CN101040236A - 计算机输入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计算机输入装置，包括：为放置在一表面上而设置的基底元件(1)，用于检测所述基底元件相对于所述表面的运动的检测装置，用于对有关运动的信息与计算机进行通信的通信装置，和沿着连接轴的方向与基底元件相连的手柄元件(2)。所述基底元件设有凹口(12)，且所述手柄元件伸入所述凹口，在该凹口中，手柄元件相对于基底元件可枢轴转动地设置，且在这里能够防止手柄元件绕着其连接轴相对于基底元件旋转。还公开了一种为放置在一表面上而设置的且可与手柄元件(2)相连从而与该手柄元件联合构成计算机输入装置的基底元件。该基底元件设有凹口，该凹口适合于接收在其中可枢轴旋转的手柄元件，从而防止该手柄元件绕着其连接轴相对于基底元件旋转。

Description

计算机输入装置
技术领域
本发明涉及一种计算机输入装置，该装置包括：具有一外壳且为放置在一表面上而设置的基底元件，用于检测该基底元件相对于所述表面的运动的检测装置，用于对有关所述运动的信息与计算机进行通信的通信装置和一手柄元件。
背景技术
目前存在着多种不同类型的计算机输入装置。一种类型是传统的计算机鼠标。计算机鼠标放置在支撑垫上。当鼠标在支撑垫上移动时，对该运动进行检测并传输给计算机。这种鼠标通常也装有点击按钮和滚轮。这种类型的输入装置的一个问题是，长时间使用导致在臂部肌肉上施加静应力，这将会导致应力伤。
另一种类型的计算机输入装置也称为操纵杆。与计算机鼠标检测计算机装置和支撑垫之间的相对运动不同，操纵杆检测手柄的倾斜度并将其传输给计算机。另外，操纵杆也可包括用于附加功能的按钮等。这种装置的一个缺点是在高精度要求的应用过程中多数人感觉难以操纵操纵杆。
另一种功能与传统计算机鼠标相似且相对于操纵杆而言精确度性能有所提高的公知的输入装置是笔形计算机鼠标。笔形鼠标的缺点是仅能够在有限的倾斜度范围内进行操作，这对于普通用户而言已被证明是难以维护的。因此，在传输给计算机的信息流中可能存在间断。此外，在移动笔形鼠标时必须不能对其进行旋转，以便保持基准方向。如果，例如，笔形鼠标被旋转90°，原始的纵向将被认为是横向。此外，在包括操作键盘的常规计算机工作期间，必须反复地放下和拾起笔形鼠标。如果笔形鼠标是无线类型的，还很有可能在桌面上找不到它。
在WO 01/01233中提出了解决这些问题的一个方案。在该文件中公开了如第一段中所述类型的计算机输入装置。为了将有关支撑元件与支撑垫之间的运动的信息无线传输给接收单元而设置这种已知的装置。一凸起设置在包括刚性扭转(torsionally rigid)、弹性接头(elasticjoint)的支撑元件上。一笔形装置可与该接头相连。所述支撑元件设计成由所述笔形装置控制。这种已知装置的问题是用户评价精确度不够。此外，虽然这种已知输入装置对传统输入装置作出了改进，但该装置在人机工程学上仍不是最理想的。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种如第一段中所述类型的计算机输入装置，该装置与在WO 01/01233中公开的装置相比具有改进了的精确度和人机工程学特性。
这个目的是通过分别如权利要求1和17所述的装置来实现的。
因此，根据本发明的第一方面，本发明涉及一种计算机输入装置。
根据本发明的第二方面，本发明涉及一种为与手柄元件一起构成根据权利要求1的计算机输入装置的基底元件。
本发明涉及一种计算机输入装置，该装置在与支撑表面接触时在该表面上移动。该装置可以在与表面接触的情况下滑动、滚动或以任何其它方式移动。这本身是本领域技术人员所公知的。
所述表面通常为桌面或支撑垫，但可以采用任何适合的表面。
在输入装置中设有检测装置，当该装置在所述表面上移动时，所述检测装置能够检测该装置相对于表面的运动。所述检测装置可以是具有与支撑表面的物理触点和光学触点的物理或光学检测装置。通常，该检测装置设置于输入装置的在常规使用过程中面对支撑表面的一部分中。
此外，计算机输入装置包括通信装置。当检测装置检测相对运动时，有关该运动的信息从检测装置传输给通信装置。该通信装置以任何传统方式将该信息与计算机进行通信，例如，通过电线或无线传输，例如光传输。
此外，计算机输入装置可包括能量源，例如电压源，例如电池。然而，输电干线的使用也包括在本发明的保护范围中。
计算机输入装置还可设有点击按钮，滚轮等，以便提供附加的传统和可能的新功能。
所述检测装置、通信装置、点击按钮、滚轮以及它们的操作和供电属于现有技术。
根据本发明的计算机输入装置还包括基底元件和与该基底元件相连的手柄元件。基底元件的运动可受到手柄元件的控制。
用户握住手柄元件，在该手柄元件上施加力，该力在手柄元件和基底元件的连接点处输送给基底元件，从而使基底元件在表面上移动。已经发现，用户将体验到所述连接点越靠近支撑表面，精确度越高。由于精确度的提高，使用较小的努力就能够控制计算机输入装置的操作。因此，由于低连接点的原因，计算机装置的人机工程学特性也提高了。
然而，所述基底元件必须至少构造得足够大，从而对手柄元件提供更充分的支撑。可选择的是，它也容纳电子和光学设备或相对占用空间的电池，这就对基底元件提出了构造尺寸的要求。
根据本发明，提供一种具有凹口的基底元件，在该凹口中接收手柄元件。从而，实现了一个装置，该装置足够大能够容纳必须的装备，且与此同时提供了靠近支撑表面的连接点。
术语“凹口”应当广义地解释，从而描绘了基底元件的外部、侧倾(set back)部分。因此，该凹口可以构成在基底元件的表面中的钻孔。该凹口还可构成在常规使用过程中较基底元件的其它表面或部分更靠近支撑表面的表面或侧倾部分。通常，凹口的面积是基底元件的外部的较小部分，这样，在使用中，基底元件的上表面的主要部分将位于进一步远离支撑表面的位置。
手柄元件沿着连接轴的方向与基底元件相连。为用户提供舒适的操作位置，手柄元件与基底元件可枢轴转动地连接。手柄元件设置成可绕着处于垂直于连接轴的所在方向的平面中的轴枢轴转动。该手柄元件被防止绕着其连接轴旋转，以便将施加的力精确地传递给基底元件。防止绕着连接轴旋转对于在该支撑表面的平面上维持手柄元件与基底元件之间的正确角度基准(reference)也是必须的，从而避免了公知的笔形计算机鼠标的上述问题。
手柄元件可以具有任意形式和形状，以适合不同的用户和应用。手柄元件可以是例如T形或碗(bowl)形或呈细长形。当然，为有关应用而设计的手柄元件应当满足人机工程学。
根据本发明的一个实施例，手柄元件是细长的、笔形的元件。笔形手柄元件的连接轴为其纵向轴。使用笔形手柄元件在支撑表面上移动基底元件的动作类似于书写的动作。使用笔在纸张上进行常规书写的过程中，用户施加的力的作用点在纸张即支撑表面上。因此，根据本发明的输入装置的操作更类似于书写操作，这是因为，移动作用点的笔形手柄元件的连接的侧倾点更靠近支撑表面。由于书写肌肉经常为高精确度工作而使用，因此使用根据本发明的装置，用户将易于执行该工作。另外，由于能够找到舒适的书写位置，因此用户还将体验到改善的人机工程学特性。
根据本发明的一个实施例，基底元件具有构成该基底元件的外形的外壳。基底元件构成开放框架的其它实施例也是可行的。基底元件可呈任意形状，优选是适用于相关应用。
根据本发明的一个实施例具有一外壳，凹口设置在外壳中的基底元件的顶部中心。通常，凹口的面积将占用外壳的顶表面的一小部分。
根据本发明的另一实施例具有一外壳，所述凹口设置在外壳的一个侧表面上。
根据本发明的一个实施例，手柄元件相对于支撑表面的倾斜度受到限制。在除了经由根据本发明的计算机输入装置对计算机输入信息的步骤之外的其它工作期间，这是特别有利的，因为这样就保证了手柄元件总是易于在手中。通常，手柄元件相对于垂直于支撑表面的方向的最大倾斜度为至少是10°最大是70°。
倾斜度限制特征可以以许多不同方式实现。根据本发明的一个实施例，凹口设有优选的支撑部，手柄元件在其末端位置抵靠该支撑部，从而被限制。根据一个实施例，优选的支撑部基本上是三角形的。根据其它实施例，优选的支撑部基本上是方形的、矩形的、多边形的或平滑的圆形。
根据另一实施例，手柄元件设有环绕的、突出支撑面，该支撑面抵靠基底元件的适合部分，从而限定手柄元件的末端位置。
根据本发明的一个实施例，基底元件在凹口中设有接头，用于使手柄元件能够绕着正交于连接轴的两条轴枢转，但防止绕着连接轴旋转。提供这种枢转运动的许多不同接头是本领域技术人员公知的，例如万向接头或特殊类型的球-和-承窝接头。
根据本发明的一个实施例，所述接头基本上是无摩擦接头。此外，手柄元件不被朝着直立位置偏压。从而进一步增强了与书写的类似性，且使手柄元件枢转所需的努力将最小化。在具有用于限制手柄元件的倾斜度的设置的实施例中，由于重力作用，当用户释放时，手柄元件将自动占据一个末端位置。假定所述末端位置设计得很理想，手柄元件将在舒适的位置上等待重新使用。
根据本发明的一个实施例，接头由两个互补的部分构成，例如一球部和一承窝部，一个部分设置在手柄元件上，另一个部分设置在基底元件上。手柄元件和基底元件的连接点在接头中。
根据本发明的一个实施例，检测装置和通信装置全部设置在基底元件中。如果使用电压源例如电池作为能量源，该电压源也全部设置在基底元件中。
根据另一实施例，所述检测装置、通信装置和电压源全部设置在手柄元件中。在这种情况下，基底元件仅起到手柄元件的支座的功能，提供了有利的备用状态和精确的基准方向。在这种情况下，手柄元件可以是传统的笔形鼠标。
当然，检测装置、通信装置、电压源或基底元件与手柄元件之间的部件的配置也包括在本发明的保护范围内。如果使用输电干线作为对计算机输入装置的能量供给，能量源的部件位于输入装置之外。
另外，点击按钮、滚轮等也可以设置在基底元件和手柄元件中的任何一个或两个上。
根据在基底元件中具有检测装置的一个实施例，手柄元件的连接点和检测装置之间的距离小于20mm，优选是小于10mm，最优选是小于5mm。随着手柄元件的连接点靠近检测装置，计算机输入装置的精确度将提高。
根据本发明的一个实施例，手柄元件可拆卸地与基底元件连接。在这种情况下，手柄元件设有机械连接装置，机械锁定装置，在可适用的情况下还设有电子和光学连接装置，所述基底元件设有互补的机械连接装置和锁定装置，且在可适用的情况下还设有互补的电子和光学连接装置，所述装置可与手柄元件上的对应装置相连。
根据本发明的具有可拆卸手柄元件的一个实施例，接头还构成了机械连接装置。甚至机械锁定装置也可以包括在接头中。该实施例的一个例子具有一接头，该接头包括两个互补的部分，例如一球部和一承窝部，一个部分设置在手柄元件上，另一个部分设置在基底元件上。
具有一两部分接头/机械连接的另一个优点是简化制造。如果接头/连接具有相对简单的形状，例如球-和-承窝接头，该基底元件可以模制成单件或多件。从而与根据WO01/01233的已知装置相比较，基底元件和计算机输入装置的组装实质上被简化了。
根据一特定实施例，任何电子和光学连接装置和互补偶合装置包括在各接头部件中。这在可拆卸的手柄元件的实施例中特别有利，因为手柄元件能够在一个步骤中与基底元件相连。
根据具有可拆卸手柄元件的一个实施例，用于使手柄元件枢转的接头设置在手柄元件中。根据另一实施例，所述接头设置在基底元件中。
附图说明
本发明可以以各种方式实施，仅通过举例，将参照以下附图对本发明的实施例进行详细说明，其中：
图1为根据本发明的第一实施例的计算机输入装置的分解透视图；
图2为根据本发明的第一实施例的计算机输入装置的平面图；
图3为沿着图2中的线III-III的根据本发明的第一实施例的计算机输入装置的截面图；
图4a-4d为根据本发明的第一实施例的计算机输入装置的侧视图，显示了手柄元件沿着不同方向的最大倾斜度；
图5和6为根据本发明的计算机输入装置的示意图，显示了手柄元件在基底元件中的可选择位置；
图7-9为根据本发明的计算机输入装置的示意图，显示了限制手柄元件相对于支撑表面的倾斜度的可选择方案；
图10和11为根据本发明的计算机输入装置的示意图，显示了用于连接手柄元件与基底元件的机械连接装置的可选择位置；
图12a-f为示意图，显示了用在根据本发明的计算机输入装置中的机械连接装置的例子；
图13a-c为示意图，显示了用在根据本发明的计算机输入装置中的接头的例子。
具体实施方式
参照图1，显示了一种计算机输入装置，该装置包括基底元件1和呈笔形的手柄元件2。该基底元件为放置在支撑平面(未示出)上而设置。在下文中，表述“顶”、“上”、“底”、“下”、“前”、“后”等是指当计算机装置放置在支撑表面上时的标准方向。
基底元件1包括具有顶部4和底部5的外壳3。顶部4的整体形状基本上与传统计算机鼠标相同。必须(未示出)的电子和光学装备例如检测装置和通信装置位于外壳3内。
顶部4具有基本上是平的稍微弯曲的上表面7。表面7沿着顶部边缘连续地变形为凸出的侧面6。因此，顶部4构成了用于覆盖计算机输入装置的内部元件的开口壳。
此外，凹口8设置在顶部4的上表面7中。从图2中可以看出，该凹口的边缘呈磨圆三角形，具有指向前的第一圆角9、指向一个侧向的第二圆角10和指向第二侧向的第三圆角11。在圆角9、10、11之间，所述边缘为磨圆三角形侧边。
上表面7与从顶表面7伸入凹口中的前凹口壁12一体。前凹口壁12设有由下边缘13构成的支撑部，用于在基底元件1中与手柄元件2互锁(图3)。
底部5包括用于放置在支撑表面上的底板14。在底板14的中心设有以承窝部15形式存在的基本上无摩擦的接头部。该承窝部15在其前部具有开口16。在该开口16下面，该承窝部15设有锁定槽17。
笔形手柄元件2设有基本上无摩擦接头的球部18，该球部与基底元件1的承窝部15互补。在该球部18的前部设有锁定销19。所述手柄元件2包括(未示出)电子设备，所述电子设备与电连接装置例如插头20相连。
根据本发明的计算机输入装置的该实施例按照以下方式组装。
将笔形手柄元件2放置在底部5中，使其球部18抵靠承窝部15，将插头20连接在基底元件1中。将锁定销19插入锁定槽17中。然后，通过将手柄元件2的顶部插入凹口8中，使顶部4套过手柄元件2。前凹口壁12放置在承窝开口16中。从而使承窝15完整。另外，锁定槽17的开口由前凹口壁12的下缘13闭合。最后，将顶部4固定在底部5上。借助由锁定槽17限定的锁定销19，可防止手柄元件2与基底元件1分离。
这样，在所述的实施例中，所述接头也构成机械连接装置。当外壳3的部分4通过弹性地套在底部上而被固定在底外壳部5上时，凹口壁12的下缘13起到机械锁定装置的功能。此外，借助锁定槽17中的锁定销，防止手柄元件2围绕其连接轴旋转。
最好参见图4a-4d，手柄元件相对于垂直于支撑表面的方向的最大倾斜度在不同方向上不同。通过使手柄元件2抵靠凹口8的磨圆三角形边缘，来实现对手柄元件2的倾斜度的限制。在常规使用过程中(图4a)，在手柄元件2正朝着用户的最大倾斜度处，倾斜度αa约为50°。在该位置上α为最大值。在图4c和4d中显示的手柄元件2沿着侧向的最大倾斜度处，倾斜度αc、αd约为45°。在常规使用过程中(图4b)，在手柄元件2正远离用户的方向的最大倾斜度处，倾斜度αb约为20°。在该位置上α为最小值。当用户放开手柄元件2时，该元件将倾斜，直到抵靠住凹口8的边缘，且由于几乎无摩擦接头15、18的原因，该元件将占据端部位置。对不同方向上的α值进行选择，一方面使手柄元件2能够倾斜到用户通常所需要的程度，另一方面使手柄元件静止在用户易于接触到的位置。
在图5和6中显示了根据本发明的计算机输入装置的示意图，其中显示了手柄元件2在基底元件1中的可选择位置。在根据图5和6的实施例中，手柄元件位于基底元件1的侧表面6中的凹口8中。在根据图5的实施例中，凹口8位于侧面6的在常规使用过程中面对用户的一部分中。在该实施例中，手柄元件2特别容易接触到。在根据图6的实施例中，手柄元件位于侧表面6的在常规使用过程中面向用户的侧面方向的一部分中。
在图7-9中显示了根据本发明的计算机输入装置的其它实施例。所述实施例与参照图1-4所示的实施例的不同之处仅在于，它们具有用于限制手柄元件2相对于支撑表面的倾斜度的其它装置。
在根据图7的实施例中，手柄元件2的接头的球部18设有边缘21。承窝部16设有支撑面22。对手柄元件2的倾斜度的限制由抵靠支撑面22的边缘21实现。从而，对该支撑面22的形状进行选择，对手柄元件2的末端位置给定理想的α值。或者是，在选择边缘21的合适形状时，可以使用平坦的支撑面22。
在图8中，手柄元件2绕着横向轴的倾斜度通过抵靠锁定槽17的端部的锁定销19来限制。在其它方向上，所述倾斜度通过手柄元件2抵靠凹口8的边缘来限制。
在根据图9的实施例中，手柄元件设有凸缘23。手柄元件2的倾斜度的限制通过抵靠基底元件的上表面7的凸缘23来实现。从而，对凸缘23的尺寸进行选择，以配合理想的末端位置。可使用球形元件代替凸缘23。
在图10和11中显示的根据本发明的计算机输入装置的实施例中，具有可拆卸的手柄元件2。此外，所述实施例都包括用于连接手柄元件和基底元件的单独机械连接装置，即，所述机械连接装置没有如参照图1-4所述的实施例那样包括在接头中。由于其余特征是相同的，因此不再进一步说明。
在根据图10的实施例中，整个接头位于基底元件1中。该接头设有机械连接装置的第一部分。手柄元件2设有机械连接装置的第二部分，该第二部分与机械连接装置的第一部分互补。
在图12中显示了适合的机械连接装置的例子。这些例子也都将手柄元件2与基底元件1机械锁定。在图12中，从左到右显示了：咬合连接，夹持连接，卡口连接，反向咬合连接，弹性咬合连接和螺纹连接。
在图11中显示了一实施例，检测装置、通信装置、能量源和整个接头位于基底元件1中。所述接头设有凸出元件24。手柄元件由两个可相互连接的壳部25组成，且可与凸出元件24相固定。该实施例的优点是能够节约成本地制造许多不同设计的手柄元件。当然任何适合数量的壳部件可用于手柄元件2。
在图13a-c中描绘了参照如图1-4所示实施例的球-和-承窝接头的可选择示例。这些可选择的接头使得能够绕着两轴进行旋转，并防止绕着一条轴旋转，即手柄元件2的连接轴。图中显示了环形万向接头(图13a)，万向接头(图13c)和十字销型万向接头(图13b)。

Claims (32)

1.一种计算机输入装置，包括：为放置在一表面上而设置的基底元件，用于检测所述基底元件相对于所述表面的运动的检测装置，用于对有关运动的信息与计算机进行通信的通信装置，和沿着连接轴的方向与基底元件相连的手柄元件，其中，所述基底元件设有凹口，且其中所述手柄元件伸入所述凹口，在该凹口中，手柄元件相对于基底元件可枢轴转动地设置，且能够防止手柄元件绕着其连接轴相对于基底元件旋转。
2.如权利要求1所述的计算机输入装置，其中，所述基底元件具有一外壳，在该外壳中设置所述凹口。
3.如权利要求2所述的计算机输入装置，其中，所述凹口设置在外壳一部分的中心，且在常规使用过程中背对所述表面。
4.如权利要求1-3中任何一项所述的计算机输入装置，其中，所述凹口具有圆周支撑部，用于与所述手柄元件配合，限制该手柄元件的倾斜度。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的计算机输入装置，其中，所述凹口具有基本上磨圆的三角形边缘。
6.如权利要求2-5中任何一项所述的计算机输入装置，其中，所述手柄元件包括用于与外壳相配合限制手柄元件的倾斜度的支撑部。
7.如权利要求1-6中任何一项所述的计算机输入装置，其中，所述手柄元件借助设置在凹口中的接头可枢轴转动地安装。
8.如权利要求7所述的计算机输入装置，其中，所述接头基本上是无摩擦接头。
9.如权利要求7或8所述的计算机输入装置，其中，所述接头为球-和-承窝接头。
10.如权利要求9所述的计算机输入装置，其中，所述接头的球部设有锁定销，且所述接头的承窝部设有用于接收该锁定销的锁定槽。
11.如权利要求2-10中任何一项所述的计算机输入装置，其中，所述外壳与所述凹口壁和接头的一部分一体形成。
12.如权利要求1-11中任何一项所述的计算机输入装置，其中，所述手柄元件是细长的，优选是笔形元件，且连接轴是手柄元件的纵向轴。
13.如权利要求1-12中任何一项所述的计算机输入装置，其中，所述手柄元件可拆卸地与所述基底元件相连。
14.如权利要求1-13中任何一项所述的计算机输入装置，其中，所述检测装置和通信装置设置在所述基底元件中。
15.如权利要求7-10中任何一项所述的计算机输入装置，其中，所述检测装置毗邻所述接头设置在基底元件中。
16.如权利要求1-13中任何一项所述的计算机输入装置，其中，所述检测装置和通信装置设置在手柄元件中。
17.一种为放置在一表面上而设置的且可与手柄元件相连从而与该手柄元件联合构成计算机输入装置的基底元件，其中，该基底元件设有凹口，该凹口适合于接收在其中可枢轴旋转的手柄元件，从而防止该手柄元件绕着其连接轴相对于基底元件旋转。
18.如权利要求17所述的基底元件，包括一外壳，其中设有所述凹口。
19.如权利要求18所述的基底元件，其中所述凹口设置在外壳的最远离所述表面的一部分的中心。
20.如权利要求17-19中任何一项所述的基底元件，其中，所述凹口具有圆周支撑部，用于与所述手柄元件配合限制该手柄元件的倾斜度。
21.如权利要求17-20中任何一项所述的基底元件，其中，所述凹口具有基本上磨圆的三角形边缘。
22.如权利要求17-21中任何一项所述的基底元件，其中，用于可枢轴转动地接收所述手柄元件的接头设置在所述凹口中。
23.如权利要求22所述的基底元件，其中，所述接头是基本上无摩擦的接头。
24.如权利要求17-21中任何一项所述的基底元件，其中，通过设有接头部，所述凹口适合于接收在其中可枢轴旋转的手柄元件，该接头部适合于与手柄元件上的互补接头部相连接。
25.如权利要求24所述的基底元件，其中，所述接头部是基本上无摩擦的接头部。
26.如权利要求24或25所述的基底元件，其中，所述接头部是球-和-承窝接头的承窝部。
27.如权利要求26所述的基底元件，其中，所述承窝部设有适合于接收手柄元件上的接头部上的锁定销的锁定槽。
28.如权利要求17-27中任何一项所述的基底元件，其中，所述外壳与所述凹口壁和接头部一体形成。
29.如权利要求17-28中任何一项所述的基底元件，其中，所述基底元件适合于可拆卸地与手柄元件相连。
30.如权利要求17-29中任何一项所述的基底元件，其中，所述基底元件包括用于检测所述基底元件相对于所述表面的位移的检测装置。
31.如权利要求24-29中任何一项所述的基底元件，其中，所述基底元件包括用于检测所述基底元件相对于所述表面的位移的检测装置，其中所述检测装置设置成靠近所述接头部。
32.如权利要求17-31中任何一项所述的基底元件，其中，所述基底元件包括用于对有关所述位移的信息与计算机进行通信的通信装置。
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