CN102339086B - 具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置 - Google Patents

Abstract

一种无活动电气接点且能感测物体在3度空间位移或旋转的装置，包含：一壳体；一控制杆，杆体部分设置于壳体中，部分突出于所述壳体外；一第一电路板与位移传感器，连结于所述控制杆体之一端用以感测所述控制杆体之位置变化；一第二电路板，焊着集成处理电路，并嵌于所述壳体，用以计算壳体之移动，电路板边缘设有输出端子方便处理后的讯号与电源进出；第一电路板之讯号借由复数传输组件，连接至第二电路板。

Description

具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置

技术领域

本发明系关于一种旋转控制装置，特别系一种具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置。 

背景技术

在现今的科技产品中，如鼠标、游戏手把、简报器及手机等等，均可看见微型游戏杆的身影，微型游戏杆又可视为一种旋转控制装置，由于旋转控制装置可以360度旋转，输出各个方向的控制讯号，相较于只能输出单一方向讯号的按键式控制装置，其具有更好的便利性，因此，旋转控制装置逐渐取代一般的按键式控制装置，成为控制装置及计算机指向装置中不可或缺的角色。 

一般的旋转控制装置包含一控制杆及两个可变电阻(VR)，分别感测水平方向及垂直方向的位置变化，当控制杆旋转时，连接在可变电阻上的指针会随之变动，进而改变可变电阻的输出值，因此，无论控制杆旋转任何角度，均有相对应的单一电阻值，故可藉由这两个可变电阻的输出值测定控制杆所在的位置，相对地，透过控制杆的旋转，可使得可变电阻值改变，进而输出一特定的控制讯号，以实现控制装置之功效，如中国台湾发明专利公告第I279822号”游戏杆与开关“所示。此外，光学编码器亦可用以感测控制杆之位置及变化，并输出位置之讯号，故可用以取代可变电阻，如中国台湾发明专利公告第117344号”计算机游戏杆“所示。 

然而，在利用可变电阻的旋转控制装置中，因为可变电阻与控制杆之指针相互接触，控制杆移动时，控制杆之指针会随之移动，进而与可变电阻产生摩擦，这样的摩擦长久累积下来会导致该旋转控制装置的寿命减短。并且，在每次使用该旋转控制装置之前，均需要将可变电阻进行校正，使控制杆输出控制讯号归零，以免初始电阻值存在误差。此外，由于摩擦力的作用，可变电阻及控制杆之指针在长期的使用下易产生机械性的磨擦或是轻重不一的撞击，进而对可变电阻之表层与结构产生破坏性的磨损而影响可变电阻值，导致输出信号 的准确性和稳定性会降低。又因，可变电阻是一种被动式组件(passive element)，其电阻值容易受到环境(例如温度、湿度等)的影响而产生变化，因而降低输出信号的准确性和稳定性。以上所述均为利用可变电阻式的旋转控制装置之缺点。利用光学编码器取代可变电阻值虽可有效改善上述问题，然而，于此类型之控制装置中必须设有发光组件及光栅藉以感测控制杆之位置变化，会造成成本的增加，此外，若外部光线射入壳体之中，亦会造成输出讯号的误差。 

因此，在习知的旋转控制装置中，仍存在许多的缺点及困难待克服。 

发明内容

为了克服以上所述之缺点及困难，本发明揭露一种具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，包含：一壳体；一控制杆体，设置于该壳体中，并有部分突出于该壳体外；一第一电路板，连接于该控制杆体之一端；一位移传感器，设置于该壳体中，藉以感测该控制杆体之位置变化，并输出讯号；一第二电路板，焊着集成处理电路，并嵌于该壳体，用以计算壳体之移动，第二电路板边缘设有输出端子方便处理后的讯号与电源进出；第一电路板之讯号借由复数传输组件，连接至第二电路板。 

本发明之一优点在于利用一位移传感器感测控制杆体之位置变化，其与壳体无任何接触与摩擦，故此位移传感器不会产生结构上的损耗，可延长使用的寿命，减少资源的浪费。 

本发明之另一优点在于位移传感器不受温度、压力、湿度、光线等环境因素的影响，其输出讯号只取决于位置的改变，故可增加稳定性。 

本发明之再一优点在于本发明不像一般使用位移传感器的游标移动控制装置，都是靠手腕或手臂的移动来实现控制动作，而是用拇指搭于有支撑机构的转台上轻松快速操作，可免除手臂、手腕因悬空造成的肌肉酸疼与不适。 

本发明之又一优点在于本发明可透过游戏杆模块的型态进行单独的贩卖，而无须如同市售游戏杆(如电视游乐器PS3、XBOX360、Wii的游戏手把等)，仅能成套贩卖。 

本发明可从以下较佳实施例之叙述并伴随后附图式及申请专利范围使读者得以清楚了解。 

附图说明

图1系本发明之实施例之外观示意图。 

图2系本发明之实施例之剖面图。 

图3系本发明之实施例之局部示意图。 

图4系本发明之控制杆体之示意图。 

图5系本发明之实施例之操作示意图。 

图6系本发明之实施例之另一操作示意图。 

图7系本发明之外观示意图。 

主要组件符号说明： 

100 控制杆体 

101 壳体 

102 引脚 

103 输出端子 

200 位移传感器 

201 第一电路板 

202 集成处理电路 

203 第二电路板 

204 弹性组件 

205 传输组件 

206 内平板 

207 壳体位移传感器 

300 软排线 

301 电源线 

401 垂直杆体 

402 水平平板 

500 握套 

具体实施方式

本发明将以较佳实施例及观点加以叙述，此类叙述系解释本发明之结构及程序，仅用以说明而非用以限制本发明之申请专利范围。因此，除说明书中之较佳实施例以外，本发明亦可广泛实行于其它实施例中。 

本发明系关于一种旋转控制装置，特别系一种具有具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置之旋转控制装置，其利用位移传感器作为感测组件，可有效改善既有的旋转控制装置之缺点，更具体而言，上述之位移传感器为一重力传感器(gravity sensor)。 

请参见图1，图1为本发明之一实施例之外观示意图，其系揭露一具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，包含一控制杆体100、一壳体101、四支引脚102、及四支输出端子103，其中，壳体101具有一开口，以提供控制杆体100之部分突出于开口外，而控制杆体100可在此壳体101的开口范围内做任何径向的摆动或任何角度的转动，以提供使用者自由操控或使用此旋转控制装置而不受方向或角度限制。此四支引脚102分别位于壳体101下表面之端点处，其系用以连结外部支撑机构(如游戏杆、鼠标、或简报器之外壳)并固定，而输出端子103系用以将此旋转控制装置的控制讯号传输至外部的处理器(如游戏杆、鼠标、或简报器之处理器)。熟悉该项技艺者应知悉引脚102及输出端子103并不局限于本实施例所揭露之数量与位置。 

请参见图2，图2为本发明之较佳实施例之剖面图，此具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置包含一控制杆体100、一壳体101、四支引脚102、四支输出端子103、一位移传感器200、一第一电路板201、一集成处理电路202、一第二电路板203、一弹性组件204、一壳体位移传感器207及复数传输组件205。其中，壳体101具有一位于其内部之内平板206，弹性组件204系配置于控制杆100与内平板206之间，藉以使该控制杆体100在无受力时保持在垂直状态。位移传感器200系嵌于第一电路板201上，而第一电路板201系嵌于控制杆体100之底部，当控制杆体100旋转或摆动时，位移传感器200的位置会随之变动，因此可藉以侦测得控制杆体100之位置变化的，并产生控 制讯号；透过复数传输组件205，而此控制讯号可经由连接于第一电路板201及第二电路板203之间的复数传输组件205传输至第二电路板203上的集成处理电路202，接着再经由输出端子103将此控制讯号传输至外部的处理器(如游戏杆、鼠标、或简报器之处理器)，其中第二电路板203系嵌于壳体101底部上。然而，位移传感器200除了会侦测控制杆体100的位置变化之外，位移传感器200亦会感测到壳体101的位置变化，若壳体101有些微的晃动或旋转，则会影响此旋转控制器的准确性，故本发明利用一嵌于第二电路板203上的壳体位移传感器207，藉以感测壳体101的位置变化讯号，当位移传感器200与壳体位移传感器207所测得的输出讯号相同时，即表示控制杆体100并未旋转或摆动，则此输出讯号系反映出壳体101之位移，亦即反映整个旋转控制器之位移，当位移传感器200与壳体位移传感器207所测得之输出讯号不同时，两者之间的差异即代表控制杆体100之旋转或摆动讯号，而壳体位移传感器207所测得之讯号仍可反映出旋转控制器之位移。其中，壳体位移传感器207可将壳体101的位置变化讯号输出至集成处理电路202，而集成处理电路202再将位移传感器200所测得的控制讯号减去壳体位移传感器207所测得的位置变化讯号，藉以消除壳体101的位置变化对位移传感器200之影响，进而真实反映出控制杆体100之动作。另一方面，由于壳体位移传感器207可侦测壳体101之位移，进而得到此旋转控制器之位移，故使用者亦可直接移动此旋转控制器以进行操作。由上开叙述可得知，本发明可分别藉由旋转摆动控制杆体100或移动壳体101，藉以实现控制的作用。因此，透过旋转摆动控制杆体100或是移动此旋转控制器，可各别产生不同的控制讯号，进而达到不同的控制手段。在本实施例中，位移传感器200为一模拟式重力传感器，需三条讯号传输线以分别传输三维方向之讯号，因此，传输组件205包含三条传输线以及两条电源线以供应电力给位移传感器200。 

请参见图3，图3为本发明所揭露之另一实施例之局部示意，此具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置包含一控制杆体100、一位移传感器200、一第一电路板201、一集成处理电路202、一第二电路板203、四支输出端子103、及一壳体位移传感器207。其连结方式及功能手段与图2所示之实施例相似，不同之处在于本实施例之位移传感器200系采用数字式重力传感器，其可利用软排线300以传输测得的数字讯号，故连接于第一电路板201及第二 电路板203之间的传输组件205包含一软排线300及两条电源线301。更具体而言，软排线300可为I2C总线或SPI总线。 

请参见图4，图4为控制杆体100之一实施例之示意图，此控制杆体100包含一垂直杆体401及一水平平板402，其中，水平平板402系嵌合于垂直杆体401之间。在本发明之一实施例中，请并参见图5及图6，图5系显示控制杆体100往一侧扳动，而图6系显示控制杆体100往另一侧扳动，其中，平板402系用以抵靠弹性组件204，当使用者施力至垂直杆体401时，将带动水平平板402随之摆动，进而改变此弹性组件204之形状。更具体的操作方式可参阅图5及图6所示。于图5中，使用者将垂直杆体401往前侧扳动时，可带动水平平板402往前侧倾斜，进而压缩弹性组件204之前侧并拉伸弹性组件204之后侧。相对地，于图6中，使用者将垂直杆体401往右侧扳动时，可带动水平平板402往右侧倾斜，进而压缩弹性组件204之右侧，并拉伸弹性组件204之左侧。而当使用者停止施力时，此弹性组件204将因为其弹性特征而回复原状，进而带动此水平平板402回复水平状态，此垂直杆体401回复垂直状态。在部分实施例中，弹性组件204可为弹簧、高弹性橡胶、高弹性海绵等等。 

请参见图7，图7为本发明之实施例之外观示意图，其系揭露一具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，包含一控制杆体100、一壳体101、四支引脚102、四支输出端子103及一握套500，其中，握套500系包覆于控制杆体100，其可由橡胶或皮革等触感佳之材质所制成，使用者可藉由握套500操控控制杆体100，进而控制此旋转控制装置之作动。 

在本发明之部分实施例中，壳体位移传感器207可为电容式加速度计、光学式加速度计、数字式重力传感器、或模拟式重力传感器等等，而集成处理电路202可包含微处理器、物理处理器、或数字讯号处理器等等。 

上述叙述系为本发明之较佳实施例。此领域之技艺者应得以领会其系用以说明本发明而非用以限定本发明所主张之专利权利范围。其专利保护范围当视后附之申请专利范围及其等同领域而定。凡熟悉此领域之技艺者，在不脱离本专利精神或范围内，所作之更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成之等效改变或设计，且应包含在下述之申请专利范围内。 

Claims (14)

1.一种具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于包含：

一壳体；

一控制杆体，设置于所述壳体中，并具有部分突出于所述壳体外；

一第一电路板，连接于所述控制杆体之一端；

一位移传感器，设置于所述壳体中，用以感测所述控制杆体之位置变化，并输出讯号；

一第二电路板，嵌于所述壳体；

一集成处理电路，嵌于所述第二电路板，藉以侦测壳体之移动，并输出讯号；

复数传输组件，连接于所述第一电路板及所述第二电路板之间；

藉此，所述旋转控制装置获取与接收讯号时无须经过活动接点。

2.如权利要求1所述之无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，所述位移传感器系嵌于所述第一电路板。

3.如权利要求1所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，更包含一弹性组件，抵靠于所述控制杆体，藉以使所述控制杆体在无受力时保持在垂直状态。

4.如权利要求3所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，所述弹性组件为弹簧。

5.如权利要求3所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，所述控制杆体更包含一垂直杆体及一水平平板嵌于所述垂直杆体之间，所述水平平板系用以抵靠所述弹性组件。

6.如权利要求5所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，更包含一内平板嵌于所述壳体内部，藉以支撑所述弹性组件，所述内平板具有一内开口，以供所述控制杆体穿过所述内开口。

7.如权利要求6所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，所述壳体具有一外开口，以供所述控制杆体穿过所述外开口。

8.如权利要求1所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，更包含复数输出端子嵌于所述第二电路板，藉以传输控制讯号至一外部处理器。

9.如权利要求1所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，所述位移传感器为一模拟式重力传感器。

10.如权利要求9所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，所述复数传输组件包含三条传输线及两条电源线用以提供电力至所述位移传感器。

11.如权利要求1所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，所述位移传感器为一数位式重力传感器。

12.如权利要求11所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，所述复数传输组件包含一软排线，藉以输出三维方向之位置变化，及两条电源线用以提供电力至所述位移传感器。

13.如权利要求11所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，所述软排线包含I2C总线及SPI总线。

14.如权利要求1所述之具有无活动电气接触点之位移传感器之旋转控制装置，其特征在于，所述位移传感器包含电容式加速度计、光学式加速度计、或重力传感器。

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