CN110383218A - 指点设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种指点设备(20)。指点设备(20)包括：主体(100)、被容纳在主体(100)的凹部(102)中并且相对于主体(100)可旋转的控制构件(140)；被布置在凹部(102)中并且被配置为在相对于凹部(102)而被限定的笛卡尔坐标系中跟踪控制构件(140)围绕第一轴线和垂直于第一轴线的第二轴线的旋转的第一旋转跟踪传感器(110)、以及被布置在凹部(102)中并且被配置为在笛卡尔坐标系中跟踪控制构件(140)围绕垂直于第一轴线和第二轴线的第三轴线的旋转的第二旋转跟踪传感器(110)。还提供了制造指点设备(20)的相关联的方法。

Description

指点设备及其制造方法
背景技术
指点设备是允许用户将空间(即，连续和多维)数据输入到诸如个人计算机的计算设备的输入接口设备。例如，CAD系统和图形用户界面(GUI)允许用户通过跨物理桌面的表面移动手持鼠标或类似设备并且激活鼠标上的开关来使用物理手势控制和向计算机提供数据。指点设备的移动通过指针(或所谓的光标)的移动和其他视觉变化而被对应于屏幕。常见的手势是点击和拖放。
传统上，跟踪设备仅在用户在跟踪设备自身外部的表面(诸如书桌表面)上移动设备时才启用光标导航。当用户想要在应用中旋转目标对象时，他或她需要将光标移动到特定虚拟对象上，单击跟踪设备上的按钮并且按住该按钮。然后，在按钮保持被按下的情况中(即，拖动操作)，当跟踪设备相对于桌面移动时，目标对象被旋转。该操作是功能性的，但既不直观也不方便，因为跟踪设备相对于桌面的移动仅在两个维度上被跟踪，而实际上旋转是三维的。
发明内容
根据本文中描述的主题的实现，提供了一种指点设备。一般而言，提供了一种便利且易于使用的跟踪设备，以便改善用户体验，特别是对于涉及虚拟对象的旋转的界面。
指点设备包括主体、控制构件、第一旋转跟踪传感器和第二旋转跟踪传感器。控制构件被容纳在主体的凹部中并且相对于主体可旋转。第一旋转跟踪传感器被布置在凹部中并且被配置为在相对于凹部而被限定的笛卡尔坐标系中跟踪控制构件围绕第一轴线和垂直于第一轴线的第二轴线的旋转。第二旋转跟踪传感器被布置在凹部中并且被配置为在笛卡尔坐标系中跟踪控制构件围绕垂直于第一轴线和第二轴线的第三轴线的旋转。
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也并不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
附图说明
图1示出了根据本文中描述的主题的一个实施例的指点设备的示意图；
图2示出了根据本文中描述的主题的一个实施例的作为指点设备的示例的鼠标的透视图；
图3示出了控制构件以及图2的鼠标的两个跟踪传感器的截面图；
图4示出了图2的鼠标的仰视图；
图5示出了根据本文中描述的主题的实施例的制造指点设备的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考若干示例实施例讨论本文中描述的主题。这些实施例仅出于使得本领域技术人员能够更好地理解本文中描述的主题的目的而被讨论，而非暗示对主题的范围的任何限制。
术语“包括”及其变体应当被解读为表示“包括但不限于”的开放术语。除非上下文清楚地指示，否则术语“或”应当被理解为“和/或”。除此以外。术语“基于”应当被理解为“至少部分基于”。术语“一个实施例”和“实施例”应当被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应当被理解为“至少一个其他实施例”。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变型被广泛使用并且包括直接和间接安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。在下面的描述中，相同的附图标记在图1-5的若干视图中用于描述相同、相似或相应的部分。在下面可以包括其他限定(明确的和隐含的)。
指点设备通常以鼠标的形式提供，指点设备广泛地与计算机一起使用，因此在某些情况中它也被称为鼠标。利用各种类型的指点设备，用户能够在屏幕上示出的显示区域内导航光标，使得他或她可以点击屏幕上特定位置处的链接或虚拟按钮。例如，传统的鼠标在腔体中包含球，球用于跟踪鼠标相对于用户握持和移动鼠标的表面的移动。作为在该表面上的二维(2D)移动的结果，光标相应地在屏幕上沿水平方向或竖直方向移动。在如根据本文中描述的各种实施例中，“导航”指的是以手动方式控制鼠标并且因此将光标移动到预期位置的动作。
最近，具有照明设备的光学鼠标因其易用性和导航精度而越来越受欢迎。为了跟踪光学鼠标的移动，通常需要将表面尽可能靠近鼠标窗口放置。这样的窗口允许来自诸如激光二极管或LED二极管的光源的发射击中表面。然后，发射将被表面反射(漫射)，并且最终被布置在鼠标中的传感器捕获，以便检测鼠标与表面之间的相对移动。利用检测到的相对移动，可以实现光学鼠标的导航。
在其底侧具有光学传感器的鼠标通常允许2D导航。如果用户希望在图形界面中渲染的三维(3D)空间中旋转特定对象，则他或她通常点击该对象并且移动鼠标而不用抬起他或她的按压鼠标按钮的手指。尽管可以以这种方式旋转物体，但是这种操作不直观，并且旋转由于鼠标相对于与2D操纵相对应的表面的移动而仅限于两个轴限。根据本文中描述的实施例旨在促进在三个轴线中的特定对象在3D空间中的旋转，同时保持光标的2D导航。
图1示出了根据本文中描述的主题的一个实施例的指点设备100的示意图。仅出于说明的目的描述了指点设备100，而没有暗示对本文中描述的主题的范围的任何限制。具有不同结构的实施例可以实现本文中描述的主题的目的和概念。
如图所示，指点设备10包括具有底侧101的主体100。底侧101可以接触或接近指点设备10放置在其上的在主体100外部的表面(典型的外表面可以是例如桌面)。例如，在指点设备10是鼠标的情况中，其底侧101基本上是平的，以允许它直接放置在外表面上并且由用手握住主体100的用户移动。
移动跟踪传感器130被布置在主体100的底侧101。移动跟踪传感器130可以是光学传感器或机械传感器。可以采用各种类型的传感器，只要其能够将指点设备10相对于外表面的2D移动转换为指示2D移动的信号，从而跟踪移动。在一些其他示例中，移动跟踪传感器130可以包括彼此之间具有90度的差异的位于底侧101的两个一维(1D)传感器。以这种方式，也可以跟踪指点设备10在由外表面限定的两个轴线上的移动。
移动跟踪传感器130通常用于将指点设备10的移动与光标在屏幕上的移动相关联。因此，用户可以访问可以由光标选择的对象或链接或虚拟按钮。在指点设备10上，特别是在主体100上，还设置有物理按钮，以供用户指向。当光标位于其上时，这样的动作可以选择对象或链接或虚拟按钮。尽管这些操作对于指点设备的用户而言通常是直观的，但是它们是可配置的并且可以在需要时由用户重新限定。
在本公开的一个示例实施例中，第一旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120设置在主体100的凹部102中。凹部102可以定位在与底侧101相对的表面上，或者可以定位在除了底侧101之外的其他未知。控制构件140被可拆卸地容纳在凹部102中并且相对于主体100可旋转。通常，控制构件140可以是球形的形式，因此，控制构件140可以相对于指点设备10的其他部分自由旋转。然而，也可以使用其他形状，诸如多边形或棘球(acanthosphere)，只要它可以在凹部102内在笛卡尔坐标系中绕三个轴线旋转。控制构件140的布置是有利的，因为用户可以自由地旋转控制构件140，这使得能够在各种应用中配置很多导航或控制命令。例如，虚拟对象在全息图空间中的旋转、或视频游戏中的导航。同时，由移动跟踪传感器130带来的导航或控制功能保持不变。
应当理解，尽管在本公开的各种实施例中示出了移动跟踪传感器130，并且其结合使用第一旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120被证明是有益的，但是这种移动跟踪传感器130不是必需的。换言之，第一旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120的存在已经足以产生本公开的有利技术效果，如在上下文中讨论的。
控制构件140的旋转由凹部102中的第一旋转跟踪传感器110或第二旋转跟踪传感器120检测。在一个示例中，第二旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120中的每个能够在笛卡尔坐标中跟踪控制构件140围绕两个轴线的旋转。换言之，第二旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120中的每个是2D运动检测器，该2D运动检测器在笛卡尔坐标系中将控制构件140在一个或两个轴线中的旋转相对于其自己相关联。两个2D跟踪传感器的使用是有益的，因为两个传感器在总共四个轴线上跟踪移动。当只考虑笛卡尔坐标系中的三个轴线时，跟踪四个轴线的能力实现附加精度。
控制构件140的旋转可以在笛卡尔坐标系中完全表示，其中3个轴线通常由X、Y和Z表示。2D跟踪传感器仅检测围绕两个轴线的旋转。例如，在包括彼此垂直的三个轴线X、Y、Z的典型的笛卡尔坐标系中，如果一个2D跟踪传感器被故意布置为检测围绕X和Y轴的旋转，则它无法纯粹检测围绕Z轴的旋转。通过使用两个2D跟踪传感器并且相对于控制构件140的中心以彼此之间的特定角度不同地放置它们，控制构件140的旋转可以在坐标中的所有三个轴线上得到反映。结果，可以通过两个跟踪传感器110、120跟踪控制构件140相对于主体100的3D旋转。
在一个示例中，第二旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120中的每个可以是光学传感器或机械传感器。可以采用各种类型的传感器，只要它能够将控制构件140相对于凹部102在两个轴线上的旋转转换成指示两个轴线中的旋转的信号，从而跟踪旋转。在图1中，第二旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120经由点线被连接到控制构件140，点线指示传感器与控制构件140之间的光学或机械耦合的信号。
图2示出了根据本文中描述的主题的一个实施例的作为指点设备10的示例的鼠标20的透视图。图3示出了控制构件140以及鼠标20的两个跟踪传感器110、120的截面图。图4示出了鼠标20的仰视图。
如图1所示，鼠标20具有主体100，主体100成形为使得主体100能够通过其底侧101放置在外表面(如桌面)上并且由用户的手握在与底侧101相对的表面上。与底侧101相对的表面(在该实例中可以称为“上”表面)可以成形为符合人体工程学，以便改善使用疲劳。第一旋转跟踪传感器130、第二旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120被设置在主体100中，其功能类似于关于图1所说明的那些。这三个传感器在图2中以三个虚线框表示以表示它们的粗略位置。
应当理解，“顶部”、“上部”、“底部”、“前部”、“后部”、“侧面”、“侧部”等仅用于在附图中描述组件之间的关系，而不限制它们的取向或定位。例如，尽管“底”侧101如图2所示朝向下方，但是它可以朝向其他方向，这取决于设备如何被使用。
具体地，如上所述，移动跟踪传感器130位于底侧101，其用于跟踪主体100相对于外表面(如桌面)的2D移动。这可以在图4中示出，其中底侧101基本上是平的。图4还示出了纵向中心线Lc，主体100沿着纵向中心线Lc横向分成两部分。在该示例中，第二旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120位于凹部102中，使得它们可以与放置在凹部102中的控制构件140光学耦合。
在这一示例中，控制构件140呈球体或球形的形式。凹部102和控制构件140靠近将主体100保持在外表面上的用户的手的拇指而定位。即，控制构件140的中心远离图4所示的主体100的纵向中心线Lc而被布置。这是一种符合人体工程学且直观的设计，其允许用户用拇指轻松地访问控制构件140。虽然图2示出了为惯用右手的用户设计的鼠标20，但是对于惯用左手的用户也可以相应地设计其他形状的鼠标。
在一个示例中，可以在被设计为要被点击的上表面上另外设置两个按钮103和104，从而例如可以选择目标对象。滚动跟踪传感器(未示出)和轮子150可以设置在上表面上。在该示例中，滚动跟踪传感器能够跟踪轮子150相对于主体100的1D旋转。这通常允许在屏幕上示出的页面的滚动动作或通过按下按钮103和104而预先选择的目标对象的放大/缩小动作。
在图3中，控制构件140、第二旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120以剖视图被示出。在该示例中，控制构件140被示出为完美的球，其中球的表面上的任何点与球的中心之间的距离原则上是固定的，但是其他形状也可以用于控制构件140。还示出了用于说明X、Y和Z轴的笛卡尔坐标系，其中任何一个轴线总是垂直于其他两个轴线。第二旋转跟踪传感器110和第二旋转跟踪传感器120以一定距离靠近控制构件140定位，使得控制构件140的旋转可以由两个传感器检测。
第一旋转跟踪传感器110沿着Y轴远离控制构件140的中心定位，而第二旋转跟踪传感器120沿着X轴远离控制构件140的中心定位。换言之，第一旋转跟踪传感器110相对于控制构件140的中心以90度远离第二旋转跟踪传感器定位。以这种方式，第一旋转跟踪传感器110能够检测控制构件140围绕X轴或Z轴的旋转，而第二旋转跟踪传感器120能够检测控制构件140围绕Y轴或Z轴的旋转。结果，通过使用不同地定位的两个跟踪传感器，控制构件140围绕三个轴线中的任何一个的旋转是可检测的。
应当理解，两个跟踪传感器不必相对于中心成90度角。例如，
第二旋转跟踪传感器120可以成1到179度之间的任何值，只要控制构件140围绕Y轴的旋转是可检测的。
以这种方式，控制构件140围绕任一轴线的旋转将是可检测的，因此用户可以控制显示在屏幕上的目标对象，该目标对象可以是CAD软件中的3D渲染对象。另外，全息图空间中的目标对象也可以通过旋转控制构件140来控制。例如，目标对象可以旋转等于控制构件140的3D旋转的角度。换言之，如果用户将控制构件140围绕Y轴旋转20度，则屏幕上示出的虚拟3D空间中的目标对象也围绕Y轴旋转20度。或者，这种映射可以不必是1：1，这表示目标对象可以旋转与控制构件140的3D旋转成比例的角度。换言之，控制构件140已经被旋转的角度可以导致在屏幕上旋转更小或更大的角度，并且这可以由用户随时在软件中预先设置。
应当理解，除了旋转控制之外，控制构件140也可以用于执行其他操作。控制构件140允许在几乎任何用户界面或人机界面中利用三个自由度(DOF)。通过结合由移动跟踪传感器130启用的两个DOF以及另外结合由轮子150启用的一个DOF，通常提供总共六个DOF，当特定应用需要时，所有这些DOF都可以由用户在软件中被限定。
根据本文中描述的主题的实施例的装置提供了一种对于导航和对象旋转是直观的便利的跟踪设备。在所有三个维度中允许目标对象的旋转，而在旋转过程中仍然可以导航(光标)，反之亦然。因此，这允许改善用户界面的用户体验，而市场上的现有跟踪设备是不可能的。
仅出于说明的目的描述了以上实施例，而没有暗示对本文中描述的主题的范围的任何限制。可以使用任何附加或替代材料来制造开关的组件。
参考图5，图5示出了根据本文中描述的主题的实施例的制造跟踪设备的方法500的框图。
在框501处，进入方法500，其中提供主体。
在框502处，提供被容纳在主体的凹部中并且相对于主体可旋转的控制构件。
在框503处，提供第一旋转跟踪传感器，第一旋转跟踪传感器被布置在凹部中并且被配置为在相对于凹部而被限定的笛卡尔坐标系中跟踪控制构件围绕第一轴线和垂直于第一轴线的第二轴线的旋转。
在框504处，提供第二旋转跟踪传感器，第二旋转跟踪传感器被布置在凹部中并且被配置为在笛卡尔坐标系中跟踪控制构件围绕垂直于第一轴线和第二轴线的第三轴线的旋转。然后，当要使用指点设备时，控制构件可以安装到凹部中。
上面已经参考图1至图4描述了指点设备，因此，不需要重复对其配置、结构或功能的详细说明，因为指点设备可以与上述指点设备10或鼠标20完全相同地构造。
虽然在以上描述中以特定顺序描绘了操作，但是这不应当被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行这些操作，或者执行所有示出的操作以实现期望的结果。在某些情况中，多任务处理和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上述讨论中包含若干细节，但这些细节不应当被解释为对本文中描述的主题的范围的限制，而是作为可能特定于特定实施例的特征的描述。在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。另一方面，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合实现。
示例实现
在下文中，将列出本文中描述的主题的一些示例实现。
在一些实现中，提供了一种指点设备。指点设备包括：主体；被容纳在主体的凹部中并且相对于主体可旋转的控制构件；被布置在凹部中并且被配置为在相对于凹部而被限定的笛卡尔坐标系中跟踪控制构件围绕第一轴线和垂直于第一轴线的第二轴线的旋转的第一旋转跟踪传感器；被布置在凹部中并且被配置为在笛卡尔坐标系中跟踪控制构件围绕垂直于第一轴线和第二轴线的第三轴线的旋转的第二旋转跟踪传感器。
在一些实现中，还包括被布置在主体的底侧并且被配置为跟踪底侧相对于主体外部的表面的二维移动的移动跟踪传感器。
在一些实现中，控制构件呈球形的形式。
在一些实现中，第一旋转跟踪传感器相对于控制构件的中心以90度远离第二旋转跟踪传感器而被布置。
在一些实施方案中，第二旋转跟踪传感器和第二旋转跟踪传感器被配置为跟踪控制构件相对于凹部的2D旋转。
在一些实现中，控制构件的中心远离主体的纵向中心线而被布置。
在一些实施方案中，移动跟踪传感器是光学传感器。
在一些实施方案中，第二旋转跟踪传感器和第二旋转跟踪传感器是光学传感器。
在一些实施方案中，提供了一种制造指点设备的方法。该方法包括：提供主体；提供控制构件，该控制构件被容纳在主体的凹部中并且相对于主体可旋转；提供第一旋转跟踪传感器，该第一旋转跟踪传感器被布置在凹部中并且被配置为在相对于凹部而被限定的笛卡尔坐标系中跟踪控制构件围绕第一轴线和垂直于第一轴线的第二轴线的旋转；以及提供第二旋转跟踪传感器，该第二旋转跟踪传感器被布置在凹部中并且被配置为在笛卡尔坐标系中跟踪控制构件围绕垂直于第一轴线和第二轴线的第三轴线的旋转。
在一些实现中，还包括提供被布置在主体的底侧并且被配置为跟踪底侧相对于主体外部的表面的二维移动的移动跟踪传感器；
在一些实现中，提供控制构件包括以球形的形式提供控制构件。
在一些实现中，提供相对于控制构件的中心以90度远离第二旋转跟踪传感器而被布置的第一旋转跟踪传感器。
在一些实施方案中，第二旋转跟踪传感器和第二旋转跟踪传感器被配置为跟踪控制构件相对于凹部的2D旋转。
在一些实现中，提供远离主体的纵向中心线而被布置的控制构件的中心。
在一些实现中，提供轮子；并且提供被配置为跟踪轮子相对于主体的一维旋转的滚动跟踪传感器。
尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但是应当理解，所附权利要求书中限定的主题不必限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作被公开作为实现权利要求的示例形式。

Claims (17)

1.一种指点设备(10)，包括：
主体(100)；
控制构件(140)，其被容纳在所述主体(100)的凹部(102)中并且相对于所述主体(100)可旋转；
第一旋转跟踪传感器(110)，其被布置在所述凹部(102)中并且被配置为在相对于所述凹部(102)而被限定的笛卡尔坐标系中跟踪所述控制构件(140)围绕第一轴线(X)和垂直于所述第一轴线(X)的第二轴线(Y)的旋转；以及
第二旋转跟踪传感器(110)，其被布置在所述凹部(102)中并且被配置为在所述笛卡尔坐标系中跟踪所述控制构件(140)围绕垂直于所述第一轴线和所述第二轴线(X，Y)的第三轴线(Z)的旋转。
2.根据权利要求1所述的指点设备，还包括：
移动跟踪传感器(130)，其被布置在所述主体(100)的底侧(101)并且被配置为跟踪所述底侧(101)相对于所述主体(100)外部的表面的二维(2D)移动。
3.根据权利要求1所述的指点设备，其中所述控制构件(140)呈球形的形式。
4.根据权利要求3所述的指点设备，其中所述第一旋转跟踪传感器(110)相对于所述控制构件(140)的中心以90度远离所述第二旋转跟踪传感器(120)而被布置。
5.根据权利要求1所述的指点设备，其中所述第二旋转跟踪传感器和所述第二旋转跟踪传感器(110，120)被配置为跟踪所述控制构件(140)相对于所述凹部(102)的2D旋转。
6.根据权利要求1所述的指点设备，其中所述控制构件(140)的中心远离所述主体(100)的纵向中心线(Lc)而被布置。
7.根据权利要求2所述的指点设备，其中所述移动跟踪传感器(130)是光学传感器。
8.根据权利要求1所述的指点设备，其中所述第二旋转跟踪传感器和所述第二旋转跟踪传感器(110，120)是光学传感器。
9.根据权利要求1所述的指点设备，还包括：
轮子(150)；以及
滚动跟踪传感器，其被配置为跟踪所述轮子(150)相对于所述主体(100)的一维(1D)旋转。
10.根据权利要求1所述的指点设备，其中所述指点设备是鼠标。
11.一种制造指点设备的方法，包括：
提供主体；
提供控制构件，所述控制构件被容纳在所述主体的凹部中并且相对于所述主体可旋转；
提供第一旋转跟踪传感器，所述第一旋转跟踪传感器被布置在所述凹部中并且被配置为在相对于所述凹部而被限定的笛卡尔坐标系中跟踪所述控制构件围绕第一轴线(X)和垂直于所述第一轴线(X)的第二轴线(Y)的旋转；以及
提供第二旋转跟踪传感器，所述第二旋转跟踪传感器被布置在所述凹部中并且被配置为在所述笛卡尔坐标系中跟踪所述控制构件围绕垂直于所述第一轴线和所述第二轴线(X，Y)的第三轴线(Z)的旋转。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
提供移动跟踪传感器，所述移动跟踪传感器被布置在所述主体的底侧并且被配置为跟踪所述底侧相对于所述主体外部的表面的二维(2D)移动。
13.根据权利要求11所述的方法，其中提供所述控制构件包括以球形的形式提供所述控制构件。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
提供相对于所述控制构件的中心以90度远离所述第二旋转跟踪传感器而被布置的所述第一旋转跟踪传感器。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二旋转跟踪传感器和所述第二旋转跟踪传感器被配置为跟踪所述控制构件相对于所述凹部的2D旋转。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：
提供远离所述主体的纵向中心线而被布置的所述控制构件的中心。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：
提供轮子；以及
提供滚动跟踪传感器，所述滚动跟踪传感器被配置为跟踪所述轮子相对于所述主体的一维(1D)旋转。
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