CN100342316C

CN100342316C - 位移向量撷取装置

Info

Publication number: CN100342316C
Application number: CNB2004100482797A
Authority: CN
Inventors: 李文进; 陈星光
Original assignee: JINGMUO ELECTRONIC SCINCE-TECHNOLOGY (SHENZHEN) Co Ltd; Beijing Huaqi Information Digital Technology Co Ltd; Gimbal Technology Co Ltd
Current assignee: JINGMUO ELECTRONIC SCINCE-TECHNOLOGY (SHENZHEN) Co Ltd; Beijing Huaqi Information Digital Technology Co Ltd; Gimbal Technology Co Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: CN1716282A

Abstract

本发明为一种位移向量撷取装置，尤其是一滚轴装置的位移向量(位移及方向)撷取装置，用以撷取一滚轴装置因外力作动而产生的位移向量资料。本发明是利用一磁场信号撷取单元来撷取滚轴装置因旋转或位移时所产生的磁场变化信号，并经由一信号处理单元将所撷取的磁场信号放大、信号处理及数字化转换后，利用一微处理器计算出滚轴装置于操作时所产生的位移向量资料。本装置可利用一传输接口与计算机或电子设备连结，以作为计算机或电子设备的指针器装置或位移向量的资料撷取装置。

Description

位移向量撷取装置

技术领域

本发明是为一种滚轴装置作动时的位移向量撷取装置，特别是指一种可以撷取滚轴装置因旋转或移动时的位移向量资料，并具有一传输接口与计算机或电子设备连结，可以作为计算机或电子设备的指针器装置或位移向量资料撷取装置。

背景技术

在计算机的发展史中，用来控制屏幕指针移动的外围装置很多，最早是从键盘上的四个方向键开始；由于利用键盘装置上的四个方向键来控制指针的移动极为缓慢与不便，使用者对于指针的控制需要有快速与便利的要求，因此有了鼠标装置的发明；直到现在，鼠标装置仍是使用者最喜爱的指针控制装置之一，其结构由机械式滚球鼠标装置演变至现今的光学式鼠标装置，使用者可利用手掌与手指来操控指针的动作，当使用者移动鼠标装置时可以改变屏幕的指针位置，当使用者按下鼠标装置的按键时可以操作指针的点选功能。然而，不管是机械式滚球鼠标装置或光学式鼠标装置仍然存在一些限制及缺点，例如：1、必须要在平坦的桌面上才能顺利操作指针移动，2、必须要有足够的空间才能够顺利操作指针移动，3、必须同时使用手指、手掌、手腕才能够操作指针器动作，4、不管是机构式或光学式鼠标装置都有使用发光二极管作为光源信号，因此需要较大的电源功率消耗，5、使用者必须在限定的空间内操作，长时间使用容易产生疲劳。本发明装置是针对目前鼠标装置的缺点加以改良，并提升指针器操作的方便性与效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种位移向量的撷取装置，可应用于现今固定式及移动式的电子信息设备之中，用以做为改良式的指针器装置或位移向量的撷取装置。

本发明的装置是借由一可旋转与移动的滚轴装置供使用者操作，该滚轴装置具有一滚筒、一传动单元、一用以产生磁场信号的永久磁铁模块、一用以感应磁场的信号撷取模块。当使用者旋转或移动滚轴装置时，传动单元会驱动装置中的永久磁铁模块而产生一变动的磁场信号，一信号撷取模块会撷取该磁场信号并转换为一电子信号，透过一信号处理单元将撷取的电子信号转换为数值资料，并经由一微处理器计算出滚筒装置因作动而产生的相对位移向量值，再利用一传输接口与计算机或电子设备连结，以作为计算机或电子设备的指针器装置或位移向量撷取装置。

附图说明

图1-1为本发明的位移检测装置第一实施例的分解示意图；

图1-2为本发明的位移检测装置第一实施例的结构示意图；

图2-1为本发明的位移检测装置第二实施例的分解示意图；

图2-2为本发明的位移检测装置第二实施例的结构示意图；

图3为本发明的电路示意图；

图4为本发明以3个霍尔感测元件撷取磁场信号的波形示意图；

图5为本发明以2个霍尔感测元件撷取磁场信号的波形示意图。

符号说明：

10～主基座

11～子基座

11′～啮合轮组

12～磁场信号(A)撷取电路模块

121、122、123～霍尔感测元件

13～磁场信号(B)撷取电路模块

131、132、133～霍尔感测元件

13′～磁场信号(C)撷取电路模块

131′、132′、133′～霍尔感测元件

14～信号处理单元

15～微处理器

20～滚筒

201～操作区

202～轴心

31～磁场信号(A)产生模块

311～磁场信号A

32～磁场信号(B)产生模块

321～磁场信号B

33～磁场信号(C)产生模块

331～磁场信号C

40～传动单元

50～传动单元

t₀、t₁、t_1′～取样时间

Δt₁、Δt_1′～取样时间间隔

H₁、H₂、H₃～磁场信号波形

H₁(P₁)、H₂(P₁)、H₃(P₁)～t₁的取样点

H₁(P₀)、H₂(P₀)、H₃(P₀)～t₀的取样点

H₁(P_1′)、H₂(P_1′)、H₃(P_1′)～t_1′的取样点

具体实施方式

实施例一：

请参阅图1-1，为本发明的位移向量撷取装置第一实施例，主要包括：一主基座10、一滚筒20、一传动单元40(为202、20及11的组合)、一磁场信号(A)产生模块31，以及一磁场信号(B)产生模块32，其中主机座10设有一磁场信号(A)撷取电路模块12及一磁场信号(B)撷取电路模块13、一信号处理单元14、及一微处理器15。

请参阅图1-2，一滚筒20设置于一子基座11中，并以一轴心202分别贯穿于该子基座11及该滚筒20以成为一传动单元40；一磁场信号(A)产生模块31设置在该传动单元40的一轴心202的一端，另一磁场信号(B)产生模块32设置在该传动单元40的一子基座11的底部。该传动单元40与一磁场信号(A)产生模块31及一磁场信号(B)产生模块32设置在一主基座10之上。传动单元40中的滚筒20具有一操作区201可以供使用者操作旋转或移动。该滚筒被旋转时的位移量可以作为Y方向的位移量；该滚筒被移动时的位移量可以作为X方向的位移量。请配合参阅图3(电路图)，当该滚筒20被旋转时，该滚筒20的轴心202会传动一磁场信号(A)产生模块31旋转而产生一变化的磁场信号，该磁场信号由对应的一信号撷取单元12(具有3个的霍尔感测元件121、122、123)所撷取，一信号处理单元14将所撷取的磁场信号转换为电子信号，并经过放大及数字化转换后，利用一微处理器15来计算出该滚筒20旋转的相对Y方向的位移量；再者，当该滚筒20被移动时，该滚筒20的子基座11会传动一磁场信号(B)产生模块32移动而产生一变化的磁场信号，该磁场信号由对应的一信号撷取单元13(具有3个的霍尔感测元件131、132、133)所撷取，一信号处理单元14将所撷取的磁场信号转换为电子信号，并经过放大及数字化转换后，利用该微处理器15来计算出该滚筒20移动的相对X方向的位移量。

实施例二：

请参阅图2-1，为本发明的位移向量撷取装置第二实施例，主要包括：一主基座10、一滚筒20、一传动单元50(为一轴心202、一滚筒20及一啮合轮组11′的组合)、一磁场信号(A)产生模块31，以及一磁场信号(C)产生模块33，其中主机座10设有一磁场信号(A)撷取电路模块12及一磁场信号(C)撷取电路模块13′、一信号处理单元14、及一微处理器15。

请参阅第2-2图，该传动单元50是由该滚筒20以该轴心202贯穿并固定在主基座10上，该滚筒20直接与该啮合轮组11′啮合以在该滚筒20平移时令该啮合轮组11′旋转；一磁场信号(A)产生模块31设置在该传动单元50的一轴心202的一端，另一磁场信号(C)产生模块33设置在一啮合轮组11′之中。传动单元50中的滚筒20具有一操作区201可以供使用者操作旋转或移动。该滚筒被旋转时的位移量可以作为Y方向的位移量；该滚筒被移动的位移量可以作为X方向的位移量。请配合参阅图3(电路图)，当该滚筒20被旋转时，该滚筒20的轴心202会传动一磁场信号(A)产生模块31旋转而产生一变化的磁场信号，该磁场信号由对应的一磁场信号(A)撷取电路模块12(具有3个的霍尔感测元件121、122、123)所撷取，一信号处理单元14将所撷取的磁场信号转换为电子信号，并经过放大及数字化转换后，利用一微处理器15来计算出该滚筒20旋转的相对Y方向的位移量；再者，当该滚筒20被移动时，该滚筒20会传动一啮合轮组11′旋转，并使一磁场信号(C)产生模块33旋转而产生一变化的磁场信号，该磁场信号由对应的一磁场信号(C)撷取电路模块13’(具有3个的霍尔感测元件131′、132′、133′)所撷取，一信号处理单元14将所撷取的磁场信号转换为电子信号，并经过放大及数字化转换后，利用一微处理器15来计算出该滚筒20移动的相对X方向的位移量。

在上述中的磁场信号(A)撷取电路模块12、磁场信号(B)撷取电路模块13、以及磁场信号(C)撷取电路模块13′，可以由2个或3个霍尔感测元件(Hall Sensor)组成，视设计与应用的需求而定。

位移量与位移方向的判断原理

范例一：

根据图3及图4所示，本发明装置的信号撷取单元12、13各使用3个霍尔感测元件来撷取不同相位的磁场信号并转换为不同相位的电子信号波形；如图4所示，H₁、H₂、H₃信号波形为每一个霍尔感测元件所连续撷取的磁场信号波形，每个相邻的磁场信号波形的相位各相差120度，t₀、t₁与t₁，为磁场信号的取样时间。位移量与位移方向的判断原理说明如下：

1.Δt₁(t₀，t₁)为t₀与t₁的取样时间间隔，Δt_1′(t₀，t_1′)为t₀与t_1′的取样时间间隔。在Δt₁时，t₀的霍尔感测元件取样点各为H₁(P₀)、H₂(P₀)及H₃(P₀)，t₁的霍尔感测元件取样点各为H₁(P₁)、H₂(P₁)及H₃(P₁)。在Δt_1′时，t₀的霍尔感测元件取样点各为H₁(P₀)、H₂(P₀)及H₃(P₀)，t_1′的霍尔感测元件取样点各为H₁(P_1′)、H₂(P_1′)及H₃(P_1′)。

2.假设ΔP＝P₁-P₀，则每个霍尔感测元件在Δt₁时间内的取样差值各为P(H₁)＝H₁(P₁)-H₁(P₀)、ΔP(H₂)＝H₂(P₁)-H₂(P₀)及ΔP(H₃)＝H₃(P₁)-H₃(P₀)。

3.假设ΔP＝P_1′-P₀；则每个霍尔感测元件在Δt_1′的时间内的取应差值各为ΔP(H₁)＝H₁(P_1′)-H₁(P₀)、ΔP(H₂)＝H₂(P_1′)-H₂(P₀)及ΔP(H₃)＝H₃(P_1′)-H₃(P₀)。

4.假设函数ΔMin＝min(ΔP(H₁)，ΔP(H₂)，ΔP(H₃))＝ΔP(H_x)，其中x＝[1，2，3]；ΔMin＝ΔP(H_x)代表3个霍尔感测元件的中的最小取样信号差值(在非线性区的取样信号差值)，可用来做为位移方向的辅助判断条件。

5.假设函数ΔMax＝max(ΔP(H₁)，ΔP(H₂)，ΔP(H₃))＝ΔP(H_x)，其中x＝[1，2，3]；ΔMax代表3个霍尔感测元件之中的最佳取样信号差值(在最佳线性区的取样信号差值)，可用来做为位移量的主要判断条件。

6.以图4的为例，ΔMin＝ΔP(H₁)则代表ΔP(H₁)为非线性区的取样信号，不可用来做为最佳的位移量信号，但可以用来做为位移方向的辅助判断条件；若ΔMax＝ΔP(H₂)，则代表ΔP(H₂)为最佳的位移向量信号；若ΔP(H₂)正值，表示H₂(P_1′)＞H₂(P₀)，ΔP(H₂)的值为位移量，且位移方向为向左移动或为逆旋转方向；若ΔP(H₂)负值，表示H₂(P₁)＜H₂(P₀)，ΔP(H₂)的值为位移量，且位移方向为向右移动或为正旋转方向。

因此，依据由1至6的说明范例类推，可以在其它的取样区间获得位移向量的位移方向与位移量。

范例二：

根据图3及图5所示，本发明装置的信号撷取单元12、13可以各使用2个霍尔感测元件来撷取不同相位的磁场信号并转换为电子信号波形；如图5所示，H₁及H₂信号波形各为每一个霍尔感测元件所连续撷取的磁场信号波形，其波形相位相差90度。假设t₀、t₁与t_1′为磁场信号的取样时间，则位移量与位移方向的判断方法说明如下：

1.Δt₁(t₀，t₁)为t₀与t₁的取样时间间隔，Δt_1′(t₀，t_1′)为t₀与t_1′的取样时间间隔。在Δt₁时，t₀的霍尔感测元件取样点各为H₁(P₀)、H₂(P₀)，t₁的霍尔感测元件取样点各为H₁(P₁)、H₂(P₁)。在Δt_1′时，t₀的霍尔感测元件取样点各为H₁(P₀)、H₂(P₀)，t_1′的霍尔感测元件取样点各为H₁(P_1′)、H₂(P_1′)。

2.假设ΔP＝P₁-P₀，则每个霍尔感测元件在Δt₁时间内的取样差值各为P(H₁)＝H₁(P₁)-H₁(P₀)及ΔP(H₂)＝H₂(P₁)-H₂(P₀)。

3.假设ΔP＝P_1′-P₀，则每个霍尔感测元件在Δt_1′时间内的取应差值各为ΔP(H₁)＝H₁(P_1′)-H₁(P₀)、ΔP(H₂)＝H₂(P_1′)-H₂(P₀)。

4.假设函数ΔMin＝min(ΔP(H₁)，ΔP(H₂))＝ΔP(H_x)，其中x＝[1，2]；ΔMin＝ΔP(H_x)代表2个霍尔感测元件之中的最小取样信号差值(线性较差的取样信号差值)，其值可以用来做为位移方向的辅助判断条件。

5.以图5为例，可以得知ΔMin＝ΔP(H₁)，因此ΔP(H₁)的值可以用来判断位移的方向，而ΔP(H₂)的值可以用来做为位移的位移量；由图5所示，H₁信号波形的值＞0，且ΔMin＝ΔP(H₁)，所以，若ΔP(H₂)＝H₂(P_1′)-H₂(P₀)＞0时，代表位移方向为向左移动(或为逆旋转方向)；若ΔP(H₂)＝H₂(P₁)-H₂(P₀)＜0时，代表位移方向为向右移动(或为正旋转方向)。

同样地，依据上述1至5的说明范例，我们可以类推在其它的取样区间的位移方向及位移量的判断方法。

本发明的效果：

依据本发明的技术内容，将可具有下列的功效：

1.本发明可作为一种滚轴式的指针器装置，也可做为平面的位移向量检测装置，应用范围极广。

2.本发明使用一滚轴装置作为指针器的操作接口，使用者用手指即可操作指针器的移动与点选功能，操作更容易迅速。

3.本发明使用永久磁铁做为位移的磁场信号产生装置，具有低材料成本及材料取得容易的优点。

4.本发明使用永久磁铁做为位移的磁场信号产生装置，磁场信号稳定且不易受到外部环境的噪声干扰，可大幅提高装置的稳定度、精确度及分辨率。

配合现今电子元件的制造技术，相关元件的体积大小可依应用场合作适度调整，故应用范围极广，可涵盖现今各信息产品。

Claims

1、一种位移向量撷取装置，应用于指针器的位移控制，其特征在于所述装置包括有：

一滚筒，用以操控屏幕中的指针；

一主基座，用以承载该滚筒，并具有一磁场信号A撷取电路模块；

一传动单元，用以使该滚筒可在该主基座上平移与旋转，包含有至少一磁场信号A产生模块，且该磁场信号A产生模块与该滚筒的旋转同步动作，并将产生的一磁场信号A传送至该磁场信号A撷取电路模块。

2、根据权利要求1所述的位移向量撷取装置，其中该磁场信号A撷取电路模块至少包含两个以上的霍尔感测元件。

3、根据权利要求1所述的位移向量撷取装置，其中该磁场信号A撷取电路模块包含三个霍尔感测元件。

4、根据权利要求1所述的位移向量撷取装置，其中该磁场信号A撷取电路模块与该磁场信号A产生模块平行。

5、根据权利要求1所述的位移向量撷取装置，其中该主基座更配置有一信号处理单元、及一微处理器。

6、根据权利要求1所述的位移向量撷取装置，其中该传动单元，更包含一子基座以使该滚筒可在该主基座上平移。

7、根据权利要求6所述的位移向量撷取装置，其中该子基座的底部配置有一磁场信号B产生模块。

8、根据权利要求7所述的位移向量撷取装置，其中与该磁场信号B产生模块相对的该主基座的位置配置有一磁场信号B撷取电路模块，其与该磁场信号B产生模块平行，用以接收该磁场信号B产生模块动作时产生的一磁场信号B。

9、根据权利要求1所述的位移向量撷取装置，其中该传动单元更包含一啮合轮组，其在该滚筒于该主基座上平移时同步旋转。

10、根据权利要求9所述的位移向量撷取装置，其中该啮合轮组配置有一磁场信号C产生模块。

11、根据权利要求10所述的位移向量撷取装置，其中与该磁场信号C产生模块相对的该主基座的位置配置有一磁场信号C撷取电路模块，其与该磁场信号C产生模块平行，用以接收该磁场信号C产生模块动作时产生的一磁场信号C。