CN101308413B - 一种多功能笔式鼠标 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能笔式鼠标，属于一类计算机输入设备，利用光电控制原理完成了光标控制、文字输入和激光教鞭的功能。本发明公开的笔式鼠标，支持以持钢笔书写的方式控制光标的位置，也支持完全脱离书写平面而采用微型摇杆的方式控制光标，更加符合人体工程学的要求，能够避免因长时间使用传统鼠标而造成的指关节和韧带的损伤。本发明采用弹性缓冲材料与压感阈值相结合的方式来识别光标的笔画与非笔画移动，配合视窗操作系统的Tablet PC等支持手写或者绘图的软件，此设备能够实现以传统的书写习惯进行文字录入和签名，能够保持传统手迹的特征。

Description

一种多功能笔式鼠标

技术领域

本发明属于一类计算机输入装置，具有传统鼠标的全部功能，并且与传统鼠标相比，使用更加灵活，更符合人体工程学的要求，能够避免因长时间使用鼠标而造成的指关节和韧带的损伤。

背景技术

自视窗型操作系统问世以来，鼠标就作为不可缺少的计算机辅助装置进入了大众的生活。传统鼠标的基本形状如一只匍匐的田鼠，这也是其得名的原因。传统鼠标在前端有两个按键，分别称为左键和右键，其使用方法是：手掌轻扣于鼠标上，使用食指控制鼠标左键，中指控制鼠标右键；手腕支撑于桌面上；靠手指的屈伸和手腕的转动来完成鼠标的移动。鼠标的这种使用方法是由传统鼠标的基本形状决定的。很多设计者从人体工程学的角度对鼠标的形状进行了优化，但是鼠标仍然没有脱离“鼠”的原型。传统的鼠标至少存在下面两个问题：(1)容易造成手指和手掌疲劳，甚至是韧带的损伤；(2)鼠标的活动区域受到较大限制。这两个问题的解决需要从鼠标的基本形状着手，彻底改变传统“鼠”标的外形。

尽管已经有若干相关的尝试，但是其设计思想大都是从文字输入出发，对现有的鼠标进行了一定的改进，使其具有手写输入的功能。其原理可以主要分为两类：一种是基于压力传感器的，另一种是基于光电信号的。中国实用新型专利ZL02262564.X公开了一种鼠标笔，该专利把书写平面x轴和y轴的压力转化为控制光标的信号。但是如果作为一种文字书写或者绘图工具，该技术方案控制光标的精度较差，分辨率不足。中国实用新型专利ZL96218723.2设计了一款光电式手写鼠标笔，该专利设置了笔头、光纤组等部件，是一款基于光电学原理的手写鼠标笔。但是该技术方案采用一组光纤作为光信号传输的介质，降低了系统的稳定性。中国实用新型专利ZL200420034922.6改进了上述两款专利的不足。但是按照该专利权利要求书中第2款的规定：“根据权利要求1所述的光电鼠标，其特征在于，在所述笔尖内设有当笔尖接触到书写表面时才将笔尖移动信号向电脑传送的传感器”，因此，该技术方案所产生的光电鼠标笔无法形成光标的非笔画移动。按照该实用新型专利公布的原理，很多文字无法完整地输入。例如，在书写“+”时，将形成如“”的符号。

鉴于以上原因，还未见功能完善的同类产品在市场上广泛流行。就整体的实用性而言，大部分现有技术方案尚需进一步完善。

发明内容

为了缓解因长期使用传统鼠标而对指关节造成的损伤，同时使得利用鼠标进行文字书写更符合人们传统的书写习惯，并增加利用鼠标进行幻灯片演讲的交互性，本发明公开了一种多功能光电鼠标的设计方案。这里称之为笔式鼠标(简称笔鼠)。本发明所公开的笔鼠具有如下的功能：(1)可以在常规书写平面内操纵光标；(2)也可以脱离任何支撑平面操纵光标；(3)同时该笔鼠具有激光教鞭的功能。

本发明的外观如图3所示。其中，101：书写笔头，102：电源闭合锁，103：电源开启锁，104：功能键A，105：功能键B，106：功能键C，107：功能键D，108：功能键E，109：鼠标滚轮，110：状态指示灯，111：液晶显示屏，112：电源控制器。

所述笔式鼠标整体具有圆角扁四面体的外观(见图1)。与所述笔式鼠标长轴垂直的截面为圆角矩形(见图3)；与圆角矩形靠近使用者一侧的长边所对应的装置平面称为正面，与圆角矩形远离书写平面一侧的短边所对应的装置平面称为侧面。装置前端具有书写笔头[101]，从而支持以持笔书写的姿态操纵计算机光标。

装置前端正面并排配有物理结构相同的两个触摸式按键，可以分别设置为鼠标左键和右键，即功能键A[104]与功能键B[105]。默认情况下，功能键A[104]是鼠标左键，功能键B[105]是鼠标右键。

装置前端正面并排配有物理结构相同的两个机械式微型摇杆按键，可以分别设置为光标控制按钮和激光发射按钮，即功能键C[106]与功能键D[107]，所述光标控制按钮通过与其周边的接触位置来确定光标的移动方向，通过与其周边接触的时间长短来确定光标移动的距离。默认情况下，功能键C[106]是光标控制按钮，功能键D[107]是激光发射按钮；在笔鼠水平中线上，光标控制按钮靠近笔鼠前端的位置对应屏幕的上方。在脱离书写平面，尤其在进行幻灯片演讲时，可以通过拇指按动光标控制按钮来改变光标的位置。激光发射按钮按下时，笔鼠的前端可发出红色激光，从而起到激光教鞭的作用。

装置前端正面，所述触摸式按键[104]和[105]与所述机械式微型摇杆按键[106]和[107]排列成“+”字。

功能键E[108]是一个触摸式按键。为了便于以持笔的姿态在常规书写平面内操纵光标，功能键E[108]被编程为鼠标右键。以持笔的姿态在常规书写平面内操纵光标时，食指可以触及装置前端侧面具有鼠标右键功能的触摸式按键[108]。

为了满足不同的使用习惯，本发明允许通过软件的设置对调功能键A[104]和功能键B[105]的功能；也可以对调功能键C[106]与功能键D[107]的功能，或者屏蔽某个触摸式按键。所述两个机械式微型摇杆按键[106]和[107]同时按下，系统则进入软件设置状态；如果数秒钟内没有方按键的动作，系统则自动退出软件设置状态。系统进入软件设置状态后，所述装置正面的两个触摸式按键[104]和[105]，两个机械式微型摇杆按键[106]和[107]分别具有上、下、左、右四个方向键的功能，能够支持装置按键功能的调整与设置。

鼠标滚轮[109]可以满足书写或者演讲时，快速上下翻页的要求。状态指示灯[110]在笔鼠与计算机进行装置初始化时，呈现绿色闪烁状态；在电压不足时，呈现红色非闪烁状态。液晶显示屏[111]在正常使用时，显示“Ok”字样；在软件设置状态下，液晶显示屏[111]显示相应的提示信息。

在笔鼠不使用时，电源控制器[112]扣于笔鼠前端。这时电源控制器[112]使得电源闭合锁[102]按下，同时，电源开启锁[103]处于抬起状态。当需要使用笔鼠时，电源控制器[112]扣于笔鼠后端。这时电源控制器[112]使得电源开启锁[103]按下，同时，电源闭合锁[102]处于抬起状态。

正常情况下，所述电源闭合锁[102]抬起，且所述电源开启锁[103]按下时，装置处于供电工作模式；否则，装置处于断电保护模式。电源闭合锁[102]与电源开启锁[103]形成对电源的联合控制，可以避免由于意外的挤压而使装置处于供电模式。本发明允许通过软件的设置使得在被取下电源控制器[112]后，无需通过电源控制器[112]按下电源开启锁[103]，装置即处于供电模式。电源控制器[112]同时兼具保护笔鼠前端和延长笔鼠的功能。

本发明的内部结构如图2所示。其中，201：成像透镜，202：微成像器，203：聚光透镜组，204：发光二极管，205：激光发射器，206：信号发射器，207：电池组，208：鼠标信号模块，209：软件设置模块，210：压力处理模块，211：压力感应器，212：弹性缓冲体。

成像透镜[201]和聚光透镜组[203]联合组成光学透镜组。成像透镜[201]把书写平面的反射光线聚集到微成像器[202]。聚光透镜组[203]把发光二极管[204]的光线折射到书写平面，为微成像器[202]提供足够的照明。鼠标信号模块[208]处理微成像器提供的数字信号，并响应标准鼠标动作(包括鼠标左、右键的按下与抬起，鼠标滚轮的转动[109]等)。

压力处理模块[210]对压力感应器[211]的信号进行处理。当压力强度大于某个阈值时，压力处理模块[210]连通鼠标信号模块[208]，相当于传统鼠标中左键被按下的状态。如果这时光标位于可书写区域，则可以在该区域进行文字书写或者绘图。默认情况下，压力处理模块[211]在压感强度大于零时，即连通鼠标信号模块[209]。

压力感应器[212]的功能在于把笔头[101]的压力转换成数字信号发送给压力处理模块[211]。弹性缓冲体[213]的功能在于对压力进行缓冲，从而使得笔头[101]与书写平面的接触更加柔和。弹性缓冲体[213]再结合不同的压感强度阈值，可以使得笔头[101]具有不同硬度的效果。

以持笔书写姿态操纵光标时，所述具有弹性缓冲体[212]的书写笔头[101]结合大小可调的压感阈值可以确定鼠标左键的状态；当压力大于设定的阈值时，装置处于鼠标左键按下的状态。

信号发射器[207]的功能在于输出鼠标信号模块[209]的信号，可以通过射频或者蓝牙技术，把鼠标信号传输到电脑的接口。作为一款无线鼠标，电池组[208]的功能在于向该装置供电。电池组[208]可以是已有的小型号标准电池，或者是可更换的充电电池。

软件设置模块[210]的功能在于调整压力强度的阈值和管理按键[104-107]和[108]的功能。可以通过软件设置接口调整压感强度的阈值、对调按键[104]和[105](或者按键[106]和[107])的功能，或者重新编程按键[108]的功能。

本发明的前端剖面如图3所示。其中，301：激光发射口，302：鼠标成像口，303：笔头出口。

与所述笔鼠长轴垂直的截面为圆角矩形；与圆角矩形靠近使用者一侧的长边所对应的装置平面称为正面，与圆角矩形远离书写平面一侧的短边所对应的装置平面称为侧面。

圆角矩形内，激光发射口[301]是激光的出口，呈圆形。鼠标成像口[302]是成像透镜[201]和聚光透镜组[203]的光线通道，呈圆角矩形。笔头出口[303]是笔头[101]的出口，呈圆形。

附图说明：

图1本发明所涉及的装置外观示意图

图2本发明所涉及的装置内部结构示意图

图3本发明所涉及的装置前端剖面图

具体实施方式

本发明首先把传统鼠标的电路板进行了改造。修改后的鼠标电路板为带状(参见图2之[209])，使得电路板适合于安装在一定内径的笔式外壳中(参见图1和图3)。然后把传统鼠标的透镜组、微成像器、光源移植到笔尖处(参见图2之[201][202][203][204])。考虑到笔尖将是易磨损的部件，本发明把笔尖设计成可更新的配件，以便在笔尖磨损到一定程度以后进行更新。笔尖宜使用摩擦系数小，且耐磨的材料制造，如尼龙等。考虑到与主机的有线连接方式将影响笔鼠使用的灵活性，本发明采用射频或者蓝牙的方式与计算机进行通讯。信号发射器安装于笔鼠的尾部(参见图2之[207])。当采用射频技术进行计算机通讯时，需要额外配置USB口的接收端。为了保证充足的电源供应，本发明允许采用标准电池和充电电池两种方式为系统供电(参见图2之[208])，电池组[208]可以直接采用专门设计的充电电池，也可以通过转接盒而使用标准的12伏电池。

实施例一：为了降低系统的整体成本，可以不配置按键[104-107]、[111]和激光发射器[205]。此时，笔鼠仅支持以书写的方式操纵光标，可以通过笔头[101]的压感大小完成鼠标左键的功能，通过触摸式按键[108]完成鼠标右键的功能。该方案不具有激光教鞭的功能。

实施例二：为了使系统具有更完善的功能，可以配置本发明所涉及的全部部件。在此条件下，本发明所涉及的笔鼠支持两种光标操纵方式。除具有实施例一的全部功能外，可以完全脱离书写平面而对光标位置进行控制。此时，可以通过按键[104][105][106]完成鼠标的全部功能，通过按键[107]完成激光教鞭的功能，通过液晶显示屏[111]对系统按键的功能及属性进行调整和设置。

使用方法：取下笔鼠帽(电源控制器[112])，并把笔鼠帽扣于尾部，此时装置处于工作状态。以正常持笔的姿势使用本发明所涉及的笔鼠。当书写笔头[101]与书写平面的距离在足够小的范围时，笔鼠的光电鼠标信号模块即开始工作，通过笔头前端的移动可以达到控制光标位置的目的。当书写笔头[101]触及书写平面，并产生一定大小的压力时(压力大小的阈值可以通过内部的软件调整)，装置处于鼠标左键被按下的状态，可以完成传统鼠标被按下左键时的全部功能。当以书写的姿势使用笔鼠时，触摸按键[108]即可以完成传统鼠标被按下右键时的全部功能。

由于本发明所涉及的笔鼠能够以正常持笔的姿势操作光标，并完成传统鼠标的全部功能，因此避免了长期使用传统鼠标所造成得手指和手掌疲劳(或者韧带的损伤)。并且此发明装置使得鼠标的使用更加灵活。由于本发明所涉及的笔鼠能够以正常持笔的姿势操作光标，因此在使用笔鼠进行文字书写时更符合传统的书写习惯，能够更好地产生具有传统签名特征的电子签名。由于本发明所涉及的笔鼠前端装有微型激光发射器，通过默认的激光发射按钮[107]的控制，可以完成激光教鞭的功能。

在使用幻灯片进行演讲时，演讲者往往距离计算机较远，无法直接操纵计算机。本发明所涉及的笔鼠躯干部设有一组鼠标控制按钮，默认情况下包括：鼠标左键[104]、鼠标右键[105]和光标控制按钮[106]。通过使用拇指旋动光标控制按钮[106]而改变其与周边的接触位置，本装置即可产生相应的光标移动方向。通过光标控制按钮[106]与其周边接触时间的长短，本装置即可产生相应的光标移动距离。当光标控制按钮[106]处于释放状态，其不与周边位置接触。

同时按下功能键[106]与[107]，装置处于软件设置模式。此时，按键[104-107]分别相当于上、下、左、右四个方向键。可以根据液晶显示屏[111]的提示信息，操纵方向键来完成相应功能的调整。

本发明所涉及的装置与计算机进行初始连接时，状态指示灯[110]显绿色，并闪烁。装置与计算机正常通信后，状态指示灯[110]熄灭。当电压过低时，状态指示灯[110]呈红色。

上述实施例只是体现本发明精神的优选特例，本领域的普通技术工程人员完全可以根据本发明的主旨，加以灵活变通，已达到最佳的实施效果。对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种多功能笔式鼠标，包括：笔头、触摸式按键、机械式微型摇杆按键、激光发射器、电源闭合锁、电源开启锁和电源控制器；其特征在于：

所述笔式鼠标具有在常规书写平面内操纵光标和脱离任何支撑平面操纵光标两种光标位置控制方式；

所述笔头具有在常规书写平面内操纵光标和作为鼠标左键的功能；

所述触摸式按键分别具有鼠标左键和右键的功能；

所述机械式微型摇杆按键分别具有脱离任何支撑平面操纵光标和控制激光放射器状态的功能；

所述电源控制器使电源闭合锁和电源开启锁具有双重电源开启确认功能。

2.根据权利要求1所述的一种多功能笔式鼠标，其特征在于：与所述笔式鼠标长轴垂直的截面为圆角矩形；与圆角矩形靠近使用者一侧的长边所对应的设备平面称为正面，与圆角矩形远离书写平面一侧的短边所对应的设备平面称为侧面。

3.根据权利要求2所述的一种多功能笔式鼠标，其特征在于：装置前端正面并排配有物理结构相同的两个触摸式按键，可以分别设置为鼠标左键和右键；并且装置前端侧面还配有具有鼠标右键功能的触摸式按键。

4.根据权利要求3所述的一种多功能笔式鼠标，其特征在于：装置前端正面还并排配有物理结构相同的两个机械式微型摇杆按键，可以分别设置为光标控制按钮和激光发射按钮，所述光标控制按钮通过与其周边的接触位置来确定光标的移动方向，通过与其周边接触的时间长短来确定光标移动的距离。

5.根据权利要求4所述的一种多功能笔式鼠标，其特征在于：装置前端正面，所述触摸式按键与所述机械式微型摇杆按键排列成“+”字。

6.根据权利要求5所述的一种多功能笔式鼠标，其特征在于：系统进入软件设置状态后，所述装置正面的两个触摸式按键和两个机械式微型摇杆按键分别具有上、下、左、右四个方向键的功能，能够支持装置按键功能的调整与设置。

7.根据权利要求1所述的一种多功能笔式鼠标，其特征在于：所述电源闭合锁抬起，且所述电源开启锁按下时，装置处于供电工作模式；否则，装置处于断电保护模式。

8.根据权利要求1所述的一种多功能笔式鼠标，其特征在于：以持笔书写姿态操纵光标时，所述具有弹性缓冲体的书写笔头结合大小可调的压感阈值可以确定鼠标左键的状态；当压力大于设定的阈值时，装置处于鼠标左键按下的状态。

9.根据权利要求3所述的一种多功能笔式鼠标，其特征在于：以持笔的姿态在常规书写平面内操纵光标时，食指可以触及所述装置前端侧面具有鼠标右键功能的触摸式按键。

10.根据权利要求6所述的一种多功能笔式鼠标，其特征在于：所述两个机械式微型摇杆按键同时按下，系统则进入软件设置状态；如果数秒钟内没有方向按键的动作，系统则自动退出软件设置状态。

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