CN100386714C - 人机工程学的指示设备 - Google Patents

Abstract

一种从用户接收用于控制电子设备的命令的人机工程学指示设备。所述人机工程学的指示设备一般包括一轴、一滚筒和一框架。所述轴包括一接地弹簧触点和两个方向感应弹簧触点。所述滚筒绕所述轴布置，使所述滚筒自由扰所述轴的纵向轴线旋转。所述滚筒的内部包括一导电表面，被布置以在所述滚筒的整个旋转过程中保持与所述轴的所述接地弹簧触点的电接触。所述导电表面也被布置以在所述滚筒的整个旋转过程中交替地接通和断开与所述方向感应弹簧触点的接触，从而能够确定所述滚筒的旋转方向和速度。所述轴能够沿Z轴线自由移动而不绕其纵向轴线旋转。

Description

人机工程学的指示设备

技术领域

本发明涉及人机工程学的指示设备。

背景技术

小型、移动设备，如手持式和袖珍式计算机、平板计算机、蜂窝电话等等，正在变为重要且流行的工具。一般而言，它们已变得足够小，从而及其方便，而消耗更少的电池功率，并且同时变得能够运行更强大的应用。

用于向这类移动设备输入命令的指示设备当前在多种配置中可用。在各种移动设备中经常使用机械编码器滚轮作为用户接口的一部分。许多这类机械编码器滚轮包括一装配在设备上的可旋转滚轮或滚筒。当移动滚轮时，传感器感知滚轮的移动并生成指示移动的方向和数量的信号。该信号被用来例如控制移动设备屏幕上的光标移动。该信号也可以用来例如以类似于使用窗口的滚动条滚动窗口的方式来滚动在屏幕上显示的窗口。

移动设备的收缩大小经常需要使用较小的指示设备。然而，较小输入设备的较小特点通常导致增加的制造难度以及可靠性问题(包括增加的磨损)。制造难度通常导致增加的制造包括较小指示设备的移动设备的成本。可靠性问题可能导致滚轮的间歇功能，使得例如可滚动的窗口可能看来跳跃或者滚轮可能看来不连续地移动。在更极端的情况中，滚轮可能完全失效，可能表现出移动设备不可用，并需要昂贵的替代或修理。

发明内容

简单而言，本发明针对用于从用户接收用于控制电子设备的命令的人机工程学的指示设备。该人机工程学的指示设备可以被配置为机械编码器滚轮。编码器滚轮一般包括一轴、一滚筒和一框架。轴包括一接地弹簧触点和两个方向感应弹簧触点。滚筒绕轴布置，使滚筒能够自由地绕轴的纵向轴线旋转。滚筒的内部包括一导电表面，被布置以在贯穿滚筒的整个旋转中保持与接地弹簧触点的电接触。也布置该导电表面以在滚筒的整个旋转过程中接通或断开与方向感应弹簧触点的电接触，从而能够确定滚筒旋转的方向和速度。布置框架以固定住轴，使轴能够沿Z轴线自由移动有限的距离而不绕其纵向轴线旋转。

依照本发明的一个方面，一种用于控制电子设备的指示设备包括一滚轮、一固定轴(captivated shaft)以及一框架。布置滚轮以提供滚轮的导电内表面内的一不导电区域，使该不导电区域与滚轮的旋转一起绕滚轮的旋转轴线的轨道而行。在滚轮内沿滚轮的旋转轴线布置固定轴，固定轴包括开关触点，被布置来接通或断开与滚轮的导电内表面的接触，作为绕固定轴的轨道而行的不导电区域的响应。布置框架来固定固定轴，防止了固定轴与滚轮的旋转一起旋转。

依照本发明的另一方面，一种电子设备包括一滚轮、一固定轴、一框架以及一处理器。布置滚轮来提供滚轮的导电内表面内的不导电区域，使得该不导电区域与滚轮的旋转一起绕滚轮的旋转轴线的轨道而行。在滚轮内部沿滚轮的旋转轴线布置固定轴，固定轴包括开关触点，开关触点被布置来作为对不导电区域绕固定轴的轨道而行的响应，接通或断开与滚轮的导电内表面的接触。布置了框架来固定住固定轴，防止固定轴与滚轮的旋转一起旋转。布置了处理器以从开关触点接收信号。

参考下文简要描述的附图、以下对本发明的说明的实施例的详细描述以及所附权利要求书，可以获得本发明的优点及其改进。

附图说明

图1所示是依照本发明的一个示例性移动设备。

图2所示是依照本发明的示例移动设备的功能组件的一个实施例的功能结构图。

图3所示是依照本发明一般说明了滚轮部件的组件的分解视图。

图4a所示是依照本发明一般说明了部分装配的轴的组件的视图。

图4b所示是依照本发明一般说明了由框架固定的轴的视图。

图4c所示是依照本发明一般说明了布置在轴周围的轴套的视图。

图4d所示是依照本发明一般说明了完全装配的滚轮部件的视图。

图5所示是依照本发明的完全装配的滚轮和装配基底的视图。

具体实施方式

在以下对本发明的示例性实施例的详细描述中，参考成为其一部分并使用说明的方式示出的附图，以及可以实践本发明的具体示例性实施例。足够详细地描述了这些实施例，使本领域的技术人员能够实践本发明，并可以理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以使用其它实施例，并作出其它改变。因此，以下详细描述并非局限，并且本发明的范围仅由所附权利要求书来定义。

贯穿说明书和权利要求书，以下术语明确地采用这里关联的意义，除非上下文清楚地另外指明。“一”、“一个”和“该”的意义包括多个引用，“在……之中”的意义包括“在……之内”和“在……之上”。术语“连接的”指连接的项之间无中间体的直接电连接。术语“耦合的”或者指连接的项之间的直接电连接，或者指通过一个或多个无源或有源中间体设备的间接连接。术语“电路”指一起耦合来提供所期望的功能的有源和/或无源单个组件或多个组件。术语“信号”指至少一个电流、电压或数据信号。参考附图，整个附图中，相同的标号指示相同的部件。

简单而言，本发明针对用于从用户接收用于控制电子设备的命令的人机工程学的指示设备。可以将该人机工程学的指示设备配置为一机械编码器滚轮。所述编码器滚轮一般包括一轴、一滚筒和一框架。轴包括一接地弹簧触点和两个方向感应弹簧触点。滚筒布置在轴周围，使滚筒能够自由地绕轴的纵向轴线旋转。滚筒内部包括一导电表面，被布置以在贯穿滚筒的整个旋转中保持与轴的接地弹簧触点的电接触。导电表面还用来在滚筒的整个旋转过程中交替地接通和断开与方向感应弹簧触点的电接触，从而能够确定滚筒旋转的方向和速度。布置了框架来固定住轴，使轴能够自由地沿Z轴线移动有限的距离而不绕其纵向轴线旋转。

图1所示是依照本发明的一个示例性移动设备。移动设备100可包括许多比所示出的组件多或少的组件。然而，示出的组件足够揭示用于实践本发明的说明性实施例。移动设备100包括外壳102。通常布置外壳102来支持并保护诸如键区104和显示器106的用户接口工具。键区104通常是可编程的，并可以用于诸如文本输入、游戏功能、电话拨号等等的功能。显示器106可任选地包含触摸屏接口，也可以用于文本输入。显示器106可以用来显示地图、文本、游戏、图片等等。滚轮108可结合显示器106使用，使用户能够操作并选择显示的信息。面板100通常覆盖在键区104和显示器106上，可以用来显示按钮图例、商标名称等等。保护罩112可以从外壳102中伸出，可以用来释放键区104和面板110用于替代。能够定制键区104和面板110用于不同的应用，如玩游戏、输入文本、拨打电话等等。

一般而言，移动设备100实质上可包括能够在另一移动设备间接收和发送信号，并提供音频信号，如响铃声调等等的任一便携式计算设备。这类设备包括蜂窝电话、智能电话、音频寻呼机、射频(RF)设备、红外(IR)设备、组合前述设备的一个或多个的集成设备等等。移动设备100也可包括其它设备，如具有音频功能的个人数字助理(PDA)、手持式计算机、可穿戴计算机等等。由此，移动设备100通常在能力和特征方面具有很宽广的范围。

图2所示是依照本发明的示例移动设备的功能组件的一个实施例的功能结构图。组件200可包括许多比所示出的组件多或少的组件。然而，示出的组件足够揭示用于实践本发明的说明性实施例。

如图所示，组件200包括处理器260、显示器106以及键区104。存储器262一般包括易失存储器(如，RAM)和非易失存储器(如，ROM、闪存等等)。组件200可包括操作系统264，如微软公司的Windows CE操作系统或其它这类操作系统，所述操作系统驻留在存储器262中并在处理器260上执行。键区104可以是按钮数字拨号盘(如在典型的电话机上的)、游戏垫等等。显示器106可以是液晶显示器或是通常在移动通信设备中使用的任一其它类型的显示器。例如，显示器106可以是触敏的，并且也可以作为输入设备。

一个或多个应用程序266可被加载进存储器262中并在操作系统264上运行。应用程序的示例包括电话拨号器程序、电子邮件程序、用户响铃音调选择程序等等。应用程序可以连同滚轮108一起操作，以例如允许用户选择列表中显示的一个特定数据字段。组件200还包括存储器262中的非易失存储268。非易失存储268可以用来储存持久信息，如果移动设备100断电时持久信息也不应丢失。应用程序266可以使用并储存存储268中的信息，如电子邮件、用户可选响铃音调等等。

组件200还包括电源270，可能以一个或多个电池实现。电源270可能还包括外部功率源，如AC适配器或加电对接托架，对电池进行补充或充电。

组件200示出了具有两种类型的外部通知机制：LED 240和音频接口274。这些设备可以直接耦合至电源270，使得当被激活时，即使处理器260和其它组件可能关闭以保存电池能量，它们也能够保留由通知机制指示的一段时间。可以对LED 240进行编程，以无限地保留直到用户采取行动来指示设备的开电状态。音频接口274用来向用户提供可听见的信号或从用户接收可听见的信号。例如，音频接口274可以耦合至扬声器来提供可听见的输出。可以作为对诸如按钮按压或滚轮108的操作等输入命令的响应而提供可听见的输出。音频接口274也可以耦合至麦克风、接收扬声器等等，用于接收可听见的输入，如方便电话对话。

组件200还包括无线电272，执行发送和接收射频通信的功能。无线电272可以耦合至天线。无线电272通过通信公司或服务提供商，方便了组件200和外部世界的无线连接。至和自无线电272的传输在操作系统264的控制下进行，使无线电接收到的通信可以通过操作系统264向应用程序266散布，反之亦然。

无线电272允许组件200与其它计算设备如通过网络进行通信。无线电272是通信媒质的一个示例。通信媒质通常可包含诸如载波或其它传输机制的已调信号中的计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并包括任一信息传送媒质。术语“已调数据信号”指以对信号中的信息进行编码的方式对其一个或多个特征进行设置或改变的信号。作为示例而非局限，通信媒质包括有线媒质，如有线网络或直接连线连接，以及无线媒质，如声学、RF、红外和其它无线媒质。这里使用的术语计算机可读媒质包括存储媒质和通信媒质。

图3所示是依照本发明一般说明了滚轮部件的组件的分解视图。在滚轮部件300中说明了框架310、轴320和滚筒330。

轴320包括轴基322、方向感应弹簧触点324以及接地弹簧触点326。轴320也包括可任选轴罩328。通常提供轴罩328来帮助保护轴组件，如触点324和326。布置轴320来允许滚筒320绕轴320的纵向轴线前向和后向旋转。

布置框架310来固定轴320(滚筒330绕其布置)，使轴320自由地在与滚筒330的旋转轴线充分垂直的方向上移动一短距离(如，沿Z轴线向上或向下)。轴320也通常以防止轴与滚筒330一起旋转的方式被固定。框架310也可以包括电触点312，用于提供到方向感应弹簧触点324和接地弹簧触点326的电连接。

在轴320内布置方向感应弹簧触点324，使触点(324)在滚筒330的整个旋转过程中交替地接通或断开与滚筒330的电接触。方向感应弹簧触点324通常沿旋转轴线纵向对齐。

在轴320内布置接地弹簧触点326，使触点326在滚筒330的整个旋转过程中保持与滚筒330电耦合。布置方向感应弹簧触点324和接地弹簧触点326作为用于指示滚筒330的旋转速度和方向的开关。在其它实施例中，也可以布置接地弹簧触点330作为对滚筒330的旋转的响应而接通或断开接触，只要仍然可以确定滚筒330的旋转速度和旋转方向。

在一个实施例中，滚筒330包括导电接触套332和滚筒外壳334。接触套332坚固地粘附在滚筒外壳334内，使接触套332和滚筒外壳334作为一个单元旋转(并在与旋转的轴线充分垂直的方向上移动)。内置压纹338可以用来坚固地保护作为一个单元的套332和外壳334。接触套332可任选地包括压纹338，被布置来形成绕旋转轴线的封闭空间。内置压纹338可以连同接地弹簧触点340一起操作来形成封闭空间。

接触套332包括一个或多个不导电区域339。不导电区域339通常在接触套332内实施为小孔，尽管也可以采用套332内的涂层和凹陷。布置区域339和触点324来提供开关，使电路能够确定滚筒330的旋转方向和速度。区域339和/或触点324通常绕旋转的轴线以除180度之外的角度圆周排列，使电路能够检测滚筒330的旋转方向。

在其它实施例中，滚筒330可以形成为具有一个或多个不导电区域的整体单元，被布置以在滚筒330的旋转过程中打开或关闭至少一个电路。在各类实施例中，滚筒330可包括外置压纹336，通常帮助用户更容易地操作滚筒。

图4a是依照本发明一般说明了部分装配的轴的组件的视图。轴基322被插入框架3 10的相对端点，并通过相对端点处的垂直通道被固定。所示方向感应弹簧触点330和接地弹簧触点340附着于轴基322。

图4b是依照本发明一般说明了被框架固定的轴的视图。示出轴罩328装配在轴基322上。示出方向感应弹簧触点330和接地弹簧触点340部分地延伸超出轴基322和轴罩328的外径。示出框架310具有夹持锁定夹414，被配置来固定轴320，使轴320可以在向上和向下的方向上自由移动一短距离。在一般从轴基322和轴罩328向外的方向上的挠曲锁定夹414允许轴被插入或移除。

图4c是依照本发明一般说明了布置在轴周围的轴套的视图。轴328的一部分在轴套332的区域339内可见。当轴套332绕轴322旋转时，方向感应触点324交替地接通和断开与导电轴套(332)的接触，因为区域339内空隙的轨道路径包括触点324的接触部分的位置。

图4d是依照本发明一般说明了完全装配的滚轮部件的视图。在轴套332周围布置滚轮套334。框架310包括接头416，适合对齐滚轮部件330，用于在诸如印刷电路板的基底上装配所述部件(300)。接头416也提供对平行于装配基底的表面的力的应变消除(在装配之后)。

图5所示是依照本发明的完整装配的滚轮和装配基底的视图。装配基底510包括开关520，其布置在滚轮部件300的下方且对面。滚轮部件300可以装配在基底510上，使施加在滚轮300上的向下压力会引发起动开关的至少一个。

如上所述，轴320由框架310固定，使轴320的每一端相对自由地在向上或向下方向(即，沿Z轴线)上独立移动。施加到中央区域的向下压力同时关闭两个开关520。施加到纵向轴线上方但对中央区域向左或向右偏移的向下压力关闭最接近向滚轮330施加的压力的位置的单个开关520。

弹簧(未示出)可用来将被压下的滚轮复原至其原始位置。弹簧可以位于开关520之内、装配在基底510上、在滚轮部件300之内或在任一其它合适的位置中。弹簧也可以用作电触点(如，作为接地弹簧触点326或电触点312)，来与例如至少一个方向感应触点324进行电耦合。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以使用本发明的其它实施例。例如，滚轮可以装配在“鼠标”中，并通过外置电缆电耦合至处理器。上述说明书、示例以及数据提供了本发明的组成物的制造和使用的完整描述。由于可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出本发明的许多实施例，本发明包含在所附权利要求书之内。

Claims (24)

1.一种用于控制电子设备的指示设备，其特征在于，它包括：

一滚轮，被布置来提供所述滚轮的导电内表面内的一不导电区域，使所述不导电区域与所述滚轮的旋转一起绕所述滚轮的旋转轴线的轨道而行；

一固定轴，在所述滚轮之内沿所述滚轮的旋转轴线布置，并包括开关触点，所述开关触点被布置作为对所述不导电区域绕所述固定轴轨道而行的响应，而接通和断开与所述滚轮的导电内表面的接触；以及

一框架，被布置来固定所述固定轴，防止所述固定轴与所述滚轮的旋转一起旋转。

2.如权利要求1所述的指示设备，其特征在于，所述框架还被布置来固定所述固定轴，使所述固定轴在向上或向下的方向上自由移动。

3.如权利要求1所述的指示设备，其特征在于，所述滚轮还被布置来提供所述滚轮的导电内表面内的第二不导电区域，使所述第二不导电区域与所述滚轮的旋转一起绕所述滚轮的旋转轴线的轨道而行，并且其中，所述固定轴的所述开关触点还被布置作为对所述第二不导电区域绕所述固定轴的轨道而行的响应，而接通和断开与所述滚轮的所述导电内表面的接触。

4.如权利要求1所述的指示设备，其特征在于，所述固定轴还被布置来提供一接地触点，所述接地触点被布置以在所述滚轮的完全旋转过程中保持与所述滚轮的所述导电内表面的电接触。

5.如权利要求4所述的指示设备，其特征在于，所述滚轮的所述导电内表面具有内置压纹，所述内置压纹连同所述接地触点一起操作以在所述滚轮的旋转过程中形成封闭空间。

6.如权利要求1所述的指示设备，其特征在于，所述滚轮的外表面包括塑料材料。

7.如权利要求6所述的指示设备，其特征在于，所述滚轮的所述内表面是金属套，并且所述第一不导电区域是所述金属套内的空隙。

8.如权利要求1所述的指示设备，其特征在于，所述框架还被布置以在电路的基底上装配。

9.如权利要求8所述的指示设备，其特征在于，所述框架还被布置来固定所述固定轴，使所述固定轴在向上或向下的方向上自由移动，并且其中，所述电路的所述基底包括开关，所述开关被配置作为对所述滚轮在向上或向下的方向上移动的响应，而接通和断开接触。

10.如权利要求9所述的指示设备，其特征在于，它还包括一弹簧，所述弹簧被配置以在离开所述基底且从向上或向下的方向上向所述滚轮施加压力，并且所述弹簧还被配置来与所述固定轴的至少一个开关触点电耦合。

11.一种用于控制电子设备的指示设备，其特征在于，它包括：

一滚轮，用于提供所述滚轮的内表面内的一区域，使所述区域与所述滚轮的旋转一起绕所述滚轮的旋转轴线的轨道而行；

一轴，其在所述滚轮内沿所述滚轮的旋转轴线布置，并包括开关触点，所述开关触点用于作为对所述区域绕所述轴的轨道而行的响应，而接通和断开与所述滚轮的所述内表面的接触；以及

一框架，被布置来固定所述轴，防止所述轴与所述滚轮的所述旋转一起旋转。

12.如权利要求11所述的指示设备，其特征在于，所述框架还被布置来固定所述轴，使所述轴在向上或向下的方向上自由移动。

13.如权利要求11所述的指示设备，其特征在于，所述滚轮还提供了所述滚轮的内表面内的第二区域，使所述第二区域与所述滚轮的旋转一起绕所述滚轮的所述旋转轴线的轨道而行，并且其中，所述固定轴的所述开关触点还作为对所述第二区域绕所述轴的轨道而行的响应，而接通和断开与所述滚轮的所述内表面的接触。

14.如权利要求11所述的指示设备，其特征在于，所述轴还提供一接地触点，用于在所述滚轮的完整旋转过程中保持与所述滚轮的所述内表面的电接触。

15.如权利要求14所述的指示设备，其特征在于，所述滚轮的所述内表面具有内置压纹，所述内置压纹连同所述接地触点一起操作以在所述滚轮的旋转过程中形成封闭空间。

16.如权利要求11所述的指示设备，其特征在于，所述滚轮的外表面包括塑料材料。

17.如权利要求16所述的指示设备，其特征在于，所述滚轮的所述内表面是金属套，并且所述第一区域是所述金属套内的空隙。

18.如权利要求11所述的指示设备，其特征在于，所述框架还装配在电路的基底上。

19.如权利要求11所述的指示设备，其特征在于，所述框架固定所述轴，使所述轴在向上或向下的方向上自由移动，并且其中，所述电路的所述基底包括开关，所述开关被配置作为对所述滚轮在向上或向下的方向上的移动的响应，而接通和断开接触。

20.如权利要求19所述的指示设备，其特征在于，它还包括一弹簧，用于在离开所述基底且从向上或向下的方向上向所述滚轮施加压力，并且用于与所述轴的所述开关触点电耦合。

21.一种电子设备，包括：

一滚轮，被布置来提供所述滚轮的导电内表面内的不导电区域，使所述不导电区域与所述滚轮的旋转一起绕所述滚轮的旋转轴线的轨道而行；

一固定轴，在所述滚轮内沿所述滚轮的旋转轴线布置，并包括开关触点，所述开关触点被布置作为对所述不导电区域绕所述固定轴的轨道而行的响应，而接通和断开与所述滚轮的所述导电内表面的接触；

一框架，被布置来固定所述固定轴，防止所述固定轴与所述滚轮的所述旋转一起旋转；以及

一处理器，被布置以从所述开关触点接收电信号。

22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述处理器还被布置作为对所述接收的电信号的响应，来改变显示的图像。

23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，它还包括一显示器，被布置来显示所述显示的图像。

24.如权利要求21所述的设备，其特征在于，它还包括一应用程序，被配置作为对所述接收的电信号的响应，而选择列表中显示的特定数据字段。

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