CN102047208A - 由相互链接的线构成的用于计算机指点设备的回环构件及包括这种回环构件的指点设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于计算机的指点设备的回环构件(1)，其由多根相互缠绕的轴向延伸的细线(11，12，13，15，16)构成，该缠绕方式使得所述线(11，12，13，15，16)如同相对于彼此可转动很小的角度的链环那样工作。这些线(11，12，13，15，16)一起构建成切向可弯曲的圆柱形，该圆柱形的横截面被两个支撑件拉伸成细长形状。支撑件之间设有薄板，圆柱形的上部部分位于该薄板上。使用者通过设备箱中的开口可触及圆柱形的上部表面，并可使圆柱形的上部表面以二维方式运动，可检测此运动并使屏幕上的指示字等产生相应运动。本发明还示出了所述支撑件和外围机械的合适的实施例。

Description

由相互链接的线构成的用于计算机指点设备的回环构件及包括这种回环构件的指点设备
技术领域
本发明涉及一种用于控制屏幕、显示器等上的指示字(pointer)、图象等的回环构件(loop member)，该回环构件沿至少一个方向、呈切向可弯曲的圆柱形形式，以便使用者能将其安置成围绕与该回环构件的纵向轴线平行地安置的支撑构件转动并能沿其轴线方向在端部位置间移动，所述支撑构件将回环构件的横截面拉伸成细长形状，其中利用使指示字在屏幕上运动的器件可检测所述回环的运动。
背景技术
在本专利申请的发起人提交的PCT申请PCT/SE01/01620中，公开了一种呈回环设备(loop device)形式的指点设备(pointing device)，以控制屏幕上的指示字等。该回环设备主要由可弯曲的薄材料构成的圆柱形(环)构成，其被安置成被使用者旋转于两根杆的上，并可平行于所述杆的纵向轴线移动。回环的运动可利用连接到计算机的电子仪器进行检测，其中以相应方式使指示字、图象等在屏幕上运动。
虽然当前依据该技术的设备已投入生产且工作得良好，但迄今为止，其应用范围被限制为放置在台式计算机的现有键盘前。由于回环设备的高度不能制造得足够小，迄今在用于膝上型计算机方面不是最佳。但是，由于很多使用者对用于膝上型计算机的支配(dominating)指点设备，触摸板持否定态度，对用于膝上型计算机、或者作为被放置在现有手腕支持部(wrist support)的空格键之下的辅助装置或用于设施的这种需求非常大。在上面提到的专利申请中，还描述了这类触摸板的一些缺点。
若能将回环设备的高度制造得足够小，其也能适用于电视遥控器、多媒体、音量控制器或其他设备。
PCT申请PCT/SE03/01160公开了一种优化回环，其由实际上是薄织物、能高度弯曲的支撑材料和摩擦材料构成，回环内侧上设有轴向加强带，摩擦材料处于所述带上回环外侧。摩擦材料利于使用者用手指运动回环。加强带提供了回环的轴向刚度，因为回环沿其轴向方向的运动要求必须被端部止动件限制，这种刚度是需要的，轴向没有刚度，在回环的端部到达端部止动件和使用者沿相同方向压回环时，回环可能会机械变形。带之间的区域存在支撑材料自由弯曲之处。
因此，根据上面两份文件的设备具有可在两根可转动的杆上旋转并可平行于杆的纵向轴线位移的回环。杆可随回环的包络面(envelope)运动而运动。回环的上侧倚靠在固定的平面支撑件上，因此具有平的上部表面。在该平表面上方，设备箱设有限定指点表面的开口，在这种情况下，使用者可使回环运动，以便光标在屏幕上以其二维的形式，即垂直的、水平的形式运动或它们的组合的形式运动。
遗憾的是，这种回环的总高度不能小于约10mm，除其他问题以外，还非常依赖与所用的被选定的非常柔韧的支撑材料的松弛有关的记忆效应。所述松弛随支撑材料的弯曲半径的减小而增加，而该弯曲半径减小因内应力增加所致。所述松弛在下述方式中影响所述功能：假设回环设备被闲置了一段时间没有使用。而且，松弛导致回环的支撑材料具有围绕杆的永久性弯曲。然后如果使用者使回环在指点表面中运动小段距离，致使杆转动小角度，此后放开回环，杆和由此回环的指点表面将运动返回到初始位置，即，具有最小内应力的位置。由于屏幕上的光标移动小段距离后返回到初始位置，这是不容许的。
还有限制回环设备高度减小的可能性的附加因素。当回环在杆上转动时，使用者感受到令人不舒服的“不稳定运转”，这是因为就在加强带进到杆上或离开杆时加强带给出了不均匀的转入/转出(rolling on/off)。此效果随带之间的距离(间距)增加而增大。实际上不可能将间距有效地减小到小于2.5mm，因为回环在带之间的柔韧区域随后变得非常短，结果导致非常大的记忆效应。给定间距为2.5mm时，由于不稳定运转可能上升到非常高的程度，杆的直径不能有效地减小到小于约5mm的值。
另一限制构造低回环设备的可能性的因素是回环的固有厚度，实际上几乎不可能将回环制造成小于约0.80mm的厚度，即给定的加强带，织物和摩擦材料的厚度。计算该设备的总厚度时应将回环的上部部分和下部部分的厚度相加，据此，此处加在杆的直径上的厚度已有2×0.80＝1.6mm。回环的下部部分从其离开杆的位置开始向下挂若干mm，此时还要加上2-3mm的厚度。
综上所述，显然总高度决不可能达到2.5mm那么小。2.5mm大约相当于常规触摸板的厚度。
发明内容
本发明的目的是揭示一种无记忆效应、相当薄的轴向刚性的回环，同时，当与上面描述的间距相应的间距尺寸为1mm时，尽管杆的直径约为2mm那么小，在不产生令人不舒服的不稳定运转的前提下，允许回环能在可旋转的杆上方转动。
在一些简单的实施例中，根据本发明所制得的回环其外侧没有摩擦材料。这可以理解为，若总摩擦力(阻止回环在使用者手指的作用下的运动)太大，如果使用者的手指紧抵回环滑动而不是使回环运动，则可能出现相反情况。另外，如果被运动的总质量太大，由于这种质量更难快速运动，使用者的手指可能抵靠回环滑动。
因此，本发明的一个目的是使摩擦力和重量两者最小，还使回环本身及用于支撑回环和保持回环扩展的机械(外围机械)两者最小，随后使回环运动。
本发明的另一目的是揭示一种具有简单结构的回环。
本发明的再一目的是揭示也很简单因此便于制造的外围机械。
本发明的上述目的可通过以下方案来实现，即，回环构件由沿该回环构件的轴线布置的多根线构成，这些线至少在某些部位与相邻的一根线缠绕至少半圈，但不与该线附连。
在从属于独立权利要求的从属权利要求中描述了本发明的一些不同的实施例。
在本发明的一个实施例中，所述线以与链环栅栏(chain link fences)的那些线相同的方式彼此缠绕(挂住)。
在本发明的另一实施例中，至少一些线在其端部或靠近端部处彼此成对地附连在一起。
在本发明的又一实施例中，所述成对的线中至少一些线在至少一个额外的点处附连在一起。
在本发明的再一实施例中，通过相互缠绕实现附连在一起。
在本发明的另一实施例中，成对的线的至少一些线对以反向间距相互缠绕。
在本发明的又一实施例中，回环构件在其包络表面上具有摩擦材料，该摩擦材料被布置在所述线附连在一起的部位处。
在本发明的再一实施例中，指点设备包括本发明的回环构件，其中所述支撑构件被平行地布置，可转动和可移动地安装，并位于安置在支撑构件之间的板的边缘处。
在本发明的另一附加实施例中，支撑构件的每一个由刚性的线(stiff wire)构成，在所述刚性的线上安置有多个圆板。
在本发明的又一附加实施例中，支撑构件包括磁性材料且借助相应的磁体装置被各力吸引不靠近板的相应边缘，以这种方式使支撑构件之一通过由磁体装置产生的力紧靠板的一边缘。
在本发明的再一附加实施例中，所述支撑构件相对于回环构件固定安置。
附图说明
下文将参照附图对本发明进行更详细的描述，这些附图示出了根据本发明的一些实施例的用于控制指示字的回环构件，这些实施例不是对本发明的限制，只是为了以附图形式对本发明进行图解说明。
图1为本发明的回环构件的解释性示意图；
图1A示出了一支承点；
图2示出了端部附连在一起的线；
图3示出了在几个部位附连在一起的线；
图4示出了借助缠绕附连在一起的线；
图5示出了沿不同方向的缠绕；
图6示出了相互缠绕的线的正直度；
图7示出了适用于本发明的回环构件的外围机械；
图8示出了本发明的一实施例，其具有包括附加线的支承点；
图9为缠绕地附连在一起的区域的放大图。
具体实施方式
图1示出了切向柔韧但轴向功能上刚性(axially functionally stiff)的回环1。其被悬挂在板5上，该板附连到设备箱4的内侧并设有两圆形侧面6和7，所述板将回环1的横截面拉伸为细长形状。设备箱4具有开口区域8，在该区域中使用者伸手可触到回环1，而且该回环可在附连到设备箱4的端部止动件2和3之间轴向(沿箭头9的方向)移动，但也可沿箭头10所示方向在侧面6和7上转动。检测这种轴向运动并产生电信号，这些电信号被输入到例如计算机，计算机将信号转换成光标、图象等在屏幕上沿第一方向、合适的横向运动，并且检测回环在板5的侧面6和7上的转动并产生在屏幕上沿第二方向、合适的竖直方向的运动。所讨论的检测可利用如Avago ADNS5020之类的光鼠标传感器实现。这类检测方式当今被认为是常规方式。
回环1由多根轴向连续、由如钢之类的刚性材料构成的细线11n构成。每根线11n被弯成Z字形，使得每个“Z”字挂在一个侧面的最近的平放的线11(n+1)上，且每个“Z”字挂在另一侧面的最近的平放的线11(n-1)上。在所谓的链环栅栏中可获得这种相互编结或缠绕线的相同工艺。用另一种方式表述，在这些线的汇合因此彼此接触的每一部位处这些线相互缠绕1/2圈。下文将每个这样的部位称为支承点，如图1A所示。
假设我们有100条线111-11100。在很多支承点中，将线111在其“邻近的”线11100和112中缠绕1/2圈。在很多支承点中，线112在其邻近的线111和113中缠绕1/2圈，以此类推。值得注意的是，纵然各根线在支承点处相互接触，它们在它们的支承点处彼此非固定地连接，因此它们相对于彼此可以转动小角度。借此，所有线共同形成在切向可以弯曲的回环1。
与根据PCT申请PCT/SE03/01160所制造的回环相比，本发明的回环具有以下优点：
1.由于线彼此没有附连，因此回环中没有记忆性。
2.回环的固有厚度非常小，若回环的各根线的直径为0.01mm，回环的固有厚度约为0.25mm。
3.可有利地将各线之间的间距制造成如1mm那么小，尽管拉伸回环的支撑件的半径如1mm那么小，也足以允许在支撑件6和7上均匀缠绕和开绕。
回环的横向运动受到限制，因此端部偶尔可能与端部止动件2和3接触。另外，此实施例的缺点是，各线11的端部可能会“松开”。因此，图2所示的实施例解决了此难题。在该实施例中，线的端部成对地附连在一起。由线12和13构成的一对线141以很多支承点的形式缠绕1/2圈到线对142，该对线被缠绕到线对143，以此类推。线对141可经其支承点相对于线对142转动一角度，依次地，线对142可经其支承点相对于线对143转动一角度，依此类推。由于每一线端部被附连到另一线端部，线端部绝不会松开。
图3示出了该实施例的变型，图中这些成对的线不仅在端部而且在更多点处附连在一起。
图2和3所示实施例的连接方式的缺点是很难将足够牢固的线的每对线附连在一起。这些线很细，尺寸为0.01mm，由于线强度可能受损，因此焊接可能不牢靠。可以考虑采用软钎焊，但可能很难找到适合用于由合适的硬不锈钢制成的线的焊料。软钎焊的温度一定不能高到使线的硬度受损。
因此，图4示出的优选实施例解决了上述难题。图中示出了一对线17，在此情况中，线15和16相互缠绕2.5圈。这消除了焊接或熔焊，同时线能非常可靠地附联在一起。可将线相互缠绕的圈数非常合适地选择成明显大于2.5圈。在四个支承点中，线对17缠绕1/2圈到线对18，线对18在四个支承点缠绕1/2圈到线对19，依此类推。
在一工作样机中，线的直径是0.10mm，孔眼的尺寸M是1mm，线的数量是30。
如果某些部位的相互缠绕沿右向旋转，而在其他部位的相互缠绕沿左向旋转，每对相互缠绕的线可更牢固地保持在一起，图5中示出了这种缠绕方式，该图仅示出了一对线。以R标示出以右向旋转方式相互缠绕的线部位，以L标示出以左向旋转方式相互缠绕的线部位。
上面提到了回环设备重量应尽可能轻，致使能很容易地随使用者的手指运动。本实施例可使回环轻于由焊接结合的线对。若用焊接制得，回环设备上添加有焊点处焊料的重量。本实施例由于没有用焊料，可克服这个缺陷。图6中示出了另外的降低重量的因素。如果将图4所示的实施例中松开的线16的重量与图2所示的实施例中松开的线12的重量相比较，可以看到，即使回环的线材料、线直径和总长度L相同，线16的重量轻于线12的重量。这是因为与线12相比，被缠绕的线16具有看起来沿轴向较直地延伸的部分20和21。借此，其结果是线16更短和更轻。另外，还有一个优点是轴向刚性增加。
图7示出了用于回环22的优选支撑机械。回环22被两根杆23和24拉伸。一根杆23由如钢之类的磁性材料制成的直金属线25构成。线25配备有小塑料板，此处为四个塑料板26、27、28和29。优选另一根杆24与杆23相同，但并不是必须相同。在杆23和24之间设有板30，该板被附连到设备罩(未示出)，板上放置有回环22的上部部分31。杆23与板30的边缘32接触。第一杆23的线25借助第一磁体33由力F吸引，而另一杆24的线34借助第二磁体35由稍大的力F2吸引。因此，杆23受等于F2-F1的力作用被靠压在边缘32上，应将该力选择成很小。这可使杆23相对于边缘32的摩擦最小，同时回环22被较大的力(即F2)拉伸。因此，总摩擦力可小到借助使用者手指和回环的上部部分31之间始终足以使回环运动的那么小的摩擦力使回环22运动。
杆23和24应相对于回环22保持横向固定，该回环由侧止动件36和37维持。侧止动件36由薄钢箔构成，其延伸于回环的上侧31的边缘上。在支撑板30的两侧，侧支撑件36具有两个翻下的舌状部39和40，可看到它们轴向延伸于回环22的端部的外侧，但在杆23和24的最外侧板26和42内侧。
侧止动件36锁定杆23和24，阻止所述杆沿箭头38所示方向相对于回环22运动。而另一侧止动件37起类似作用并沿相反方向锁定杆23和24。
当使用者使回环22的上侧31沿双向箭头44的方向运动时，回环22围绕杆23和24转动，这些杆也转动。当使用者使回环的上侧31沿双向箭头46的方向运动时，回环22与杆23和24以及侧止动件36和37作为整体沿同一方向一起运动。因此，使用者体验到回环22的上部表面31可以二维方式运动。
下面示出的是在权利要求保护范围内的一些改型的示例：
可将杆可转动地安装在支架上，该支架依次可相对于设备底架移动。但是，这样做并不能使必需横向运动的重量最小且增加了复杂程度。
根据本发明，由于可以很方便地使回环运动，且可运动的质量太小，在回环的外侧几乎不需要摩擦材料。但是，如果需要的话，可在图5中标注出L和R的合适部位添加摩擦材料以便更好地抓握。
根据图8，两根相邻线可在其支承点处具有穿过它们之间的线，此中间线不改变其他线相互缠绕。其优点是这些线在支承点处相对于彼此能转动略大一些的角度。
可在这些线或线对汇合的支承点处使它们多缠绕0.5圈。在图9中，示出的支承点处线松散地缠绕1.5圈。这样做可能具有线相对于彼此不能转动足够角度的缺点。

Claims (11)

1.一种用于控制屏幕、显示器等上的指示字、图象等的回环构件，该回环构件是切向可弯曲的圆柱形形式，使用者能将该回环构件安置成能围绕与该回环构件的纵向轴线平行地安置的支撑构件转动并能沿其轴线方向在端部位置间移动，支撑构件将所述回环构件的横截面拉伸成细长形状，其中利用使指示字在屏幕上运动的器件可检测所述回环的运动，其特征在于，所述回环构件由沿所述回环构件(10)的轴线布置的多根线(11，12，13，15，16)构成，至少一些线至少在一些部位与相邻的一根线缠绕至少半圈，但不与该线附连。
2.如权利要求1所述的回环构件，其中，所述线(11，12，13)以与链环栅栏的那些线相同的方式彼此缠绕/挂住。
3.如权利要求1或2所述的回环构件，其中，至少一些线(12，13，15，16)在其端部处或其端部附近彼此成对地附连。
4.如权利要求3所述的回环构件，其中，所述成对的线中的至少一些线在至少一个额外的点处附连在一起。
5.如权利要求3-4中任一项所述的回环构件，其中，通过相互缠绕实现所述附连在一起。
6.如权利要求5所述的回环构件，其中，所述成对的线中的至少一些带有以反向间距相互缠绕的部分。
7.如权利要求4-6中任一项所述的回环构件，其中，所述回环构件在其包络表面上具有大部分被安置在所述线彼此附连在一起的部位处的摩擦材料。
8.包括如权利要求1-7中任一项所述回环构件的指点设备，其中，所述支撑构件(23，24)被平行布置，可转动和可移动地安装，并位于安置在所述支撑构件之间的板(30)的边缘处。
9.如权利要求8所述的指点设备，其中，所述支撑构件(23，24)的每一个由刚性的线(25，34)构成，在所述刚性的线上安置有多个圆板(26-29，42)。
10.如权利要求8-9中任一项所述的指点设备，其中，所述支撑构件(23，24)包括磁性材料且借助相应的磁体装置(33，35)被各力吸引不靠近板的相应边缘，以这种方式使支撑构件之一(23)通过由磁体装置(33，35)产生的力紧靠板(30)的一边缘(32)。
11.包括如权利要求1-7中任一项所述的回环构件的指点设备，其中，所述支撑构件(6，7)相对于所述回环构件固定地安置。
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