CN102265243B - 双模式可旋转的输入设备 - Google Patents

Abstract

公开了与双模式可旋转输入设备有关的各实施例，该输入设备允许有阻力和无阻力旋转二者。一个实施例包括固定轮轴、可以绕固定轮轴旋转的可旋转构件、以及形成固定轮轴与可旋转构件之间的交界面的有阻力旋转机构。有阻力旋转机构包括有阻力表面和被配置为选择性地接触有阻力表面的可运动的交界面部件，其中有阻力表面和可运动的交界面构件随着可旋转构件的旋转彼此相对运动。有阻力机构还包括偏置机构，该偏置机构被配置为在可旋转构件的旋转速度低于阈值速度时迫使可运动的交界面构件与有阻力表面啮合、以及在可旋转部件的旋转速度高于阈值速度时允许交界面构件和有阻力表面分离。

Description

双模式可旋转的输入设备

背景技术

许多电子设备利用可旋转的输入以允许用户通过旋转拨盘、轮等进行输入。作为一个示例，计算机鼠标通常包括用户可旋转的滚轮以滚动在计算设备的图形用户界面上显示的列表、文档或其他对象。

各种可旋转的输入设备包括促进精细尺度的输入控制的机械特征。例如，一些滚轮可以包括致使滚轮以步进方式旋转的索引化特征，而其他滚轮可以利用摩擦阻力来允许对连续的位置范围进行精细的控制。但是，在二者中的任一情况下，这样的精细控制机制可能妨碍在大列表的范围内的快速滚动。

发明内容

因此，此处公开了与双模式可旋转输入设备有关的各种实施例，该输入设备允许有阻力和无阻力旋转二者。例如，一个已公开的实施例为电子设备提供可旋转输入设备，其中该输入设备包括：固定轮轴；可旋转构件，该可旋转构件被配置为可以绕该固定轮轴被用户旋转；以及有阻力旋转机构，该有阻力旋转机构形成固定轮轴与可旋转构件之间的交界面。有阻力旋转机构包括有阻力表面和被配置为选择性地接触有阻力表面的可运动的交界面构件，其中有阻力表面和可运动的交界面构件被配置为随着可旋转构件的旋转彼此相对运动。有阻力机构还包括偏置机构，该偏置机构被配置为在可旋转构件的旋转速度低于阈值速度时迫使可运动的交界面构件与有阻力表面啮合、以及在可旋转构件的旋转速度高于阈值速度时允许交界面构件和有阻力表面分离。

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下的具体实施方式中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本发明的任一部分中提及的任何或所有缺点的实现。

附图说明

图1示出了具有滚轮形式的可旋转输入设备的计算机鼠标的实施例的视图。

图2示出了用于计算机鼠标的双模式滚轮的实施例的视图，并且示出了该滚轮的第一模式。

图3示出了图2的滚轮的第二模式。

图4示出了双模式滚轮的实施例，该双模式滚轮具有被定向为离开滚轮平面的轴承通道。

图5示出了双模式滚轮的实施例，该双模式滚轮具有被定向在滚轮平面内的轴承通道。

图6示出了双模式滚轮的实施例，该双模式滚轮具有与两个制动部件相对应的一个磁体。

图7示出了双模式滚轮的实施例，该双模式滚轮将多个弹簧用作偏置机构。

具体实施方式

在此公开了可旋转输入设备的各种实施例，所述可旋转输入设备可以选择性地在有阻力旋转模式与无阻力旋转模式之间改变，以允许低旋转速度下的精细控制、以及高旋转速度下的通过大范围项目的快速运动二者。例如，图1示出了具有滚轮102的计算机鼠标100的实施例，该滚轮102可以用于在计算设备的图形界面上的项目列表的范围内滚动。

图2示出了滚轮102在静止或以低旋转速度旋转时的剖面图，并且图3示出了滚轮102在以较高旋转速度旋转时的剖面图。滚轮102包括：固定轮轴200；可旋转构件202(即滚轮102的由用户操纵的外部部分)；以及总体上以206来指示的有阻力旋转机构，该有阻力旋转机构形成固定轮轴200与可旋转构件202之间的交界面。尽管是在鼠标滚轮的上下文中被公开的，但是能够理解，图2-3的可旋转输入设备可以与任何其他合适的可旋转控件一起使用以及用在任何合适的使用环境中。能够理解，滚轮102的运动可以通过光学编码或者通过任何其他合适的方式来跟踪。为了清楚的目的，在附图中省略了这样的运动跟踪机制。

所描绘的有阻力旋转机构206包括索引化表面210、以及一个或多个可运动表面构件212，所述可运动表面构件212被配置为根据用户选转可旋转构件202的速度来选择性地与索引化表面210对接。有阻力旋转机构206还包括偏置机构214，该偏置机构214被配置为在可旋转构件202的旋转速度低于阈值速度时迫使可运动的交界面构件212与索引化表面210啮合、以及在可旋转构件202的旋转速度高于阈值速度时分开交界面构件212和索引化表面210。通过这种方式，可旋转构件202根据用户多快地旋转滚轮102来自动地在有阻力和无阻力旋转之间切换。能够理解，其他实施例可以利用没有这样的制动部件的非索引化的有阻力表面，但是该有阻力表面除此以外以类似方式操作。另外，能够理解，在此使用的术语“有阻力旋转”是指与可旋转输入设备的较低阻力模式相比具有附加摩擦力或其他阻力(索引化或非索引化)的任何“精细控制”旋转模式，并且术语“无阻力旋转”是指与精细控制模式相比具有较低摩擦力或其他阻力的任何旋转模式。

在计算机鼠标中使用滚轮102将为计算机鼠标提供简单和有效的双模式(有阻力/无阻力)滚轮，该滚轮在除了在正常使用期间对滚轮进行的常规操纵以外没有来自用户的任何其他输入的情况下在所述模式之间切换。这与具有如下的按钮或其他控件的其他双模式滚轮形成对比：所述按钮或其他控件可以被用户选中以例如通过电机或使阻力机构啮合或脱开的机械耦合在有阻力和无阻力旋转之间切换。

根据本公开的可旋转输入设备可以利用任何合适的一个或多个结构来增加较低速度操作的阻力。例如，在图2-3中所描述的实施例中，索引化表面210包括多个形成在固定轮轴200的径向外周上的制动部件220，并且可运动的交界面构件包括多个轴承222，每个都部署在形成在可旋转构件202中的具有朝向索引化表面210的开口的相应内部空间224内。在此，在将轴承用作可运动的交界面构件的特定实施例的上下文中，内部空间224可以称为“轴承保持器”。

另外，偏置机构214包括磁体226，该磁体226在固定轮轴内被部署在与制动部件相邻的位置处。当滚轮102以小于阈值速度的旋转速度旋转时，磁体226与每个轴承222之间的吸引力足以在每个轴承222运动经过制动部件220时将轴承拉入到制动部件220中。因此，在这些旋转速度下，每个轴承222进入和离开制动部件220的运动给滚轮102的旋转提供索引化的感觉，这允许用于精细尺度的输入控制的精密控制。

另一方面，如图3所示，在滚轮102的旋转速度高于阈值速度的情况下，磁体226的引力不足以克服由轴承222给内部空间224中的“底部”表面(即内部空间的与固定轮轴200相距最远的表面)施加的向心力。因此，当以这些旋转速度操作时，轴承222不与制动部件啮合，从而允许滚轮102在没有索引化运动的情况下自由转动。通过这种方式，滚轮102可以在高旋转速度下被“轻拂”，以通过滚轮的未索引化、未受阻的运动促进在大文档范围内的滚动。

固定轮轴200、可旋转构件202、轴承222、内部空间224和滚轮102的其他部分的各个尺寸可以具有任何合适的值。例如，各个轴承222的质量和轴承保持器224的深度可以被选择为将有阻力和无阻力旋转之间的向心力阈值调整为在所期望的旋转速度下下降。例如，在被配置为在1000rpm下实现滚轮的无阻力旋转的一个特定实施例中，每个轴承都可以具有大致50mg的质量并且每个轴承保持器224都可以具有大致1.5-3mm的深度。

同样，与轴承的数目和间隔相比，制动部件的数目和间隔可以根据在可旋转构件202和/或固定轮轴200上可用的空间量被选择为将索引之间的间隔调整为所期望的值。例如，在所期望的是具有相对紧密地间隔开的索引的情况下，可能存在不足的空间来增加可旋转构件202内的轴承的数目。因此，如图2-3所示，可以在索引化表面210上配备两个或更多个制动部件220，使得每个轴承与多个制动部件相遇。通过这种方式，可以在不增加可旋转构件202内的轴承的数目的情况下增加索引之间的径向间隔。作为更详细的示例，如果所期望的是在索引之间具有20度，则可以给滚轮配备十八个个轴承和一个制动部件、九个轴承和两个制动部件、六个轴承和三个制动部件等等。尽管所描绘的可运动的交界面构件包括一个或多个轴承，但是能够理解，可以将任何其他合适的结构用作可运动的交界面构件，包括但不限于拴销、辊等等。

在每个索引处受到的阻力水平可以通过选择制动部件深度和剖面、以及磁体强度来调整。例如，相对高阻力的索引可以通过使用相对较强的磁体和/或相对较深的制动部件来形成，而相对较低阻力的索引可以使用相对较弱的磁体和/或相对较浅的制动部件来形成。

在一些实施例中，每个轴承保持器224内的表面都可以包括相对软的表面，该表面被配置为减小由于轴承222使用期间在轴承保持器224内运动引起的噪音。例如，可以使用双色(two-shot)注射成型工艺来用硬塑料形成可旋转构件202、固定轮轴200等等并且在轴承保持器224内和/或在索引化表面210之上形成较软塑料或弹性涂层。在一个特定的实施例中，可旋转构件由乙酰塑料形成，其中在轴承保持器224内形成大致1mm厚的热塑性弹性涂层。

图4和5示出了滚轮的两个实施例的沿着滚轮的旋转轴的法线方向作出的截面图。首先参考图4，轴承保持器224被安排为与可旋转构件202在其中旋转的平面成某个角度。这可以帮助防止轴承在设备构造期间滚出轴承保持器224。可替代地，如图5所示，轴承保持器524可以被安排为平行于可旋转构件502在其中在固定轮轴500上旋转的平面。

图2和3的实施例示出了：使用部署在两个紧密间隔开的制动部件之下的单个磁体，使得磁体的单极提供与两个制动部件二者相关联的偏置力。在其它的实施例中，一个磁体可以被配备用于每个制动部件。在又一实施例中，可以利用单个磁体的两极来为两个制动部件提供偏置力。图6示出了滚轮600的一实施例，其中使用单个U形磁体602来为两个制动部件604、606提供偏置力。U形磁体602的第一极603被定位为与第一制动部件604相邻，并且U形磁体602的第二极605被定位为与第二制动部件606相邻。通过以这种方式利用磁体的两极，可以使用单个磁体来有效地向两个制动部件提供偏置力。这允许有效使用固定轮轴内的空间。

图7示出了根据本公开的可旋转输入设备700的另一实施例。替代于利用一个或多个磁体来提供偏置力，输入设备700利用部署在每个内部空间704内的弹簧702来将轴承706形式的可运动的交界面构件向有阻力的表面708偏置。尽管线圈小枝被示为弹簧702，但是能够理解，可以使用任何其他合适类型的弹簧，包括但不限于片簧等。

在所描绘的实施例中，可运动的交界面构件被示为并入到滚轮的可旋转构件中，并且交界面构件相对于其偏置的有阻力表面被示为部署在固定轮轴的外表面上。然而，在其他实施例中，可运动的索引化表面可以被定位在滚轮的可旋转部分上，并且交界面构件可以被定位在固定轮轴上。另外，在其他实施例中，有阻力表面和交界面构件二者都可以被定位在滚轮外部的结构上，例如通过驱动轴、合适的轴承等等连接到滚轮的可旋转构件的结构。在又一实施例中，可运动的交界面构件可以包括一个或多个部署在可运动构件内的拴销，所述拴销被配置为撞击从固定轮轴向可旋转构件延伸的弹性脊背。

所描绘的实施例允许用户简单地通过改变可旋转输入构件的旋转速度来在旋转模式之间作出选择。所公开的可旋转输入设备不利用复杂的装配过程，并且完全以机械原理运行。因此，与计算机鼠标一起使用所公开的可旋转输入设备将不影响鼠标的光学编码器或电子器件，从而促进在现有鼠标设计中使用所公开的输入设备。应当理解，此处所述的双模式旋转配置和/或方法在本质上是示例性的，并且不应认为这些具体实施例或示例是限制性的，因为大量变型是可能的。本公开的主题包括各种过程、系统和配置的所有新颖和非显而易见的组合和子组合、和此处所公开的其它特征、功能、动作、和/或特性、以及其任何和全部等效物。

Claims (15)

1.一种用于电子设备（100）的可旋转输入设备（102），该可旋转输入设备（102）包括：

固定轮轴（200）；

可旋转构件（202），该可旋转构件（202）能够绕固定轮轴（200）被用户旋转；

有阻力旋转机构（206），该有阻力旋转机构（206）形成固定轮轴（200）与可旋转构件（202）之间的交界面，该有阻力旋转机构（206）包括有阻力表面（210）和被配置为选择性地与有阻力表面（220）对接的可运动的交界面构件（212），其中有阻力表面（210）和可运动的交界面构件（212）被配置为随着可旋转构件（202）的旋转彼此相对运动；以及

偏置机构（214），该偏置机构（214）被配置为在可旋转构件（202）的旋转速度低于阈值速度时迫使可运动的交界面构件（212）与有阻力表面（210）啮合、以及在可旋转构件（202）的旋转速度高于阈值速度时使交界面构件（212）和有阻力表面（210）分离。

2.如权利要求1所述的可旋转输入设备，其特征在于，该输入设备包括计算机鼠标上的滚轮。

3.如权利要求1所述的可旋转输入设备，其特征在于，该有阻力表面包括形成在该固定轮轴的表面中的制动部件。

4.如权利要求3所述的可旋转输入设备，其特征在于，该可运动的交界面构件包括轴承，该轴承部署在形成在该可旋转构件中的轴承保持器内，该轴承保持器包括朝向该有阻力表面的开口。

5.如权利要求3所述的可旋转输入设备，其特征在于，该偏置机构包括磁体，该磁体被定位在该固定轮轴内与所述制动部件相邻之处。

6.如权利要求3所述的可旋转输入设备，其特征在于，进一步包括形成在该固定轮轴的表面中的多个制动部件。

7.如权利要求6所述的可旋转输入设备，其特征在于，该偏置机构包括磁体，该磁体具有被定位为与第一制动部件相邻的第一极和被定位为与第二制动部件相邻的第二极。

8.如权利要求3所述的可旋转输入设备，其特征在于，该偏置机构包括磁体，其中所述磁体部署在所述制动部件之下，使得所述磁体提供与所述制动部件相关联的偏置力。

9.如权利要求4所述的可旋转输入设备，其特征在于，该偏置机构包括弹簧，其中所述弹簧部署在所述轴承保持器内以将所述轴承向所述有阻力的表面偏置。

10.一种计算机鼠标（100），包括：

滚轮（102），该滚轮（102）能够被计算机鼠标（100）的用户旋转；

索引化表面（210）和与滚轮（102）相关联的可运动的交界面构件（212），其中滚轮（102）的旋转致使索引化表面（210）与可运动的交界面构件（212）之间的相对运动；以及

偏置机构（214），该偏置机构（214）被配置为在滚轮（102）的旋转速度低于阈值速度时迫使可运动的交界面构件（212）和索引化表面（210）啮合、以及在滚轮（102）的旋转速度高于阈值速度时允许可运动的交界面构件（212）和索引化表面（210）分离。

11.如权利要求10所述的计算机鼠标，其特征在于，该滚轮包括可旋转构件和固定轮轴，并且其中该索引化表面包括形成在该固定轮轴的表面中的制动部件。

12.如权利要求11所述的计算机鼠标，其特征在于，该可旋转构件包括轴承保持器，该轴承保持器具有朝向该索引化表面的开口，并且其中该可运动的交界面构件包括定位在该轴承保持器内的轴承。

13.如权利要求12所述的计算机鼠标，其特征在于，该偏置机构包括磁体，该磁体被定位在该固定轮轴内与所述制动部件相邻之处。

14.如权利要求13所述的计算机鼠标，其特征在于，该偏置机构包括磁体，该磁体具有被定位为与第一制动部件相邻的第一极和被定位为与第二制动部件相邻的第二极。

15.如权利要求12所述的计算机鼠标，其特征在于，该偏置机构包括弹簧，其中所述弹簧部署在所述轴承保持器内以将所述轴承向所述有阻力的表面偏置。

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