专利名称：光标控制的触觉反馈机制的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及数据处理系统领域。具体来说，本发明涉及作为数据处理系统输入装置的光标控制。更具体说来，本发明涉及一种能在数据处理系统的显示器上为光标控制用户指示光标位置的反馈装置。
近年来计算能力已经得到了很大的发展，而且还在继续快速地发展。这种快速增长的计算能力为用户提供了以各种新方式使用计算机的机会。特别地，计算机已由少数专业人员的工具变成了大众的工具。计算机使用的这种转变主要是由于其能力的快速增长，使人和机器之间的交互作用变得较为简单。而人机之间的交互作用越简单，愿意使用计算机的人就越多，计算要也就会变得更有用。用户和计算机之间的接口通常包括一种输入装置(如键盘或鼠标)以及一种输出设备(如视屏显示器)。计算机用户在典型的接口上所遇到的一个困难，是当光标在显示器上快速移动时，要求能够准确地定位光标在显示器上的位置。计算机用户发现，对于需要具备方便和准确的光标移动能力的图形和面向对象的应用软件来说，在显示器上快速移动光标的要求十分重要。例如，有几种操作系统都要求用户能在显示器上移动光标并选择窗口的界线，以便移动该窗口或改变其大小。在这个例子中，用户需要的不是观察光标在屏幕上缓慢移动的情况，而是需要用光标选择那些细小界线的能力。因此，对于一般的计算机用户来说，一种能在快速移动光标的同时最准确和最方便地定位光标位置的接口是非常有用的。
现有的技术已多次试图为用户提供一种简单的接口，这种接口既能快速移动光标，又能准确地定位光标的位置。但这种现有技术接口通常存在的问题是，能准确地定位光标位置的装置也抑制了光标快速移动的能力。例如，现有一种技术设备，当光标在显示器的特定区域上定位时这种设备能把某种制动机制应用到鼠标球上。该制动机制是从计算机到用户的一种反馈方法，它能向用户指示光标已在某个区域中。阻碍球运动的这种物理感觉，补充了注视显示器的光学感觉，使用户能更准确地定位光标。然而这种方法的问题在于，通常在屏幕上有许多区域对用户提供阻碍反馈。而问题的出现，正是因为这种反馈机制抑制了光标在屏幕上的快速移动。对运动反馈的这种阻碍作用是光标移动设备的一个组成部分，因此将会继续阻碍光标的正常移动。因此，现有的技术不能令人满意，因为采用阻碍反馈机制提高光标准确定位能力是以牺牲光标的自由移动为代价的。
本发明的一个目的是制造一种改进的计算机接口。
本发明的另一个目的是制造一种改进的计算机接口，该接口既能使光标在显示器上快速移动，又能准确地定位光标。
本发明的又一目的是制造一种便于使用的改进的计算机接口。
本发明还有另一个目的，就是制造一个改进的计算机接口，该接口能把非光学的反馈传送给计算机用户。
本发明还有一个进一步的目的，这就是制造一种改进的计算机接口，在该接口中，把反馈信号传给用户而不会影响显示器上光标的运动。
本发明的目的是通过反馈装置和光标控制设备的集成来实现的，其中，对光标控制设备操作者的反馈信号不依赖产生光标控制信息的装置。本发明的一个实施例在指向棒(pointingstick)光标控制设备中加入指示杆。该指示杆延伸到整个指向棒的长度并装在指向棒基座之下或之中的一端的致动器上。计算机系统产生的反馈信号激活该致动器，从而把一个力作用在指示杆上，指示杆2在指向棒操作者的指尖上产生压力。每当光标状态指示器(如显示器屏幕显示的光标窗口句柄状态)发生变化，就会产生反馈信号。但反馈信号并不影响产生光标控制信息的指向棒的操作或触模。通过把指示杆放在鼠标器的选择按钮中，或让指示杆撞击鼠标器的跟踪球，可把一个类似的指示杆装在鼠标器的光标控制设备中。具体来说，光标控制信号是通过跟踪球的移动产生的，且指示杆压迫停留在选择按钮上的指尖，从而使检测反馈信号的装置与光标控制信号的产生没有关系。类似的反馈指示装置，所装在两个以上的光标控制设备中;后者被用来控制显示器屏幕上的单个或多个光标。而且，反馈信号还可以在同光标有关的任何状态信息(包括但不局限于光标的窗口句柄)上产生。
图1显示本发明的一个实施例。
图2显示本发明一个实施例的功能性框图。
图3显示本发明产生反馈信号处理过程的框图。
图4说明本发明的一个指向棒。
图5显示本发明的一个鼠标器。
图6说明本发明选择光标控制设备的处理过程。
图7显示本发明一个实施例详细的功能性框图。
图8是本发明一个电阻桥。
图9说明本发明产生光标移动数据的处理过程。
图10显示本发明中用于产生光标移动数据的传递函数。
图11说明本发明的致动器电路。
图12显示本发明的第二个鼠标器。
图1给出了本发明的一个最佳实施例。具体来说，其中，用于显示光标50的、带有显示屏幕40的计算机系统20，通过连接器15与键盘10连接。计算系统20还通过连接器35连接鼠标器30。键盘10包括多个独立的按钮12和一个指向棒100，鼠标器30至少包括一个选择按钮37和跟踪球39。指向棒100包括一个反馈指示杆110，且鼠标器选择按钮中也包括一个反馈指示杆37。响应键盘10送到计算机系统20的信号，或响应由鼠标器30送到计算机系统20中的信号，光标50在显示屏幕40的区域中移动。按下一键12或把力作用在指向棒100上将产生送到计算机系统20中的信号;同理，滚动跟踪球39式按下选择按钮37，也将产生送到计算机系统20的信号。当光标50移动穿过显示屏幕40某个指定区域的界线55时，计算机系统20便产生一个反馈信号，该信号被送到带有指示杆的反馈装置上。当指向棒100正在控制光标的移动时，反馈信号被送到反馈指示杆110;当鼠标器30正在控制光标的移动时，则把反馈信号送到反馈指示杆37上。也可以同时把反馈信号送到指示杆37和指示杆110上，或只送给不依赖控制光标移动的设备的指示杆上。
图2是一个框图，说明本发明一个最佳实施例的操作过程。图2表明计算机系统20包括一台主机250、选择选择器230、鼠标器接口220、指向棒接口210和显示屏幕40。图2还显示指向棒100和鼠标器30都产生数字信号，分别被送到指向棒接口210和鼠标器接口220中。指向棒接口210和鼠标器接口220均把信号送到选择控制器230上，后者决定把哪一个信号送给主机250。主机是一台个人计算机系统，如“IBMPS/2”类型的个人计算机系统(可从IBM公司买到)，或兼容的系统。主机250在显示屏幕40上移动光标50，以响应鼠标器30或指向棒100送来的信号。下面给出进一步的说明。
在光标被显示的所有时间里，主机250一直管理其内存中有关光标位置的状态信息。光标50的状态信息包括光标的有关参数，如光标的X和Y座标、形状、颜色以及(对于本发明的目的来说是最重要的)至少一个窗口句柄。窗口句柄是一种标识，说明光标的位置在由该窗口句柄命名的一个已限定的区域中。当窗口句柄状态变化时，本发明监视主机存储器中的反馈参数(如光标的窗口句柄状态)，并产生反馈信号。图3是一个程序的流程图，该程序在主机250上和光标移动功能并发运行。图3说明开始先存放窗口句柄310，经过一段时间的延迟后320，再检查光标状态330，即检查当前的窗口句柄和最后存入的窗口句柄是否一致。若一致，则该程序将等待一个延迟周期后再检查其状态。延迟周期约为25ms，也可以比25ms小得多或大得多，这取决于光标移动的速度;若当前光标的窗口句柄和最近存入的窗口句柄不一致，则产生反馈信号340，并把当前窗口句柄存起来。显示器上显示的界线对应当光标穿过该界线的位置时主机将产生窗口句柄改变处的位置。一旦主机产生反馈信号，主机250就会通过选择控制器230把反馈信号送到指向棒100或鼠标器30上，如图2中所示。选择控制器230则根据哪个光标控制设备最后控制光标移动来选择接收反馈信号的光标控制设备，如下面所进一步解释的。
本发明的其他实施例包括可以基于反馈参数(而不是主机250监视的光标窗口状态)产生反馈信号的主机250。例如，当计算机中的电池快用完了，当接收到来自其他主机的消息，当打印机被激活，当某个应用程序已经完成处理任务，当某个时间间隔已经用完，当光标按预定的速度移动，当屏幕改变颜色，当磁盘驱动器正在转动，当要求键盘输入，或当喇叭被关掉时，主机可产生一反馈信号。这类或其他参数以及其他同光标控制信号的产生无关、并在计算机系统监视下的参数，都可能成为反馈信号的基础。反馈信号是通过光标控制设备传送的，因为光标控制设备能把非光学的反馈提供给用户，而用户的手或指头一般都放在这些设备上，甚至当他们不控制光标时也是这样。具体来说，当把指向棒100在“QWERTY”键盘的G键和H键之间(如图1所示)时，则用户的右手或左手的食指不敲键时可能放在指向棒的顶上。另外，若把反馈装置装在鼠标器上，用户即使在不用鼠标器移动光标时，也可能把指头放在鼠标器的反馈装置上。在这种情况下，提供一个与光标控制信号无关的反馈信号是有效和方便的，因为用户接收反馈信息时，不会干扰光标或计算机系统其他输入装置的使用。
当指向棒100或鼠标器30接收到反馈信号时，装在光标控制设备上的反馈指示杆对指向棒100或鼠标器30的操作者产生压力，由此通知用户已经穿过某个窗口句柄区域的边界。具体来说，产生信号的反馈将产生足够的力，短暂地作用在指示杆上，使操作员的皮肤(一般为指尖)能感觉到在指示杆上有一个撞击力。当光标穿过界线时，反馈信号就在指示杆产生一个短暂的力，使操作员感到一种暂时的撞击。图4给出了指示杆110和指向棒100之间的相互关系，图4表明，连接到指示杆110的致动器400装在键盘基座架435上，而键盘基座框架435则通过支撑物427(a)和427(b)，同键盘的基座425连接。键盘基座支持指向棒420和键盘上的其他键。指向棒420有一个孔415，该孔延伸到整个指向棒420，从连接键盘基座425的指向棒的一端到对面的成形端(shapedend)。指向棒的成形端有一个凹进部分422，可供手指紧握，以便把力作用到指向棒420上。指示杆110同传动器400连接并延伸过指向棒420的孔415。
在松驰位置(没有作用在传动器上的传动器信号)上，指示杆110延伸到指向棒的凹进部分422之外，但还没有超出指向棒的上边421。由于穿过指向棒420的孔415足够大，而且指向棒也足够硬，因此，作用在指向棒420上的水平力(与键盘基座435的平面持平可由装在指向棒边上作为光标控制输入的应变仪430和433测量)不会通过指向棒420作用在指示杆110上。当然，本发明还须认真考虑指向棒指示杆的其他配置问题。具体来说，可让指示杆在指向棒的凹进部分下面或指向棒的上边凹进。
当致动器400被激活时，指示杆被垂直地(就键盘基座435的平面而言)向上推动，垂直伸展的指示杆压在操作员的手指或其他类似的部位上，而操作员的手指则把水平力作用在指向棒420上，以便移动显示器上的光标。指示杆的伸展最长约到指向棒420的上边421，也可能会超出上边421。当光标在显示器上移动穿过某个界线时，指向棒的操作员检测到一个独立的力(来自指向棒本身的阻力)且操作员立即停止把力作用到界线上的光标位置，而且用户还可以让光标穿过界线并通过指示杆110感觉到正在穿过的边界，而不会影响光标的移动。指示杆和指向棒操作的相互联系提供了一种能方便、准确和快速控制光标的独特能力。
指向棒操作和指示杆操作之间的这种相互关系也可以扩展到鼠标器光标控制设备。图5显示了鼠标器类型光标控制设备的横截面，该设备体现了指示杆110和光标控制设备之间这种相互关系。鼠标器包括一个跟踪球510，当鼠标器的框架500滑过表面时，跟踪球就在表面上转动，跟踪球的转动为控制屏幕上光标位置的计算机系统提供了信号。致动器400装在支架515上，而支架又附在鼠标器的框架500上。致动器400与指示杆110连接，指示杆从传动器开始伸展通过鼠标器框架500和按钮520，鼠标器按钮520上有一个环线指示杆110的凹进部分525。如同上述的指向棒中的指示杆实施例那样，当光标穿过屏幕上的某一界线时，致动器把指示杆推向操作员的手指或其他放在鼠标器选择键上的东西。致动器所产生的撞击力和跟踪球的转动无关，因鼠标器在平面上滑动，但却是光标控制设备的一部分，而这样一来，这两个相互联系的信号(即光标控制信号和反馈信号)就能很方便地用单个设备进行控制。
上述把指示杆结合在鼠标器或指向棒这两种光标控制设备中的作法也可以扩展到多指示杆的多光标控制设备上。具体来说，当两个以上的光标控制设备控制单个光标时(如下面将要介绍的)，每个控制设备可以按照上述的方法连接到一个指示杆。而且，每个指示杆都可以响应不同反馈参数产生的反馈信号。例如，同指向棒结合的第一个指示杆可能提供基于窗口句柄状态的反馈信号，而与鼠标器结合的第二个指示杆可能提供基于两次光标移动之间时间延迟的反馈信号。不同光标控制设备产生的反馈信号不需要基于相同的反馈参数，从而通过多光标控制设备为用户提供不同的信息，而不会干扰光标的控制。
图2是本发明一个实施例的框图。通过选择控制器230传给主机250的信息同某个输入端接口兼容，本实施例中所用的选择控制器230和主机250之间标准指向(pointing)设备输入端接口的注释可由下面的参考文献提供IBM鼠标器技术参考书，IBM出版号68X2229，S68X-2229-00，第一版，1987年4月。具体来说，该接口要求在选择控制器230和主机250之间传递的光标控制信息必须按照某种规定的协议，使用三个字节(每个字节8位)的数据信息。计算机系统250根据这三个输入的数据字节改变显示屏幕上光标50的位置，而不管这些数据字节是如何产生的。因此，当选择控制器230传送的数据与输入端接口兼容时，屏幕40上的显示光标位置将反映这三个数据字节，而不必由计算机系统时行任何修改。
图2说明，鼠标器光标控制设备30和指向棒100分别通过鼠标器接口220和指向棒接口210把光标控制信息送给选择控制器230。鼠标器接口220和指向棒接口210在选择控制器和光标控制设备之间建立通讯，使光标控制信息能被传给选择控制器230。具体来说，鼠标器接口220最初以远程的方式(见上面推荐的IBM鼠标器技术参考书)质询鼠标器30，以对鼠标器及其接口之间的通讯联系初始化。然后由鼠标器接口220测量从开始质询到鼠标器30给出答复之间的延迟时间。接口220再产生一个速率，在该速率下鼠标器接口220能按远程模式质询鼠标器并接收来自该鼠标器的光标控制信息。这个速率大约为每秒60次，但主要取决于所用的具体的鼠标器驱动程序。例如，该速率可低到每秒10次，也可高达每秒250次。鼠标器接口220从鼠标器30接收的光标控制信息采用三个数据字节的格式，第一和第二个字节的数据代表鼠标器相对于当前显示的鼠标位置的X方向和Y方向的移动量，第三个数据字节包括了第一和第二数据字节中X方向和Y方向移动数据的符号(2位)、X和Y方向移动数据的溢出信息(2位)、三个状态位和一个保留位。为鼠标器30用移动控制数据回答鼠标器接口220的质询时，这三个字节的数据就通过鼠标器接口220送到选择控制器230。指向棒接口也在周期的基础上，向选择控制器230提供支持这相同的三字节数据，后者代表相同的光标移动信息。
图2中的选择控制器230至少连接到两个光标控制设备。图6给出选择控制器230选择一个光标控制设备的处理过程。选择控制器在其存储器中保持有活动位(对应连接到选择控制器上的每个光标控制设备)。当光标控制设备传送具有移动数据的三字节信息时，若移动数据不等于零或表示有一个开关被关闭(即状态位)，则选择控制器置对应的活动位(即活动位＝1);若光标控制设备传送的移动数据等于零或表示没有关闭的开关，则活动位被重置(即活动位＝0)。活动位以大约每秒60次的速度进行设置或重置，该速度相当于光标控制设备接口就光标控制信息质询光标控制设备的次数。图6中的活动行检索决策(600)表明，选择控制器230不断监视每个光标控制设备的活动位，直到某个活动位被设置。当对应于某个光标控制设备的活动位被设置时，就选择了该光标控制设备(610)，选择控制器暂停对其他光标控制设备的监视，并根据有关接口的协议，把移动和开关数据送给主机系统250。实际上，选择被激活的第一个光标控制设备时，采用的是基于优先级选择，该优先级基于数据传送的时间参数。其他的优先级方案(如指定优先级)也可做为选择光标控制设备的基础。
把移动数据从选择控制器送到主机后，光标控制接口再次质询光标控制设备，并把光标移动信息传递到选择控制器。然后由选择控制器230对活动位设置或重置，并监视活动位的设置(620)。当活动位被重置时(即没有新的移动或开关关闭)，选择控制器通过超时操作625，开始一个延迟时间间隔Td。继续对活动的但还是所选的光标控制设备被进行监视630，直到该延迟时间间隔Td结束或所选的光标控制设备2成为活动的635。若所选行在Td结束前又成为活动的，则控制器返回到决策步骤620，以便监视光标控制设备的活动。若在所选光标控制设备再次成为活动的之前，Td就结束了，则所选的光标控制设备被放弃640，且选择控制器230返回监视光标控制设备的活动位600。延迟间隔Td可在0.01秒到10秒或更多的时间，最佳值约为0.3秒。当显示屏幕上的光标穿过某个界线时，就要选择移动该光标的某个光标控制设备。主机产生的反馈信号被送到选择控制器230，而该控制器又把反馈信号送给被选择的光标控制设备。
图7是图2所示的本发明实施例的一个更详细的说明。第一光标控制设备包括指向棒100和开关装置112。第二光标控制设备是一个鼠标器30。选择控制器230被包含在一个8位的CMOS微控制器730中，该微控制器可从Signetics公司买到，其部件号为S87C752-4A28，微控制器还包括鼠标器接口的功能性等价物220和指向棒接口210。本实施例把选择控制器以及鼠标器和指向棒接口都放在微控制器730中仅仅是考虑到把若干功能结合在一个集成电路中所能带来的方便。本发明也考虑到把鼠标器和指向棒接口功能同选择控制器分开的问题。鼠标器30和开关装置112把数字信息传送到微控制器730。用常规技术对微控制器730进行编程，以实施图6所示的选择控制器决策的处理过程以及指向棒和鼠标器接口。
指向棒100并不产生对选择控制器730有用的数字化数据，指向棒是一个电气/机械传感装置，其电气方面的功能可由图8中的电阻桥表示。电气/机械传感装置由相互连接并固定在指向棒100的轴上的可变电阻或应力仪(图4中的430和433)实现。通过电阻器或应力仪的连接，使操作员能把水平力沿远离操作员的方向作用在指向棒上。若电阻器860的值上升，则电阻器862的值就下降。由于作用在指向棒上的力，使电压作用在图7的节点750上，电流流过电阻桥(如图8所示)。则图7中节点766的电压比没有作用力时节点766的电压升高。当指向棒移到操作员的右边时，节点764上产生类似的电压变化;当指向棒分别向前移动或移到操作员的左边时，节点766和764上的电压下降。
就零力电压而言，节点766和764上的电压变化是很小的，约为几个毫伏。因此，为了使之有效，节点766和764上的电压必须被放大。图7中的OP amps772和770分别通过连接线754和752同节点766和764连接。OP amps770和772的放大输出电压出现在节点732和734上。OP amps同772的增益由R5、R6和C1设置，同理，OP amps770的增益由R1，R2和C2设置。放大器的典型增益约为700，但变化范围可为1-5000。线732和734上OPamps的输出电压范围约为+/-1伏特，与Signetics微控制器730的模拟输入要求兼容。取决于输入端之间的电压差，OPamps可在不同的模式下操作。每个OP amps的正输入端和电阻器R7和R8所设置的某个参考电压联系起来。R7和R8是数字控制的可变电阻器，并包含在单个的集成电路780中(Dallas Semiconductor公司制造，器件号为DS1267S-10)。电阻器由微控制器730的数据线783、时钟线785和重置线787所控制。电阻器R7和R8的值由微控制器730设置，打开电源时，每当一个电压信号作用在重置线789上时，微控制器就设置电阻器R7和R8的值。通过微控制器的编程设计，可调整电阻器的值，使节点732和734的输出电压接近线750上的输出电压Avcc的一半。具体来说，若Avcc为5伏，则把节点732和734的电压调整为约2.5伏。
微控制器730还通过MOSFET开关782控制电阻桥的功率。微控制器730通过线784控制开关782的门电路。微控制器730在把测量信息从指向棒送到微控制器之前打开开关782，当不要求指向棒100的信息时关闭该开关。开关782被关闭后，指向棒100、OPamps和微控制器中数字(A/D)转换器的模拟电路都断电。但数控的电阻器中仍然有电，这样就不会丢失其初始的设置信号。模拟信号发生装置的这种功率控制设备在低功率类型的设备中是很有用的，因为它大大地减少了设备的功率要求，(同纯数字的元件相比，这种设备消耗了大量的功率)。典型地，开关782每秒约开关200次(取决于微控制器在其他项目中的速度)，这就降低了对指向棒的功率要求。
一旦节点732和734上形成了合适的模拟电压，表示指向棒100上的力的模拟电压就被转换为力的数字表示。这可由微控制器730中的A/D转换器实现。把A/D转换器放在微控制器中是为了方便使用，也可以把它同微控制器分开。微控制器730中有分别对应输入线732和734的输入管脚，微控制器730把每个输入管脚的模拟电压转换为一个8位的数字表示。微控制器730(起A/D转换器的功能)在为指向棒提供功率期间，比每秒约200次的速率对线732和734上的模拟信号取样。取样速率变化可很大，但一般在每秒25-400次的范围内。每次A/D转换器对线732和734上的电压取样，就会产生表示节点732和734上的电压量(而这又表示光标的移动量)的两个8位数，并可供微控制器730使用。
图9表示微控制器730把A/D输出信号转换为适合于通过选择控制器230传送到计算机系统上的数据的处理过程。具体来说，图9说明微控制器730指向棒设置初始的零力值X0和Y0、为设置的静态力值Xh和Yh，并读取初始时钟值Th910，对参数设置初值后，就对A/D转换器的两个输出值进行抽样920，并标号为Xs和Ys，然后计算两个抽样值和初始值之间的差930，这时，必须决定抽样和初始力值之差是指向棒上的实际力引起的，还是因为A/D转换器的输出中有变化而引起的，输出变化则由同实现指向棒接口的电子线路有关的容差引起的。这样的容差可能同环境或制造有关，当抽样值Xs、Ys和静态值Xh和Yh的差大于某个容差值时940，则微控制器假定实际作用力已经发生变化，并设置新的静态值为抽样值950，并重置时钟值Th955。在本实施例中，容差值被指定为放在Xs、Ys和Xh、Yh之差中的最低有效位的下位上的二进制数字“1”。该容差值可取较大，也可取较小。若抽样值和静态值之间的容差小于或等于该容差，则微控制器就假定Xh、Yh和X0、Y0间之差是由于容差的变化引起的，然后必须决定是否改变零力值X0和Y0。若当前时间T与Th之差大于Tm960，则X0和Y0被置为Xh和Yh的当前值970，并重置时钟的值955。即，静态值至少在Tm秒内不被重置，这里的Tm值约为2.8秒，可以从不足一秒到若干分钟，但最好在2秒至3秒之间取值，因为在这个最佳的Tm值范围内，能实现指向棒操作员和计算机系统之间的最佳相互作用。若当前时间减去Th小于等于Tm，则维持当前的时间值和静态时间值。
在微控制器730决定是否更新静态和零值时间之后，便产生输出光标移动值Xm和Ym980，并将其同开关设置数据一块送到选择控制器230，值Xm和Ym是以在步骤930中产生的差值为其输入的传递函数输出结果。具体来说，该差值被看作力向量的分量。力向量的量值由该差值决定，然后由传递函数把它转移为光标速度向量。光标速度向量的量值由传递函数决定，方向就是该力向量的方向。然后把该光标速度向量分解为Xm和Ym分量，再将后者送到选择控制器230。
本发明这个实施例中采用的具体传递函数如图10所示。具体来说，图10画出了相对于光标速度的输入力。输入力由传递函数的X、Y输入数据表示(见图9的步骤930)。光标速度是指在当前时间到光标移动数据被送到计算机系统的时间间隔中光标的相对移动量。图10表明，在传递函数中有五个区域，取决于作用在指向棒上的力。f0到f1之间为第一区域，这是一个不工作区(静区)，在该区域中，零速度作为小量力的输出。f1至f2之间的区域为输入的力提供了一个很低但大于零的速度V1。f2至f3之间的区域也为输入力范围提供一个低但比V1高的速度V2。传递函数的这两级(V1和V2)特征增加了用户在显示屏幕上的特定位置(如显示图标)定位光标的能力。f3到f4之间的区域是一个上升到平稳速度V3的上升段。平稳速度近似眼睛跟踪极限的速度，即人类的眼睛能以这种速度准确地跟踪地显示屏上移动的光标。平稳速度是大范围力的常量，因此用户能方便地移动显示屏上的光标，就象眼睛的转动一样快，而不会因用力太大而失去光标。f4至f5之间的区域是一个平稳层，f5以上的区域则表示速度和力的关系快速上升。该区域允许指向棒的用户使光标几乎在瞬间就穿过屏幕。对160克至190克之间的力，平稳速度值约为60cm/sec。传递函数的不同区域使指向棒用户和响应用户输入的计算机系统之间便于协调。本发明的另一个实施例给出了传递函数的形式，见未决的美国专利申请S/NO7/917，091，题目为“改进计算机指向设备的控制器”，1990年11月29日提出该申请，并转让给与本申请相同的受让人，因此在此加以引用。
图7给出的本发明的实施例中，输出值的产生(见图9步骤980)是通过在微控制器730中的常规编程装置实现的。该编程装置不但能根据传递函数产生光标移动值Xm和Ym，而且还能把这些值同通过图7的连线714和718从开关中传送过来的开关数据一块按三个字节的格式存放，这种格式和指向设备的端口接口兼容。微控制器730还得到编程，以具有选择控制器230的功能，分别通过时钟线和数据线742和744把光标移动数据送给主机250。来自鼠标器30的光标移动数据分别通过时钟和数据信号线738和736送给微控制器730。主机250分别通过时钟和数据线742和744把表示命令的信号送到微控制器730。主机250送到微控制器730的命令之一就是在某个光标控制设备中产生反馈信号。微控制器730接收该命令后，若选择控制器指示(通过活动位)当前选择的是指向棒100，则把一个致动器脉冲送到致动器电路705中;若当前选择的是鼠标器30，则把致动器脉冲送到致动器电路710中。致动器脉冲是在约20ms内约5伏的一个脉冲，其量值和持续时间取决于所用的致动器电路。
本发明实施例的致动器电路如图11所示。每个光标控制设备至少有一个传动器电路。致动器电路有连到PNP三极管707发射极的、(+V)约5伏(+/-10%)的电源电压。三极管707的收集极同致动器单元400连接，该单元的电气性能象一个电感线圈。三极管707的基极通过一个约820欧姆的电阻器Ra同微控制器730连接。电容器Ca1的值约10微法，它把发射极和基极连连起来。电容器Ca2的值约为47微法，它把发射极接地。被送到致动器电路的致动器脉冲在三极管707的收集极上产生一个瞬态电流，致动器电感线圈产生的磁场在装在致动器上的指示杆上产生一个力。指示杆上的来自致动器的力就为光标控制设备的操作员提供了反馈。
本发明的另一个实施例通过主机250(而不是在选择控制器中产生传动器脉冲)把一个致动器脉冲送给致动器电路。具体说来，选择控制器230通知主机250哪个光标控制设备被激活。当光杆穿过某窗口界线且窗口句柄改变，或任何其他与某个特定的反馈装置相关的、由主机所监视的参数发生变化时，主机系统将产生一个周期约为20ms的传动器脉冲，并通过主机的输出端口(如IBM兼容机的RS-232端口)把该脉冲送到对应该光标控制设备的致动器电路中。RS-232端口有12伏的输出信号，在这种情况下，可按现有技术已知的方式，对电容器、电阻器和三极管装置的特性进行调整。
图12给出了本发明进一步的实施例。图12显示了具有选择开关520和跟踪球510的鼠标器500的一个截面。跟踪球的旋转由常规的X方向转动传感器550和Y方向转动传感器553进行检测。旋转传感器分别由运动传感(pick-up)轮555和557通过驱动轴559和561耦合到跟踪球上。当致动器信号被送到致动器400时，指示杆110被压在驱动轴561上(在另一实施例中为驱动轴559)。Y方向旋转传感器553枢轴式地装在鼠标器的框架500上，使用的是常规的安装设备570，这样才能使来自指示杆110的力能被传送到跟踪球510上。另外，X方向旋转传感器也是通过常规的安装设备575、枢轴式地装在鼠标器的框架550上。用户移动鼠标器，因而转动了跟踪球510，就能在跟踪球510的旋转中感觉到一种撞击力。用户感觉到的撞击力并不干扰球的转动，因为驱动轴转动的力并没有大至足以干扰驱动轴的转动。然而，用于户确实感觉到来自指示杆的撞击并接收到反馈信号。除了驱动轴561上的致动器之外，另一个传动器可放在驱动轴559上，以便区分不同的反馈信号。反馈信号仍然独立于光标控制，因为驱动轴的旋转并没有受到阻碍，但反馈信号却被结合到光标控制设备中。
虽然本发明是结合它的多个实施例来加以描述和说明的，但熟悉这们技术的人能够理解的是，在并不脱离本发明的精神、范围和教导的前提下，在技术细节上会有各种变化。因此，这里所公布的本发明仅受所附权利要求书的限定。
权利要求
1.用于控制显示器上的光标的光标控制设备，其特征在于包括控制装置，用于产生光标控制信号并把该信号送给显示器；与所述控制装置构成一个整体的反馈装置，用于为所述光标控制设备的操作员指示参数状态。
2.权利要求1中所述的用于控制显示器上的光标的光标控制设备，其特征在于所述参数状态指示显示器上光标的位置。
3.权利要求1中所述的用于控制显示器上的光标的光标控制设备，其特征在于所述参数状态指示光标的窗口句柄状态的变化。
4.用于控制显示器上的光标的光标控制设备，其特征在于包括控制装置，用于产生光标控制信号并把该信号送给显示器，所述的控制装置包括指向棒;包括所述指向棒中的指示杆的反馈装置，用于为所述光标控制设备的操作员指示参数状态。
5.权利要求4中所述的用于控制显示器上的光标的光标控制设备，其特征在于所述反馈装置中还包括一个致动器，该致动器把力作用在所述指示杆上而不影响所述指向棒产生光标控制信号。
6.用于控制显示器上的光标的光标控制系统，其特征在于包括控制装置，用于产生光标控制信号，并把该光标控制信号送给显示器，所述控制装置至少包括两个光标控制设备，与每个所述光标控制设备构成一个整体的反馈装置，用于为所述光标控制系统的操作员指示多个参数的状态。
7.权利要求6中所述的用于控制显示器上的光标的光标控制系统，其特征在于所述光标控制设备中至少有一个是指向棒，所述反馈装置包括与每个所述光标控制设备构成一个整体的一个指示杆，与指向棒构成一个整体的指示杆被包含在所述的指向棒中。
8.权利要求7中所述的用于控制显示器上的光标的光标控制系统，其特征在于所述反馈装置还包括与每个所述光标控制设备构成一个整体的一个致动器，与所述指向棒构成一个整体的致动器把力作用到所述指向棒中的指示杆上而不影响所述指向棒产生光标控制信号。
9.计算机系统，其特征在于包括显示装置，用于显示光标;与所述的显示装置耦合的主计算机;光标控制装置，用于产生耦合到所述主计算机的光标控制信号，主计算机接收光标控制信号、产生光标显示信号并把该信号送给所述的显示装置，所述光标控制装置包括一个与光标控制装置构成一个整体的、用于为所述光标控制装置的操作员指示参数状态的反馈装置。
10.权利要求9中所述的计算机系统，其特征在于所述参数状态指示显示器上光标的位置。
11.权利要求9中所述的计算机系统，其特征在于所述参数状态指示光标窗口句柄状态的变化。
12.计算机系统，其特征在于包括显示装置，用于显示光标;与上述的显示装置耦合的主计算机;光标控制装置，用于产生耦合到所述主计算机的光标控制信号，所述主计算机接收光标控制信号、产生光标显示装置、并把该信号送给显示装置，光标控制装置包括指向棒和与所述指向棒构成一个整体并用于为光标控制装置的操作员指示参数状态的反馈装置。
13.权利要求12中所述的计算机系统，其特征在于所述反馈装置包括一个指示杆和一个致动器，指示杆被包含在指向棒中并用于为光标控制装置的操作员指示参数状态，所述致动器把力作用在指示杆上而不影响指向棒产生光标控制信号。
14.计算机系统，其特征在于包括显示装置，用于显示光标;与上述的显示装置耦合的主计算机;光标控制系统，用于产生与所述主计算机耦合的光标控制信号，所过主计算机接收光标控制信号、产生光标显示信号并把该信号送给显示装置，光标控制系统包括多个光标控制设备和与各个光标控制设备构成一个整体并用于为光标控制系统操作员指示多参数的一种状态的反馈装置。
15.权利要求14中所述的计算机系统，其特征在于所述多个光标控制设备中至少有一个是指向棒;所述反馈装置包括与各个光标控制设备构成一个整体的指示杆，与所述指向棒构成一个整体的指示杆包含在指向棒中。
16.权利要求15中所述的计算机系统，其特征在于所述反馈装置还包括一个与各个光标控制设备构成一个整体的致动器，与所述指向棒构成一个整体的致动器把力作用在指向棒中的指示杆而不影响指向棒产生光标控制信号。
全文摘要
本发明把反馈装置同光标控制设备结合起来。本发明的一个实施例在指向棒光标控制设备中设置了指示杆，指示杆延伸到整个指向棒的长度，并装在指向棒基座下一端的致动器上。计算机系统产生的一个短暂的反馈信号激活致动器，使之把力作用在指示杆上，而指示杆又压在指向棒操作员的指尖上。只要主机给出信号(如显示器屏幕上显示的光标窗口句柄状态变化)，就会产生反馈信号。
文档编号G06F3/01GK1092537SQ94100630
公开日1994年9月21日 申请日期1994年1月13日 优先权日1993年1月21日
发明者艾迪文·J·塞勒克 申请人:国际商业机器公司