控制直观显示器的位置指示器的设备的制作方法

专利名称：控制直观显示器的位置指示器的设备的制作方法
专利说明控制直观显示器的位置指示器的设备 本发明涉及用于控制直观显示器上的位置指示器的设备，该设备包括外壳，指示器位置控制器和检测器装置，其中指示器位置控制器固定在外壳内而露出其局部球状的部分，该指示器位置控制器用于使使用者能够完全围绕该局部球状部分的暴露区域最中心的曲率中心转动，检测器装置用于根据该局部球状部分的转动提供输出信号。这样的设备在本领域为公知技术，例如，用于控制个人计算机的显示屏上的光标或指示器的鼠标或用于膝上型计算机的执行同样功能的球型设备。公知用于人工控制直观显示器的位置指示器的各种类型的设备，例如，键盘和推动按钮阵列。随着使用显示屏的电子设备通知使用者并使使用者对该设备施加作用的出现，提供一种用于操作屏幕的高亮部分(例如，光标或指示器)，即，使屏幕的高亮部分移动到屏幕的要求位置的控制装置已变得很重要。一种这样的公知设备为鼠标。
鼠标一般包含一个转动地固定在外壳中的球，通过使用者移动外壳导致球的转动，这是因为该球保持与外壳下面的地表面摩擦接触。通过测量沿两个不同方向转动的传感器部件检测该球的转动。该球沿两个方向的移动被转换为二维显示屏上的光标和指示器的移动。
基本根据同样原理操作的一个输入设备是所谓的跟踪球。跟踪球也由外壳内的一个转动球构成，以及检测该球的转动，但区别是在跟踪球的情况下，移动的不是外壳而是直接由使用者操作的球本身。这就具有不需要移动鼠标的空间。因此，在需要节约使用可用空间，即，特别是像膝上型计算机这样的便携设备的情况下，这种球型设备是一种较好的设备。
参照US-A-4939,508，该文件公开一种指示和选择设备，根据该指示和选择设备的圆球从指示和选择设备的上面还是下面伸出，该指示和选择设备决定以鼠标模式还是跟踪球模式工作。
公知测量该球的转动移动的各种技术。一种是提供与该球接触的滚轮，定向滚轮以拾取该球的不同转动方向。接着，例如，通过扫描连接到固定滚轮的轴的圆盘的光测量估算滚轮的转动。
也可以提供一种以紧致鼠标方式直接测量球转动的光方法，如WO-94/22071所示。根据该文件，该球被覆盖多个凹面反射器，由此类似一个高尔夫球。围绕球设置一个光发送和接收装置，通过该装置使用来自球的变化反射来检测球的转动。该球被覆盖一个透明层从而能够光滑地滑动。DE-30 45 133 A1表示了一个类似的方案。
另外，DE-39 12 354 A1公开了一种用于精确测量转动距离的系统，其中在转动球设置至少两个永久磁铁，所述磁铁以非零角度相互交叉。围绕球设置诸如霍耳传感器之类的至少两个磁传感器，由此根据磁场的变化测量该球的转动。
上述系统其特征在于光标或指示器能够移动到屏幕上任何要求的点，由此选择与该点相关的一个选项，在这里使用者必须启动一个按钮或按键来让该电子设备执行所选择的选项。
参照

图1，该图是一个公知的用于膝上型计算机的跟踪球的简化的，示意性的垂直截面图。在该图中，以任何适宜的方式将跟踪球固定在例如插口元件3之间，以便当使用者移动其手指或手与跟踪球的上球状盖部分摩擦接触时跟踪球能够向任何方向转动，跟踪球的上球状盖部分通过外壳2的上侧的环形开口朝向使用者。
通过转动检测器5检测跟踪球1围绕其垂直于图1的平面的轴的转动，转动检测器5根据跟踪球的转动产生一个输出电子信号，该信号使光标或指示器沿显示屏或类似设备上的一个轴移动。转动检测器可以包括例如一个与跟踪球的外球表面摩擦接触的滚轮。
另外，一般还相对于转动检测器5围绕通过跟踪球中心的图1中的垂直轴转动90°设置一个转动检测器(未示出)。以这种方式，可以将跟踪球在任何方向的转动通过一个转动检测器，另一个转动检测器，或这两个转动检测器转换为相应的输出信号，该信号控制光标或指示器沿相互垂直的一个轴或另一个轴，即，x和y轴，或相对于这两个轴的一个适宜的轴的移动。
参照图1，应该明白跟踪球的底面实际上与外壳的底座相距一段很小距离，该距离与诸如外壳设计，转动检测器可能需要的空间之类的因素有关。这样，给定尺寸(直径)的跟踪球将确定球型设备的整个高度。还应该明白，因为朝向使用者的跟踪球部分必须小于跟踪球体积的50％以便跟踪球能固定在外壳内，所以给定跟踪球的尺寸确定外壳的最小高度尺寸。然而，特别是在该控制设备用于膝上型计算机，以及顾客要求减少所需要的空间，尤其是较小的高度尺寸的情况下，通过降低跟踪球的直径仅能实现减少控制设备的整个高度和其外壳的高度尺寸。换言之，必须修改用于一起调整光标和指示器位置的某些其他形式的控制设备。
由于减少跟踪球的尺寸，朝向使用者的表面变得较小并且其曲率变得较大。由于使用方便和舒适的缘故，使用者喜欢至少具有确定的最小直径的跟踪球。因此，实际上，在跟踪球尺寸方面存在限定以便可被使用者接受和使用。这就限制了控制设备的最小高度尺寸。类似的考虑用于减少鼠标的高度。在使暴露的球状部分的尺寸和曲率对使用者舒适的情况下，鉴于降低用于控制直观显示器上的位置指示器的球型设备或鼠标的高度出现的问题，本发明提供一种最初定义用于控制显示屏上的光标位置的设备，其特征为所述位置控制器包括一个由弹性材料构成并在外壳的分开两侧之间处于变形状态的控制元件，以便提供所述位置控制器的所述球状部分并使沿分开外壳两侧部分的方向上的高度尺寸小于所述球状部分的所述最中心的暴露区的曲率半径的两倍。
本文所用术语“球状部分”的含义是输入设备的暴露部分具有与球状盖或其形状与一个球的形状类似但不是准确的球形的类似球状盖对应的形状。
另外，本文所用的“弹性材料”是指制成处于变形状态的指示器位置控制器的材料，弹性指的是当其不再处于变形状态时恢复到其初始状态的变形(拉伸或在应变下产生)和弹性的唯一特性。应该明白，根据相关的实施例，弹性材料的选择对良好的操作性很关键。
应该明白，使用这样的指示器位置控制器，特别是使用位置控制器的弹性控制元件保持的变形状态，能够减少指示器的高度尺寸并且使暴露的局部球状部分与具有完全相同的曲率半径的球状跟踪球的常规球形设备的相应部分完全相同。
在一个优选实施例中，弹性材料控制元件是一个围绕一个均匀内芯(a form-keeping core)伸展的连续薄壁封皮(envelope)(例如，一个膜片)以便将该薄壁封皮保持在变形状态，弹性材料控制元件能够在内芯上滑动以使使用者围绕位置指示器控制器的局部球状部分的最中心暴露区的曲率中心转动局部球状部分。
由于均匀内芯的功能是将弹性材料的连续薄壁封皮保持在预定形状，因此均匀内芯可以以完全不变形的任何适宜的材料制成。该材料还应该具有这样的特性，即，其具有一个光滑表面以便最小化薄壁封皮滑动的摩擦阻力。用于内芯的适宜材料为聚氯乙烯(PVC)，苯酚醛塑料(注册商标)，或金属。
制作封皮的材料需要仔细进行选择，其立足点为该材料必须具有高拉伸性以便该材料不需要起皱或具有最少的起皱就可以与均匀内芯的外表面轮廓一致，以及当横向位移力施加到输入元件的暴露局部球状表面时该材料还能够围绕均匀内芯整体滑动。封皮材料在经历足够长的工作寿命后还必须足够耐磨损。封皮材料在通过相称的小膜片厚度和最小的表面粗糙度时还必须提供低摩擦阻力。通常，连续薄壁封皮可以由自然或合成橡胶，或乙烯基聚合物制成，但是这些只是实例，连续薄壁封皮也可以由具有上述要求特性的，本领域技术人员容易识别的多种其他弹性材料制成。
由于最小化弹性封皮和均匀内芯之间的摩擦阻力的重要性，最好在弹性封皮和均匀内芯之间放入润滑剂以便在均匀内芯外侧和连续薄壁封皮内部之间形成润滑薄膜。
常规的球型输入设备的另一个缺陷是当将光标或指示器定位在屏幕上的要求位置以选择一个指定的选项或将该光标或指示器固定在那里时，必须使用与球型输入设备分开的ENTER键产生一个适当的命令，例如，可以采用键盘上的ENTER键。希望能够从球型输入设备本身产生ENTER命令。
考虑到该目的，根据本发明的一个优选实施例，将一个按压元件完全沿分开外壳的两侧部分的方向自由地安装在通过均匀内芯从暴露的局部球状部分的最中心的暴露区的后面伸出的通路，将一个开关安装在所述外壳，以便响应当压力施加到指示器位置控制器的暴露局部球状部分时启动该开关的按压元件产生一个输出信号。使用该输出信号实现常规的“ENTER”功能。
在另一个设计中，指示器位置控制器是一个通过外壳的侧面部分保持为变形状态的弹性材料的通常(即，当未变形时)为厚壁球状的元件。同样，该弹性材料可以是例如，天然或合成橡胶，或乙烯基聚合物。壁必须足够厚以便指示器位置控制器的暴露局部球状部分能够独立地保持其球的形状。由于指示器位置控制器由一个单独的部件组成，所以该实施例具有结构简单的优点。也能够低成本实现。
在另一个实施例，指示器位置控制器是一个一般(即，当未变形时)为球状的弹性材料实体，该实体与前面的实施例相同，通过所述外壳的侧面部分保持所述的变形状态。同样，由于该输入设备是一个单独的元件，该实施例具有结构简单的优点。由于该输入设备只是诸如弹性球之类的弹性材料的球状实体，所以能够比较经济地实现。另外，设置外壳部分以便将弹性球保持在所要求的变形状态在结构上比较简单。
无论输入元件是球状弹性材料实体还是厚壁球状元件，外壳最好在其一个侧面部分定义一个环形开口，通过该开口所述指示器位置控制器的所述局部球状部分伸出，该控制器在外壳的一个侧面部分的所述环形开口的边缘和外壳的另一个侧面部分的内表面之间保持为变形状态。这是一个将指示器位置控制器保持为变形状态的结构简单和有效的方式。
当视觉条件变坏，即，当使用者没有一个清楚的显示屏时，使用上述的位置指示器控制器比较困难或是不可能的。例如，当在室外直射太阳光下使用便携式电子设备就属于这种情况。如果使用者部分失明或全盲也属于这种情况。鉴于盲人常常使用键盘和按压按钮阵列，例如，仅借助于通过按压一个已知位置的键预定次数可以执行要求的命令，转动球型输入设备一般不适合局部照明的使用者，盲人或工作在不良照明条件下的使用者。
因此，按照一种改进，位置指示器控制设备包括一个用于向使用者提供可感觉和/或声音指示连续薄壁封皮围绕均匀内芯的转动程度的装置。以这种方式，即使使用者不能准确或全部看见显示屏上的光标位置，也能确定其位置。
在具有包绕均匀内芯的连续薄壁封皮的上述定义类型的优选实施例中，指示提供装置包括位于封皮上的多个空腔和偏向封皮的球以便当封皮围绕均匀内芯转动时与连续空腔达到咬接接合。
因此，由于提供声音或感觉指示，当操作位置指示器控制设备时使用者不必完全依靠观看屏幕上的光标或指针光标，该输入设备结构简单并且易于小型化。
本文公开的位置指示器控制设备特别适用于膝上型计算机，指示器位置控制器具有从外壳的上面伸出的暴露局部球状部分。然而，应该明白，该位置指示器控制设备也可以设计成一个适合于个人计算机或类似设备的鼠标，其暴露局部球状部分从鼠标的下面伸出与一个地平面，例如，鼠标垫摩擦接触，与具有球状分组啮合(group-engaging)球的常规鼠标相比降低了鼠标的整体高度，其中常规鼠标的曲率半径与新型鼠标的局部球状部分的半径相同。为较好理解本发明，现参照附图，以实例的方式给出本发明是如何实现的。其中图1(已描述过该图)是一个用于控制显示屏上的位置指示器的典型的跟踪球的垂直截面示意图；图2是加入一种根据本发明形式的位置指示器控制设备的膝上型计算机的透视示意图；图3是本发明的第一实施例的平面图；图4是沿IV-IV线通过图3的垂直截面图；图5是与图4类似的第二实施例的垂直截面图；图6是还与图4类似的第三实施例的垂直截面图；图7和8表示对图4所示设备的均匀内芯的形状的修改；和图9和10表示适用于不良视觉条件的本发明的两个进一步的实施例；以及图9A是图9的实施例在其均匀内芯位置上的膜片的透视图，该图表示在膜片的内表面形成并用于向使用者给出围绕内芯上的膜片的转动角度的感觉和/或声音指示的小孔的一种可能的排列。参照图2，该图表示一个膝上型计算机20的透视示意图，膝上型计算机20包括主机身24，键盘21，由主机身的翻盖形成的显示屏22，和安装在主机身24的前部用于控制屏幕上的光标23的位置的位置指示器控制设备1’，该位置指示器控制设备与一个菜单选项，字母数字项，或用于向膝上型计算机输入一个命令的类似项一致。
现在参照图3和4所示的第一实施例，较详细地表示了位置指示器控制设备1’的结构。以适合于膝上型计算机的形式，该设备可以是与膝上型计算机的连接在一起的一个整体部件或者是与膝上型计算机分开的一个分离部件。
图3和4示出外壳2，该外壳包括下侧的或下壁2a，上侧的或上壁2b，相对的侧壁2c和端壁2d。外壳形状一般类似一个盒。
在外壳2内安装的是一个指示器位置控制器6，指示器位置控制器6包括一个均匀内芯7，它具有一个以设想其形状完全不起皱的方式围绕内芯7的外表面伸出的由弹性材料制成的连续薄壁封皮或膜片8。如图所示，均匀内芯最好成型为围绕通过其中心的垂直轴旋转的旋转体并包括上局部球状部分7a和下盘形部分7b。在上壁2b形成一个中央环形开口4，均匀内芯7的上局部球状部分7a与从其上伸出的薄壁膜片8通过中央环形开口4突出，以便朝向使用者。下盘形部分具有位于上壁2b的内边缘部分下面的其外围部分，以便将均匀内芯7和连续膜片8容纳在外壳2中。指示器位置控制器6在外壳内与在围绕均匀内芯7的下盘形部分7b的圆周表面通过的薄壁膜片8的外围表面部分之间存在一个小间隙自由配合，使得在不存在不必要的摩擦阻力的情况下膜片8能够在内芯的下表面滑动，却能完全防止均匀内芯7的横向位移。
当手指或手接触压力沿例如双箭头9指示的方向施加到指示器位置控制器6的上面时，连续膜片8在均匀内芯7的外表面滑动。如图2和3示意性所示，运动检测器11检测由于指示器位置控制器的局部球状部分上的膜片部分的转动而导致的膜片围绕局部球状部分7a的最中心区域的空腔中心(10)的横向移动。该运动检测器可以采用滚轮的形式，该滚轮与膜片8和变换器摩擦接触用于根据滚轮转动产生电输出信号。该输出信号用作膝上型计算机的输入信号以控制光标23沿显示屏22的x轴方向上的运动(参看图2)。
类似地，由y-运动检测器12检测膜片沿与图3的平面图中的双箭头9方向垂直的双箭头32方向的运动并将其转换为控制光标23沿显示屏22的y轴方向上的运动的相应输出信号。输入部件沿与方向9和32成一角度的任何其它方向的运动能够同时产生与光标23沿具有x和y轴分量的屏幕上的倾斜路径，即，与x和y轴成一角度的运动相对应的输出信号。以这种方式，可以将光标23的位置调整到屏幕上的任何要求的定位。
如图所示，一条垂直通路从均匀内芯的上面伸到其下侧，一个按压元件13滑动地安装在该通路中。该按压元件的上端具有一个与其相配的局部球状轮廓，并与均匀内芯7的上部7a的上局部球状表面一起形成一个连续的表面。该滑动器的下端是一个与均匀内芯下侧的平面一致的平面。
示意性如图3所示，开关14位于外壳2的下侧壁2a内的小孔内，开关14的上表面位于按压元件13和插入按压元件和开关之间的膜片8的下端。当使用者施手指压力到指示器位置控制器6的上面时，压力通过按压元件13传送到该开关，由此开关产生一个与膝上型计算机的“ENTER”信号功能相同的输出信号。以这种方式，不必使用键盘上的ENTER键就可以将ENTER命令发送到计算机。
为减少连续膜片8在均匀内芯7上滑动的阻力，在膜片和内芯之间可以放置润滑剂，以形成降低摩擦的润滑薄膜。本领域技术人员公知的任何适宜的润滑剂都可用于此目的。润滑剂可以是诸如油之类的液体润滑剂，或诸如石墨或滑石粉之类的非液体润滑剂。
现在将描述两种不同的制造覆盖膜片的内芯的方法。第一种方法适合于将一个通路与其中的按压元件13和一个相关的开关组合在一起的内芯类型(能够从该设备输入“ENTER”信号)和固体内芯类型(这里使用键盘上的ENTER键产生“ENTER”命令)。在后者的情况，内芯已处于最终形状并已制造完成。第二种方法仅适合于在制造期间在膜片内部最终成形的固体类型内芯，下面将对此进行描述。
根据第一种制造方法，形状象一个空球的弹性材料的膜片具有一个形成在其壁上的开口(例如，一个直线槽)，这是基于下面将显而易见的原因，选择弹性材料使其具有温度相关弹性模量，以便降低温度时使该膜片成为固体。在通过该开口将润滑剂插入膜片之后，将均匀内芯通过该开口插入膜片。通过借助于一个适当的机械设备将该开口的侧面拉在一起而关闭该开口，并且使用胶，硫化或焊接永久地连接该接合区。应该注意，在降低压力的情况下进行到目前所述的全部制造过程。
一旦开口被永久地关闭，便恢复正常的气压。正常的气压通过压缩导致膜片内空气量的减少。即使膜片和内芯未被机械固定，现在膜片自动地呈现内芯的外部轮廓。甚至可以在正常气压的情况下完成该过程，但是必须借助于一个适当的机械固定物理压迫该膜片使其跟随内芯的轮廓。
在内芯和膜片之间收集的剩余空气量保证润滑剂的分布，这样导致一个较低的摩擦力。根据开口是如何被永久地密封，膜片表面可以呈现出一个接合缝。这可能限制位置指示器控制设备的正常操作和/或不可能导致一个较好的外观，即，具有一个均匀表面的连续封闭封皮。为消除由制造所产生的缝或其他突起，增加气压将膜片紧紧地压到(固定到)内芯。然后，通过充分降低周围的温度，降低膜片的弹性。通过降低足够的温度，膜片成为固体。现在，磨光了该表面，即，很容易地消除了突起。在一个稍微修改的制造过程中，可以使用两个半膜片形成围绕内芯的膜片来取代使用一个在其壁具有一个小开口的完整膜片。
根据上述的第二制造方法，在第一步骤，制造一个完全封闭的，一般为球状的膜片(空球)。这可以以下面的方式进行。一个具有理想球状的模具被充以液相的合成橡胶并被设置为围绕三个最初垂直的空间坐标旋转。因此，合成橡胶均匀分布在模具内。在第二步骤，合成橡胶变硬，即，从液相转换到弹性相。以这种方式，形成一个弹性材料的完整的空球。
在下一步骤，使用一个非常薄的探针将润滑剂通过其壁注入到膜片。再次，通过膜片的旋转使润滑剂均匀分布在膜片内。然后，从球状模具取出膜片并将其放入不同于内芯上膜片的最终形状的一个模具中。由于膜片仍充满空气，通过适当调整模具内的气压可以实现膜片与模具轮廓的理想配合。
下面，使用两个通过膜片壁的薄探针使空球内的全部空间被充以液相的磁性材料。一个探针用于注入磁性材料，第二个探针用于消除膜片内的空气。已注入并均匀分布在膜片内的润滑剂防止磁性材料附着于膜片。由于膜片由弹性材料制成，一旦取出探针，在膜片壁不存在开口。根据所使用磁性材料的特性，例如，通过自启动的化学处理或通过加热使磁性材料从液相转换到固相。
在内芯完全变硬之后，恢复正常气压并从模具中取出其上覆盖膜片的内芯。
根据一种修改，图3和4实施例的内芯7的下表面可以是如点画线15(图4，以及下面描述的图9和10)所示的凹面，以便在膜片和内芯之间形成一个空气储存器16。当根据上述的第一种制造方法将膜片围绕内芯固定时提供该储存器是一个优点，这是因为当恢复气压时通过压缩从膜片和内芯之间未消除的空气被收集在该空气储存器，而不是在膜片和内芯之间产生不需要的空气泡。
作为根据图3和4实施例的一个修改内芯形状的实例，内芯可以是一个在垂直截面具有椭圆形状的旋转体(图7)。作为一种替换，该垂直截面形状可以通过上半圆圆弧，一条底面直线和两个比半园弧小的凹面半径的圆弧定义，每个较小凹面半径的圆弧将底面直线相应端连接到相邻半圆圆弧的相应端(图8)。应该注意，与根据图4的内芯形状不同，根据图7和8的内芯形状不具有任何凹形表面部分。
根据图9的位置指示器设备具有与参照图3和4描述的指示器设备相同的基本结构，但是增加了一处修改，以便该位置指示器设备能用于不良视觉条件，例如阳光直射或使用者为盲人的情况。
如图9和图9A的透视图(其中省略外壳2)所示，其中图9是围绕其垂直轴通过内芯7的垂直截面图，在膜片8的内表面形成小空腔或压痕8a阵列。为了在膜片的厚度内容纳小空腔，膜片壁厚必须大于前面所公开的实施例。这些空腔最好形成一个以空腔中心围绕膜片8的内圆周具有完全相同的间隔设置的相邻空腔阵列。这样任何三个相邻空腔的中心，例如图9A中的空腔8a’，8a”和8a，位于等边三角形的顶点。滑动安装在从内芯7的下表面向上伸出的垂直孔的球17通过弹簧18偏向于膜片的相邻内表面部分。
因为可以通过使用者沿任何方向围绕内芯7渐进地转动膜片8，该球嵌入连续空腔8a，并强制从空腔8a中出来。每次发生这种情况，使用者通过其手指感觉到所产生的与膜片转动相反的压力变化。通过计数这种连续的感觉，使用者能确定膜片沿相关方向转动的角度程度，由此确定显示屏上光标的终点位置。当使用者释放手指与膜片的接触时，如果需要的话，膜片将趋向调整其位置，以便使球17定位于空腔8a的中心。
如果使用者沿不排成直线或从排列空腔的偏移的方向转动膜片，感觉指示将开始变化，因为球17开始移开相对于小孔8a的中心。作为一种替换，如果限定该球相对于膜片位移的方向的横向位移，由于该球沿与横向方向相反的方向交替地移动，一个小的横向跳动将施加到该球。以这种方式，使用者能够立刻识别他正将处于一角度的膜片转动到对准空腔的任何方向。
根据选择形成膜片的材料的性质，每次嵌入动作也可以产生一个可听的滴答声或噪声，以补充可以由使用者感觉到的感觉。作为一种替换，可以进行这样的设计，如果给出的话，可以产生一个清楚的可听滴答声或噪声，但不存在给予使用者的任何其他或可忽略的感觉。然而，一般最好不但给出感觉和而且给出可听指示。
应该明白，因为膜片8处于围绕内芯7的拉伸条件以便其能够与内芯的外部轮廓一致，当膜片转动时，相邻小孔中心之间的间隔将随不同瞬时小孔围绕内芯的位置以及每个小孔的变化位置而轻微变化。然而，考虑到小孔间隔的变化很小并且相对于相应的实际光标位置，对由使用者检测的屏幕上的光标最终位置具有最小的影响。
小孔在膜片上的上述排列是一种较好的排列，但其他的排列也是可能的。例如，从制造的经济性角度考虑，在每个小孔和下一个相邻小孔之间设置较少的小孔。然而，这种设置将导致向操作者给出围绕屏幕上的光标的位置的较少的滴答声和不清楚的指示。
在图10，在膜片的外表面形成空腔8a并且球17极其相关的弹簧18固定在外壳2的下壁2a的一个孔内，以便当膜片在内芯7上转动时该球嵌入连续空腔。在其他方面，其结构和操作与图9，9A实施例所示相同。
根据如图3和4实施例所述的两种制造技术中的任何一种可以完成膜片/内芯的制造。应该明白，考虑到必须容纳形成在膜片壁的空腔，该膜片必须较厚。
在根据图5的修改中，取代包括围绕均匀内芯的连续弹性膜片的指示器位置控制器，该输入元件包括一个弹性材料的壁相对较厚的局部球状元件8’，例如一个厚壁橡胶球，该球在外壳的下壁2a的上平面和上壁的内边缘部分2b之间保持变形状态。跨越上壁2b的中央开口的局部球状元件部分8’趋向于向上弯曲，并由此通过外壳的开口突起以提供一个凸面，局部球状，暴露的表面部分。应该明白，必须小心选择厚壁元件8’的壁厚度以便使其具有足够的刚性向上弯曲为一个局部的球形状，同时能够沿变形球状元件的外边缘围绕完全张紧的曲线弯曲。
根据图6所示的一个进一步的改进，该输入元件一般是一个球形(即，未变形时)的弹性材料实体8’，与图5的实施例中的情况相同，通过外壳的相应部分使其处于变形状态。仍然必须仔细选择弹性材料的性质以便指示器位置控制器的向上突起部分呈现要求的局部的球形状，并且在适当的摩擦阻力情况下暴露部分能够绕其曲率中心转动。
应该明白，控制显示器上的位置指示器，例如，光标或指针的上述设备结构简单并且易于实现。另外，因为每个实施例中的指示器位置控制器的高度尺寸小于局部球状部分的最中心区域的曲率半径R的两倍，从而提供一种比具有相同曲率的球状跟踪球设备的高度低的球型输入设备(注意到球状跟踪球具有2R的高度)。事实上，在根据图3的实施例中，如图中清楚所示，指示器位置控制器6的高度略小于暴露局部球状部分的最中心区域的曲率半径R，这确实表示一种非常紧密的布置。
上述实施例仅是实现本发明的最好方式的实例。应该明白图3和4实施例中的均匀内芯的精确形状和根据图5和6的变形厚壁弹性球和实体球的精确形状不分别具有特定的含义，只要高度尺寸小于指示器位置控制器的局部球状部分的最中心区域的曲率半径R。然而，通常，指示器位置控制器具有与其减少的高度相称的扩大的宽度。
另外，运动检测器11，12的数量，设置和类型不具有特定的含义。所公开的有关位移的角度90°和两个运动检测器围绕垂直轴的定向是最好的，但不限于此。当选择与90°不同的角度时，必须修正输出信号以便将其转换为基于矩形坐标系统的信号。尽管特别提到滚轮型检测器，也可以使用诸如光检测器之类的其他类型。
上述实施例涉及球型输入设备，但是应该明白，这些实施例也适用于鼠标，并具有相同的结构特征，但是被有效使用在反向位置。
尽管所述控制设备最好用于膝上型计算机，它们也可以用于控制直观显示器上的位置指示器，例如，一个其图象投射到用于观看者观看的屏幕的直观显示单元上的指针的其他场合。
权利要求
1.一种控制直观显示器上的位置指示器的设备，包括外壳(2)，指示器位置控制器(6)和检测器装置(11，12)，其中指示器位置控制器(6)固定在外壳内以便露出位置指示器(6)的局部球状部分(7a，8a)，该控制器(6)用于使使用者围绕局部球状部分(7a，8a)的最中心暴露区域的曲率中心(10)转动局部球状部分(7a，8a)，检测器装置(11，12)用于根据局部球状部分(7a，8a)的转动提供输出信号，其特征在于所述位置控制器包括一个控制元件(8)，该元件由弹性材料构成并在外壳分开的上和下部(2a，2b)之间保持变形状态以便提供所述位置控制器(6)的所述局部球状部分(7a，8a)并沿分开外壳的上和下部(2a，2b)的方向具有一高度尺寸，该尺寸小于所述局部球状部分(7a，8a)的所述最中心暴露区域的曲率半径的两倍。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述弹性材料的控制元件是一个围绕均匀内芯(7)伸出的连续薄壁封皮(8)，使所述薄壁封皮(8)保持其变形状态并能够在所述内芯上滑动以便使使用者围绕所述曲率中心转动局部球状部分(7a，8a)。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于在均匀内芯(7)的外侧和连续薄壁封皮(8)的内部之间存在润滑剂(15)。
4.如权利要求2或3所述的设备，其特征在于在从暴露局部球状部分(7a，8a)的所述最中心暴露区域的后面通过所述均匀内芯(7)完全沿分开外壳(2)的上和下部(2a，2b)的方向伸出的通路自由地安装一个按压元件(13)，和在所述外壳(2)安装一个开关(14)以便响应当压力施加到指示器位置控制器(6)的暴露局部球状部分(7a，8a)时启动开关(14)的按压元件(13)产生一个输出信号。
5.如前面任一权利要求所述的设备，其中均匀内芯(7)是一个具有椭圆垂直截面形状且围绕垂直轴旋转的旋转体。
6.如权利要求1到4中的任一权利要求所述的设备，其中均匀内芯(7)是一个具有椭圆垂直截面形状且围绕垂直轴旋转的旋转体，该截面形状由上半圆圆弧，一条底面直线和两个比半圆圆弧(r1)的曲率半径小的曲率半径(r2)区定义，每个小曲率半径区将底面线的相应端连接到半圆圆弧的相应端。
7.如前面任一权利要求所述的设备，其中均匀内芯(7)的外侧是一个凹面以便在内芯和薄壁封皮(8)之间定义一个空气储存器(16)。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于指示器位置控制器(6)一般是一个由所述外壳(2)的上和下部(2a，2b)使其保持所述变形状态的弹性材料的壁厚球状的元件(8’)。
9.如权利要求1所述的输入设备，其特征在于指示器位置控制器(6)一般是一个由所述外壳(2)的上和下部(2a，2b)使其保持所述变形状态的弹性材料的球状的实体(8’)。
10.如权利要求8或9所述的设备，其特征在于所述外壳(2)在所述外壳的上和下部(2a，2b)的下部(2b)，通过所述指示器位置控制器(6)突起的所述局部球状部分(7a，8a)定义一个环形开口(4)，所述控制器(6)在外壳的所述一侧部分(2b)的所述环形开口的边缘和所述外壳的上和下部的另一个部分(2a)的内表面之间保持所述变形状态。
11.如前面任一权利要求所述的设备，其特征在于装置(8a，17，18)，该装置用于向使用者提供连续薄壁封皮(8)围绕均匀内芯(7)的转动程度的感觉和/或可听指示。
12.如直接或间接附属权利要求2的权利要求11所述的设备，其特征在于所述感觉和/或可听指示提供装置包括位于所述连续薄壁封皮(8)的多个空腔(8a)和一个偏向所述封皮以便当封皮围绕均匀内芯转动时嵌入连续空腔的球(17)。
13.如前面任一权利要求所述的设备，该设备为一个球型设备，通过使用者的手或手指转动其局部球状部分(7a，8a)。
14.如权利要求1到12中的任一权利要求所述的设备，该设备是一个鼠标，其局部球状部分(7a，8a)用于与接地表面摩擦接触。
全文摘要
一种用于控制,例如,直观显示器及与个人计算机或膝上型计算机屏幕相关的监视屏上的光标的位置指示器设备,该位置指示器控制设备(1)包括指示器位置控制器(6),控制器(6)固定在外壳(2),为围绕固体均匀内芯(7)以不起皱方式伸出的弹性材料的连续膜片,以便通过将手指压力一般沿水平方向施加到膜片的最上部暴露局部球状部分,使得膜片在内芯上滑动以便从一个或多个运动检测器(11,12)产生一个相应的输出信号。该指示器位置控制器给出使用者一个球状球设备(诸如用于膝上型计算机的公知设备)的外观,但是均匀内芯(7)的特定形状用于降低所要求的整体高度并产生位置指示器控制设备(1’)的高度方面的致密结构。根据两种修改(图5和6),通过一个一般为球状的厚壁弹性球(8’),或通过一个由外壳(2)保持为变形状态的固体弹性球(8”)实现该指示器位置控制器(6)。可以将位置指示器控制设备(1)设计为用于膝上型计算机的球型设备或用于个人计算机的鼠标。
文档编号G06F3/0338GK1249832SQ98803025
公开日2000年4月5日 申请日期1998年3月2日 优先权日1997年3月3日
发明者W·科迪姆 申请人:艾利森电话股份有限公司