CN1107901C - 定点设备、含有该定点设备的计算机系统和控制光标移动的方法 - Google Patents

Abstract

一种通过将位置信息输入进计算机来控制计算机显示器上的光标移动的定点设备(20)包括：外壳，具有上部开口(22)和与上部开口直接相对的内下部基座(36)；安装在内下部基座上的圆柱棒(40)，以便沿其中心轴(46)在上部开口中旋转并滑动；多个第一标记线(42)，与中心轴平行地环绕印在圆柱棒周边的与一端相邻近的一部分上，在相邻标记线之间的间隔恒定，第一标记线从所述一端延伸一给定长度；多个第二标记线(44)，垂直于第一标记线环绕印在圆柱棒周边的与另一端相邻近的另一部分上，在相邻标记线之间的间隔恒定，第二标记线从另一端延伸一给定长度；检测电路，用于通过感测第一和第二标记线的运动分别测量圆柱棒的旋转和滑动运动；以及，微计算机，用于分析由检测电路产生的检测信号，以获得位置信息。

Description

定点设备、含有该定点设备的计算机系统和控制光标移动的方法

本发明涉及一种定点设备或光标控制设备，例如鼠标，所述设备通过将位置信息输入到计算机中来控制在计算机显示器上的光标的移动。

因为对于用户来说用大键盘与计算机系统进行交互是非常受限制的，所以已经开发出作为定点设备的鼠标来控制计算机显示器上的光标的移动。此外，如果用户想要控制在以图形用户界面操作的计算机系统的显示器上的光标，则向计算机内输入位置信息对于他来说是非常不便的。鼠标一般包括一个小的外壳，在其上带有两个或三个按钮，用于指示出已经到达所需位置，还包括一个安在外壳下面的传感器，该传感器可以沿任何平面滚动。感测其运动方向，并传送给计算机，计算机将该运动转换成显示屏上光标的移动。

参看图1，显示了另一种类型的被称为触摸盘(touch pad)的定点设备12，其安装在一个笔记本电脑10中。这种触摸盘12包括一个小的电子触摸板，以感测手指触摸，来控制光标移动。另一种类型的定点设备是如图2所示的跟踪球16，其操作与鼠标类似。

这种常规类型的定点设备存在着各种缺陷，包括很难达到光标移动的精度，特别是在画一条直线时。这意味着常规定点设备不能够有效地对位置信息到计算机的输入进行管理。此外，其体积对将笔记本电脑进一步小型化也是个限制。

本发明的一个目的是提供一种定点设备，通过该定点设备可以容易地并精确地控制光标移动。

本发明的另一个目的是提供一种可以紧凑地安装在笔记本电脑中、从而明显减小其尺寸的定点设备。

依据本发明的一个实施例，通过将位置信息输入进计算机来控制计算机显示器上的光标移动的定点设备包括：外壳，具有上部开口和直接与上部开口相对的内下部基座；安装在内下部基座上的圆柱棒，以便沿其中心轴在上部开口中旋转并滑动；多个第一标记线，与中心轴平行地环绕印在圆柱棒周边的与一端相邻近的一部分上，在相邻标记线之间的间隔恒定，第一标记线从所述一端延伸一给定长度；多个第二标记线，垂直于第一标记线环绕印在圆柱棒周边的与另一端相邻近的另一部分上，在相邻标记线之间的间隔恒定，第二标记线从该另一端延伸一给定长度；检测电路，用于通过感测第一和第二标记线的运动分别测量圆柱棒的旋转和滑动运动；以及微计算机，用于分析由检测电路产生的检测信号，以获得位置信息。

下面将参考附图仅以例示方式更具体地描述本发明。

图1是显示带有常规触摸盘的笔记本电脑的透视图；

图2是除了带有常规跟踪球之外其它与图1相同的视图；

图3是依据本发明的一个实施例的定点设备的分解图；

图4是应用于图3所示的定点设备的电路图；

图5是显示检测图3所示的定点设备的圆柱棒的运动的检测部件的原理图；

图6A至6C显示了检测圆柱棒的旋转运动的过程；

图7A至7C显示了检测圆柱棒的滑动运动的过程；

图8是显示通过本发明的定点设备移动光标的步骤的流程图；

图9是显示确定光标的位移和方向的步骤的流程图；

图10A和10B是显示本发明的定点设备在安装进笔记本电脑的主机壳之前的结构的分解图；

图10C是显示本发明的定点设备在安装进笔记本电脑的主机壳之前的结构的分解图，其中该定点设备具有用于安装圆柱棒的不同的基座结构；

图11是带有如图3所示的定点设备的笔记本电脑的透视图；

图12A是沿图11的线12a-12b的横截面图；

图12B是除了具有安装在笔记本电脑中的图10C的定点设备之外其它与图12A相同的视图；

图13A是沿图11的线13a-13b的横截面图；

图13B是除了具有安装在笔记本电脑中的图10C的定点设备之外其它与图13A相同的视图；

图14是显示在如图11所示的笔记本电脑的上部的下边上形成的制动器的平面图，其中该制动器是为了限制本发明的定点设备的圆柱棒的运动；

图15是与图14类似的平面图，但制动器是在用于安装定点设备的面板的下边上形成的；

图16是用于显示圆柱棒的标记线的笔记本电脑的透视图，其中标记线未通过开口露在计算机的外边；

图17是与图14类似的平面图，但笔记本电脑如图16所示；

图18是与图15类似的平面图，但笔记本电脑如图16所示；

图19是显示在依据本发明的另一个实施例的定点设备中使用的圆柱棒的分解透视图。

参考图3，定点设备20包括由上部外壳部分22和下部外壳部分36组成的设备外壳、圆柱棒40、电路板50和按钮68。圆柱棒40安装在在上部外壳部分22中形成的内下部基座26上。该圆柱棒40通过开口24暴露于上部外壳部分22的外面。将基座26设计为在开口24的正下方，从开口24的两端向上部外壳部分22的内部延伸。基座26的表面为凹面，以适合于圆柱棒40的周边。基座26具有一个在圆柱棒的中心轴方向上延伸的开口槽28，将基座表面分成两个部分，以形成弹性支撑。将圆柱棒40制为既能沿基座26的表面滑动，又能绕其中心轴46旋转。圆柱棒40的滑动运动由制动器30进行限制。

多个第一标记线42与中心轴46平行地环绕印在圆柱棒40周边与一端相邻近的部分上，在相邻标记线42之间的间隔恒定。第一标记线42从所述一端延伸一给定长度。另外，多个第二标记线44垂直于第一标记线42环绕印在圆柱棒40周边的与另一端相邻近的另一部分上，在相邻标记线44之间的间隔恒定。第二标记线44从该另一端延伸一给定长度。第一和第二标记线42和44都是黑的，以吸收照射的红外线(IR射线)，并且在黑标记线之间的间隔是白线，以反射照射的IR射线。当圆柱棒40沿基座26作滑动运动时，第一和第二标记线42、44可以不通过开口28暴露出来。

电路板50上安装有微计算机52、第一IR发光二极管(LED)56、第二IR LED58、第一光敏晶体管60和第二光敏晶体管61。这些元件用于检测圆柱棒40的滑动和旋转运动。第一和第二IR LED56、58在微计算机52的控制下发出IR射线。第一和第二光敏晶体管60和61检测由圆柱棒40反射的IR射线，将其传输给微计算机52，微计算机52分析接收的信号，以产生光标的位置信息。以这种方式，可以根据位置信息在显示屏上移动光标。第一和第二IR LED56和58与圆柱棒40相邻安装，而第一和第二光敏晶体管60和61则远离圆柱棒40安装。设置第一和第二光纤62和64从而为在圆柱棒40上反射的IR射线形成一个传输路径，以流入第一和第二光敏晶体管60和61。安装在电路板50上的开关66由按钮68通过在上部外壳部分22中形成的开口32操作。电路板50通过四角螺丝套(boss)34和螺钉70安装在上部外壳部分22的内侧。四角螺丝套34可以在上部外壳部分22的内侧形成，如图3所示。电路板50带有具有连接器82的电缆80，连接器82可以与计算机系统的PS/2连接器相连，并可对其修改以适合任何计算机系统。

如图3和4所示，在微计算机52的控制下从IR LED56和58产生的IR射线在圆柱棒40上被反射，通过第一和第二光纤62和64传输到第一和第二光敏晶体管60和61，第一和第二光敏晶体管60和61随后将检测到的信号传输给微计算机52。在这种情况下，由于在第一和第二标记线42和44之间的间隔(即白反射线)随着圆柱棒40的旋转和滑动运动而移动，所以反射的IR射线有一些变化，这些变化由光敏晶体管60和61检测到，用于微计算机52确定圆柱棒40的运动方向。移动的白或黑标记线的数目代表圆柱棒在旋转和滑动运动中的位移，由微计算机52将其变换成光标的位置信息，通过连接器82传输给主计算机系统。因此，如果圆柱棒侧向滑动而没有旋转运动，则光标正交地向右或左侧移动。相反，如果圆柱棒旋转而没有任何滑动运动，则光标正交地向上或下端移动。

下面将参考图5至9更详细地说明由定点设备的圆柱棒获得光标的位置信息的过程。

参考图5，在微计算机52的控制下从第一和第二IR LED56和58产生的IR射线在第一和第二标记线42和44之间的白线上被反射，并通过第一和第二光纤62-1、62-2和64-1和64-2传输到第一和第二光敏晶体管60和61，第一和第二光敏晶体管60和61将接收的IR射线变换成电信号，传输到微计算机52，以计算光标的方向和位移。如图所示，第一和第二光纤中的每一个被分成分别与第一和第二光敏晶体管60和61相连的两个光纤。

图6A和6B示意性地显示了对应于由第一和第二光敏晶体管60和61检测到的一个脉冲的圆柱棒40的旋转位移。如上所述，与圆柱棒40的中心轴46相平行地形成第一标记线42，并且如附图中的标号42-1、42-3、42-5所示的黑色不反射IR射线。IR射线由黑标记线之间的白间隔线42-2、42-4所反射。第一光纤62包括第一和第二子光纤62-1和62-2，垂直于中心轴46、从而也垂直于第一标记线42排列。每个白反射线的宽度“L”等于每个黑标记线的宽度“L’”。在每个光纤62-1和62-2的直径“D”与宽度“L”之间的关系最好是2D＜L。如果宽度“L”与直径“D”相比太小，则IR射线之间的相位差变得不足以满足光标的正确控制。反之，如果宽度“L”与直径“D”相比太大，则标记线42的数目将减少得不可能对光标移动作出精确控制。如果圆柱棒40以图6A所示箭头方向，从光纤62-1面对白反射线42-2和光纤62-2面对黑标记线42-3的位置旋转对应于由第一和第二光敏晶体管60和61检测到的一个脉冲的量，则光纤62-1移动到面对白反射线42-4，光纤62-2移动到面对黑标记线42-5。

将圆柱棒从图6A的位置旋转到图6B的位置时，第一和第二光敏晶体管60和61分别产生对应于IR射线的第一和第二脉冲Ea和Eb，该IR射线由在第一标记线42上反射的LED56的IR射线获得，并通过光纤62-1和62-2传输给光敏晶体管60和61。在这种情况下，在第一和第二脉冲Ea和Eb之间存在相位差，因为在标记线42反射的IR射线是由两个光纤62-1和62-2在不同时间接收的。这个相位差用于确定光标位移的方向。即，如果相位差为正，则在屏幕的X轴的正方向上进行光标移位。反之，如果相位差为负，则在X轴的负方向上进行光标移位。当然，可以通过计算产生的脉冲Ea或Eb的个数来获得光标的位移。

或者，图7A和7B示意性地显示了对应于由第一和第二光敏晶体管60和61检测的一个脉冲的圆柱棒40的滑动位移。如上所述，垂直于圆柱棒40的中心轴46形成第一标记线44，并且在附图中由标号44-1、44-3、44-5表示的黑线不反射IR射线。由黑标记线之间的白间隔线44-2、44-4反射IR射线。第二光纤64包括第一和第二子光纤64-1和64-2，垂直于中心轴46排列，并平行于第二标记线44。关于第二标记线的其他技术细节基本上与第一标记线的相同，因此为了方便这里将其省略。

图8和9显示了通过在微计算机52的控制下检测定点设备的圆柱棒的运动来获得光标的位置信息的步骤。参考图4、5和8，在步骤S200将从第一和第二LED56或58产生的IR射线发送给圆柱棒40。LED56和58交替地在微计算机52的控制下产生IR射线。即，微计算机52使第一LED56产生IR射线，以便检测圆柱棒40的旋转位移，同时使第二LED58产生IR射线，以便检测其滑动位移。第一和第二LED56和58的该种交替分时操作有可能由光纤将圆柱棒40反射的IR射线发送给光敏晶体管60和61而获得。光纤使得减少所需光学元件、例如光敏晶体管的数目变为可能。

在步骤210，在圆柱棒40上反射的IR射线通过第一或第二光纤62或64由第一和第二光敏晶体管60和61检测。即，反射的IR射线作为两个射线Ra和Rb通过第一或第二光纤的两个子光纤传输。在步骤S220，两个IR射线Ra和Rb分别由第一和第二光敏晶体管60和61变换成相应的电信号Ea和Eb。在步骤S230，由微计算机52分析两个电信号Ea和Eb，以便计算光标移动的方向和位移。在S250，将这样获得的位置信息传输到主计算机系统，最后在步骤S260根据该位置信息将显示器上的光标在X或Y方向上移动。

图9显示了计算光标移动的方向和位移的例程。通过检测通过光敏晶体管60和61传输到微计算机52的电信号Ea和Eb来确定方向，如图6A至6C所示。即，在步骤S235，如果检测到在脉冲Ea和Eb之间的相位差具有正值，则意味着圆柱棒40已经向屏幕的X或Y轴的正方向移动。当然，如同上面结合图6A至6C所说明的，分别由圆柱棒40的滑动和旋转运动获得光标在X和Y方向的位移。在步骤S240通过对脉冲Ea或Eb的个数计数获得光标的位移。虽然这个实施例显示了只在两个轴X和Y的一个中的光标移动，但实际上可以通过交替产生和检测第一和第二IR射线同时在X和Y轴上移动光标。例如，如果通过分时使得第一和第二LED56和58交替地产生朝向圆柱棒40的第一和第二标记线的IR射线，则圆柱棒的旋转和滑动运动分别使得获得电信号来计算光标在X和Y轴方向上移动的方向和位移成为可能。

结合图10A、10B和11说明安装在笔记本电脑100中的定点设备，显示面板108铰接在系统单元102上。显示面板108包括显示部件110。安装该系统单元的主机壳106带有键盘部件104。定点设备外壳112连接在主机壳106上，具有用于连接面板116的第一开口114。面板116具有第二开口118和直接面对第二开口118的内下部基座120。面板116安装在主机壳106的内部，其上表面通过第一开口露在外面。面板116具有内下部基座120，将内下部基座120形成为适合于圆柱棒40在第二开口中沿其中心轴旋转和滑动。内下部基座120由一个伸长的开口槽122分成两部分。圆柱棒40的滑动运动由一对制动器115限制。面板116还包括用于安装按钮68的另一个开口124和用于安装电路板50的多个四角螺丝套126。如图12A和12B所示，定点设备几乎不需要在笔记本电脑内的安装空间，从而可以减小笔记本电脑的体积。

如图10C、12B和13B所示，可以形成另一种类型的内下部基座120’，在第二开口118的两端具有一给定宽度。当然，基座120’具有凹面以适合面板116中的圆柱棒40。凹面由在圆柱棒的滑动方向上延伸的开口槽122’分成两部分。这种类型使得基座120’在两端支撑圆柱棒40，以便减少其上的摩擦力。

参考图14和15，限制圆柱棒144a的滑动运动的制动器142a或142b可以在主机壳140a的上层板的下面或在面板148b下面形成。前者是将定点设备设计为集成进主机壳，而后者是将定点设备设计为可以容易地与主机壳分离地进行处理，特别是在维修时。

最优地，如图16至18所示，可以将圆柱棒144c、144d安装在笔记本电脑100’中，以便不将第一和第二标记线145c、145d和146c、146d通过开口暴露在外面。这是通过从圆柱棒的两端将标记线的部分限制为一规定长度以及限制圆柱棒滑动范围来实现的。当然，制动器142c或142d可以在机壳140c或面板148d中形成。

参考图19，可以将另一种类型的圆柱棒162设计为在其两端提供有一给定长度的第一和第二管架部分164和166。将第一标记管168安装在第一管架部分164上，将第二标记管170安装在第二管架部分166上。第一标记管168的周边上印有与圆柱棒162的中心轴平行的多个第一标记线，在相邻标记线之间的间隔恒定，第二标记管170的周边上印有与第一标记线垂直的多个第二标记线，在相邻标记线之间的间隔恒定。

Claims (14)

1.一种通过将位置信息输入进计算机来控制计算机显示器上的光标移动的定点设备，包括：

外壳，具有上部开口和与所述上部开口直接相对的内下部基座；

安装在所述内下部基座上的圆柱棒，以便沿其中心轴在所述上部开口中旋转并滑动；

多个第一标记线，与所述中心轴平行地环绕印在所述圆柱棒周边的与一端相邻近的一部分上，在相邻标记线之间的间隔恒定，所述第一标记线从所述一端延伸一给定长度；

多个第二标记线，垂直于所述第一标记线环绕印在所述圆柱棒周边的与另一端相邻近的另一部分上，在相邻标记线之间的间隔恒定，所述第二标记线从所述另一端延伸一给定长度；

检测电路，用于通过感测所述第一和第二标记线的运动分别测量所述圆柱棒的旋转和滑动运动；以及

微计算机，用于分析由所述检测电路产生的检测信号，以获得所述位置信息。

2.一种通过将位置信息输入进计算机来控制计算机显示器上的光标移动的定点设备，包括：

外壳，具有上部开口和与所述上部开口直接相对的内下部基座；

安装在所述内下部基座上的圆柱棒，邻近其每一端有一给定长度的管架部分，以便沿其中心轴在所述上部开口中旋转并滑动；

第一标记管，安装在所述圆柱棒的一端处的管架部分上，在其周边环绕印有与所述中心轴平行的多个第一标记线，在相邻标记线之间的间隔恒定；

第二标记管，安装在所述圆柱棒的另一端处的管架部分上，在其周边环绕印有与所述第一标记线垂直的多个第二标记线，在相邻标记线之间的间隔恒定；

检测电路，用于通过感测所述第一和第二标记线的运动分别测量所述圆柱棒的旋转和滑动运动；以及

微计算机，用于分析由所述检测电路产生的检测信号，以获得所述位置信息。

3.如权利要求1或2所述的定点设备，其中，当所述圆柱棒起动时，所述第一和第二标记线不通过所述上部开口暴露于外部光线。

4.如权利要求1或2所述的定点设备，其中，所述内下部基座包括：凹面，其具有适合于所述圆柱棒的周边的横截面；和开口槽，其在所述圆柱棒的滑动方向上延伸，以将所述凹面分成两部分，所述凹面从所述上部开口的两端沿所述滑动方向延伸进所述外壳的内部。

5.如权利要求1或2所述的定点设备，其中，所述内下部基座包括：凹面，其具有适合于所述圆柱棒的周边的横截面；和开口槽，其在所述圆柱棒的滑动方向上延伸，以将所述凹面分成两部分，所述凹面在所述上部开口的两端具有一给定宽度，并从那里沿所述滑动方向延伸进所述外壳的内部。

6.如权利要求1或2所述的定点设备，其中所述检测电路包括：安装在所述圆柱棒附近的多个发光二极管(LED)，用于在所述微计算机的控制下发射红外线(IR射线)；多个光纤，用于发送从所述圆柱棒反射的IR射线；以及多个光敏晶体管，用于检测从所述光纤接收的所述IR射线以将其传输给所述微计算机。

7.如权利要求1或2所述的定点设备，其中，所述第一和第二标记线的宽度和所述相邻标记线之间的所述间隔都是相等的，并小于光纤直径的两倍。

8.一种计算机系统，包括用于安装微计算机的主机壳、在所述主机壳的上表面形成的第一开口、铰接在所述主机壳上的显示屏、以及通过将位置信息输入进计算机来控制所述显示屏上的光标移动的定点设备，其中，所述定点设备包括：

面板，具有第二开口和直接面对所述第二开口的内下部基座，所述面板安装在所述主机壳的内部，其上表面通过所述第一开口露在外面；

圆柱棒，安装在所述内下部基座上以便沿其中心轴在所述第二开口中旋转和滑动；

检测电路，用于检测所述圆柱棒的旋转和滑动运动；以及

控制器，用于分析由所述检测电路产生的检测信号，以获得所述位置信息。

9.如权利要求8所述的计算机系统，其中，所述圆柱棒还包括：

多个第一标记线，与所述中心轴平行地环绕印在圆柱棒周边的与一端相邻近的一部分上，在相邻标记线之间的间隔恒定，所述第一标记线从所述一端延伸一给定长度；以及

多个第二标记线，垂直于所述第一标记线环绕印在圆柱棒周边的与另一端相邻近的另一部分上，在相邻标记线之间的间隔恒定，所述第二标记线从所述另一端延伸一给定长度，由此所述检测电路通过感测所述第一和第二标记线的运动分别测量所述圆柱棒的旋转和滑动运动。

10.如权利要求8所述的计算机系统，其中，所述圆柱棒包括：

与其每一端相邻近提供的一给定长度的管架部分；

第一标记管，安装在所述圆柱棒的一端处的管架部分上，在其周边环绕印有与所述中心轴平行的多个第一标记线，在相邻标记线之间的间隔恒定；和

第二标记管，安装在所述圆柱棒的另一端处的管架部分上，在其周边环绕印有与所述第一标记线垂直的多个第二标记线，在相邻标记线之间的间隔恒定，由此所述检测电路通过感测所述第一和第二标记线的运动分别测量所述圆柱棒的旋转和滑动运动。

11.如权利要求8所述的计算机系统，其中，所述主机壳还包括一对制动器，用于分别限制所述圆柱棒的滑动运动。

12.如权利要求8所述的计算机系统，其中，所述面板还包括一对制动器，用于分别限制所述圆柱棒的滑动运动。

13.一种用于通过将位置信息输入进计算机来控制计算机系统的显示器上的光标移动的方法，包括下列步骤：

向一个圆柱棒发送第一和第二IR射线之一；

通过一对光纤感测由所述圆柱棒反射的IR射线；

将由所述光纤对接收的两个IR射线变换成两个相应的电信号；

分析所述两个电信号，以获得对所述光标沿笛卡尔坐标系中的X和Y方向中的一个方向的移动的测量；

将另一IR射线发送给圆柱棒；

通过另一对光纤感测由所述圆柱棒反射的IR射线；

将由所述另一对光纤接收的两个IR射线变换成另外两个相应的电信号；

分析所述另外两个电信号，以获得对所述光标沿笛卡尔坐标系中的另一个方向的移动的测量；

将测量信息传送给所述计算机系统；以及

根据所述测量信息在所述显示器的X和Y方向上移动光标。

14.如权利要求13所述的方法，其中，获得所述光标沿X或Y方向移动的测量的步骤还包括下列步骤：

计算两个电信号的相位差，以确定方向信息是正还是负；以及

对所述两个电信号之一的脉冲个数进行计数。

Images