趋势与变化速度判断出控制杆44的在一特点轴向的移动方向和速度。由于电脑摇杆40中包含有二个用来侦测二正交方向位移的光栅感测装置52和54，因此便可很精确地判断出控制杆44的位移。
相较于已知电脑摇杆以设定电压阀值来将类比信号转换为数字信号，本发明之电脑摇杆40是利用成对之感光器66a/c、66b/d来产生不同的感测信号，并由比较器72、74来比较相对两者间之大小以产生数位性质之第一、第二比较信号，进而由处理器51加以处理以产生代表电脑摇杆40摇动状态的位移信号，由于比较器72、74对于输入之感测信号间有些微小差别即可输出一数字比较信号，因此其反应时间可以很快，甚至只需15μs左右，所以本发明之电脑摇杆40对控制杆46的移动远比已知电脑摇杆10敏感，亦可更快速地产生反应并消除Loss count现象的发生。
权利要求
1.一种电脑摇杆，其特征在于，它包含一外壳，其上方设有一开口；一控制杆，其包含有一把手设于其上端，一球状握轴设于其中段，以及一致动装置设于其下端，该控制杆之球状握轴系以可转动的方式安装于该外壳之开口内；以及二感测装置，用来感测该控制杆之致动装置于二正交方向之位移并产生相对应之位移信号，每一感测装置包含有一光栅，其上方设有复数个透光孔；一光源，设于该光栅之一侧；复数个循序排列之感光器，设于该光栅之另一侧用来依序感测该光源透过该光栅之透光孔所传来的光线，并产生不同的感测信号；以及复数个比较器，用来比较该不同感测信号之大小以产生该位移信号；其中当该控制杆上端之把手被移动时，该控制杆下端之致动装置会带动该光栅而使其上之透光孔产生位移，而该比较器则会将该复数个感光器于该透光孔位移时所产生之不同感测信号相比较以产生相对应之位移信号。
2.如权利要求1所述之电脑摇杆，其特征在于，其中每一感测装置包含有四个感光器用来产生第一、第二、第三及第五之感测信号，而该二比较器分别为第一与第二比较器，该四个感光器系沿着该光栅之透光孔的移动方向循序排列，当该光栅被产生位移时，该光栅之透光孔会依序通过该四个感光器而产生该四个感测信号，该第一比较器会比较该第一及该第三感测信号，而该第二比较器会比较该第二及该第四感测信号，以产生该位移信号。
3.如权利要求2所述之电脑摇杆，其特征在于，其中该第一感测信号较该第三感测信号大或该第二感测信号较该第四感测信号大时，该相对应之比较器会产生一第一比较信号，而当该第一感测信号较该第三感测信号小或该第二感测信号较该第四感测信号小时，该相对应之比较器会产生一第二比较信号，该第一及第二比较信号系为一数字信号之两个不同状态。
4.如权利要求3所述之电脑摇杆，其特征在于，其另包含一处理器用来根据该数字信号之两个不同状态来产生该位移信号。
5.如权利要求1所述之电脑摇杆，其特征在于，其中该光栅包含有一圆形薄片及一转轴设于该圆形薄片之圆心，该光栅之复数个透光孔系设于该圆形薄片之圆周边之上，该控制杆下端之致动装置包含有一半环形之球面，用来触动该光栅之转轴以使其圆形薄片上之透光孔得以转动。
全文摘要
一种电脑摇杆,其包含有一外壳,其上方开口;一控制杆,其包含有一把手设于其上端,一球状握轴设于其中段,以及一致动装置设于其下端,球状握轴以可转动的方式安装于该外壳之开口内;以及二感测装置,用来感测该控制杆之致动装置于二正交方向之位移并产生相对应之位移信号,每一感测装置包含有:一光栅,其上方设有复数个透光孔;一光源,设于该光栅之一侧;复数个循序排列之感光器,设于该光栅之另一侧;以及复数个比较器。
文档编号G06F3/033GK1242544SQ9811618
公开日2000年1月26日 申请日期1998年7月21日 优先权日1998年7月21日
发明者刘书铭 申请人:致伸实业股份有限公司