CN112306266A - 一种鼠标的人体工程学结构及采用该结构的鼠标 - Google Patents

Abstract

一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：鼠标针对单手设计，鼠标自身左右不对称；主键区所在的面(B)倾斜，由食指侧向中指侧高度逐渐降低；B面食指外侧的边缘命名为b线；鼠标供大拇指持握接触的侧立面(A)向大拇指侧偏离食指的外边缘一定距离，A面的顶部边缘命名为a线；a线和b线之间连接形成供大拇指支撑、休息与控制的T面，T面为条带状曲面；大拇指在T面上沿表面左右摆动时，第一指节大拇指肚能触及的区域，称作扫掠核心区，在扫掠核心区以左右方向穿过鼠标的竖直剖面中，T面的剖面线t为直线或者近似为直线，由b线一侧向a线一侧降低。鼠标支持最少两种标准操作姿势，其中标准操作姿势1大拇指放在A面外侧，标准操作姿势2大拇指放在T面上方。

Description

一种鼠标的人体工程学结构及采用该结构的鼠标

技术领域

本发明涉及计算机鼠标的人体工程学结构设计，其目的是改善鼠标的持握与操作体验，在人机交互中给人手以更多的自由度，提高效率，延缓疲劳的发生。

背景技术

鼠标是应用广泛的一种重要的计算机输入装置，在现有的产品中以平面位移传感器为主流，以平面位移传感器为核心部件，辅以按键开关，在人与图形界面的人机交互中实现在图形界面中的定位及点选操作。

因为悬空操作显然无法像伏案操作一样舒适而持久，桌面仍然是不易替代的优良办公资源，稳定、快速、精确而成熟的平面位移传感器仍然是鼠标应用的主流。又因为我们与机器的交互界面(主流)仍然是平面，平面的显示器、平面的屏幕、在平面的图形中移动的光标，所以任何的三维信号源，此时都不得不实现到二维平面的投射。这都是三维传感器在光标控制上优势不好发挥的原因。

中国到目前有14亿人口，7亿台个人计算机(PC)，全球约30亿台，计算机在人类生活和工作中的角色非常重要，人机交互中的疲劳与疾病其实是大问题，因为这不仅意味着身体的痛苦体验，也意味着工作效率的降低。所以，鼠标的人体工程学一直是计算机外设市场科学研究的重要方向，在某些方面推动着产品的创新。这包括设计创新，在视觉效果、材质和造型上的不断优化；包括使用三维传感器开发出的“悬空操作的控制器”来替换；包括，在设计师领域，在高强度持续的工作中，牺牲效率使用不需要被持握与被移动的“轨迹球”产品来替换。这些产品创新其实都是想解决人体工程学不足时带来的健康问题。

但是实际上就是，“悬空操作的控制器”受限于人类的体力问题，并不能在长时间使用中保持人体工程学优势；“轨迹球”产品降低了光标移动的直观性与效率，从而降低了工作的效率。等等。所以，采用平面位移传感器，通过在桌面进行相对移动来工作的计算机鼠标，仍然是市场上的主流产品。

所以，通过鼠标产品的设计本身来解决鼠标的人体工程学(不足)问题，才是解决问题的根本方向，即使这种设计进步其实也很难。从20世纪80年代电脑和鼠标开始进入家庭，到90年代初鼠标的人体工程学设计开始被鼠标厂商作为重要的方向来研发，过去的几十年的时间里，鼠标都是它在1968年公布的原型的“长方体木盒子”的形状上做细微的，或者复杂的调整。

直到大约2007年，同一发明人，本人，提交的ZL200780048640.8(PCT/CN2007/003884)，才把电脑鼠标的设计思路从“以竖长的长方体木盒子为基础”拉到“以横宽的长方体为基础”的新领域。但是受限于国内的环境，发明专利ZL200780048640.8及同一发明人的一系列鼠标相关发明，一直没有很好的商业化，这其实限制了优秀的设计思想被进一步地探索出来而叠加应用于产品设计。

发明内容

本发明提供一种设计方案，改变并优化，人手大拇指在持握和操作鼠标时的工作方式，再配合其他的设计特征，提升鼠标的总体使用体验，减缓甚至消除疲劳与疼痛、炎症在工作周期内的发生。比如每天8小时、每周五天的标准的与电脑相关的工作，或者连续12小时的电脑屏幕前的操作。

本发明基于对人体手部的结构的新观察、以及对于手部“疲劳”的产生方式与缓解的方式的新判断，从而提出新的解决方案。尤其是，发明人认为，给予大拇指合适的活动空间，使它能适当的或者下意识的活动，可以延缓疲劳的产生；合适的结构设计，可以引导和控制大拇指的活动方式，从而达到更好的抗疲劳效果；将本发明方案结合其他的方案进行综合设计，可以达到更好效果。

在传统的鼠标产品设计中，大拇指与小拇指/无名指作为夹持鼠标、控制鼠标朝向和移动的基础，是以固定位置、固定姿势来为大拇指设计产品的局部结构的。

本发明解决这一人机工程学问题所采用的方案是：

鼠标针对单手设计，鼠标自身左右不对称；

鼠标供食指和中指操作的主键区所在的面命名为B面，B面倾斜，由食指侧向中指侧高度逐渐降低；

B面食指外侧的边缘命名为b线，B面中指外侧的边缘命名为c线；

鼠标供大拇指持握接触的侧立面命名为A面，A面向大拇指侧偏离食指的外边缘一定距离，A面的顶部边缘命名为a线；

a线和b线之间连接形成供大拇指支撑、休息与控制的T面，T面呈现为条带状曲面；

条带状曲面T为与A面和B面均不同的、处于A和B两者间的、独立的面，其特征是可观的；

鼠标支持最少两种标准操作姿势，其中标准操作姿势1大拇指放在A面外侧(见图1)，标准操作姿势2大拇指放在T面上方(见图2)；

在使用标准操作姿势2时，大拇指在T面上沿表面左右摆动时，第一指节大拇指肚能触及的区域，被称作扫掠核心区(见图1，标号5)；

所述扫掠核心区是大拇指在a线、b线间左右摆动形成的供其触摸的面；

在扫掠核心区段落，a线低于b线，T面的扫掠核心区由b线一侧向a线一侧高度逐渐降低；

a线、b线和c线都为空间曲线。

本发明的技术方案，是基于对人的手掌的活动能力、活动特点以及人体肌肉疲劳的产生与缓解等现象的研究、观察、分析与发现而提出。

人的手自然放松时的姿势接近于图7A。手掌比较像一个平面，四指(食指、中指、无名指、小拇指)为一组，像是手掌平面的一部分，四指均有3个指节，善于也习惯弯曲，就像手掌面的这一部分卷了起来。它们善于统一行动，一块儿屈伸，虽然也能独立活动，但互相有牵扯，尤其受相邻手指的影响。其中食指最灵活，无名指和小拇指活动性最差。

大拇指像一根树杈一样“斜着”从手掌生长出来，其只有两个指节，弯曲能力有限，屈伸方向和四指也不一样。根据人手的结构，大拇指其实是人手掌上和其余四指“相对”的手指，虽然它的根仍然“生长”在同一个手掌上。大拇指在自然状态一般呆在偏离手掌平面的“对侧”位置，做好与其余手指配合进行夹、捏、攥、握的准备。大拇指指根有发达的肌肉，很善于“摆动”，也能有力的配合夹、捏、攥、握的动作。

图7B是一种刻意的手势，手掌并拢摊平，但是大拇指不在手掌平面内，并贴在食指下方，与四指平行。大拇指可以向远离掌平面方向摆动，极限到图7C示意。这种摆动可以叫α摆动

图7D是另一种刻意的手势，手掌并拢摊平，大拇指在手掌平面内，并拢在食指外侧，与四指平行。

大拇指可以向远离食指方向摆动，极限到图7E示意。这种摆动可以叫β摆动。在扩大范围的β摆动中，大拇指从靠紧食指的位置继续在掌面下向小拇指侧摆动。

在整个大拇指的摆动过程中，大拇指的指肚的朝向(指肚的朝向也代表手指屈伸能力的方向)有扭转。见图7F示意。其中用带有阴影线的椭圆(标号4)表示大拇指的位置与朝向，阴影线(标号6)代表大拇指的指肚朝向；标号7示意大拇指在β摆动极限位的状态；标号8示意大拇指在图7B时刻意的手势位置的状态；标号10示意大拇指在α摆动极限位置的状态；标号11示意大拇指在-β摆动的远端方向触摸到小拇指指根时的状态。标号9示意大拇指在位置8和位置10之间的状态；标号12示意大拇指在位置8和位置7之间的状态。可见大拇指有巨大的摆动空间。人手的开合，如果没有空间的限制，其实有很大的幅度，比如我们可以持握酒瓶或者篮球——所以大拇指是有很大的活动能力的，也非常灵活。

因为牵涉到肌肉、肌腱、皮肤的拉伸，除了自然姿势外的所有刻意手势都是需要力量来维持的。

在传统的人体工程学设计中，优化常常仅针对于“(鼠标)固定的形状”和“(手)固定的姿势”，所以鼠标手问题仍然没有真正解决。而本发明不仅考虑肌肉紧张带来的疲劳(用力学设计来解决问题)，还考虑针对固定形状的产品人手的姿势的变动(用肌肉轮换工作来解决问题)，而且还会考虑“疲劳的疏解”——适度活动肌肉可以降低疲劳，包括缓解神经和肌肉的麻木及促进血液循环。

就像“虽然坐着比站着舒服，但是久坐仍然会带来疲劳”。如果一个人被绳子捆绑而久坐，一般解救后第一件事是让他“起来活动活动手脚”。

在使用传统鼠标的疲劳中，有一个起类似作用的小动作，从来没有被人注意：人大多数时候，比如阅读的时候，是不需要移动光标及点击的，但是几乎所有人都会潜意识中“小范围来回移动光标(但不点击)”、“拾起鼠标使它悬空再放下”——这其实是人手在尝试疏解自己的疲劳，它被传统鼠标的形态把自己的活动范围限制的太死了，于是制造无意义的运动机会来缓解长时间固定姿势所产生的肌肉僵硬与酸痛。

本发明主要基于对人手(尤其是人手大拇指)的结构和运动能力、操作鼠标过程中的动作习惯和潜意识下的需求的观察，从创新的视角和思维方式，来推动鼠标人体工程学设计的进步与突破。

本发明的讨论范围及其解决方案以人手大拇指一侧为核心，涉及大拇指、食指、中指、手掌、手腕、前臂，不讨论c边外侧的曲面处理。

作为不对称的、对单手优化的鼠标设计方案，本发明绘图中的人手均以右手为例。明确可知的，左手的情况和左手的方案是右手和右手方案的镜像。

本发明绘图中手的剖面示意图以后视图示意(从手腕到指尖方向看去)。

图1和图2通过一个典型实例展示了A、T、B面的位置，a线、b线、c线的位置，m为A面的下边缘线，标号5是用阴影线指示的T面上的“扫掠核心区”部分。其中图1的右侧图展示了标准操作姿势1，图2的右侧图展示标准操作姿势2。在其中箭头指示的位置，沿鼠标左右方向，通过扫掠核心区，用垂直于水平面的面剖开鼠标，得到左侧的剖面示意图。以右手为例，标号1和2分别示意通常被称为“左键”和“右键”的两个主要按键的位置关系，标号3用虚线圈起来手掌四指的位置，标号4是用作示意大拇指的椭圆。

图3A用一个抽象鼠标的左右向垂直剖面来示意设计中各关键变量，包括：B面与水平面的夹角β；T面与水平面的夹角α；T面与B面间的夹角γ；如果A面不竖直，其偏离竖直方向的夹角θ；A面的高度h；T面的剖面弧线用t表示；T面的剖面弧t此时在水平面上的投影宽度用w表示。

图3B指示后面讨论中将要用到的T面与B面的夹角外角x，以及A面与B面的夹角外角y。

本发明设计并创造了条带状的曲面T，并规定它的扫掠核心区由a线到b线呈倾斜上升趋势。扫掠核心区的设计目的，包括为大拇指的摆动提供引导与支撑、作为第二工作位置为大拇指在标准操作姿势2时提供支撑、为大拇指提供水平推动鼠标时需要的水平分力、不影响各姿势间切换的流畅。

条带状曲面T，其特征是可观的，是指，T为A面与B面间肉眼可区分出它的存在的条带状面，它不是A面与B面间的完整渐变过渡，也不与两者之一融合而消失，而是与A和B两个面有清晰的连接边界，或者因为明显的曲率不同而显现。比如，在左右方向，当它内部曲率连续时，表现为与A和B的清晰边界线；或者，在左右方向，当它与A和B平滑过渡时，表现为中间区域的相对平整。

条带状曲面T，还包含有一块被称作“扫掠核心区”的关键区域。

扫掠核心区的设计基础是一个抽象平面，由大拇指从a线开始以两点间的最短距离(直线轨迹)向b线摆动而形成，在前后方向上，这个抽象平面对大拇指第一指节有尽可能大的接触面积，从而使两者间接触压强尽量小，从而形成比较完整的的支撑，在左右方向上，这个抽象平面在全程以同样的斜率平均地来分担一部分大拇指的自重。但因为要与鼠标其他部分的实际形状来配合(比如，作为左、右边界的a线、b线都是因为自己的设计目的而形成的空间曲线，有三维的形状)，再加上大拇指本身具有复杂的曲面形状(不是简单的抽象直线或者正圆柱体)，并且大拇指主要以扇形摆动——以及后继将讨论的其他原因——所以实际的扫掠核心区也不是一个理想化的数学上的平面，而是在前后方向和左右方向上都可能有适当的曲率变化。

“条带状面”可以理解为“条形”、“带状”，其可能包含的“适当的曲率变化”不会使其失去“条形”、“带状”特征。这样的特征也能保证，其扫掠核心区的实际外形与作为扫掠核心区的设计基础的“抽象平面”相差不会太远，从而保证设计效果不会出现大的偏差。比如，扫掠核心区(是大拇指第一指节的接触区域)，不会过于弯曲，而成为半个圆柱形状的下凹的曲面或者半个圆柱形状的上凸的曲面，一般人也不会认为，由一根圆柱沿轴线剖开的半个圆柱的曲面是“条形”、“带状”的。

T面的扫掠核心区的主要设计目的，一是为了在采用标准操作姿势1操作鼠标时拉开大拇指与食指/手掌的距离，二是为了在标准操作姿势2支撑大拇指并引导大拇指的摆动，三是为了在标准操作姿势2为大拇指提供水平推动鼠标时需要的水平分力，四是在各姿势“改出”到另一操作姿势时(比如由标准操作姿势1到标准操作姿势2的切换过程，或者相反的过程)保证流畅而没有阻碍。

因此扫掠核心区的设计，是以从标准操作姿势1改出后，从A面的a边缘开始，到大拇指摆动靠近食指时最自然的位置为终点，核心是一个(抽象)平面——大拇指以两点间最短的距离(直线轨迹)摆动形成的(抽象)平面。在左右方向上，这个(抽象)平面在全程以同样的斜率平均地来分担一部分大拇指的自重。在前后方向上，这个平面形成完整的对大拇指第一指节的支撑(有尽可能最大的接触面积，从而使两者间接触压强尽量小)。因为人体对于尖锐棱角的厌恶和对弧面的触觉喜好，这个平面可以有一定程度的变形(即，可包含一定的弧度)。

实际上扫掠核心区可以为了配合a线、b线的设计而在前后方向上有一定的弧度变形，也可以为了运动和触觉的目的在左右运动方向上有一定的弧度变形。

在大拇指左右运动方向上变形形成的弧线，不适合为幅度太大的弧线，因为会使大拇指在向左或向右摆动过程中受到“严重不一致”的支撑力分量和阻力分量、摩擦力的影响，而使大拇指在有的段落因为左右更水平而滑动轻松在另外的段落因为左右向坡度更陡峭而受到阻挡，从而使大拇指的摆动不流畅，甚至完全阻碍了大拇指的摆动。

比如，如果扫掠核心区在左右方向呈现大幅度的凸弧，比如用90度的弧线(四分之一圆弧)替换直线(见图4A，road1)，相对于直线(图4A，road0)来说，那么大拇指离开a线后就好像遇到了T面的“紧急攀升”，需要像越过一个一座山峰一样需要先越过阻碍；另一方面在靠近b线的后半程大拇指始终在高位运行。。在实际产品设计实践中，如果采用了这样的设计，在大拇指潜意识想摆动时，或者在大拇指在潜意识中想靠近食指时，心理上都会感觉受到了阻挡。

因为传统鼠标中b线就是鼠标的左边缘，所以完美避开了这种问题，也不会有(大拇指在想靠近食指的过程中受到阻挡)这种体验。当我们外移了A面，由A面到b线间这里凸起的材料就会有很强烈的阻碍作用，所以这是需要在设计中注意的。

如果在扫掠核心区位置，在左右方向呈现大幅度的凹弧，比如90度的弧线(四分之一圆弧)，那么在大拇指离开a线后初期轨迹几乎没有攀升，但是靠近b线的后期轨迹因为急剧攀升而其实受到阻挡；另一方面意味着在靠近b线的时候大拇指其实在一个“悬崖”下方，是不能真的靠拢在b线旁最舒服的位置的，因为没有支撑。见图4B，road1。在实际产品设计实践中，如果采用了这样的设计，当大拇指放在凹弧中间时，如果潜意识里大拇指想摆动，会感觉左右两侧都受到了阻挡，如果大拇指想移动到A面外侧位置，也会感觉受到了阻挡；另外，因为凹弧中提供支撑的部分除了摩擦力之外不能提供很多水平分力，使此时大拇指对鼠标的控制基本只有凹弧中靠近b线的相对竖直的部分是有效的，这也意味着对大拇指工作位置的固定——只能选择靠在b线下方的位置，不能在一段范围内随意选择。

所以本发明产生了多方面的设计原则，将在本发明文件后面文字的不同段落讲解说明。

因为T面的扫掠核心区的设计目的，使T面不适合主要承担拾起鼠标时的夹持而提起鼠标悬空的工作，该操作主要由标准操作姿势1在A面完成，因为大拇指的灵活摆动能力，通过综合的优化的设计，可以保证不会造成使用者在操作上的任何不顺畅感觉。

因为这样的设计，A面离食指远了，较扁平的大拇指摆动到这个位置有扭转(图7F)，因此A面不适合有太重的内倾角度。另一方面，内倾的斜面相当于拇指在a线下方有了容纳空间，倾斜角越大拇指在标准操作姿势1的位置越靠近鼠标中心方向，但是在从标准操作姿势1向标准操作姿势2切换时大拇指始终需要越过a线处形成的面间夹角。图5A。于是拇指在斜面下的空间陷得越深，越需要绕过更长的路径。但从一点到另一点的最便捷路径是两者之间的直线，所以A面不适合有太重的内倾角度，因为会使操作感觉不流畅、不自然。

同时因为T面已经承担了外倾斜面的角色，A面也不适合有太重的外倾角度，因为外倾的斜面不利于拾起鼠标。

基于此，如果A面在鼠标的左右横断截面的剖线表现为直线段，则A面优选是直立的面(垂直于水平面)，此时A面与穿过a线竖直向下的直线重合(与水平面垂直)，θ＝0°。因为在我们的设计中a线作为A面的顶端结构必须存在，所以基于姿势切换时大拇指需要越过a线的顺畅程度来考虑，θ＝0°是A面的取值角度的最优解。图6A。

但从另一个方面来讲，当θ＝0°，且A面在鼠标的左右横断截面的剖线表现为直线段时，以标准操作姿势1来将鼠标抓离桌面时，大拇指侧提供的向上的力全部来自于大拇指按压A面产生的摩擦力，如果此时A面在鼠标的左右横断截面的剖线表现为小的凹弧，或者为内倾斜的直线段，则会在倾斜的外壳上提供一部分垂直向上的分力，减少对于摩擦力的需求。

如果A面设计有倾斜角度，不管是向内倾斜或者向外倾斜，倾斜角度都不能大于15°，大于15°体验都会急剧变差。所以可以设定，A面与穿过a线竖直向下的直线的夹角θ≤15°。

较小的θ取值会有相对更好的效果，比如可以进一步的取θ的优选范围为θ≤5°。

侧立面A的高度过高时，也会使大拇指以b线为终点的运动感受到绕路的阻碍，图5B，所以A面的高度取值也有优化范围，将在后文详解。目前在设计实践中发现，侧立面A在扫掠核心区段落的高度h，取值在0.8～1.5根大拇指宽度之间时，不容易产生负面影响。

如果A面在竖直方向上有轻微弧度，A面的横断截面是由直立线略微内凹形成的曲线，也会有很好效果，其凹弧会与大拇指的指肚凸线产生对应，而在整体效果上仍相当于A面是一个直立面。图6B。但总之，当A面的横断截面线是弧线时，不管它是凸弧还是凹弧，其偏离竖直方向的“等效倾斜角度”不能大于15°。当A面剖面在竖直方向上表现为微弧时，可取A面的顶部边缘线a线与桌面一侧A面的底部边缘线m之间的弧线的弦，m′，来粗略(近似)表示该夹角，即m′与竖直线的夹角θ不超过15°，以保证效果。图6C。

因为我们的设计目的和“大角度斜面”与“高曲率大弧面”方案的实际设计表现的原因，A面不适合采用夸张的大角度斜面或者高曲率的大弧面，这样的人体工学体验并不是最好。原因在后文会详细提到，一是因为大拇指被我们拉远到新的A面位置后有扭转，不再适合大幅度倾斜的面；二是大拇指因为“肉包裹骨骼”的原因，对高曲率的弧面感觉并不如微弧面舒服，并且手指指肚与高曲率弧面的接触面积较其与微弧面之间小。

“大角度斜面”与“高曲率大弧面”都可以认为不符合“侧立面”(在侧面的直立的面)的定义。图6D。

需要注意的是，a线是空间曲线，A面也是一个空间曲面，即使通过设计使A面的横断截面弧是直线时，A面在鼠标的前后延伸方向仍然可以产生弧度，从而提升持握的效果。

在不同的设计案例中，A面被水平面所截断产生的剖面线不管是呈现内凹的弧线，还是外凸的弧线，还是直线，配合总体设计都可以有效果很好的A面设计方案产生。所以在这个技术方向不做特征限制。

传统的鼠标设计，是从历史上一个真正的竖长摆放的长方形木盒子开始的。假设此时鼠标前端有多个主键，以右手为例，通常由食指负责的“左键”就会在最左侧，因为由中指负责的右键会占据右侧。此时食指因为要负责左键而不得不处在左键上方，使手掌被基本摆到与水平面平行。见图8。其中标号13为被手指局部遮挡的鼠标滚轮。

此时大拇指处于食指在桌面的投影线的外侧，其位置比食指抵，这非常像图7B展示的刻意手势。

有少数鼠标，比如Apple苹果公司历史上的某些单键鼠标型号，尝试过通过增大的单键面积而允许食指按压的位置距离大拇指较远，而可以放松虎口的紧张程度，但这种设计效果有限，并且主要由于按键数量的减少也会带来功能上的不方便，所以被逐渐放弃。

多键鼠标的主流设计风格对于大拇指的处理方式，可以抽象为图9中的几种：

1)、假设A面为立面。如图9A。当鼠标只有一根手指直径的高度时，人手基本就像被图7B示意的刻意姿势锁死了：手掌与桌面接近平行；大拇指的α摆动向下会受到桌面阻挡，向上从生理结构上很难越过食指；大拇指的β摆动向内受到鼠标阻挡，向外就会脱离接触失去对鼠标的控制。

可以认为此时大拇指完全没有摆动空间，鼠标就像一幅手铐一样限制了它的活动。

2)、假设A面为立面。当鼠标高度增加时，并不会向上增加太多α摆动的空间。如图9B。假设鼠标壳体只有二根手指直径的高度，此时大拇指只有向手掌侧(向上)一根手指直径高度的摆动空间——因为桌面的阻挡，大拇指仍是没有向下方的摆动空间的。

3)、因为拾起鼠标需要从两侧夹持鼠标，直立面的材质越光滑产生同样的摩擦力需要的夹持力越大，因此当鼠标高度增加时，通常的产品设计中，A面会变成向内收缩的斜立面，这样可以减轻需要拾起鼠标时对向上的摩擦力的依赖。如图9C。此时大拇指行进到食指下方，因为图7F中标号9所显示的扭转，向内收缩的斜立面也比较符合大拇指指肚的指向。但这样的设计其实也会限制α摆动，如果因为疲劳想通过α摆动缓解时，向上受到了鼠标壳的阻挡，向下受到了桌面阻挡。

4)、在常规的竖长比例的游戏鼠标(高端人体工程学鼠标)的设计中，大拇指A面甚至经常是一个大凹槽——在A面向食指下方收缩的同时，也会在下方给待命的大拇指以支撑，使它“躺”的舒服一些。如图9D。但是此时大拇指其实更加缺少了活动(摆动)空间。为大拇指定制的凹槽在向下和向上两个方向都锁死了大拇指垂直于掌平面的α摆动

从理论上说，如果A面是向外扩张倾斜的，见图9E，可见大拇指α摆动的空间其实会加大，并且大拇指会在获得α摆动之外获得β方向的摆动空间，并且进行β摆动时不会脱离与鼠标的接触。但是此时鼠标“下大上小”，拾起鼠标会有困难。所以从未见过这样的设计。

作为额外的参考，如图9F所示，市场上有一类“垂直鼠标”会因为缓解前臂尺骨、挠骨交叉的目的采用“下大上小”的设计，同时会在加高的大拇指夹持面(竖直的或者向外倾斜的)中设计明显的大拇指凹槽来固定大拇指的位置、辅助对鼠标的拾起。因为其大拇指夹持面被凹槽断开了，大拇指也被期望局限在凹槽中，所以其并没有让大拇指沿该面自由摆动的目的，更不可能摆动到接触食指。

相对这些参考，如图9G示意，本发明把A立面外移，产生T面，来发挥与上述图9E外倾立面相同作用。

向外移动大拇指的夹持工作面A，使大拇指在位置比较远时就已经能接触到鼠标体了，从而不用一定要接近到食指下方才能参与控制。此时大拇指相当于处于图7F中标号12示意的位置与角度。

此时，从大拇指夹持工作面A，到大拇指摆动到与食指接触，最好都是能接触到鼠标体的，从而在中间的各个位置大拇指都能继续参与控制鼠标，扮演这个角色的就是T面。大拇指沿T面摆动时可以始终与鼠标接触。为了保证大拇指由大拇指夹持工作面A到接近而接触食指的过程，都是可用的、连续的，T面的扫掠核心区不能突出于虎口，不对大拇指在两个极限工作位置间的连续移动形成阻碍。

同时因为我们还使鼠标B面倾斜，抬高了掌面的食指侧，从而加大了大拇指α摆动的空间(摆向倾斜的方向，不再受到正下方桌面的阻挡)；如果T面被设计为不与手掌面/B面垂直(参见图3B中x角)，就会附加有β摆动成分。

综合来说，即使在以减缓疲劳的目的活动大拇指，也始终保持对鼠标的控制力；如果是大拇指停靠在T面上休息(压在T面就相当于压在桌面，但同时虎口被抬高了，手腕外旋，前臂的尺骨、挠骨的交叉更轻)，也始终保持对鼠标的控制力。

因为T面是左右倾斜的，所以不像一个完全水平的面一样需要刻意(向下)施压产生摩擦力再完全靠水平向(右)的摩擦力来推动。大拇指压在斜面上方的压力和大拇指的重力会有直接的水平推力分量。

A面是立面，它虽然变远了但是还存在，而且其位置对大拇指更加友好，所以通过A面对鼠标的夹持(拾起)和水平推动都是继续成立的(即标准操作姿势1)。

因为T面仍然是倾斜的，对其水平施压产生的摩擦力除了有水平分量，仍然会有垂直分量，于是在一些(鼠标重量、T面倾角、材质摩擦系数)情况下仍然可以通过T面直接将鼠标拾起。即，情况合适，可以在标准操作姿势2将鼠标直接拾起。

在标准操作姿势2将鼠标拾起时，大拇指侧产生的对抗重力的向上的摩擦力，可以一部分来自于大拇指第二指节及指根对鼠标体左后侧的挤压，指向无名指指尖、小拇指指尖方向，通过复杂的摩擦力达到平衡。这种拾起的力学效率不高，但是标准操作姿势2是一个接近完全休息的姿势，鼠标的大部分移动中又不需要悬空，所以继续“偷懒”保持在标准操作姿势2而把鼠标“短时、偶尔”拾起而不切换到标准操作姿势1，有时仍然是合算的。

为了保证大拇指由大拇指夹持工作面A到接近而接触食指的过程都是可用的、连续的，为了大拇指能“顺畅”摆动，仍有一些设计原则。其中一个设计原则是“包络原则”：在使用标准操作姿势1时，T面的扫掠核心区不能突出于环绕人手指和手掌的包络面，即不从大拇指和食指的外缘连线形成的曲面中露出。此时“标准操作姿势1”以大拇指接触桌面为准。因为大拇指在A面外侧，从标准操作姿势1变换到标准操作姿势2时需要越过a线才能到T面，如果a线太高将对手指换面的流畅度形成阻挡(参考图5B)。如果b线太高，大拇指摆动靠近食指时会受到支撑而高于它靠近食指时舒适的位置(图14)。这样的设计原则可以给T面的扫掠核心区夹在a线和b线之间的部分设置一个上限，避免扫掠核心区太过突出而偏离我们的设计目的。

图10A展示两种方案及相对应的扫掠核心区与五指包络面情况。标号14的点划线表示包围手掌五指的包络除去大拇指与食指间的一段后其余部分；标号16为第一方案时大拇指与食指间的包络线，标号18为第一方案时大拇指在标准操作姿势1的位置，字母A和T指示第一方案时扫掠核心区部分的T面和A面；标号17为第二方案时大拇指与食指间的包络线，标号19为第二方案时大拇指在标准操作姿势1的位置，A′和T′指示第二方案时扫掠核心区部分的T面和A面。为了使包络线的底部水平部分显示清晰，绘图将代表鼠标底部的水平线略微进行了上移。

由图可见第一方案时T面的扫掠核心区没有突破16号包络线，而虚线表示的第二方案因为a线太高，T′面的扫掠核心区突破了对应的17号包络线。

图10B展示了因为b线位置太高导致T面在扫掠核心区突破大拇指食指包络线的情况。见虚线部分。

图10C展示了因为a线、b线位置均太高而导致T面在扫掠核心区突破大拇指食指包络线的情况。见虚线部分。

我们人手指由肌肉包围骨骼，施加压力时肌肉会被从中心挤开一些，于是会感觉触摸小的凸弧的表面比较平滑，触摸完全平的表面就感觉相对尖锐、生硬。而我们日常接触的瓶子、木棍、管子，都表现出凸弧，我们更容易适应对它们的触摸而不会觉得受到限制。

我们对物体的触摸更容易接受一定的曲率的存在，并且显然，因为骨骼推开肌肉的原因，我们感觉最舒适的凹面的曲率和我们感觉最舒适的凸面的曲率是不一样的，就像大拇指感觉最舒适的凸面的曲率和小拇指感觉最舒适的凸面的曲率显然也是不一样的。但是大拇指对T面的按压显然不能只考虑拇指肚的按压曲率，因为根据实际情况大拇指也不能始终对T面实现正面按压，只是说，因为鼠标其实是空间中一个自包围而凸起的实体，如果T面在从a到b之间的t是小曲率的凸弧，对舒适度影响不大。而微凸的曲线对大拇指摆动的顺畅度影响也不大。

为了大拇指能在T面上顺畅摆动，在穿越扫掠核心区的由左向右的竖立剖面中，T面在扫掠核心区的剖面线t(代表T面的左右走势)，适合表现为“近似直线”，包括呈直线(图12A)、两端有小弧线过渡的直线(图12B)、小曲率的上凸弧线(图12C)，小曲率的下凹弧线(图12G)等等。

实践证明，A面与B面的外夹角(图3B中角y)本身大于90度的前提下(意味着同时能与A、B在两个端点a和b相切的圆弧的角度，也大于90度。)，连接二者的条带状曲面T在扫掠核心区的部分的剖面线t如果是一段上凸圆弧，在圆弧度数不大于30度的情况基本还能保持较好的效果，并且T面能继续保持有一个独立面的辨识度(如果圆弧度数等于y，则意味着与A、B能在两个端点a和b同时达成相切，这会使a和b处曲率连续，看不到清晰界限，辨识度消失。30度以下相比于y值来说，明显相差很大，是个很小的数值。)。

实践产生的优秀方案中，凸弧最高的案例达到了20～25度。

进一步优选的，所述小曲率的上凸弧线或者小曲率的下凹弧线是指弧线的弧度不大于20°。

除了图4表述过的“路径”问题，如果t弧度更大，再加上面间连接处使用圆角过渡，就很容易使T面(在此处)的独立性消失。取典型方案B面β角为35度，A面与水平面垂直(θ＝0°)为例，A面与B面两者外角125度，全幅的、125度的圆弧即可完整连接大拇指侧立面A与键面B，从而使T区域完全消失(左右两个边界a、b均消失)。即使T仅与A或B面之一完全融合(仅融合掉b线，或者仅融合掉a线)，也很难再说那里还有T面的概念存在，因为无法找出它的区域边界。即，使T面(在此处的剖面图上)失去了“可观”性。但T面的可观性其实是为了保证T面(扫掠核心区)的设计目的而存在的，承接着大拇指在a线与b线之间摆动的抽象平面，本就与高度数的凸弧/凹弧相去甚远(高度数的凸弧/凹弧会引起“路径”等问题)。

但是需要注意T面是一个空间曲面，这在后面讲述“前区”和“尾区”概念时还会讲到，它包含一个目的是为了支撑大拇指第一指节的按压和摆动的核心区，还包含向前和向后延展的部分，如果仅在某一个剖面图上有融合，不代表T面的“条带状”特征不存在，此时要避免选错了分析剖面——不要犯这样的低级错误。

如果该段凸弧非正圆圆弧，如果该段凸弧有曲率变化，如果曲率变化是不连续的，比如像图12D那样圆弧只占据了t线的一半宽度，这直接是违背本发明“顺畅摆动”的设计原则的。如果曲率变化是连续的，比如像图12E所示的情况，圆弧与一段直线相切而构成t线，可以在排除两端圆角(如果有)干扰的前提下直接测量弧线两个端点处的切线之间的夹角。

但如果t面是凹弧，那样意味着更尖锐的角和凸棱会出现。实际上小凹弧的面就像在面的边缘——a与b处——进行了一定程度的尖角设计，在触摸中会显得一定程度的尖锐(参考图4B，ω′角比ω角更尖锐)。而小凸弧的面在a与b处产生的感觉就像在面相交的边缘进行了一定程度的圆角设计(参考图4A)。

如果t是凹弧，也意味着大拇指在从a到b之间做扇形摆动时在凹陷的低处缺少了支撑，在中间落出了自己的运动平面；而如果大拇指从a线开始贴着t线做轨迹有弧度的摆动，那么在b端需要额外抬升手指，并且会因此感觉受到了阻挡。参考图4B。这说明这样的设计表面对手指的运动的引导还不够优化，不能达到最极致的顺畅与自然。

假如弧线如图12F所示一样，且大拇指处在该凹弧中间最舒适的位置，那它向两侧的摆动都会感觉受到阻挡，需要额外抬升高度才能越走越远，但此时其实已经违背了“T面的扫掠核心区由b线一侧向a线一侧降低”的原则，从b线到a线的路径出现了“先降低、再升高”的过程。

所以剖面线t为近似直线但呈小曲率的下凹弧线的情形，视为劣化方案。所谓“小曲率”，是指弧线的弧度不大于30度(图12G)。比如t线长度为20mm而凹弧顶点偏离弦1mm的情况。

弧线度数大于30度的情况可以认为产生了“凹槽”。比如30度的圆弧，在t线(作为弦)长度20mm时会有1.5mm深的凹陷，t线长度40mm时会有3mm深的凹陷，如果弧线度数大于30度，明显凹陷程度会更高。

非正圆弧，也可以借用上述方法，通过凹陷深度与弦长的比例来衡量凹陷的程度。

假如扫掠核心区呈大幅度凹陷以至于表现得像一个用以容纳手指的凹槽时，不属于本发明所认可的极度对大拇指优化的结构。凹槽将“粘滞阻碍”手指以至于手指可以在这里进行常规持握，但明显手指会被“粘滞阻碍”到不能够在这里自由滑动。同时凹槽被主要用于持握将使我们“把大拇指夹持面拉远、变成立面A、主要采用标准操作姿势1将鼠标拾起”的目的失去意义。

针对大拇指所设计的、用于容纳大拇指的凹槽，可以被明确认为是排斥了“让大拇指的摆动”思想的。如果T面扫掠区的位置实际呈现为一个为手指设计的凹槽，可以直接认为不是本发明思想的方案。“凹槽”其实是“对手指固定位置”的旧设计思路，来自于传统鼠标的大拇指侧面(参考图9之A、B、C、D、E、F小图)，但这个思路是有其局限的。本发明提供的涉及A面和T面、B面的综合方案，有比凹槽方案更加优秀的人机工学效果。

本发明给T面定义的所谓“条带状曲面”，包括其扫掠核心区，明确没有‘为一根手指提供容纳凹槽’那样的设计目的。以下这些特征可以认为“存在容纳手指的凹槽”的情况：T面整个为一个圆筒状凹槽的一部分，并且t线左右两端的切线的交角的锐角δ大于30度了(参考图12H)；T面的局部包含一个手指可利用的尺度的圆筒状凹槽(参考图12K)；T面呈现出“面间的折痕”，从而被分割成两个或多个面(参考图12M)；T面剖面线在局部有成竖直状态的(与水平面垂直的)、其尺度可被手指利用的短弧线(参考图12中标号20箭头所指)；

另外，因为扫掠核心区的设计目的要把持握部分主要分担给立面A(参考图11A，大拇指有两个标准工作位置)，所以如果立面A的倾斜度太大不适合大拇指持握(不能分担持握工作)，于是可以反证T区域需要主要承担持握工作(即，更有可能为了稳定持握与拾起鼠标的目的在T区域设计了适合手指的凹槽)。参考图11B所示的方案，其在与本文所说的立面A的位置的线条处理方式(大弧度、大倾斜角)，及与本文所说的条带状面T对应的位置的线条处理方式(做了凹槽)，都使得T区域对应位置适合大拇指持握而A区域对应位置不适合大拇指持握，于是可以认为其在T区域没有与本发明相同的设计目的。

b线的设置：b线在扫掠核心区的部分的后端位置，适合选在，食指在其标准工作姿势时大拇指凑过来与食指相贴——此时二者之间的、两根手指圆柱体之间的、下方缝隙的位置。以右手鼠标为例，一般也可以认为就是此处食指的左边缘投影的位置。

图13中标号21所指示部分即“属于扫掠核心区范围的b线的后端(靠近使用者一侧)”。

前文曾讲到，大拇指与食指并拢时，大拇指在掌面外食指下方(图7B)，和在掌面同一平面内并排(图7C)，都是需要用力控制才能保持的刻意姿势，所以大拇指并向食指的舒适位置在上述两个位置之间的、在食指斜方向的位置(在图7F中标号12的位置所在的方位，但与食指并拢相邻)。大拇指在此舒适位置时，其相对于手掌的位置是固定的，但是当我们设置的掌面(对应B面)的倾斜角度不同，T面的限制范围有区别。

T面有可能因为太高而将大拇指顶到掌平面方向，这个高度是由T面相对水平面的倾斜角度引起，其相对于b线的下降趋势不够迅速而导致大拇指过于接近掌平面。也可以说是γ角的补角没有留下足够的容纳大拇指的空间。见图14A，图中示意了一个右手鼠标的横断截面，五个实线椭圆分别表示右手的五根手指，标号34为大拇指，标号35为食指，标号36为中指，标号37为无名指，标号38为小拇指。显示了b线，T面和B面的交点，处于大拇指自然贴近食指时两根手指下方的缝隙。虚线表示因为T面水平角度问题而将大拇指顶起的方案，其中标号32的虚线直线示意此方案的T面，标号33的虚线椭圆示意此方案大拇指最靠近食指时的位置，明显可见33位置比34位置高。

另一种情况相当于T面出现了转折面，在顶部有带状区域，因为带状区域倾斜角度不够的原因，将大拇指从其舒适位置顶高，见图14B。将示意鼠标截面的框图只保留T面与B面以简化制图。因为作为低端终点的a线位置是固定的，这就相当于在a线到“b线最佳位置”之间形成了额外的突出的折线。假如该额外区域是为了设置额外的功能按键(主要按键之外的额外按键)而有目的设置的，其仍然是一个劣化方案，因为额外功能按键可以设置在T面的扫掠核心区向前的区域(“前区”)。

还有一种情况相当于b线取的位置不对。因为食指下有主按键，所以选取b线位置(b线是与a线相连时T面的高端起点)时很难过分深入食指下方，但是取在偏离最佳点向外侧的位置却容易达成。此时b线偏离食指的外边缘而向大拇指一侧“较大幅度的”延伸了(到b′位置)，这相对延长了的B面会因为托起了大拇指而将它抬高到掌平面内。见图14C。

图14D显示了B面向大拇指一侧延伸以至于大拇指想与食指靠近时会完全被B面托起的情况。此时可想而知，图中虚线部分会非常阻碍大拇指在它靠近食指的最舒适位置与A面之间的摆动，而且其实大拇指在这种情况下根本无法到达它靠近食指的“最舒适位置”。

这几种因为顶高了大拇指的相对凸起结构，会限制大拇指向食指靠近时的活动，形成障碍，造成体验降低。这也属于我们的设计表面对手指的运动的引导不够优化的情况。

在T面扫掠核心区仍然可清晰识别时，这几类方案可以明确被认为是本发明的“劣化方案”，因为会阻挡大拇指的自然摆动。

b线的前端：因为大拇指只有两个指节，很难再向扫掠核心区前方屈伸(够不到)，所以b线在扫掠核心区中部及更向前的部分都限制较少，设计原则比较灵活。其可以选择在视觉上等宽度向前延伸扫掠核心区，或者在视觉上保持与食指近似平行而向前延伸，或者遵从其他的视觉性设计目的或者功能性设计目的。

“扫掠核心区”——T面上的大拇指活动空间——的范围定义：大拇指进行扇形摆动第一指节大拇指肚能覆盖的区域。大拇指的第二指节因为骨头变细，在许多大拇指需要支撑的情况经常都不受压，这也是为什么我们为第一指节设置“扫掠核心区”的原因。

T面上的“前区”范围定义：大拇指第一指节在正常工作状态(两种，标准操作姿势1和标准操作姿势2)中碰不到的区域。无特殊限制。

T面上的“尾区”范围定义：条带状的T面上“扫掠核心区”向后的部分。对应于大拇指第二指节的部分及更加往后的部分。

鼠标前端面一般基于食指和中指的长度截止，大拇指扫掠范围一般不能触及到鼠标前端面，但因为前区在视觉设计上也没有必要不延伸到大拇指不能触碰到的食指与中指负责的鼠标前端，所以前区是注定存在的。而且前区因为不容易被大拇指触及，它在前端塌缩/降低还是翘起，对本发明的核心人体工程学目的都没有影响，所以它设计原则比较灵活。它可以与b线、a线的设计走向配合，也或者基于设计视觉都需要、或者基于提供额外功能按键空间的目的，它可以有独立的凸起或者凹陷特征。因为T面“前区”的注定存在，扫掠核心区不可能参与与鼠标前端面的“融合”。

因为前区不与大拇指接触，前区的b线、a线作为面间的转折棱可以不必为了大拇指的跨面摆动而做圆角连接，所以前区一般可以清晰的显示T面是“条带状曲面”的特征。

在图13中：标号21指示“b线在扫掠核心区的部分的后端”，标号22指示b线的前端部分，标号24指示“前区”，标号26指示“尾区”，标号5指示扫掠核心区。标号23指示的虚线表示另一种b线设计方案，它的前端逐渐远离食指，它使T面的宽度显得比较平均，它也将键面B的左前方角落的高度拉低了。

在宽度大于长度的横式鼠标的情况，如果鼠标体前后尺寸较短，鼠标后端面可能被大拇指扫掠核心区的范围“覆盖”——扫掠核心区被后端面截断而只有局部实体——尾区有可能完全不存在。

如果鼠标存在尾部端面，但是不存在尾区，此时因为鼠标前后长度较短，按键的食指与无名指不可能无限前移(会越出键区而悬空)，所以在两种标准操作姿势1和2，大拇指的第二指节都不会接触到A面、T面，更不会有大拇指第二指节以倾斜的姿势接触到T面的后边缘的情况，大拇指的第一指节拇指肚可以直接放置在T面上、A面侧面，此时扫掠核心区不能参与与鼠标后端面的“融合”，以保证在扫掠核心区“残缺”的情况下条带状曲面T在拇指肚下有足够的翘度(有足够的高度、支撑度，未塌缩、有足够的延展面积)以及最大的面接触范围。

图15、图16、图21、图22中鼠标为宽度大于长度的横式鼠标结构。其中图15为其采用标准操作姿势1的状态，图16为对其在标准操作姿势2的状态。其扫掠核心区5不完整。可明显见其尾部端面(标号26所示)，命名为D面。

其鼠标总体低矮，A面高度为一根大拇指的宽度，T面的宽度w约为1.2根大拇指的宽度，T面的α角约为20度、B面β角约为12度。鼠标前后方向的长度很短，操作时食指、中指并不紧贴键面，而是以微屈的方式主要以手指第一指节的指肚接触键面操作。

b线的后端(标号21)设置在鼠标的尾部边缘与食指的投影外边缘(在大拇指一侧的边缘)相交的地方。因为鼠标比较低并且鼠标的键面前端更低，为了使有限的扫掠核心区能更好的与标准操作姿势2的大拇指接触，b线向前延伸时并未继续沿食指的指向，b线的前端(标号22)逐渐远离食指，配合扫掠核心区和A面设计，使整个T面形成一个大致为矩形的面板。同时B面为此在斜角上扩大了面积，形成了一块三角形的区域可自由安排(标号27)。

可以看到在此实例中A面在前后方向上并不与无名指一侧的c线平行，而是越向前越向外扩张，以适应大拇指在这这个位置时它与手掌相连的角度特点，并且使大拇指的用力方向与无名指、小拇指一侧的夹持力方向对应配合，以求更好的控制鼠标。b线近似与a线平行以形成一个角度一致的矩形作为面板，使大拇指在这整个的小面积区域(T面)都有较好的触感，并且可以安排出一些功能按键的位置。

如果鼠标存在尾部端面，同时存在尾区，基于表面连续及触感流畅的原因，尾区可以与鼠标的尾部端面融合。“融合”意味着曲率与曲率变化率均相等，使面与面之间的界限消失。尾区与鼠标尾部端面的融合，可以保证大拇指从桌面上扬并以第二指节接触到融合棱的部分不至于感觉硌手。图13中标号25所指示的点划线，即为示意a线、b线在此区域逐渐消失，A面、T面、B面曲率融合。

自身长度大于自身宽度的传统的竖长比例的鼠标，加入本设计后，在尾区还需要注意配合鼠标体尾部的“收缩”，因为竖长鼠标在向后手掌延伸得远时，在尾部的鼠标宽度需要避让隆起的大拇指指根的肌肉群(鱼际区，拇短展肌、拇短屈肌肌群)。这也是很明显的在许多传统鼠标上都能看到的常规处理手法，多数竖长风格传统鼠标的左右两个侧面都会在尾部汇聚、缩小、融合、消失，因为手掌下的容置空间会在尾部最终消失。因不属于本发明方案的核心关注点，不做过多的展开讨论。

本发明的“条带状面”T，是强调不是与A面、B面进行“完全融合”而消失的面，而是单独的面、可区分的面，并且有自己的设计特征，以突显其设计目的并保证其设计效果。本发明的目的是要做到人体工程学效果的更加优化。这意味着，T面的扫掠核心区曲面不至于完全与B面曲率融合而使T面的独立性/独立形象消失(参考图18C)，也不至于同时与A面和B面曲率融合而使T面的独立性/独立形象消失(参考图17C)。

作为对比，在同一发明人，本人，申金坡2008年的ZL200820126794.6专利中，描述了横式鼠标方案中对无名指，或者对无名指和小拇指设计的单凹槽、或者双凹槽结构。并且基于设计左右手通用的对称鼠标的目的，提到了将所述凹槽镜像到大拇指一侧。但是人手的无名指和小拇指是三根指节，它们从手掌的高处出发下落到桌面，所以凹槽的优选方案是在鼠标前端较低而向后逐渐升高的。但是大拇指仅有两根指节，它基本，通常是从桌面出发，上扬一个角度来接触鼠标，所以该专利文件“发明内容”的最后段落提到了“此时左右两侧的延伸段的结构形状都要同时考虑对应无名指与小拇指使用与对应大拇指使用的特点。”

在ZL2008 2 0126794.6附图8，以及同一发明人，也是本发明的发明人，申金坡，设计的外观专利ZL2017 3 0478643.1，这两个实例中，所述凹槽都在大拇指的接触范围之外，对大拇指来说，接触的是没有凹槽的完整的鼠标外壳弧面。对应区域没有出现为了进一步增强优化而出现经过刻意设计的特征。(图17C)

在基础的横式鼠标专利及外观设计系列专利中，大拇指除了被“延伸段”这个“横式鼠标器”的基础技术特征之一拉开了与食指的距离、提供了一定程度支撑，之外，没有特殊的设计特征，基本上是与顶面自然融合的(图17、图18)，有时候也与立面A融合(图17)。

由图17B可见其采用大拇指支撑时接触面积小，压强高。注，图17B的示意图没有绘制食指后方的三根手指。

在图18(同一发明人，本人，申金坡的外观设计专利ZL2018 3 0086329.3)的情况，主要是缺少明显的右推面；并且顶面(主按键所在的面)较低，设立有足够有效的倾斜T面的高度空间不够；并且因为其上表面在前后方向的弧度，使大拇指在采用支撑姿势(类似标准操作姿势2的姿势)时与支撑面接触面积仍然比较小，支撑的舒适度和此时的控制力都比本发明所描述的设计方案要小许多。

同时因为这些设计都是基体对称的，就没有“抬高食指侧从而加大大拇指的摆动空间”这样的设计目的表现出来，当然也没有(在按键面)给手掌面一个贴近自然姿势的倾斜角度。

作为对比，图21用A、B、C三幅图，展示图15、图16所示鼠标实例的左侧视角。其中图21A对应图15，为标准操作姿势1，大拇指在A面的侧面；图21B对应图16，为标准操作姿势2，大拇指按压在T面上，并且部分按压着边缘的a线；图21C也是标准操作姿势2，但是大拇指更靠近食指(更接近b线)。可见，使用本发明的方案时，在标准操作姿势2，大拇指与支撑面可以有很大的接触面积。通过图21的三幅图，也可以从左侧视角看到a线和b线的曲率变化。图21B和图21C也展示了大拇指在T面上的摆动。

图19是人手自然放松在桌面上放置时大致会呈现的状态，图示从指尖向手腕方向看去。就是说，由于大拇指和小拇指在桌面的支撑，导致并排的四指指根部分在桌面呈现食指侧最高到小拇指侧最低的姿势。四根手指因为指尖接触桌面而指尖低，指根高。

因为鼠标其实是空间中一个自包围而凸起的实体，人手是五指相连组成的一个实体，立面A、支撑面T、主键区面B面的尺寸和角度，与人手的自然结构与尺寸，互相牵扯与影响，有其合理取值的空间和优化取值的空间，明白这些取值的范围和理解及这些取值的原因将更容易设计出优秀的鼠标产品。

图20展示立面A(在扫掠核心区的部分)的高度、T面扫掠区的倾斜角度、T面扫掠区的宽度、B面的倾斜角度之间的影响。

B面与水平面的夹角，β角，会影响食指外侧b线的高度，b线与a线的垂直高度差以及水平距离都会影响T面扫掠区的倾斜角度，也即α角；b线与a线的水平距离w就是T面扫掠区的投影宽度；a线是A面的顶部边线，所以a线的高度就是A面的高度；γ角是由T面和B面形成的，是由T面扫掠区的倾斜角度α和B面的倾斜角度β综合决定的。

在鼠标设计中，使主键面倾斜、食指侧比中指侧高，除了使前臂的角度更贴近人体的自然姿势，其实给了人手四指向大拇指侧单向推动鼠标的施力面，有很好的推力分量。

但是这种倾斜是有限度的，比如，食指指根位置不可能比小拇指指根位置高出5根手指直径甚至10根手指直径的高度，这是不可实现的。

垂直按在键面上的力的水平分量在键面倾斜角大于45度时会大于竖直分量(重力方向分量)导致鼠标在桌面上滑动的可能性变大，同时倾斜角度越大上侧手指因为重力作用沿斜面下滑从而压迫到下侧手指的情况越严重，所以主键区所在的曲面B与水平面的夹角β，优选不大于45°，即0°＜β≤45°。

因为β角太小会太接近与水平，不足以产生足够的影响，所以取值下限推荐不少于5°。而基于人体自然结构限值、并且基于人体最感觉舒适的设计实践，取值上限推荐不大于35°。即，β角的优选取值区间为5°≤β≤35°。

因为鼠标按键盖板(在操作时能被按动的鼠标壳)及其所在的区域的外壳经常为有弧度的曲面，所以主键区所在的曲面B与水平面的夹角β，或者说主键区与水平面的夹角β可以通过不同的合适方式测量到，包括：主键区左侧边缘与主键区右侧边缘间连线形成的线与面(相当于左键左边沿到右键右边沿)；在键区的左右方向的中心位置(一般滚轮就是在左右的中心位置)一点上的切线(切平面)；由左右方向的中心线向两侧扩展等同距离后，这两条线处鼠标壳形成的角度；标准操作姿势时，食指第三指节和中指第三指节对应连线形成的斜线(斜面)的角度，等等。

主键区所在的曲面B除了有食指侧高、小拇指侧低的左右倾斜，有时(根据不同设计的需要)也有指尖侧低、指根侧高的前后方向的倾斜。

考虑到不同用户手指形状与粗细的差异，以及同一个人五根手指间的形状与粗细的差异，在用“手指直径的尺寸”描述A面的高度、T面的宽度时，因为这些部位都是以大拇指为目标设计的，可以认为都是以大拇指的直径作为标准。考虑到大拇指一般为扁圆的圆柱并不是正圆的圆柱，也可以认为是以大拇指的宽度(椭圆的长轴)作为“手指直径的尺寸”的标准，于是“0.5根手指直径的尺寸”就可以理解为大拇指椭圆截面的半长轴的尺寸。因为同一件产品设计最终批量生产后的产品会卖给许多不同的最终用户，这种以“手指直径”描述的尺寸在不同的用户处自然会产生轻微误差，于是将大拇指当做圆柱体看待还是当做椭圆柱体看待产生的数据误差也是可以忽略的，从而可以简化讨论。

大拇指持握工作面，“立面A”，在前面说过，优选为直立面，即与水平面的夹角或者等效夹角为90°，如果与水平面的夹角或者等效夹角偏离该90°参考角度，相对于竖直方向有倾斜，则“等效倾斜角度θ”不大于15°能继续保证有比较好的体验。

在扫掠核心区的范围，立面A的高度(也即a线的高度)，即大拇指要持握的面的宽度，如果低于0.5根手指直径的尺寸，将不容易持握，会有拾起障碍。考虑到同一件产品会卖给不同的人、以及用户手指形状与粗细的差异，适合以0.8根手指的直径作为区间下限，以保证合理的设计效果。

立面A的高度，在扫掠核心区的范围内优选的取值空间为1～2根手指直径的高度，优选典型值为1.5根手指直径的高度。立面A在扫掠核心区的高度上限显然会受到“包络原则”的影响，还受到b线高度和T面扫掠核心区的倾斜角度的综合影响，所以不再对其做出“绝对禁止的上限”范围限制显然不至于导致设计失控。

但是a线是一条立体的线，在前后方向延伸时除了可以有左右的弯曲，还可以有高度的变化。a线的前端因为在大拇指触及范围之外，可以配合鼠标的整体设计需要而加高或者减低。a线的后端(扫掠核心区往后侧、指根一端)，如果存在，可以为了不影响大拇指运动流畅度的原因以及持握舒适度的原因，可以有合适的高度变化，或者在面间融合中消失。这么做(a线的后端在面间融合中消失)，是因为，在扫掠核心区后面，大拇指根部活动范围相对更小。(如果鼠标为自身左右宽度大于自身前后长度的横式布局鼠标，鼠标前后长度较短，鼠标体在扫掠核心区内可能就结束了，在这种情况下，a线和T面都不会有属于扫掠核心区往后的“后端”)。

本发明设计并创造了条带状的曲面T，并规定它的扫掠核心区由a线到b线呈倾斜上升趋势。扫掠核心区的设计目的，包括为大拇指的摆动提供引导与支撑、作为第二工作位置为大拇指在标准操作姿势2时提供支撑、为大拇指提供水平推动鼠标时需要的水平分力、不影响各姿势间切换的流畅。

倾斜上升的角度可以降低对一个指下表面的摩擦力依赖——假如物体顶部有一个水平面，大拇指放在上方水平面并且接触，那要通过大拇指推动物体，就完全依靠拇指和水平面的摩擦力来提供水平力。如果摩擦系数很小，光靠拇指和手掌的重力产生的压力提供的水平摩擦力不够大，要想完成工作，就需要额外施加向下压力来增大摩擦力——相对于只靠手指/手掌自身的重力就能完成工作，这会是额外的体力负担。

当顶面是倾斜的，则大拇指施加在斜面上的压力和大拇指的重力会有直接的水平推力分量。所以扫掠核心区是有由拇指侧到食指侧上升的倾斜角的。考虑到向大拇指的对侧(小拇指侧)水平推动鼠标，这个倾斜角应该比0度大，考虑到大拇指放在扫掠核心区上时的支撑与稳定作用，这个倾斜角应该比90度小——从实践中得来的范围，并且包括考虑到不对大拇指的活动造成阻挡等因素，这个倾斜角α的取值区间在20°～60°为优选。

α角的取值范围应该优选在20°～60°也是基于食指位置的高度(b线的高度)和A面的高度(a线的高度)、T面的宽度(拉开大拇指的距离)的互相影响的综合考虑。角度太小就没有足够的倾斜面的效果。角度太大则大拇指在标准操作姿势2支撑时容易因摩擦力不够而产生下滑趋势。而且如果保持A面高度去增大α角度，会使T面处于扫掠核心区的可选择宽度范围减小，但T面处于扫掠核心区的部分向桌面的投影宽度应不少于0.5根手指直径，以保证能够完成对大拇指的支撑，以及保证A面离开食指足够的距离，产生我们预期的效果。

所以一定要综合考虑。

在实际产品经验中得到T面扫掠核心区的投影宽度优选范围应该在0.5根手指直径到2根手指直径之间。0.5指是下限。达到1指宽就会将A面拉开有效距离从而使大拇指在标准操作姿势2和标准操作姿势1都感觉比较舒适。在不同的设计中，该区域投影宽度达到2指宽度仍然非常舒适。但是考虑到大拇指较短及其拉开的角度上限，容易理解，将该区域继续加宽将使A面过远，而使大拇指在标准操作姿势1时处于“过度张开”状态，“过度张开”会造成肌肉的紧张，违反我们的设计原则。

从发明人的设计实践来看，T面核心区与B面的夹角γ，优选范围在120°～150°之间(90°+(30°～60°))，这时大拇指扫掠区有更好的功能表现。γ角的典型值优选为135度：从T面与B面间的γ来说，因为已知大拇指摆动张角的极限位置分别在与掌面垂直的α摆动面和与在掌平面内的β摆动面，并且摆动极限大于等于90°，所以理论上为大拇指的α、β混合摆动提供舒适引导的T面最佳位置应该在γ＝135°的角度，处在两种摆动均衡混合的角度上。

因为T区的扫掠核心区不参与与鼠标前端面、后端面的融合，所以不管是在前后尺寸很短的横式鼠标设计中还是在前后尺寸很长的竖长比例鼠标的设计中，条带状的T面都会是显眼的设计特征。

“主键区”定义：主要按键所在区域。鼠标在被发明以来，至少包含一个按键，一个轨迹追踪系统。目前主流的计算机操作系统，如Windows，标准支持“左键(主按键)”“右键(副按键)”“中键(滚轮下按键)”及一个能指示“上、下”两个方向的“滚轮”，苹果电脑操作系统在历史上有一段时期，只有一个按键和一个滚轮(滚球)。“主要按键所在区域”就是说，最主要的按键(比如windows标准下的“左键”)所在的区域，其他按键可能与主按键相邻组成更大的区域，可能不与主按键相邻而在与之分离的另外区域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明第一实施例在标准操作姿势1状态及其横剖面示意图。

图2是本发明第一实施例在标准操作姿势2状态及其横剖面示意图。

图3用一个抽象鼠标的剖面示意本发明中的关键变量的位置与名称。

图4A解释当扫掠核心区的t线呈(大的)凸弧时相对于t呈直线时对大拇指的(摆动)运动产生的不同影响。

图4B解释当扫掠核心区的t线呈(大的)凹弧时相对于t呈直线时对大拇指的(摆动)运动产生的不同影响。

图5A解释立面A大角度向内倾斜时对大拇指从标准操作姿势1向标准操作姿势2的转换过程产生的影响。

图5B解释立面A高度太高时对大拇指从标准操作姿势1向标准操作姿势2的转换过程产生的影响。

图6用于解释立面A的不同倾斜角度和不同弧度大小产生的影响。

图7解释人手的自然手势、刻意手势和大拇指的运动能力。

图8展示一个典型传统鼠标的操作手势和此时各手指位置。

图9讲鼠标在大拇指一侧的侧立面的不同设计。

图10“包络原则”及在T面扫掠核心区以各种形式违背包络原则的情况。

图11A在剖面示意图中展示A面与T面的分工。

图11B在剖面示意图中展示不符合A面与T面的分工的设计案例。

图12扫掠核心区段落T面的横剖线t的各种不同状态。

图13是本发明第二实施例。

图14展示b线的设置对我们的人体工程学目的的影响。

图15是本发明采用横式鼠标方案的第三个实施例，标准操作姿势1。

图16是本发明采用横式鼠标方案的第三个实施例，标准操作姿势2。

图17是不采用本发明方案的对比例子，ZL201730478643.1。

图18是不采用本发明方案的对比例子，ZL201830086329.3。

图19展示由指尖向手腕方向看去人手自然放松在桌面上放置时大致会呈现的状态。

图20展示立面A(在扫掠核心区的部分)的高度、T面扫掠区的倾斜角度、T面扫掠区的宽度、B面的倾斜角度之间的影响。

图21用A、B、C三幅图，以左侧视角展示第三个实施例的标准操作姿势1和标准操作姿势2。

图22补充本发明第三个实施例的单独立体外形视图，去掉了手掌的遮盖，同样省略了按键和滚轮的绘制。

具体实施方式

图1和图2是本发明第一实施例，一个竖长布局的鼠标，鼠标体前后方向长度尺寸大于自身在左右方向的宽度尺寸。其中图1展示标准操作姿势1，图2展示标准操作姿势2。在扫掠核心区段落：A面竖直，A面的高度(h)为1.5根大拇指的宽度，A面向鼠标前方逐渐扩张，T面扫掠核心区(水平投影宽度)为0.8根大拇指的宽度(w)，T面的前区宽度逐渐增加，α角约为45°，β角约为20°，γ角约为115°。

图13是本发明第二实施例，其在第一实施例的基础上，用虚线方案展示了b线采取了不同的设计风格后，形成了宽度较为统一的T面，而为了保持设计的简洁，B面在指尖一端的高度相对第一实施例也有所降低。

图15、图16和图21、图22是本发明第三实施例，一个横式布局的鼠标，鼠标体前后方向长度尺寸小于自身在左右方向的宽度尺寸。其中图1展示标准操作姿势1，图2展示标准操作姿势2。其扫掠核心区不完整，在标准操作姿势2时不能完整的支撑大拇指第一指节而只是支撑大拇指第一指节前端的局部。其具有可明显见的尾部端面(标号26所示)，命名为D面。其鼠标总体低矮，A面高度(h)为一根大拇指的宽度，T面的水平投影宽度(w)约为1.2根大拇指的宽度，T面的α角约为20度，B面β角约为12度，T面与B面的夹角γ约为148°。

Claims (12)

1.一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：鼠标针对单手设计，鼠标自身左右不对称；

鼠标供食指和中指操作的主键区所在的面命名为B面，B面倾斜，由食指侧向中指侧高度逐渐降低，B面与水平面的夹角β大于0度且小于45度；

B面食指外侧的边缘命名为b线，B面中指外侧的边缘命名为c线；

鼠标供大拇指持握接触的侧立面命名为A面，A面向大拇指侧偏离食指的外边缘一定距离，A面的顶部边缘命名为a线；

a线和b线之间连接形成供大拇指支撑、休息与控制的T面，T面呈现为条带状曲面；

条带状曲面T为与A面和B面均不同的、处于A和B两者间的、独立的面，其特征是可观的；

鼠标支持最少两种标准操作姿势，其中标准操作姿势1大拇指放在A面外侧，标准操作姿势2大拇指放在T面上方；

在使用标准操作姿势2时，大拇指在T面上沿表面左右摆动时，第一指节大拇指肚能触及的区域被称作扫掠核心区；

所述扫掠核心区是大拇指在a线、b线间左右摆动形成的供其触摸的面；

在扫掠核心区段落，a线低于b线，T面的扫掠核心区由b线一侧向a线一侧高度逐渐降低；

a线、b线和c线均为空间曲线。

2.根据权利要求1所述的一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：所述扫掠核心区的设计，基于一个抽象平面，该抽象平面，由大拇指从a线开始以两点间的最短距离(直线轨迹)向b线摆动而形成，在前后方向上，这个抽象平面对大拇指第一指节有尽可能大的接触面积，从而使两者间接触压强尽量小，从而能形成比较完整的的支撑，在左右方向上，这个抽象平面在全程以同样的斜率平均地来分担一部分大拇指的自重；

但因为大拇指本身不是简单的抽象直线或者正圆柱体，而是具有复杂的曲面形状，

并且大拇指主要是以扇形摆动，

以及扫掠核心区要与鼠标其他部分的实际形状来配合，

所以实际的扫掠核心区不是一个理想化的数学上的平面，而是会有适当的曲率变化；

所述扫掠核心区的设计目的，包括为大拇指的摆动提供引导与支撑、作为第二工作位置为大拇指在标准操作姿势2时提供支撑、为大拇指提供水平推动鼠标时需要的水平分力、不影响各姿势间切换的流畅。

3.根据权利要求1所述的一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：在扫掠核心区以左右方向穿过鼠标的竖直剖面中，T面的剖面线t为直线或者为两端有小过渡圆弧的直线；

又或者，T面的剖面线t为小曲率的上凸弧线或者小曲率的下凹弧线，其中小曲率是指弧线的弧度不大于30°，如果该弧线非正圆圆弧则转换为等效正圆圆弧来衡量。

4.根据权利要求1、2、3所述的一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：所述供大拇指持握接触的侧立面A，在扫掠核心区段落，偏离竖直面的角度，或者等效偏离竖直面的角度，θ，不大于15°。

5.根据权利要求1所述的一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：在使用标准操作姿势1时，T面的扫掠核心区不突出于环绕人手指和手掌的包络面，即不从大拇指和食指的外缘连线形成的曲面中露出，此时标准操作姿势1以大拇指接触桌面为准。

6.根据权利要求1所述的一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：所述B面与水平面的夹角β取值为，5°≤β≤35°。

7.根据权利要求1所述的一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：所述T面在扫掠核心区段落与水平面的夹角α为20°≤α≤60°。

8.根据权利要求1所述的一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：所述T面在扫掠核心区段落对水平面的投影宽度w大于等于0.5根大拇指宽度，小于等于2根大拇指宽度。

9.根据权利要求1所述的一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：所述侧立面A在扫掠核心区段落的高度h，取值在0.8～1.5根大拇指宽度之间。

10.根据权利要求1所述的一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：所述鼠标的在左右方向的宽度尺寸大于其自身在前后方向的长度尺寸，为横式布局鼠标。

11.根据权利要求1所述的一种鼠标的人体工程学结构，其特征在于：所述T面的扫掠核心区与B面的夹角γ，优选范围在120°～150°之间。

12.一种人体工程学鼠标，其特征在于：鼠标具有使用权利要求1到11中任意一项所描述的人体工程学结构。

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