CN101063915B - 线性定位输入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子装置的输入装置，其包括位置传感器、基座、滑动器和控制器。位置传感器包括第一定位元件和第二定位元件，第一定位元件相对于第二定位元件可操作地耦合。滑动器包括第一定位元件。基座被配置为对滑动器相对于基座沿单一轴线的滑动进行导向，并且基座包括第二定位元件。控制器被配置为基于滑动器相对于基座的线性滑动位置来捕获用户输入，所述线性位置是根据第一定位元件相对于第二定位元件的位置而确定的。

Description

线性定位输入装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年4月25日提交的题为“LINEAR POSITIONINGINPUT DEVICE”、律师号为A310.278.101的美国临时专利申请No.60/794,723的优先权，该申请通过引用而结合于此。
技术领域
本发明涉及线性定位输入装置。
背景技术
便携式电子装置，例如移动电话、便携式音乐播放器等，通常包括显示装置以及至少一种输入装置，该输入装置用于对显示装置上的图形用户界面进行导航。诸如4向摇杆开关、TouchPadTM装置、滚轮键(jogdial)、滚动式转盘(scroll wheel)以及基于手持游标器(puck-based)的输入装置这样的多种传统输入装置中的任何一种被嵌入到便携式电子装置中。设计者试图在容纳视频、静止图像、基于网页的应用、大量数据存储、文档查看、音乐列表导航等所用的越来越大的显示装置所需占据的空间与对输入设备大到足以有效、容易地使用的期望之间进行平衡。
在某些情况下，便携式电子装置包括传统的侧面安装轮或手指触摸传感器，以便能够对歌曲或其他条目的长列表进行滚动，从而能够观看列表并从列表中选择条目。在一种传统输入装置中，一旦通过滚轮的旋转定位或手指在触摸传感器上的重复敲击选择了条目，则开关将所选条目激活。但是，使用这种传统的侧面安装输入装置对诸如歌曲这样的信息的长列表进行导航，由于要通过手指或拇指的重复运动来对长列表或菜单进行导航，所以对于许多使用者来说令人厌倦。此外，用于加速长列表导航的传统软件技术也不够。
使用者一直希望便携式电子设备的用户输入装置有更高精度和准确性，而设计者面对着减小尺寸和增加功能的持续压力。对于这些挑战，传统的输入装置一直达不到市场期盼。
附图说明
图1是根据本发明的一种实施例，包括输入装置的电子装置的俯视图。
图2是图示了根据本发明一种实施例的输入装置的显示装置和线性定位器的侧视图。
图3A是根据本发明一种实施例的输入装置的线性定位器的俯视图。
图3B是根据本发明一种实施例的输入装置的线性定位器的俯视图。
图3C是根据本发明一种实施例的输入装置的线性定位器擒纵机构的俯视图。
图3D是根据本发明一种实施例的输入装置的线性定位器的侧视图。
图4是根据本发明一种实施例的输入装置的电容位置传感器机构的俯视图。
图5是图示了根据本发明一种实施例，与输入装置的滑动器的线性位置相对应的输出信号的示意图。
图6是图示了根据本发明一种实施例的表示输入装置的电路的示意图。
图7A是根据本发明一种实施例的输入装置的电容位置传感器机构的俯视图。
图7B是根据本发明一种实施例的输入装置的光学位置传感器机构的侧视图。
图7C是根据本发明一种实施例的输入装置的磁性位置传感器机构的侧视图。
图8A是根据本发明一种实施例的输入装置滑动器的按钮机构的俯视图。
图8B是根据本发明一种实施例，沿图8A的8B-8B线所取的按钮机构剖视图。
具体实施方式
下面的详细说明参考了构成其一部分的附图，附图中通过示例方式示出了实施本发明可以采用的具体实施例。为此，方向性术语，例如“顶部”、“底部”、“前”、“后”等是参考正在描述的(多幅)附图的方向使用的。因为本发明的实施例中的组件可以在多种不同方向上定位，所以这些方向性术语被用于说明目的并且决不是限制性的。应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，可以采用其他实施方式，并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，下面的详细说明不应理解为限制意义，本发明的范围由所附权利要求书来限定。
本发明的实施例针对一种输入装置。在一种实施例中，输入装置包含在便携式电子装置中，并配置为捕获与电子装置功能有关的用户输入。在一种实施例中，输入装置配置为安装在电子装置的侧边缘上(而不是电子装置的正面)。在一个方面，将输入装置安装在侧面可以使电子装置的整体尺寸更小，或者使得对于给定的电子装置尺寸可以将电子装置的显示装置制造得更大。
在一种实施例中，输入装置包括线性定位器，该定位器包括位置传感器、滑动器、基座和控制器。位置传感器包括第一定位元件和第二定位元件，第一定位元件相对于第二定位元件可操作地耦合。在一个方面，第一定位元件在机械上和电学上独立于第二定位元件(即未通过有线连接方式进行实体连接)。滑动器包括第一定位元件。基座包括第二定位元件，并配置为对滑动器相对于基座沿单一轴线的线性滑动进行导向。控制器配置为基于滑动器相对于基座的线性滑动位置来捕获用户输入，所述线性位置是根据第一定位元件相对于第二定位元件的位置和/或运动而确定的。
在一种实施例中，位置传感器是电容位置传感器，而在其他实施例中，位置传感器是光学位置传感器或磁性位置传感器。
在一种实施例中，输入装置可以有第一导航区域和第二导航区域。第一导航区域与滑动器相对于基座线性运动范围的中央部分有关。在这个第一导航区域中，对于滑动器的相应单个运动单位，每次使电子装置显示装置上的位置移动一个条目。因此，第一导航区域可以实现位置控制模式，其中可以对光标(或其他导航元素)的位置以不连续(discrete)的、一次一步的方式进行控制。
在另一种实施例中，线性定位器包括擒纵机构，该机构便于对滑动器以一次一步的方式进行受控运动，并用于将滑动器位置保持在期望位置。
在另一个方面，第二导航区域与位于滑动器线性运动范围中央部分相反端的两个基座端部有关。在这个第二导航区域中，只要滑动器保持在滑动器线性运动范围的各个端部之一，则电子装置显示装置上光标(或其他导航元素)的位置大体上一次连续移动一个或几个条目。在另一个方面，当滑动器处于第二导航区域中时，滑动器移动得离其线性运动中央位置越远，光标在显示装置上运动的速度就越快。因此，第二导航区域可以实现速度控制模式，其中光标(或其他导航元素)基于滑动器在第二导航区域中的存在而基本上连续运动，并通过滑动器离与第一导航区域对应的中央部分的距离来控制移动速度。
在一个方面，速度控制模式使得不必通过传统滚轮或指触传感器中称为“滑动”的、进行反复接合/分开的传统手指操纵，即可进行快速滚动。此外，将第一导航区域夹在第二导航区域的两部分之间使得无需将手指在滑动器上重新定位即可在位置控制模式与速度控制模式之间进行无缝切换。
在一种实施例中，滑动器包括单独的按钮，或者滑动器起按钮作用，用于激活与光标(或其他导航元素)在第一导航区域和/或第二导航区域中的位置有关的电子装置功能。
在一种实施例中，输入装置包括位于基座相反端部中的成对第一弹簧，用于在用户将滑动器推到第二导航区域中时提供触感反馈。在一个方面，第一弹簧被加压(biased)以使滑动器在用户松开滑动器时离开第二导航区域。在另一个方面，第一弹簧还受到机械预载荷，从而在第一导航区域与第二导航区域之间过渡时提供另外的触感反馈。
在另一种实施例中，输入装置还包括成对的第二弹簧(或包括成对第一弹簧的修改形式)，使滑动器在用户松开滑动器时回到第一导航区域中央。在另一个方面，滑动器包括手指感知机构，以检测用户的手指是否存在，使得在用户并未接触滑动器时第一导航区域中不会提示运动。
因此，本发明的实施例的各个方面实现了一种小体积输入装置，该输入装置具有可靠的机构来捕获与滑动器沿单一轴线的线性滑动位置有关的用户输入。
本发明的这些实施例以及其他实施例是结合图1-图8B来描述和说明的。
本发明的实施例特别适用于在便携式电子装置(例如移动电话，个人数字助理、便携式音频播放器等)或其他主机装置(例如膝上型计算机)上实施，所述电子装置用于输入装置的空间有限。图1是图示了根据本发明一种实施例，包括输入装置20的便携式电子装置10的俯视图。在一种实施例中，便携式电子装置10是无线移动电话。在其他实施例中，装置10是包括有输入装置20的任何类型便携式电子装置，所述输入装置20用于捕获用户的控制输入，装置10包括但不限于个人数字助理(PDA)、数码相机、便携式游戏装置、寻呼机、便携式音乐播放器、以及手持计算机。在另一种实施例中，便携式电子装置10是传统的计算机鼠标器，输入装置20安装在这种传统计算机鼠标器的按键之间替换传统的鼠标滚轮。
如图1所示，在一种实施例中，装置10包括壳体12，壳体12带有显示装置14、小键盘16、第一输入装置20、和第二输入装置22。在一个方面，第一输入装置20包括带有按钮25的滑动器24。显示装置14包括能够显示光标和/或其他导航元素的屏幕。在一个方面，显示装置14包括图形用户界面(GUI)的一个或多个元素，所述元素包括但不限于条目27的菜单26(或列表)。小键盘16包括代表数字、字母或其他符号的一个或多个可激活键。在一种实施例中，输入装置10可以省略小键盘16。
在一种实施例中，如图1所示，第二输入装置22安装在电子装置10中壳体12的表面15上，并包括用于在显示装置显示装置14上导航的4向摇杆或滚动式转盘。在其他实施例中，电子装置10可以省略第二输入装置22。在一种实施例中，第一输入装置20安装在电子装置10中的壳体12的侧边缘17上，并配置为使滑动器24可以沿单一运动轴线(由方向箭头Y表示)滑动。在另一种实施例中，第一输入装置20安装在壳体12的表面15上或电子装置10的其他位置处(例如顶部边缘、底部边缘、背部等)。
在一个方面，滑动器24由手指控制沿壳体12侧边缘17部分的运动可以捕获与电子装置10有关的用户控制输入，例如与显示装置14有关的导航和选择功能。在一个方面，滑动器24的线性运动使得显示装置14上所示条目27的菜单26向上或向下滚动，或者对电子装置10的其他功能进行导航。在一个方面，第一输入装置20包括带有按钮25的滑动器24，能够通过滑动器24的线性位置激活所选择的或被加亮的至少一个功能。
下面结合图2-图8B对根据本发明实施例的输入装置20的这些方面以及其他方面进行更详细的描述和说明。
图2是图示了根据本发明一种实施例的输入装置20的侧视图。如图2所示，输入装置20包括滑动器24和基座30，其中滑动器24带有按钮25。在一个方面，滑动器24包括滑动器壳体29，而基座30安装在电子装置10的壳体12中或其侧边缘17上。
在一种实施例中，输入装置20包括基座30，基座30配置为对滑动器24沿单一轴线(大体上由方向箭头Y表示)相对于电子装置10的壳体12的滑动进行限制和引导。在一个方面，基座30包括室35，室35包括第一端36A和第二端36B，所述第一端和第二端布置在室35的相反端，限制滑动器24相对于基座30的滑动范围，并从而限制其相对于电子装置10的壳体12的滑动范围。
在一种实施例中，输入装置20配置为允许滑动器24在第一导航区域40(大体上由标号A表示)和第二导航区域42A、42B(大体上由标号B表示)内运动。在一个方面，第一导航区域40包括位置控制模式，其中，对于滑动器24的每个线性运动单位，显示装置14上的加亮部分每次移动一个条目。在另一个方面，在第二导航区域42A、42B布置在第一导航区域40的相反侧情况下，第二导航区域42A、42B包括速度控制模式(例如游戏杆模式、快速滚动模式)。在这种速度控制模式中，一旦滑动器24移动到第二导航区域42A或42B中，则随着条目在菜单26中以基本上连续的方式滚动，菜单26(图1中显示装置14中)上的条目中每次有一个或多个条目可见。在另一个方面，在滑动器24位于这个第二导航区域(42A、42B)中的情况下，菜单中的条目每次连续移动一组，限定了窗口滚动模式。
在另一个方面，一旦用户通过速度控制模式下的滚动在第二导航区域42A、42B中识别了期望的条目组，则用户将滑动器24移动到第一导航区域40中，从而启动位置控制模式(例如1∶1模式)每次在(显示装置14中所见的)菜单26上所选条目组中移动一个条目，直到在显示装置14上选定或加亮菜单26中期望的条目。
图2还图示了第一导航区域40的其他方面，其中显示装置26上的条目27分别对应于第一导航区域40中的具体的线性位置单位(如线条50A-50G所示)。在一个方面，这种结构包括位置控制模式，其中滑动器24的每一个线性运动单位(例如单位50A-50G)直接对应于显示装置14的菜单26上光标(或导航元素，例如加亮条)向上或向下运动仅一个位置或条目。在一个方面，如图2所示，显示装置14的菜单26上的加亮的条目54对应于滑动器24的线性位置输入50E。
在一种实施例中，在第一导航区域中，装置10的显示装置14上可见的菜单26包括用于菜单26上所列出条目27的动态空间分配。在一个方面，如图2所示，列出了数目“n”个条目27，每个条目27占据了显示装置14上菜单26可用空间的1/n。在此示例中，如图2所示，菜单26上列出了7个条目。在另一个方面，在激活所列条目27之一(例如条目54)时(“个性化广播”，“podcasting”)，不同数目的条目被显示为菜单26。例如，随着激活被加亮条目24，菜单26上出现12个条目27，每个条目27占据了菜单26可用空间的约1/12。因此，采用用于条目27的动态空间分配的这种实施例，条目27的菜单26不限于电子装置10的显示装置14上可见的单一固定数目“n”个条目27。
在一种实施例中，电子装置10的控制器或输入装置20的控制器(例如图6中的控制器206)对条目27的动态空间分配进行控制，并确定电子装置10的显示装置14的菜单26上可显示条目27的最小数目“n”或最大数目“n”。在另一种实施例中，电子装置10的控制器或输入装置20的控制器根据要显示的条目类型来确定显示装置14上条目27的动态空间分配。在一种非限制性示例中，条目27的一种类型是视频，视频菜单26包括对5个条目27的空间分配，每个条目27占据菜单26上可用空间的1/5。在另一种非限制性示例中，条目的一种类型是歌曲，歌曲菜单包括对10个条目的空间分配，每个条目27占据菜单26上可用空间的1/10。
在一种实施例中，滑动器24相对于基座30摩擦结合，使得一旦滑动器24移动到第一导航区域40中的指定线性位置，滑动器24就保持在该位置。
在一种实施例中，输入装置20包括设置在基座30相反端的弹回机构(例如弹簧38A、38B)，用于在滑动器24在可滑动范围的至少一部分中进行线性滑动过程中向用户提供触感。在一个方面，弹簧38A、38B在基座30的室35中的位置大体上对应于第二导航区域42A、42B的位置，使得在滑动器24滑动时，滑动器24的中间杆32与弹簧38A、38B中任一者接触，从而(通过触感)向用户作出进入与第二导航区域42A、42B有关的速度控制模式的提示。
在另一个方面，第二导航区域42A、42B的速度控制模式对应于速率区域或游戏杆区域，在所述区域中，无论滑动器24何时处于第二导航区域42A、42B中，显示装置14上的列表或菜单26都持续滚动。在这种设置中，当用户松开滑动器24时，弹簧38A、38B起作用，迫使滑动器24离开第二导航区域42A、42B进入第一导航区域40。这种机构防止了显示装置14上的列表或菜单26在无人触及滑动器24时的滚动。
在一种实施例中，输入装置20的滑动器24包括按钮25，用于在滑动器24位于第一导航区域40或第二导航区域42A、42B中时，激活与显示装置的菜单26上的光标(或其他导航元素)位置有关的电子装置10功能。在一个方面，沿z轴方向向内朝壳体12移动按钮25来激活期望的功能。按钮25的其他实施例会结合图8A和图8B进行更详细的描述。
在另一个方面，当滑动器24位于第二导航区域42A、42B中时，滑动器24朝向第二导航区域42A、42B那端运动越远，显示装置14的菜单26滚动的速度就越快，速度与滑动器24所处位置离位于中央的第一导航区域40的距离成比例。
图3A是根据本发明一种实施例，输入装置的线性定位器的俯视图。如图3A所示，在一种实施例中，输入装置60包括与前面结合图1-图2描述和说明的输入装置20基本相同的特征和属性，只是另外包括形状不同的滑动器70和机械限位器64。在一个方面，输入装置60限定了包括基座30的线性定位器，基座30包括侧壁62和成对的机械限位器64，所述机械限位器64布置在与基座30的各个末端36A、36B邻近的各个相应侧壁62上。各对机械限位器64位于滑动器70的相反侧，并限定有间隙66。
在一个方面，滑动器70包括主体72和成对的指状部74，指状部74沿相对于主体72彼此相反的方向向外延伸。滑动器70还包括侧向接触部分76，侧向接触部分76在滑动器70的各个指状部74的相反侧向外侧向延伸。每个指状部74的尺寸调整为可以滑动通过间隙66，而机械限位器64设置成可松开地与滑动器70的侧向接触部分76结合，以对滑动器70克服各个弹簧38A、38B的运动范围进行限制。机械限位器64设置成对弹簧38A、38B造成预载荷，使得随着用户将滑动器70从第一导航区域(A)40移到第二导航区域(B)42A、42B，在指状部74的一端接触弹簧38A、38B之一时，用户感受到力有突然改变，这种改变是用户易于分辨出来的。这种触感反馈便于用户得知第一导航区域40与第二导航区域42A、42B之间的过渡。
图3B是根据本发明一种实施例，输入装置的线性定位器的俯视图。如图3B所示，在一种实施例中，输入装置80包括与前面结合图3A描述和说明的输入装置60基本相同的特征和属性，只是还包括作为线性定位器一部分的再对中(re-centering)弹簧82A、82B。在此实施例中，当用户沿基座30将滑动器70移动到其滑动范围的非中央位置时，再对中弹簧82A、82B起作用，使滑动器70返回第一导航区域(A)40的中央位置。
在另一种实施例中，如图3B所示，滑动器70还另外包括传感检测机构77，以感知是否有用户的手指位于滑动器70上。因此，在一个方面，在传感检测机构检测到用户已松开滑动器70时禁止显示装置14上的光标控制，从而防止显示装置14上的选定项从其被选择的位置移动到显示装置14中央。
如图3B所示，在一种实施例中，再对中弹簧82A、82B在弹簧38A、38B内与其同心并大体上平行地延伸，使得弹簧38A、38B仍然在第一导航区域40与第二导航区域42A、42B之间提供触感区分。在一个方面，如图3B所示，机械限位器64仍然起着对弹簧38A、38B施加预载荷的作用，从而如前文结合图3A所述在第一导航区域40与第二导航区域42A、42B之间过渡时提供触感反馈。
但是，在另一种实施例中，通过具有非线性弹簧常数的单个弹簧以本领域技术人员明白的方式来获得弹簧82A与弹簧38A组合的作用力分布。同样，通过具有非线性弹簧常数的单个弹簧以本领域技术人员明白的方式来获得弹簧82B与弹簧38B组合的作用力分布。
图3C是根据本发明的一种实施例，包括了擒纵(detent)机构86的输入装置85的线性定位器的俯视图，其用于在使滑动器87在显示装置14的菜单26上的各个条目间移动时提供触感反馈。如图3C所示，输入装置85包括基座30和滑动器87，它与输入装置20、60、80(如前面结合图1-图3B的说明)具有基本相同的特征和属性，只是还包括擒纵机构86。擒纵机构86包括扇形89和弹簧88。扇形沿基座30的侧壁62连续形成，而弹簧88布置在滑动器87上，且大小和形状被调整为可沿着侧壁62从一个扇形89滑动到另一扇形89。在另一个方面，弹簧88在可以选择性地沿侧壁62滑动的同时，倾斜成沿基座30的侧壁62与各个扇形89啮合。在另一个方面，用一个或多个扇形89来指示第一导航区域40与第二导航区域42A、42B之间的过渡区域(参见图2、图3A-3D)。
图3D是根据本发明一种实施例，输入装置的线性定位器的侧视图。如图3D所示，输入装置90包括线性定位器，与输入装置20、60和80(如前面结合图1-图3C的说明)具有基本相同的特征和属性，只是还包括大体上曲线结构，该结构中滑动器92具有弯曲接触表面93。在此实施例中，基座94具有弯曲表面95，表面95的尺寸和形状调整为使滑块92(通过弯曲接触表面93)可以相对于基座94的弯曲表面95以互补(reciprocal)方式滑动。在一个方面，采用这种线性定位器90以便包含到具有大体上盘形或环形主体的便携式电子装置中。
本发明的实施例使用各种位置传感器机构中的任何一种与输入装置20、60、80、85、90相结合来捕获用户的控制输入。在一种实施例中，位置传感器机构包括基于电容的位置传感机构，例如与图4-图7A相结合来说明的机构。在另一种实施例中，位置传感器机构包括基于光学的位置传感机构，例如下文中结合图7B进一步说明的机构。在另一种实施例中，位置传感器机构包括基于磁性的位置传感机构，例如下文中结合图7C进一步说明的机构。
图4是根据本发明的一种实施例，输入装置的基于电容的位置传感器机构100的俯视图。在一种实施例中，位置传感器机构100包括与输入装置20、60、80、85和90(如前面在图1-图3D中说明的)基本相同的特征和属性。
在一种实施例中，位置传感器机构100包括电极基座101和导电滑动器杆120，二者可操作地耦合在一起。在一个方面，导电滑动器杆120包括第一定位元件，电极基座101包括第二定位元件。在一个方面，电极基座101限定了大体上分两部分的输入装置中大体上固定的底部，而导电滑动器杆120包括输入装置的上部，不过输入装置并不严格限于两个部分。在一个方面，导电滑动器杆120包括前面结合图2-图3D说明的滑动器的一部分。在一种实施例中，通过在印刷线路板上布置导电迹线或焊盘来形成电极基座101，该印刷线路板包括被配置为通过电极基座101的电极部分来对信号进行驱动和控制的集成电路。
在一种实施例中，如图4所示，电极基座101包括大体上矩形的细长部件，该部件包括彼此电隔离开的电极阵列。在一种实施例中，该阵列包括第一传感电极102(也用标号C表示)、第二传感电极104(也用标号E表示)和驱动电极106。第一传感电极102和第二传感电极104布置在驱动电极106的相反侧。在一个方面，第一传感电极102和第二传感电极104各自形成为大体上三角形。
在一个方面，第一传感电极102包括第一端112和第二端110，第一端112包括直角三角形的第一顶点，第二端110包括布置成与第一顶点相对的直角三角形的边。
在一个方面，第二传感电极104包括第一端114和第二端116，第一端114包括大体上直角三角形电极104的第一顶点，第二端116包括与第一顶点相对的直角三角形的边。因此，各个传感电极102、104的截面积从各个传感电极102、104第一端附近的大约为零改变到各个传感电极102、104第二端附近的最大截面积。
在一个方面，驱动电极106包括第一端118和第二端119，并包括大体上平行四边形状部件。在一个方面，从驱动电极106的第一端118到第二端119，其截面积保持基本不变。在另一个方面，第一传感电极102和第二传感电极104沿相反方向定向，使得第一传感电极102的第一顶点(即第一端112)指向与第二传感电极104的第一顶点(即第一端114)相反的方向。
在一个方面，导电滑动器杆120包括大体上矩形的杆，它与电极基座101垂直隔开并可相对于其滑动，并相对于电极基座101的纵轴定位在横向。如图4所示，位置传感器机构100的导电滑动器杆120可以沿第一方向(如方向箭头U所示)或相反的第二方向(如方向箭头D所示)相对于电极基座101沿直线方向滑动。在一个方面，用导电滑动器杆120的向下滑动(方向D)来捕获与图1中电子装置10的显示装置14上菜单26的向下滚动有关的用户输入，用导电滑动器杆120的向上滑动来捕获与菜单26的向上滚动有关的用户输入。
在一个方面，导电滑动器杆120包括并不连到地或信号源的无源导电元件，从而相对于电极基座101处于浮动电位。因此，导电滑动器杆120与电极基座101在机械上和电学上都无关。在通过电极基座101的驱动电极106施加输入信号时，导电杆120起到将驱动电极106电容耦合到相应的第一和/或第二传感电极102、104的作用。
在一个方面，在通过驱动电极106施加驱动信号时，驱动电极106经过导电滑动器杆120相对于第一传感电极102的电容耦合产生了输出信号C，驱动电极106经过导电滑动器杆120相对于第二传感电极104的电容耦合产生了输出信号E。
图5是图示输出信号C(例如第一传感电极102)和输出信号E(例如第二传感电极104)幅度的示意图，这些输出信号表示了通过位置传感器机构100检测到的滑动器24位置。如图5所示，x轴152表示滑动器24相对于电极阵列101的线性位置，y轴154表示各个输出信号C、E的幅度。
各个输出信号C和E的幅度对应于(滑动器24的)导电滑动器杆120与相应的第一和/或第二传感电极102、104重叠的程度。在一个方面，输出信号C的幅度的斜率大体上对应于第一传感电极102的截面积，该截面积从电极阵列101的第一端到第二端以渐增方式改变。在另一个方面，输出信号E的幅度的斜率大体上对应于第二传感电极104的截面积，该截面积从电极阵列101的第二端到第一端以渐增方式改变。因此，第一传感电极102和第二传感电极104沿这段电极阵列101的截面积变化使得可以通过输出信号C和E的值来确定导电滑动器杆120的线性位置。
在一个方面，输入装置(例如图1-图6的输入装置20)的电极阵列101可以具有不同的电极图案布局(例如稍后结合图7A描述和说明的)，以及本领域技术人员可知的其他电极图案。
在另一个方面，如结合图4-图5所说明的，一系列用户输入与输出信号C和E的一个或多个参数(例如幅度、斜率等)相关联，以产生与第一导航区域40(图2-图3)中(滑动器24的)导电滑动器杆120的线性位置范围对应的已知的和可选择性改变的用户输入数目(例如8、10)。在一个方面，可以通过信号C幅度与信号E幅度的比较来确定导电滑动器杆120的绝对位置，其中信号C对应于第一传感电极102，信号E对应于第二传感电极104。
如图5所示，输出信号C的幅度从导电滑动器杆120线性运动范围中一端(例如线性位置1)的最小值到另一端(线性位置100)的最大值递增改变，输出信号E的幅度以相反方式，从导电滑动器杆120线性运动范围中一端(例如线性位置1)的最大值到另一端(线性位置100)的最小值递减改变。
在一个方面，如果如图4-图5所示将输入范围1到100指定到导电滑动器杆120的整个滑动范围，则具体的输出信号C、E幅度被指定到各个相应的输入值。在另一个方面，第一导航区域40(由标号A表示)被指定到特定值范围，例如输入值范围35到65之间(或者其他值，例如分别为25和75)。在此位置，如前文结合图2描述和说明的，导电滑动器杆120的每次增量运动直接对应于菜单26或列表上的一个位置移动(或一次一个条目)。另一方面，当导电滑动器杆120被置于第一导航区域40外部时，通过线性定位器100控制的光标变为受到第二导航区域42A、42B(由标号B表示)的参数(例如速度控制模式)控制。
在另一个方面，确定(滑动器24的)导电滑动器杆120的位置大体上是根据：(1)输出信号C与输出信号E之间的差；(2)输出信号C与输出信号E的比率；或(3)输出信号C与输出信号E的差除以输出信号C与输出信号E的和。在后一种确定方式中，如果传感导体120与电极102、104和106之间的电容大致相等，则对总和进行归一化消除了该间隙对电容的影响。
图6是图示了根据本发明的一种实施例，跟导电滑动器杆120与电极基座101的各个电极102-106(示于图4)之间的相互作用对应的等效电路200的示意图。在一个方面，如图6所示，导电滑动器杆120相对于电极102、104、106的重叠分别由电极120-C、120-E和120-DRIVE表示。导电滑动器杆120与第一传感电极102重叠的部分形成了平行板电容器，它具有与该重叠成比例的电容C1。类似地，导电杆120与第二传感电极104重叠的部分形成了平行板电容器，它具有与该重叠成比例的电容C2，以此类推。由于所有的电容器分摊了导电杆120的各部分，所以等效电路200包括与标号202所示共用电极导体相连的三个电容器，所述共用电极导体对应于图6中的导电滑动器杆120。通过测量导电滑动器杆120与各个传感电极102、104(在被驱动到某个电位时)之间的重叠电容，可以确定导电滑动器杆120相对于传感电极102、104的线性位置。
在一种实施例中，这种位置确定是通过控制器206进行的，控制器206可以是输入装置20(图1)的一部分；也可以是电子装置10的一部分，其中输入装置20形成所述该电子装置10的一部分。在一种实施例中，控制器206产生信号204，信号204指示了导电滑动器杆120的当前位置。
本领域普通技术人员可以理解，控制器206执行的功能可以通过硬件、软件、固件或其任意组合来实施。这种实施可以通过微处理器、可编程逻辑器件或状态机来进行。本发明的组件可以存在于在一种或多种计算机可读介质上的软件中。此处所用术语“计算机可读介质”定义为包括任何种类的存储器中，无论其是易失性还是非易失性的，例如软盘、硬盘、CD-ROM、闪存、只读存储器(ROM)和随机访问存储器。
图7A是根据本发明一种实施例，输入装置的电容位置传感器机构250的俯视图。在一种实施例中，位置传感器机构250包括与前面结合图4-图6所述的、与位置传感器机构100有关的大体相同的特征和属性，只是位置传感器机构250的各个传感电极和驱动电极有不同的几何图案。因此，在一个方面，位置传感器机构250可以确定滑动器沿单个运动轴线(由方向箭头Y表示)的位置。
如图7A所示，位置传感器250包括电极阵列251和导电滑动器260。在一个方面，滑动器260包括第一定位元件，电极阵列251包括可操作地耦合到第一定位元件的第二定位元件。电极阵列251包括被布置在传感电极252A、252B之间的中央驱动电极254。以与前面结合图4对位置传感器机构100进行的说明基本相同的方式，导电滑动器260起到将驱动电极254相对于传感电极252A、252B导体耦合的作用。在一个方面，导电滑动器260在两个方向中任意一个上沿单一轴线的滑动会在各个传感电极252A、252B之一中产生线性增大的信号，并在各个传感电极252A、252B通道的另一个中产生线性减小的信号。因此，在一个方面，位置传感器机构250产生的输出信号大体上对应于前面图5中所示的输出信号C和E。
在另一种实施例中，用图7B所示光学位置传感器机构270来代替图7A的电容位置传感器机构250或图4的位置传感器机构100。图7B是根据本发明一种实施例，输入装置的光学位置传感器机构270的侧视图。如图7B所示，位置传感器机构270包括带有反射图案274的滑动器272以及静止光学传感器276。在一个方面，滑动器272的反射图案274包括第一定位元件，静止光学传感器276包括相对于第一定位元件可操作地耦合的第二定位元件。在一个方面，滑动器272在其底面包括反射图案274，而静止光学传感器276包括发射器278、检测器280和控制器282。利用公知的光学导航原理，滑动器272上反射图案274相对于静止光学传感器276中发射器/检测器对的运动使得对滑动器272沿单一轴线的运动的确定能够产生与图5中的输出信号C、E大体上对应的输出信号模式。第一导航区域40或第二导航区域42A、42B中这些与滑动器272位置有关的输出信号被用来控制显示装置14上的光标(图1-图2)。
在另一种实施例中，用图7C所示基于磁性的位置传感器机构290来代替图7A基于电容的位置传感器机构250或图4的位置传感器机构100。图7C是根据本发明一种实施例，输入装置基于磁性的位置传感器机构290的侧视图。如图7C所示，位置传感器机构290包括带有磁性元件294的滑动器292以及磁传感器296，磁传感器296包括一个或多个霍尔效应传感器297(或其他磁位置传感器)及控制器298。在一个方面，滑动器292的磁性元件294包括第一定位元件，霍尔效应传感器297包括相对于第一定位元件可操作地耦合的第二定位元件。滑动器292的磁性元件294相对于传感器296中霍尔效应传感器297的运动使得对滑动器292沿单个轴线的位置和/或运动的确定能够产生与图5中的输出信号C、E大体上对应的输出信号模式。第一导航区域40或第二导航区域42A、42B中这些与滑动器292位置有关的输出信号被用来控制显示装置14上的光标(图1-2)。
如前面结合图2所述，输入装置20的滑动器24包括按钮25，用于在滑动器24处于第一导航区域40或第二导航区域42A、42B中的期望位置时激活电子装置10的功能。在此实施例中，按钮25包括导电滑动器杆120(图4)，在按压滑动器24的按钮25过程中，滑动器杆120移到更靠近传感电极102、104和/或驱动电极106处。这种行为造成输出信号C和E的幅度增加，这种增加被捕获，从而在激活按钮25时根据滑动器24的线性位置来激活便携式电子装置功能。
图8A和图8B图示了输入装置按钮的另一种实施例，用于相应于可沿单一轴线运动的滑动器位置来激活电子装置的功能。相应地，图8A是根据本发明一种实施例的电容位置传感器机构300的俯视图，该机构包括带有按钮机构306的滑动器304。如图8A所示，位置传感器机构300包括电极基座302，滑动器304包括按钮机构306。在一种实施例中，电极基座302包括与上文中结合图4描述和说明的电极基座101基本相同的特征和属性。在一个方面，滑动器304包括壳体330(由虚线表示)，将结合图8B进一步描述和说明壳体330。
如图8A所示，按钮机构306含有包括第一导电杆320和第二导电杆322的导电杆对，这些导电杆沿与线性滑动方向大体上平行的方向彼此有间距。以与线性定位器100的导电滑动器杆120大体上相同的方式，与第一、第二传感电极102、104各自线性变化的截面积有关的导电杆320、322的线性运动使得可以确定滑动器304相对于电极阵列302的线性位置。
在一种实施例中，按钮机构306还包括第三导电杆324，第三导电杆324布置在第一导电杆320与第二导电杆322之间并配置为与电极杆302可拆卸地啮合，以激活电子装置10的功能，这将结合图8B进一步说明。在另一个方面，根据需要，三个杆320、322和324可以电连接，也可以不连接。
图8B是根据本发明的一种实施例沿8B-8B线所取的图8A剖视图。如图8B所示，在一种实施例中，滑动器304包括壳体330，壳体330将按钮340支撑为可垂直滑动。在一个方面，按钮340的底部支撑第三导电杆324，导电杆320、322安装在壳体330的底部341附近。
在一个方面，按钮340及与之相关的第三导电杆324可以在静止位置与使用位置之间运动，使用位置对应于电子装置10功能的激活，静止位置对应于中性功能——即不激活电子装置的功能。在另一个方面，电子装置10的功能包括将电子装置10的显示装置14的菜单26上被选择或被加亮的条目94激活(图2)。
在一个方面，在将按钮340按压到使用位置时，第三导电杆324被移动到与电极基座302的电极102-106接触或非常接近，这使得通过第三导电杆324相对于电极基座302各个电极102-106的电容耦合产生的一个或多个输出信号的幅度明显增大。在检测到与按压按钮340有关的输出信号显著增大时，输入装置20的控制器激活电子装置的功能，例如将通过滑动器304的线性定位进行的选择功能激活以加亮或选择菜单26上的条目27(图2)。在松开按钮340时，与电极基座302的电极102-106有关的输出信号C、E(图5)回到其与导电杆320、322的线性位置有关的状态。由于通过信号之和对信号C与信号E之差进行了归一化，所以位置信息不会受到点击的影响。
在另一种实施例中，按钮机构306配置为根据输出信号的多个阈值来触发滑动器304和/或电子装置10的不同功能，所述输出信号对应于随着按钮340接近传感电极102-104时按钮340与传感电极102、104之间的距离。在一个方面，按钮机构306的第一输出阈值提供了前面结合图3B说明的“接触”感知功能，与再对中弹簧82A、82B的再对中行为协作用于光标控制的允许和禁止。在另一个方面，按钮机构306的另一输出阈值大体上对应于与电子装置10的功能选择有关的点击功能。在一个方面，还通过一体的机械元件(例如弹片开关(dome switch))允许点击功能以提供与选择有关的触感。在另一个方面，将按钮340激活并不会制止滑动器运动。由此可以实现与传统鼠标器一样的拖放操作。
本发明的实施例提供了一种可靠的输入装置，其被配置为通过滑动器的线性位置来捕获用户输入。在一种实施例中，将输入装置安装在侧面节省了电子装置表面上的空间，使得可以有更多空间用于更大的显示装置或使电子装置可以占据更小空间。在另一个方面，给滑动器杆设置第一导航区域和第二导航区域克服了下述缺点：拇指在传统的侧面安装式滚轮上反复进行令人厌倦的重定位、或手指在传统的电容式侧面安装指触传感器上反复进行滑动。
尽管本申请中已经图示和说明了一些具体实施例，但是本领域普通技术人员可以想到，在不脱离本发明范围的情况下，可以将所示和所述的具体实施例换成各种替换的和/或等效的实施方式。本申请意在覆盖此处所述具体实施例的任何修改或变更形式。因此，本申请应当仅由权利要求书及其等同物所限制。

Claims (21)

1.一种电子装置的输入装置，包括：
位置传感器，其包括第一定位元件和第二定位元件，所述第一定位元件相对于所述第二定位元件可操作地耦合，所述第一定位元件是机械上独立的元件并包括电学无源器件；
滑动器，其包括所述第一定位元件；
基座，其被配置为对所述滑动器相对于所述基座沿单一轴线的滑动进行导向，所述基座包括所述第二定位元件；以及
控制器，其被配置为基于所述滑动器相对于所述基座的线性滑动位置来捕获用户输入，所述线性滑动位置是根据所述第一定位元件相对于所述第二定位元件的位置确定的，
所述基座包括：
中央部分，其对应于第一导航区域，所述滑动器在所述第一导航区域中线性运动的一个单位直接对应于所述电子装置的显示装置上的导航元素位置的线性运动的一个单位；以及
成对的端部，其布置在所述中央部分的相反两侧并且对应于第二导航区域，其中，将所述滑动器定位在所述第二导航区域中会造成所述显示装置上连续的光标运动，并且其中，通过所述滑动器与所述中央部分间隔的距离来控制光标运动的速度。
2.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述输入装置安装在所述电子装置的壳体侧边缘上，所述显示装置安装在所述电子装置的正面部分和后面部分至少其一上。
3.根据权利要求2所述的输入装置，其中，所述显示装置的大小和形状被调整为基本上占据了安装所述显示装置的所述正面部分和所述后面部分中相应那部分的整个表面区域。
4.根据权利要求1所述的输入装置，还包括：
擒纵机构，包括：
布置在基座上的一系列擒纵构件；和
布置在所述滑动器上的弹簧，其被配置为与所述一系列擒纵构件可滑动地啮合，其中每个相应的擒纵构件直接对应于所述第一导航区域的不连续的输入位置。
5.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述基座包括室和成对第一弹簧元件，所述第一弹簧元件在机械上独立于所述滑动器，每个所述第一弹簧元件容纳在所述室的相应端部中，每个所述第一弹簧元件的长度对应于所述输入装置的每个相应端部处的所述第二导航区域的长度。
6.根据权利要求5所述的输入装置，其中，所述基座包括成对第二弹簧元件，所述第二弹簧元件在平行于所述第一弹簧元件的方向上延伸，每个所述第二弹簧元件包括第一端和第二端，所述第一端与所述室的端壁接触，所述第二弹簧元件的第二端紧固到所述滑动器。
7.根据权利要求5所述的输入装置，其中，所述基座的室包括侧壁，所述侧壁上布置有至少一个机械限位器，所述机械限位器定位成在所述滑动器相对于所述第一弹簧元件可松开地接触之前将所述第一弹簧元件保持在预载荷状态，其中，所述至少一个机械限位器位于所述第一导航区域与所述第二导航区域之间的过渡点处。
8.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述位置传感器包括电容位置传感器，所述第二定位元件包括电极阵列，所述电极阵列包括成对传感电极以及布置在所述各传感电极之间的驱动电极，所述电容位置传感器的第一定位元件起到将所述驱动电极相对于所述传感电极导电耦合的作用。
9.根据权利要求8所述的输入装置，其中，所述传感电极包括第一传感电极和第二传感电极，所述第一传感电极与所述第二传感电极布置在所述驱动电极的相反侧。
10.根据权利要求9所述的输入装置，其中，从所述基座的电极阵列的第一端到第二端，所述第一传感电极的截面积渐增地变化，并且，从所述电极阵列的第二端到第一端，所述第二传感电极的截面积渐增地变化，并且
其中，从所述电极阵列的第一端到第二端，所述驱动电极包括均匀的截面积。
11.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述电学无源器件与地和信号源这二者中至少一项电隔离。
12.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述位置传感器包括光学位置传感器，所述第一定位元件包括带有反射图案的表面，所述第二定位元件包括光学传感器模块，所述光学传感器模块包括发射器和检测器。
13.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述位置传感器包括磁性位置传感器，所述第一定位元件包括磁性元件，所述第二定位元件包括磁场检测器。
14.根据权利要求1所述的输入装置，其中，所述滑动器包括壳体，所述输入装置还包括：
点击传感器和接触传感器中的至少一项。
15.一种捕获对电子装置的用户输入的方法，所述方法包括：
安装电学无源杆，使之与静止电极基座处于有间隔的关系并可以相对于所述静止电极基座线性滑动；
将所述静止电极基座设置成：驱动电极布置在第一传感电极与第二传感电极之间并通过所述电学无源杆将这些传感电极相对于所述驱动电极电容耦合；以及
捕获用户输入，从而根据所述电学无源杆沿单一运动轴线相对于这些传感电极中每一者和所述驱动电极的线性位置来控制电子装置的显示装置上的导航元素，
其中，设置所述静止电极基座的步骤包括：
在所述静止电极基座的中央部分提供第一导航区域，在所述静止电极基座的中央部分的相反两端提供第二导航区域；以及
在所述第一导航区域中以位置控制模式捕获用户输入，在所述第二导航区域中以速度控制模式捕获用户输入，
在所述位置控制模式中，所述导航元素的位置以不连续的方式受到控制；在所述速度控制模式中，所述导航元素的移动速度基于所述电学无源杆与所述中央部分的距离而受到控制。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
根据所述电学无源杆相对于所述静止电极基座的线性位置，通过按钮沿不同于所述单一运动轴线的第二运动轴线朝向所述静止电极基座的运动来激活所述电子装置的功能。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述按钮包括下列至少其一：所述电学无源杆，以及位置与所述电学无源杆相邻的第二电学无源杆。
18.一种电子装置，包括：
壳体，包括表面部分和侧边缘，所述表面部分包括显示装置；和
输入装置，包括：
基座；
滑动器，其安装在所述壳体的侧边缘上，并被配置为可以沿单一运动轴线相对于所述基座滑动；
位置传感器，相对于所述基座并相对于所述滑动器来布置所述位置传感器，根据所述滑动器相对于所述基座的滑动来捕获用户输入，用于对所述电子装置的显示装置上的至少一个导航元素进行控制；以及
控制器，其被配置为提供：
第一导航区域，其管理所述位置传感器的中央运动范围内的输入，其中所述滑动器运动的每个单位直接对应于所述至少一个导航元素运动的每个单位；以及
第二导航区域，其管理所述位置传感器的成对端部位置范围内的输入，其中所述滑动器在所述第二导航区域中的存在使得所述至少一个导航元素连续地滚动，
其中，所述第一导航区域布置在所述第二导航区域的所述成对端部位置范围之间。
19.根据权利要求18所述的电子装置，还包括成对弹簧，各个所述弹簧布置在所述基座中沿所述单一运动轴线的相反两端处，每个相应的弹簧用于在用户将所述滑动器推到所述第二导航区域中时提供触感反馈，所述弹簧被加压使所述滑动器在被用户松开时回到所述第一导航区域。
20.根据权利要求18所述的电子装置，其中，所述位置传感器包括电容位置传感器、光学位置传感器和磁性位置传感器中的至少一种，其中每个相应的位置传感器包括包含在所述滑动器中的第一定位元件以及包含在所述基座中的第二定位元件。
21.根据权利要求18所述的电子装置，其中，所述控制器被配置为根据下列至少一项来为所述显示装置上的第一导航区域中可见的每个条目动态分配空间：1)待显示的条目的类型；和2)待显示的条目的数目。
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