专利名称：无触点感测输入装置的制作方法
背景技术：
发明领域本发明一般涉及用于电子设备的用户接口，具体地说，涉及具有无触点感测和触觉反馈的旋转盘输入装置。
相关技术说明电子设备中的控制器和输入装置提供对电子设备的各种操作的控制，例如引导通过菜单。输入装置根据电子设备和用户接口的所需功能而有不同的配置。移动电话和其它电子设备中使用的传统输入装置是操纵杆控制器。正如所述名称所表示的，输入装置由突出的臂式构件构成，所述突出的臂式构件可以向任何方向移动以便导航菜单或执行任何其它功能。例如，操纵杆的突出臂可以向上移动，导致与操纵杆底座的导电构件接触。这种接触产生启动某一功能，即，上卷菜单的信号。操纵杆突出臂的向下移动会使操纵杆能执行类似功能，即下卷菜单。
另一种广泛使用的输入装置是圆盘型装置。这种输入装置具有一个圆盘，它可以来回旋转来实现电子设备的控制功能，例如卷动菜单。通常，圆盘包含其上的多个电触点，它们配置成与圆盘外的至少一个电端子相接触，从而接通电路，产生用于...的信号。多个电触点在所述电端子上滑过，当每个电触点接触到电端子时就产生信号。所述产生的信号用于控制诸如上/下卷菜单的操作。
具有在电端子上滑动的电触点的圆盘的一个问题是机械磨损。滑动的电触点与电端子接触就会有机械磨损，于是降低了电触点的效率，最终导致部分或完全失效。此外，灰尘和潮湿也会影响输入装置的电气和机械元件，导致输入装置的控制/导航操作方面的不希望有的恶化。
鉴于以上所述的问题，需要一种输入装置，其结构能减小或消除电气和机械磨损，并能改善输入装置的性能，且仍具有触觉反馈。
发明概述本发明涉及一种用户输入装置及其在电子设备中的使用方法。所述用户输入装置包括具有位于圆盘周边附近并与圆盘结合在一起的至少一个铁磁板的大体上圆的盘。输入装置还包括磁铁和靠近磁铁的磁性传感器，所述磁性传感器的敏感轴的取向与磁铁平行。最好，磁铁和磁性传感器都位于电路板上靠近圆盘周边的位置，使得当圆盘旋转时与圆盘结合在一起的铁磁板进入距磁铁预定距离的范围内但不接触磁铁或磁性传感器。当至少一个铁磁板进入距磁铁预定距离的范围内时，磁性传感器就输出信号。输入装置还要配置成当铁磁板进入距磁铁预定距离的范围内时用户能检测到圆盘的旋转阻力，从而向输入装置的用户提供触觉反馈。
在另一实施例中，输入装置包括多个磁铁和磁性传感器，以这样的方式配置所述多个磁铁和磁性传感器，即，实现对圆盘旋转方向的检测。
附图简要说明为了更全面地理解本发明，可结合附图参阅以下的详细说明，附图中
图1是按照本发明一个实施例的输入装置的顶视图；图2是所述输入装置的沿图1中线2-2的侧视图；图3是所述输入装置的沿图1中线3-3的截面图；图4A是按照本发明另一实施例的输入装置的顶视图；图4B是定时图，说明由图4A的输入装置产生的信号；以及图5是说明图1的输入装置的操作的流程图。
发明的详细说明现参阅附图，在各附图中同样的标号表示同样或类似的零部件。虽然本发明的创新内容是结合具体实施例来说明的，但应理解此文所述的实施例仅是本发明创新内容的许多有利使用的少数实例。现参阅图1、2、3，它们分别示出根据本发明实施例的输入装置5的顶视图、侧视图和截面图。所述输入装置可用于移动电话或需要导航或控制支持的任何其它电子设备。输入装置5包括由非铁磁材料构成的圆盘10。圆盘10包括沿圆盘10的周边的多个固定在其上或插入其中的铁磁板12。铁磁板12可以设置在圆盘10的一侧、设置在圆盘10内或从圆盘10向外伸出。铁磁板12可用任何铁磁材料制造，例如钢。圆盘10安装在印制电路板(PCB)18上或用支持构件22以允许圆盘10旋转的方式固定在电子设备中的任何部件上。通常，将支持构件22可旋转地与圆盘10的中心轴(即圆盘的重心)结合在一起，以便实现圆盘10的平衡旋转。
输入装置5中包括磁铁14和磁性传感器16(例如霍尔传感器)，它们设置在PCB18上并邻近圆盘10的周边。磁性传感器16具有特定的敏感轴。磁铁传感器16在其到达其磁滞范围时就输出信号。这就是说，当磁场(如下文所述)超过最小值时，磁性传感器16就输出信号。将磁铁14设置在适当的位置，以便当每个铁磁板12处于距磁铁14为预定距离时就吸引磁铁板12。磁性传感器16位于PCB18上，邻近磁铁14，其敏感轴的方向平行于磁铁14的北-南的磁极，使得当铁磁板12进入距磁铁14预定距离的范围内时磁性传感器16就产生提供给电子设备的微控制器(未示出)的信号。微控制器对此信号起反应，例如可以启动电子设备显示屏上的卷动操作。更具体地说，当铁磁板12在磁铁14/磁性传感器16的组合上方经过时，铁磁板和磁铁14/磁性传感器16组合之间的磁场变得集中并增强。磁铁14和铁磁板12之间的空气间隙(对应于磁阻(即阻抗))就减小。磁性传感器16随磁场的集中而产生可检测信号。
把圆盘10设置在适当的位置，使得圆盘10和关联的铁磁板12与磁铁14和磁性传感器16分开一个间隙。这个间隙可以使圆盘10能旋转而不会接触磁铁14和磁性传感器16。此外，当铁磁板12在磁铁14和磁性传感器16上方经过时，磁场集中在间隙上，不需要铁磁板12和磁铁14或磁性传感器16之间有任何接触。显然，所述间隙可以是任何距离，只要所述距离使磁铁14和铁磁板12之间能相互吸引以提供足够集中的磁场来启动磁性传感器16。
当铁磁板12、磁铁14和磁性传感器16形成集中磁场时，磁性传感器16通过PCB18将信号输出到连接在PCB18上的另一组件，例如微控制器(未示出)。微控制器可控制菜单导航并将结果显示在屏幕上，例如LCD屏上(未示出)。但是，显然，磁性传感器16所产生的信号可以用在任何所需的控制应用中。
圆盘10旋转期间当圆盘10内的铁磁板12之一经过磁铁14和磁性传感器16的上方时，磁铁14和铁磁板12之间的吸引力就加到圆盘10上，形成圆盘10的旋转阻力，即，导致圆盘10的轻微停顿。这种旋转阻力向输入装置的用户提供触觉反馈，后者对应于由于磁性传感器16所产生的信号而正在进行的某一操作/功能。由磁铁14和铁磁板12之间的吸引力引起的触觉反馈使输入装置5的用户可以感觉到旋转阻力，这样就向用户提供操作输入装置的感觉。例如，所述操作是卷动菜单，在菜单卷动的每一步，用户都能感觉到一种旋转阻力(即停顿)，表示菜单卷动的每一步。如果用户快速卷动通过菜单的多个选项，用户就会感觉到多次旋转阻力的反馈，每次旋转阻力对应一步。
现参阅图4A和4B，图中分别示出本发明输入装置5的另一实施例和所述另一实施例的输入装置5所产生的信号定时图。所述另一实施例的输入装置5和图1-3所述装置基本上相同。但在此实施例中，输入装置5具有至少两个磁铁14a和14b以及至少两个磁性传感器16a和16b。每个磁性传感器16a或16b位于其关联的磁铁14a或14b附近，且其敏感轴的取向平行于其关联的磁铁14a或14b。磁铁14a和14b可以对称地设置在圆盘10的周边附近(例如在圆盘的相对两端)，这样磁铁14对铁磁板12的吸引力就不会产生对圆盘10的不平衡力，不会引起圆盘10旋转。磁性传感器16a和16b分别位于磁铁14a和14b附近，设置成彼此不对称。换句话说，磁性传感器16a和16b位于圆盘10的轴的同一侧。磁性传感器16a和16b这样设置就可以做到在圆盘10旋转时，第一板12a先到达距第一磁性传感器16a预定距离内，然后在圆盘10对端的第二板12b才到达距第二磁性传感器16b预定距离内。
当圆盘10旋转时，第一铁磁板12a进入距第一磁铁14a预定距离的范围内，被磁铁14a吸引。由于集中磁场的形成，如上所述，第一磁性传感器16a产生第一信号(S1)(即高逻辑值出现在第一磁性传感器16a的输出端上)。同时，与第一铁磁板12a对称的第二铁磁板12b在第二磁铁14b附近，并被其吸引。但由于第二磁性传感器16b的位置与第一磁性传感器16a不对称，就没有形成集中磁场(即磁场没有超过产生信号所需的最小值)。继续旋转圆盘10，第二铁磁板12b经过第二磁铁14b的上方，在第二磁铁14b和第二铁磁板12b之间形成集中磁场，导致第二磁性传感器16b产生第二信号(S2)(即高逻辑值出现在第二磁性传感器16b的输出端上)。
这种配置使第二磁性传感器16b能在第一磁性传感器16a产生第一信号(S1)之后很快就能产生第二信号(S2)。根据第一和第二磁性传感器16a和16b产生第一信号(S1)和第二信号(S2)的顺序，就可确定圆盘10的旋转方向。例如，如果先由第一磁性传感器16a产生第一信号(S1)，接着第二磁性传感器16b产生第二信号(S2)，就可确定圆盘10的旋转是在第一方向(例如顺时针)。另一方面，如果第二信号(S2)在第一信号(S1)之前产生，则可以确定圆盘10的旋转是在第二方向(例如逆时针)。
显然，向输入装置5的用户提供的触觉反馈以与上述相同的方式起作用，即，当铁磁板位于磁铁14附近时提供旋转阻力。在优选实施例中，第一磁性传感器16a产生的第一信号(S1)和第二磁性传感器16b产生的第二信号(S2)之间的时间差足够小，使用户感觉到两个磁铁14a和14b以及两个铁磁板12a和12b之间的两次吸引仅是一次吸引。这样对用户只形成一次触觉反馈，表示进行所需功能所产生的信号，但仍能使输入装置确定圆盘10的旋转方向。
显然，还可以有确定圆盘10的旋转方向的其它实施方案。例如，这样设置所述至少两个磁铁14a和14b以及至少两个磁性传感器16a和16b，使得当圆盘10旋转时，在第一磁性传感器16a停止产生信号之前第二磁性传感器16b就开始产生信号(即，由于铁磁板足够宽，产生的集中磁场涉及到两个磁性传感器16a和16b)。可以根据磁性传感器16a或16b中哪一个先开始产生信号来确定旋转方向。此外，这种配置还有助于避免可能错误地确定旋转方向；在以前的配置中，在仅有一个磁性传感器16a或16b检测到集中磁场后旋转方向发生改变时就会发生这种错误的确定。
在另一方案中，一对或多对磁铁/磁性传感器对可以和不同厚度的铁磁板12一起使用，这样当一个铁磁板与磁铁14和磁性传感器16形成集中磁场时，就可得到不同的磁场强度。根据磁场强度，磁性传感器16所产生的信号强度就会不同。此时，比较以前的信号强度和当前的信号强度，就可确定圆盘10的旋转方向。
显然，将在圆盘10的周边设置数个铁磁板12可以提高卷动操作的分辨率。这样当在圆盘10上有更多的铁磁板12时，圆盘10完成一整圈所进行的步骤数就可增加。例如，如果圆盘10有四个铁磁板12，则每四分之一转就会产生一个信号。增加铁磁板12的数量就可减少用户卷动菜单所需的旋转数量。
图5示出图1、2、3的示范实施例的输入装置5的工作流程图。开始假定输入装置5处于静止状态(即没有信号产生)。随后，在步骤30，输入装置5中的圆盘10旋转，表示希望实现一种功能，例如卷动菜单。当圆盘10旋转时，如果在步骤32确定圆盘10中的铁磁板12位于距磁铁14预定距离内，在步骤34就检测到铁磁板12和磁铁14之间的吸引力。如果圆盘10的旋转量不足以使铁磁板12位于距磁铁14预定距离内，则检测不到吸引力，于是过程回到步骤30，等待圆盘10的再次旋转。
当铁磁板12对磁铁14的吸引力确实与磁铁14和磁性传感器16形成了静止磁场时，在步骤34，所述集中磁场使磁性传感器16开始产生电流/信号。所述电流/信号可用来实现控制操作，例如上/下卷动菜单。只要铁磁板12保持在距磁铁14的预定距离内，电流/信号就不断被产生。相应地，在步骤38，确定铁磁板12是否已移到距磁铁14预定距离之外。如果没有，磁性传感器16继续产生电流/信号。但是，一旦在步骤38确定铁磁板12已移到所述预定距离之外(即由于圆盘10的进一步旋转)，在步骤40，电流/信号的产生就停止，过程回到步骤30。利用一个或多个磁铁和/或利用一个或多个铁磁板，所述过程可以重复任何次数来例如走过整个菜单，其中每次信号实现菜单中的一个卷动步骤。
虽然已在附图中示出了并在上述详细说明中说明了本发明的方法和装置的示范实施例，但是，显然，本发明不限于所公开的实施例，而是可有多种再安排、修改和替代，而不背离以下权利要求书所提出的本发明的精神。
权利要求
1.一种用于电子设备的用户输入装置，它包括可旋转的大体上圆的盘；靠近所述圆盘的周边设置的并与所述圆盘结合在一起的至少一个铁磁板；磁铁；磁性传感器，它靠近所述磁铁附近并且在磁性上与所述磁铁平行取向；其中，所述磁铁和所述磁性传感器位于所述圆盘周边附近，使得当所述圆盘旋转时，当所述至少一个铁磁板进入距所述磁铁的预定距离范围内时所述磁性传感器输出信号。
2.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于在所述用户旋转所述圆盘时，当所述至少一个铁磁板进入距所述磁铁的预定距离范围内时，所述至少一个铁磁板和所述磁铁之间的磁力用户可检测到的旋转阻力。
3.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于还包括沿所述圆盘的周边设置的并固定在所述盘上的多个铁磁板。
4.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于还包括多个磁铁；多个磁性传感器，每个磁性传感器靠近对应的磁铁并且其敏感轴的取向平行于所述对应的磁铁以及其中每个磁铁和每个对应的磁性传感器都位于所述圆盘的周边附近。
5.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于所述磁铁和所述磁性传感器中至少一个与电路板结合在一起。
6.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于所述磁性传感器对由至少所述磁铁、所述磁性传感器和所述至少一个铁磁板所形成的集中磁场起反应而输出所述信号。
7.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于所述圆盘配置成利用所述磁铁和所述磁性传感器提供非接触式操作。
8.如权利要求7所述的用户输入装置，其特征在于所述磁性传感器在不接触所述至少一个铁磁板的情况下输出所述信号。
9.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于还包括第二磁铁；位于所述第二磁铁附近的第二磁性传感器，其中所述第二磁铁和所述第二磁性传感器位于所述圆盘的周边附近，在所述磁铁和所述磁性传感器附近，当所述圆盘旋转时，根据哪个磁性传感器先输出所述信号来确定所述圆盘的旋转方向。
10.如权利要求1所述的用户输入装置，其特征在于所述电子设备是移动电话。
11.一种用于操作输入装置的方法，所述方法包括以下步骤旋转其上有铁磁板的圆盘；当所述各铁磁板之一处于距磁铁预定距离范围内时产生电信号；以及对所述信号起反应而在电子设备中执行控制操作。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述产生步骤包括随检测到所述磁铁和所述铁磁板之一之间的集中磁场而产生信号，所述检测是在不提供所述磁铁和所述铁磁板之一之间的接触的情况下进行的。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括以下步骤当所述铁磁板之一处于距所述磁铁预定距离范围内时，提供与所述圆盘旋转相反的旋转阻力。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括以下步骤利用多个磁铁确定所述圆盘的旋转方向。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于在所述产生步骤之前还包括以下步骤在所述铁磁板之一、所述磁铁和磁性传感器之间形成集中磁场。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述形成步骤还包括在不提供所述铁磁板之一与所述磁铁和所述磁性传感器之间的物理接触的情况下形成所述集中磁场。
全文摘要
用户输入装置和对电子设备提供控制的方法使用无触点感测。用户输入装置包括其上具有位于圆盘周边并与圆盘结合在一起的至少一个铁磁板的圆盘。所述输入装置还包括磁铁和靠近磁铁的磁性传感器，所述磁性传感器的敏感轴的取向平行于磁铁。磁铁和磁性传感器位于电路板上靠近圆盘周边的位置，使得当圆盘旋转时，与圆盘结合在一起的铁磁板进入距磁铁预定距离的范围之内，但不接触磁铁或磁性传感器。当至少一个铁磁板进入距磁铁预定距离的范围之内时磁性传感器输出信号。输入装置还配置成当铁磁板进入距磁铁预定距离的范围之内时用户能够检测到圆盘的旋转阻力，从而向用户提供触觉反馈。
文档编号G06F3/01GK1950786SQ02828169
公开日2007年4月18日 申请日期2002年12月5日 优先权日2001年12月21日
发明者G·克林胡特 申请人:索尼爱立信移动通讯股份有限公司