CN114681908A - 模拟输入设备以及控制该模拟输入设备的照明装置的方法 - Google Patents

模拟输入设备以及控制该模拟输入设备的照明装置的方法 Download PDF

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Abstract

一种模拟输入设备可以包括：至少一个安装面板；安装在至少一个安装面板上的模拟按钮组件的矩阵；复用器，其输入侧联接到模拟按钮组件的矩阵；模数转换器，其联接到复用器的输出侧，以将来自模拟按钮组件的矩阵中的至少一个模拟按钮组件的模拟信号转换成对应的数字步长值；照明装置，其包括多个光源，所述多个光源分别与模拟按钮组件的矩阵相关联，以单独地照亮各个模拟按钮组件；以及处理器，其联接到模数转换器并且被配置为控制照明装置基于数字步长值点亮多个光源，使得所述多个光源中的被点亮的光源的数量与对应的数字步长值成比例。

Description

模拟输入设备以及控制该模拟输入设备的照明装置的方法
技术领域
各个实施例总体上涉及一种模拟输入设备以及一种控制该模拟输入设备的照明装置(lighting arrangement)的方法。具体地，各个实施例总体上涉及一种力敏感或压力敏感模拟输入设备。
背景技术
通常，诸如游戏控制器、游戏小键盘(keypad)、键盘或鼠标之类的输入设备包括联接至数字开关的按钮或键。这些数字开关仅输出二进制信号，并限制输入设备的可实现功能和可能的用户意图。例如，在游戏中，为了更精确地控制角色的速度的大小、方向、运动、动作等，更细粒度的输入可能是优选的。用二进制输入设备通常无法实现这些控制。
因此，需要一种更有效的输入设备来解决上述问题。
发明内容
根据各个实施例，提供了一种模拟输入设备。该模拟输入设备可以包括至少一个安装面板。该模拟输入设备可以包括安装至所述至少一个安装面板的模拟按钮组件的矩阵。该模拟输入设备还可以包括复用器，该复用器包括输入侧和输出侧，其中，所述输入侧联接至所述模拟按钮组件的矩阵。该模拟输入设备还可以包括联接到复用器的输出侧的模数转换器。模数转换器可以将来自所述模拟按钮组件的矩阵中的至少一个模拟按钮组件的模拟信号转换成对应的数字步长值(digital-step-value)，所述模拟信号作为当所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件被用户的手指按压时对所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的按下量的度量。该模拟输入设备还可以包括照明装置，该照明装置包括多个光源，所述多个光源以单独地照亮所述模拟按钮组件的矩阵中的每个模拟按钮组件的方式分别与所述模拟按钮组件的矩阵相关联。该模拟输入设备还可以包括处理器，该处理器联接到所述模数转换器并且被配置为控制所述照明装置基于所述数字步长值点亮所述多个光源，使得所述多个光源中的被点亮的光源的数量与所述对应的数字步长值成比例。
根据各个实施例，提供了一种控制照明的方法。该方法可以包括：当用户的手指按压所述模拟输入设备的模拟按钮组件的矩阵中的至少一个模拟按钮组件时，从所述模拟输入设备的所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件生成模拟信号。该方法可以包括经由所述模拟输入设备的、与复用器的输出侧联接的模数转换器，将所述模拟信号数字化成对应的数字步长值，所述模拟输入设备的所述模拟按钮组件的矩阵与所述复用器的输入侧联接。该方法可以包括以使得所述模拟输入设备的照明装置的多个光源中的被点亮的光源的数量与所述对应的数字步长值成比例的方式，基于所述对应的数字步长值来控制所述模拟输入设备的所述照明装置的、与所述模拟输入设备的所述模拟按钮组件的矩阵相关联的多个光源，其中，所述照明装置的所述多个光源能够单独地照明。
附图说明
在附图中，贯穿不同的视图，相似的附图标记通常指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在图示本发明的原理上。在以下描述中，将参考以下附图来描述各个实施例，其中：
图1A示出了根据各个实施例的模拟输入设备的示意图；
图1B至图1D根据各个实施例以基于键的按下量被照亮的键盘或小键盘的形式示出了图1A的模拟输入设备；
图2A和图2B更详细地示出了根据各个实施例的图1A的模拟输入设备的示意图；
图3A至图3D示出了根据各个实施例的图2A和图1B的模拟输入设备的阻光元件的切口轮廓的各种示例；
图4示出了根据各个实施例的用于接收和处理模拟输入的计算系统的示意图；以及
图5示出了根据示例实施例的具有作为模拟输入设备的模拟小键盘的计算系统的示意图。
具体实施方式
以下在装置的上下文中描述的实施例对于相应的方法类似地有效，反之亦然。此外，将理解的是，以下描述的实施例可以进行组合，例如，一个实施例的一部分可以与另一实施例的一部分组合。
应该理解的是，术语“在...上”、“在...上方”、“顶部”、“底部”、“向下”、“侧面”、“后方”、“左”、“右”、“前”、“横向”、“侧面”、“向上”、“向下”等在以下描述中使用时，是为了方便而使用的并帮助理解相对位置或方向，而不旨在限制任何设备、或者结构、或者任何设备或结构的任何部分的方位。另外，除非上下文另外明确地指示，否则单数术语“一”、“一个”和“该”包括复数形式。类似地，除非上下文另外明确地指示，否则单词“或”旨在包括“和”。
如本文所述，处理器(或处理单元或主机处理单元或主机处理器等)可以理解为任何种类的逻辑实现实体，其可以是专用电路或者执行存储在存储器、固件或其任何组合中的软件的处理器。因此，处理器可以是硬线逻辑电路或可编程逻辑电路，诸如可编程处理器(例如，可编程逻辑控制器(PLC))，例如微处理器(例如，复杂指令集计算机(CISC)处理器或精简指令集计算机(RISC)处理器)。处理器还可以是执行软件的处理器，例如任何种类的计算机程序，例如使用虚拟机代码(诸如Java)的计算机程序。
各个实施例总体上涉及一种模拟输入设备以及一种控制该模拟输入设备的照明装置的方法。具体地，各个实施例总体上涉及一种力敏感模拟输入设备或一种压力敏感模拟输入设备。根据各个实施例，输入设备可以包括但不限于控制器、小键盘、键盘、鼠标、操纵杆或方向盘。根据各个实施例，输入设备可以包括模拟按钮或键的矩阵，每个模拟按钮或键可以被配置为基于用户施加在相应的模拟按钮或键上的按下力或压力的量来改变输入信号。因此，相应的模拟按钮或键可以根据施加到模拟按钮或键的力或压力来提供可变的力敏感或压力敏感模拟输入。根据各个实施例，改变施加在相应的模拟按钮或键上的按下力或压力的量可以改变模拟按钮或键所经历的按下(depression)的范围或程度。因此，改变相应的模拟按钮或键的按下范围或程度可以改变来自模拟输入设备的相应模拟按钮或键的模拟输出信号。根据各个实施例，模拟输出信号可以由处理器处理以生成应用中的对应应用事件。根据各个实施例，可以通过照明效果来处理并显示模拟输出信号，以允许用户直观地看到按压模拟按钮或键的深度和强度。因此，可以基于模拟输出信号来激活模拟输入设备的照明装置。例如，可以相对于模拟输出信号成比例地激活模拟输入设备的照明装置，以便对应地照亮模拟输入设备，以用作向用户视觉反馈或指示由用户施加在相应的模拟按钮或键上的按下力或压力的量。
各个实施例总体上涉及一种用于接收并处理模拟输入的计算系统。该计算系统可以是指能够执行大量计算的信息处理系统或功能系统。该计算系统可以包括处理单元、随机存取存储器、磁盘存储装置、输入设备和输出设备等。根据各个实施例，该计算系统可以包括主机处理器和各个实施例的模拟输入设备。根据各个实施例，用户可以经由模拟输入设备提供模拟输入，使得可以将模拟输入信号经由模拟输入设备发送到主机处理器，并且主机处理器可以处理该模拟输入信号以生成作为对该模拟输入信号的响应的对应应用事件并提供对应的输出。对应的输出可以包括但不限于文本和/或图形显示、声音、照明或触觉反馈。例如，以照明形式的输出可以是各个实施例的模拟输入设备的照明效果。
以下示例涉及各个实施例。
示例1是一种模拟输入设备，该模拟输入设备包括：
至少一个安装面板；
模拟按钮组件的矩阵，所述模拟按钮组件安装至所述至少一个安装面板；
复用器，所述复用器包括输入侧和输出侧，其中，所述输入侧联接至所述模拟按钮组件的矩阵；
模数转换器，所述模数转换器联接到所述复用器的输出侧，以将来自所述模拟按钮组件的矩阵中的至少一个模拟按钮组件的模拟信号转换成对应的数字步长值，所述模拟信号作为当所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件被用户的手指按压时对所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的按下量的度量；
照明装置，所述照明装置包括多个光源，所述多个光源以单独地照亮所述模拟按钮组件的矩阵中的每个模拟按钮组件的方式分别与所述模拟按钮组件的矩阵相关联；以及
处理器，所述处理器联接到所述模数转换器并且被配置为控制所述照明装置基于所述数字步长值点亮所述多个光源，使得所述多个光源中的被点亮的光源的数量与所述对应的数字步长值成比例。
在示例2中，示例1的主题可以可选地包括：所述处理器可以被配置为基于从所述模数转换器接收到的所述数字步长值来控制所述照明装置点亮所述多个光源。
在示例3中，示例1的主题可以可选地包括通信接口，所述通信接口被配置为将数据包传输到主机计算设备，
其中，所述处理器被配置为输出所述数据包并将所述数据包经由所述通信接口传输至所述主机计算设备，所述数据包包括所述模拟按钮组件的矩阵中的、被所述用户的手指按压的所述至少一个模拟按钮组件的按钮标识(ID)和所述对应的数字步长值，
其中，所述处理器被配置为经由所述通信接口接收由所述主机计算设备基于从所述模拟输入设备接收到的所述数据包中的所述数字步长值而生成的照明信号，以用于控制所述照明装置基于所述数字步长值点亮所述多个光源。
在示例4中，示例1至3中的任一个的主题可以可选地包括：所述模拟按钮组件的矩阵中的每个模拟按钮组件可以包括模拟压力传感器，其中，所述模拟压力传感器可以包括：
压力接收装置，所述压力接收装置具有光感测子装置和输出端子，所述光感测子装置被配置为测量根据在所述压力接收装置处感测到的压力而变化的光量；以及
柱塞元件，所述柱塞元件被配置为在所述压力接收装置上施加所述压力，
其中，当用户的手指按压所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件时，所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的所述按下量可以使所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的所述柱塞元件在所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的所述压力接收装置上对应地施加压力，以改变待由所述光感测子装置检测以便生成与所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的所述按下量对应的所述模拟信号的光量。
在示例5中，示例4的主题可以可选地包括：所述压力接收装置可以包括偏置元件，所述偏置元件布置在所述柱塞元件与所述至少一个安装面板之间，并且使所述柱塞元件在偏置方向上偏置远离所述至少一个安装面板。
在示例6中，示例4或5的主题可以可选地包括：所述光感测子装置可以包括：
光发射器，所述光发射器设置在所述柱塞元件与所述至少一个安装面板之间的中间高度处，并且被定向为沿着与所述偏置元件的偏置方向垂直的光路发射光；
光传感器，所述光传感器设置在所述光路中并且被配置为基于由所述光传感器感测到的光量来生成模拟信号，以便经由所述输出端子输出；以及
阻光元件，所述阻光元件以能够与所述柱塞元件一起沿着平行于所述偏置方向的移动方向移动的方式与所述柱塞元件相关联，并且朝向所述至少一个安装面板延伸，以与所述光发射器和所述光传感器之间的光路相交，其中，所述阻光元件包括切口轮廓，随着所述阻光元件在所述柱塞元件朝向所述至少一个安装面板移动时横切地移动穿过所述光路，所述切口轮廓改变穿过所述阻光元件的光量。
在示例7中，示例1至6中的任一个的主题可以可选地包括模拟滤波器，所述模拟滤波器联接在所述模拟按钮组件的矩阵与所述模数转换器之间的电连接中。
在示例8中，示例1至7中的任一个的主题可以可选地包括：模拟信号是模拟电压。
示例9是一种控制模拟输入设备的照明装置的方法，该方法包括：
当用户的手指按压模拟输入设备的模拟按钮组件的矩阵中的至少一个模拟按钮组件时，从所述模拟输入设备的所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件生成模拟信号；
经由所述模拟输入设备的、与复用器的输出侧联接的模数转换器，将所述模拟信号数字化成对应的数字步长值，所述模拟输入设备的所述模拟按钮组件的矩阵与所述复用器的输入侧联接；以及
以使得所述模拟输入设备的照明装置的多个光源中的被点亮的光源的数量与所述对应的数字步长值成比例的方式，基于所述对应的数字步长值来控制所述模拟输入设备的所述照明装置的、与所述模拟输入设备的所述模拟按钮组件的矩阵相关联的多个光源，其中，所述照明装置的所述多个光源能够单独地照明。
在示例10中，示例9的主题可以可选地包括：经由所述模拟输入设备的处理器，控制所述照明装置基于从所述模拟输入设备的所述模数转换器接收到的所述对应的数字步长值点亮所述多个光源。
在示例11中，示例9的主题可以可选地包括：
经由所述模拟输入设备的处理器，输出数据包，所述数据包包括所述模拟按钮组件的矩阵中的、被所述用户的手指按压的所述至少一个模拟按钮组件的按钮标识(ID)和所述对应的数字步长值；
经由所述模拟输入设备的通信接口，将所述数据包从所述模拟输入设备的所述处理器传输到主机计算设备；
经由所述主机计算设备，基于来自从所述模拟输入设备接收到的所述数据包中的所述对应的数字步长值来生成照明信号；以及
将所述照明信号发送到所述模拟输入设备，以用于控制所述照明装置基于所述对应的数字步长值点亮所述多个光源。
图1A示出了根据各个实施例的模拟输入设备100的示意图。根据各个实施例，模拟输入设备100可以包括至少一个安装面板110。根据各个实施例，至少一个安装面板110可以是模拟输入设备100的内部支撑结构的一部分。根据各个实施例，至少一个安装面板110还可以是模拟输入设备100的内部印刷电路板(PCB)。根据各个实施例，模拟输入设备100可以包括安装至至少一个安装面板110的模拟按钮组件120的矩阵。根据各个实施例，模拟按钮组件120的矩阵中的每个模拟按钮组件120可以输出模拟信号。根据各个实施例，模拟输入设备100可以包括两个或更多个或者多个模拟按钮组件120。例如，当模拟输入设备100为鼠标时，模拟输入设备100可以包括两个或更多个模拟点击按钮。当模拟输入设备100为具有15-25个键的小键盘时，模拟输入设备100可以包括多达15-25个模拟键。当模拟输入设备100为具有四个或更多个按钮的游戏控制器时，模拟输入设备100可以包括两个或三个或四个或更多个模拟按钮。当模拟输入设备100为键盘时，模拟输入设备100可以包括多个模拟键。
根据各个实施例，模拟输入设备100可以包括具有输出侧和输入侧的复用器138。根据各个实施例，复用器138的输入侧可以联接到模拟按钮组件120的矩阵。因此，复用器138可以从模拟按钮组件120的矩阵接收多个模拟信号并提供单个输出。根据各个实施例，模拟输入设备100的模拟按钮组件120可以经由矩阵连接联接到复用器138。
根据各个实施例，模拟输入设备100可以包括模数转换器(ADC)140。ADC 140可以联接到复用器138的输出侧。因此，ADC 140可以从复用器138接收模拟信号，并且可以被配置为将模拟信号离散化成对应的数字步长值。根据各个实施例，复用器138可以电联接到ADC 140，使得从复用器138输出的模拟信号可以被发送到ADC 140，以便转换为可读数据。根据各个实施例，ADC 140可以将来自复用器138的连续时间和连续幅度的模拟信号转换成离散时间和离散幅度的数字步长值。根据各个实施例，ADC 140可以以预定的采样间隔执行转换。根据各个实施例，对于来自复用器138的模拟信号的范围而言的离散的数字步长值的总数可以基于ADC 140的分辨率。根据各个实施例，数字步长值可以是从0到N的整数，其中N比2的幂小1。因此，数字步长值的每个整数可以表示来自模拟按钮组件120的模拟信号的对应幅度。
根据各个实施例，模拟输入设备100可以包括处理器142。处理器142可以以接收数字步长值的方式联接到ADC 140。处理器142可以被配置为输出数据包，该数据包包括被用户的手指按压的模拟按钮组件120的按钮标识(ID)以及与来自模拟按钮组件120的模拟信号相对应的数字步长值。根据各个实施例，处理器142和ADC 140可以彼此进行数字通信。因此，可以将由ADC 140转换的数字步长值从ADC 140以数字方式传送到处理器142。根据各个实施例，处理器142可以从ADC 140和/或模拟按钮组件120接收各种信息数据，并且可以将包括按钮标识(ID)和数字步长值的各种信息数据布置、编译和/或格式化成格式化数据串，以便传输。根据各个实施例，格式化数据串可以是USB(通用串行总线)HID(人机接口设备)供应商报告的形式。
根据各个实施例，ADC 140和处理器142可以是模拟输入设备100的独立元件。根据各个实施例，ADC 140和处理器142可以集成为单个微控制器150。
根据各个实施例，模拟输入设备100还可以包括照明装置180，该照明装置180包括由处理器142控制的至少一个光源182。根据各个实施例，照明装置180可以包括用于至少一个模拟按钮组件120的背光和/或用于模拟输入设备100的夜光(underglow)照明。因此，至少一个光源182可以用作用于至少一个模拟按钮组件120的背光和/或可以用作用于模拟输入设备100的夜光照明。
根据各个实施例，处理器142可以被配置为基于存储在存储元件(例如，参见图2A中的170)中的照明序列和/或模式(pattern)来控制照明装置180。根据各个实施例，处理器142可以从模拟输入设备100连接到的主机计算设备接收指令。根据各个实施例，处理器142可以优先基于从主机计算设备接收到的指令，而不是优先基于存储在存储元件170中的照明序列和/或模式，进行对照明装置180的控制。根据各个实施例，处理器142可以基于从主机计算设备接收到的指令用新的照明序列和/或模式来覆写或替换存储在存储元件170中的照明序列和/或模式。
根据各个实施例，照明装置180可以包括多个光源182，所述多个光源182以单独地照亮模拟按钮组件120的矩阵中的每个模拟按钮组件120的方式分别与模拟按钮组件120的矩阵相关联。因此，一个光源182可以与一个模拟按钮组件120相关联。因此，模拟按钮组件120的矩阵中的每个模拟按钮组件120可以以使得模拟按钮组件120的矩阵中的每个模拟按钮组件120可以被照明装置180的对应的光源182独立地照亮的方式与照明装置180的对应光源182配对。
根据各个实施例，照明装置180的多个光源182可以基于与来自被用户的手指按压的模拟按钮组件120的模拟信号相对应的数字步长值而被点亮，使得所述多个光源182中的被点亮的光源182的数量可以与数字步长值成比例。因此，当模拟按钮组件120的矩阵中的一个模拟按钮组件120被按压时，照明装置180的照明序列和/或模式可以取决于模拟按钮组件120的矩阵中的这一个模拟按钮组件120的按下量。图1B至图1D根据各个实施例以基于键的按下量被照亮的键盘或小键盘的形式示出了图1A的模拟输入设备100。例如，当模拟按钮组件120的矩阵中的一个模拟按钮组件120被完全按下时，所有的模拟按钮组件120都可以被照亮(参见图1B，其中所有的78个键都被照亮)。因此，照明装置180的多个光源182全部都可以被激活，以照亮所有的模拟按钮组件120。当模拟按钮组件120的矩阵中的一个模拟按钮组件120被按下一半时，一半的模拟按钮组件120可以被照亮(参见图1C，其中78个键中的39个键被照亮)。因此，照明装置180的多个光源182中的一半光源可被激活，以照亮一半的模拟按钮组件120。当模拟按钮组件120的矩阵中的一个模拟按钮组件120被最低程度地按下时，仅一个模拟按钮组件120可以被点亮(参见图1D，其中78个键中的一个键被照亮)。因此，照明装置180的多个光源182中的一个光源可以被激活，以照亮模拟按钮组件120中的一个。
根据各个实施例，当基于与来自被用户的手指按压的模拟按钮组件120的模拟信号相对应的数字步长值来点亮照明装置180的多个光源182时，产生的照明效果可以是波轮廓(例如，从左到右，或从右到左，或从上到下，或从下到上，或对角线)或纹波轮廓(例如，从特定键向外发散)，使得照明装置180的多个光源182可以基于波轮廓或纹波轮廓被成比例地点亮。因此，随着模拟按钮组件120被从最低程度逐渐按压至完全按下状态，模拟按钮组件120的矩阵可以根据波轮廓或纹波轮廓被逐渐地照亮。
根据各个实施例，当模拟按钮组件120的矩阵中的任一个模拟按钮组件120都没有被按下时，模拟按钮组件120中的任一个都不被照亮，或者模拟按钮组件120的矩阵可以基于存储在存储元件170中的或者从主机计算设备接收到的照明序列和/或模式被照亮。根据各个实施例，处理器142可以优先基于与来自被用户的手指按压的模拟按钮组件120的模拟信号相对应的数字步长值，而不是优先基于从主机计算设备接收到的指令和/或存储在存储元件170中的照明序列和/或模式，进行对照明装置180的控制。因此，在按下模拟按钮组件120或者生成与来自被用户的手指按压的模拟按钮组件120的模拟信号相对应的数字步长值时，处理器142可以中断照明装置180的任何现有照明序列和/或模式或者未点亮状态，以便基于与来自被用户的手指按压的模拟按钮组件120的模拟信号相对应的数字步长值来控制用于照亮模拟按钮组件120的矩阵的照明装置180。
根据各个实施例，处理器142可以被配置为基于从ADC 140接收到的数字步长值来直接控制照明装置180点亮多个光源182。相应地，处理器142可以对从ADC 140接收到的数字步长值进行处理，并基于数字步长值直接地接通多个光源182中的对应数量的光源，以照亮模拟按钮组件120的矩阵中的对应数量的模拟按钮组件。
根据各个实施例，处理器142可以被配置为接收由主机计算设备基于从模拟输入设备100接收到的数据包中的数字步长值而生成的照明信号，以便控制照明装置180基于数字步长值来点亮多个光源182。因此，主机计算设备可以对从模拟输入设备100接收到的数据包中的数字步长值进行处理，基于数据包中的数字步长值生成照明信号，并将照明信号发送到模拟输入设备100。模拟输入设备100的处理器142可以接收并处理来自主机计算设备的照明信号，并基于照明信号直接地接通多个光源182中的对应数量的光源，以便基于数字步长值照亮模拟按钮组件120的矩阵中的对应数量的模拟按钮组件。
图2A和图2B示出了根据各个实施例的模拟输入设备100的示意图，其中具有模拟按钮组件120和模拟输入设备100的更多细节。在图2A中，图示了一个模拟按钮组件120，并且该模拟按钮组件120未按比例绘制，而是被设置成通过放大或夸张的示图来描绘细节，以便于理解模拟按钮组件120。在图2B中，作为示例，图示了少量的模拟按钮组件120。
根据各个实施例，每个模拟按钮组件120可以包括具有柱塞元件122和压力接收装置124的压力传感器121。当模拟按钮组件120被用户的手指按压时，柱塞元件122可以以在压力接收装置124上施加压力或力的方式与压力接收装置124相互作用。根据各个实施例，压力传感器121可以是可替换的单个整体键开关，或者可以是模拟输入设备100的不可分离的集成内置装置。根据各个实施例，每个模拟按钮组件120可以包括按钮帽123，按钮帽123可移除地联接或固定地联接到压力传感器121的柱塞元件122。根据各个实施例，按钮帽123可以是具有输入表面的薄壳，该输入表面用于容纳用户的指尖。因此，按钮帽123可以在人体工程学上成形为用于容纳指尖。
根据各个实施例，每个模拟按钮组件120的压力接收装置124可以包括光感测子装置125，该光感测子装置125被配置为测量根据在压力接收装置124处感测到的压力或力而变化的光量。因此，按下模拟按钮组件120可以在压力接收装置124上施加对应的压力或力，该压力或力可以改变由光感测子装置125感测的光量。根据各个实施例，光量可以通过相对于压力接收装置124上的压力或力成比例地改变光被阻光元件134阻挡的程度而变化。根据各个实施例，压力接收装置124可以包括用于输出与所测量到的光量相对应的模拟信号的输出端子133。因此，所测量到的光量可以作为模拟信号输出。根据各个实施例，光量可以是光的强度。
根据各个实施例，压力接收装置124可以包括偏置元件126。偏置元件126可以布置在柱塞元件122与至少一个安装面板110之间。偏置元件126可以使柱塞元件122在偏置方向上偏置远离至少一个安装板110。因此，偏置元件126可以提供抵抗按下模拟按钮组件120的压力或力的阻力。根据各个实施例，偏置元件126可以包括弹簧或者弹性膜结构或者其他合适的元件、结构或构造，其可以使柱塞元件122在被按下之后返回到原始或初始位置。根据各个实施例，偏置元件126可以直接地或间接地连接在柱塞元件122与至少一个安装面板110之间。根据各个实施例，压力接收装置124可以包括安装到至少一个安装面板110的壳体，并且柱塞元件122可以可滑动地通过壳体的顶部。按钮帽123可以联接至柱塞元件122，从而相对于壳体可移动。偏置元件126可以使柱塞元件122在偏置方向上偏置远离壳体的底部，从而间接地使按钮帽123偏置远离至少一个安装面板110。
根据各个实施例，压力接收装置124的光感测子装置125可以包括光发射器130。光发射器130可以设置在柱塞元件122与至少一个安装面板110之间的中间高度处。光发射器130可以定向为沿着与偏置元件126的偏置方向垂直的光路131发射光。因此，从光发射器130发射的光的光路131可以基本上垂直于由用户按下至少一个模拟按钮组件120的方向。根据各个实施例，光发射器130可以是激光发射器或准直光发射器。根据各个实施例，柱塞元件122与至少一个安装面板110之间的中间高度可以是沿着安装面板110与柱塞元件122的最大按下之间的高度的位置。
根据各个实施例，压力接收装置124的光感测子装置125可以包括光传感器132。光传感器132可以设置在光路131中，并且可以被配置为基于由光传感器132感测到的光量生成模拟信号，以便经由输出端子133输出。因此，光传感器132可以放置在直接面对光发射器130的位置。因此，光发射器130和光传感器132可以以相对的方式布置，使得来自光发射器130的光直接笔直地朝向光传感器132投射。根据各个实施例，光传感器132可以检测入射在光传感器132上的光的强度，并根据检测到的光的强度输出模拟信号。根据各个实施例，光传感器132可以包括但不限于光电晶体管型光传感器或光敏电阻型光传感器或光电二极管型光传感器。根据各个实施例，来自光传感器132的模拟信号可以是模拟电压或模拟电流。
根据各个实施例，压力接收装置124的光感测子装置125可以包括阻光元件134。阻光元件134可以以可与柱塞元件122一起沿着平行于偏置方向的移动方向移动的方式与柱塞元件122相关联。阻光元件134可以朝向安装面板110延伸，以与光发射器130和光传感器132之间的光路131相交。根据各个实施例，阻光元件134可以直接地或间接地联接至柱塞元件122。根据各个实施例，阻光元件134可以具有伸长形状，并且可以朝向安装面板110向下延伸。根据各个实施例，阻光元件134可以以使得由于用户按下模拟按钮组件120，阻光元件134的移动路径可以与光发射器130和光传感器132之间的光路131相交的方式定位。根据各个实施例，当压力接收装置124包括壳体并且柱塞元件122可滑动通过壳体的顶部(其中按钮帽123联接至柱塞元件122)时，阻光元件134可以联接至柱塞元件122，从而可与按钮帽123一起移动。
根据各个实施例，阻光元件134可以包括切口轮廓。图3A至图3D示出了阻光元件134的切口轮廓136的各种示例。随着阻光元件134在施加压力或力以将按钮帽123朝向至少一个安装面板110推动时横切地移动穿过光路131，阻光元件134的切口轮廓136可以改变穿过阻光元件134的光量。因此，根据压力接收装置124上的压力或力所导致的柱塞元件122的运动，阻光元件134的切口轮廓136可以改变光路131的阻挡程度。根据各个实施例，阻光元件134的切口轮廓136可以包括但不限于三角形形状(参见图3A)、或者截头锥形形状(参见图3B)、或者喇叭形形状(参见图3C)、或者弧形形状(参见图3D)或者可以随着阻光元件134移动成与光路131相交而改变穿过的光量的任何其他合适的形状。根据各个实施例，阻光元件134可以包括具有切口轮廓136的伸长板，并且可以设置为随着用户施加压力或力以推动按钮帽123而纵向地移动以与光路131相交。
根据各个实施例，模拟输入设备100还可以包括滤波器160。滤波器160可以联接在压力传感器121与模数转换器140之间的电连接中。滤波器160可以被配置为减少来自压力传感器121的模拟信号中的噪声。根据各个实施例，滤波器160可以包括低通滤波器。
根据各个实施例，模拟输入设备100还可以包括存储元件170。存储元件170可以联接到处理器142，并且可以存储由处理器142执行的指令。根据各个实施例，存储元件170可以是存储器。根据各个实施例，存储器可以包括但不限于只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或闪速存储器。
图4示出了根据各个实施例的用于接收并处理模拟输入的计算系统401的示意图。根据各个实施例，计算系统401可以包括主机处理器402和经由通信接口144连接到主机处理器402的模拟输入设备100。根据各个实施例，主机处理器402可以是主机计算设备404的中央处理单元。根据各个实施例，主机处理器402可以从输入设备100接收数据包。根据各个实施例，主机处理器402可以解释来自输入设备100的输入数据包并基于经解释的输入数据包执行编程指令。根据各个实施例，主机处理器402可以基于与来自模拟按钮组件120的模拟信号相对应的数字步长值来确定相应的模拟按钮组件120的按钮帽123的按下量。根据各个实施例，主机处理器402可以通过执行计算或数学处理或映射或表查找操作或其他合适的处理技术来确定相应的模拟按钮组件120的按钮帽123的按下量。
根据各个实施例，主机处理器402可以被配置为基于根据从模拟输入设备100接收的数据包中的数字步长值确定出的按钮帽123的按下量来生成照明信号，并将照明信号发送到模拟输入设备100，以便控制照明装置180基于数字步长值点亮多个光源182。因此，主机处理器402可以对从模拟输入设备100接收到的数据包中的数字步长值进行处理，以生成照明信号。然后，主机处理器402可以将照明信号经由通信接口144发送到模拟输入设备100。
根据各个实施例，主机处理器402可以基于所确定的、相应的模拟按钮组件120的按钮帽123的按下量和用于应用程序的输入设定来生成应用程序中的对应的预定应用事件。根据各个实施例，对应的预定应用事件可以是由应用程序响应于或识别出所确定的、相应的模拟按钮组件120的按钮帽123的按下量而触发的编程动作或发生。根据各个实施例，用于应用程序的输入设定可以是预定应用事件到模拟按钮组件120的矩阵以及相应的按下量的映射。根据各个实施例，输入设定可以是应用程序中的预定义的设定。根据各个实施例，输入设定可以是用户可定义或可配置的设定，用户可以基于用户偏好和用途来相应地在应用程序中更改或改变该设定。
在下文中，将游戏小键盘作为根据各个实施例的模拟输入设备100的示例进行描述。
游戏小键盘将键盘的优点与控制器的紧凑和符合人体工程学的尺寸相结合。典型的游戏小键盘包含被设计为由用户的手指控制的15-25个键。这些键以与键盘的数字键的方式类似的方式布置，以实现诸如方向和导航(上、下、左和右)、更换武器、跳跃或射击之类的各种功能。然而，常规小键盘中的键被联接到数字开关，数字开关仅输出二进制信号，限制了小键盘的可实现功能和可能的用户意图。
示例实施例通过采用输出模拟信号的模拟开关和在以无线方式或通过USB与小键盘连接的主计算机处对从小键盘的各个键发送的信号进行处理的对应算法来解决这些问题。模拟小键盘提供了一种具有更细粒度的增强输入法，这使机械小键盘具有通常在诸如游戏控制器、方向盘和航空操纵杆之类的设备中发现的精确控制。通过在主计算机处对来自各个键的信号进行处理，减少了时延，并实现了更快的响应。此外，通过在软件中对其进行处理来升级处理解决方案为用户提供了键映射方面的灵活性。另外，基于各个键的按下量照亮小键盘可以向用户提供视觉反馈或指示器。因此，小键盘可以通过与按下量成比例的照明效果来显示各个键的按下量。
图5示出了根据示例实施例的具有作为模拟输入设备的模拟小键盘500的计算系统501。
举例来说，模拟小键盘500可以包括：多个模拟开关510(或模拟压力传感器)，每个模拟开关510(或模拟压力传感器)设置在键540下方；微控制器520，其包括处理器和存储器；以及模数转换器(ADC)530。模拟开关510可以基于光学-机械开关技术，并根据施加到键上的压力或力或者键的与未按压位置相比的移位来输出不同的模拟信号。ADC 530可以将模拟信号转换成数字信号，并将数字信号发送到微控制器520，以对数据进行预处理。模拟小键盘500可以以无线方式或通过USB与主计算机504连接。主计算机可以从微控制器接收预处理后的数据并执行计算，以确定施加到一个或多个键上的压力或力并继续进行要采取的动作。
根据各个实施例，微控制器520可以基于来自ADC 530的数字信号来控制用于照亮模拟小键盘500的键540的照明装置580。根据各个实施例，被照亮的键540的数量可以与对应于键540的按下量的数字信号成比例。根据各个实施例，微控制器520可以基于来自ADC530的数字信号直接地控制照明装置580，或者可以基于由主计算机504基于从微控制器520接收到的预处理后的数据生成的照明信号来控制照明装置580。
固件可以保持在诸如ROM、EPROM或闪速存储器之类的存储器(或存储元件)中，以便向开关提供控制并转换从每个模拟开关发送到主计算机的模拟信号，使得主计算机可以进一步处理信号或数据以实现对应的功能。
在一个示例实施例中，当用户将键(或按钮组件)按压到特定距离时，固件可以记录该事件，并且该事件将被微控制器读取。对于键被向下按压的不同距离，可以记录不同的事件。该微控制器可以通过扫描不断地监控小键盘上的键，这可能每秒发生多次。固件可以对什么时候键被按压以及键被按压到什么距离进行记录，并快速地执行将来自物理接触的键按压转换成电信号的过程，然后将电信号输出到主计算机和/或控制输入设备的照明装置，以便成比例地照亮输入设备。
举例来说，一个模拟开关(或压力传感器)可以位于每个键的下方。模拟开关可以包括光发射器、设置在光路上的斩波器(或阻光元件)、以及光接收器(或光传感器)。光行进所沿的路径可以基本上平行于键帽(或按钮帽)的表面。可以由光接收器检测到的光量可能受斩波器的位置的影响，斩波器的位置可以进一步根据施加到键帽上的压力或力将键向下按压的距离来确定。由于键的移位与所施加的压力或力成比例，并且经过斩波器的光量可以与键的移位有关，因此光接收器检测到的光量也可以与施加在键的上的压力或力有关。这样，光量指示施加在键上的压力或力。例如，键下方的弹簧(或偏置元件)可以被配置为允许键帽从顶端位置到底端位置的移位，该移位与施加在键上的压力或力成比例。光接收器基于检测到的光的强度输出模拟数据，并且模拟数据在被发送到主计算机和/或被用于控制输入设备的照明装置以成比例地照亮输入设备之前由微控制器进一步处理。
在一个示例实施例中，当同时向下按压分别表示x方向和y方向的两个方向键时，第一键下方的模拟开关可以输出具有第一幅度的第一模拟信号，并且第二键下方的模拟开关可以输出具有第二幅度的第二模拟信号。ADC基于具有最小值和最大值的预定的数字范围的校准集将作为模拟信号的第一幅度和第二幅度转换成数字信号，并将数字信号发送至微控制器。在一个示例实施例中，一个或多个滤波器基于预定的数字范围对模拟信号进行滤波，并将滤波后的模拟信号发送至ADC，以便减少来自力敏感键(或压力敏感键)的一个或多个模拟信号中的噪声。在一个示例实施例中，微控制器可以基于第一幅度或第二幅度来控制输入设备的照明装置，以成比例地照亮输入设备。例如，微控制器可以基于较大或较小的第一幅度或第二幅度来控制输入设备的照明装置。
微控制器可以对由ADC发送的数字信号进行进一步处理，并将数字信号转换为主计算机能够理解的代码(或格式)。例如，当模拟小键盘通过USB与主计算机连接时，转换后的代码为USB代码。转换通常是利用查找表完成的。该表也是限定键盘布局的表。例如，主计算机从模拟小键盘接收各个键的代码并计算这些代码的加和，然后确定移动的方向。主计算机可以进一步调整开关的致动点。另外，主计算机可以基于施加在键帽上的压力或力的量来改变键的功能。
上述模拟小键盘500作为输入设备的一个示例实施例被示出。诸如鼠标、键盘或具有模拟开关的控制器之类的其他输入设备也适用。除了计算机游戏之外，输入设备的一个或多个特征也可以有利地结合用于许多其他应用，以将用户意图转换为可由任何类型的计算设备(包括但不限于个人计算机、娱乐系统、工业计算系统、速记设备、医疗计算系统和其他计算设备)解释的形式。
根据各个实施例，提供了一种用于向计算设备提供输入的输入设备。该输入设备可以包括至少一个输入键或按钮。该至少一个输入键或按钮可以包括输入表面，以接收由用户施加的按下力或压力。该至少一个输入键或按钮可以包括与模拟开关交互的开关交互部件。该至少一个输入键或按钮可以包括模拟开关，以接收与交互部件的交互，由此模拟开关检测作为用户施加的按下力或压力的量的函数的属性。模拟开关可以输出模拟信号。输入设备可以包括照明装置，该照明装置可以根据模拟信号点亮照明装置的相应部分。
根据各个实施例，输入设备可以是具有多个输入键的键盘，或者是具有多个输入键的小键盘，或者是具有两个或更多个点击按钮的鼠标，或者是具有多个输入键或按钮的游戏控制器。
根据各个实施例，输入表面可以是键的顶表面上的键帽，并且开关交互部件可以附接到键的底表面。
根据各个实施例，模拟开关可以位于键下方，并且可以与附接至键的底表面的开关交互部件对接。
根据各个实施例，开关可以包括光发射器、光接收器和斩波器，由此光发射器可以在基本上平行于键帽的表面的光路中发射光，所述光由光接收器接收，其中斩波器可以设置在光发射器与光接收器之间。
根据各个实施例，交互部件可以被配置为与斩波器对接，以使斩波器在光路内移动并影响经过斩波器并被光接收器接收的光量，并且其中，由模拟开关检测的属性是由光接收器接收的光量。
根据各个实施例，斩波器在光路内的移动量可以是用户施加的按下力或压力的量的函数。
各个实施例已经提供了一种可以以有效且简单的方式提供更细粒度的输入的模拟输入设备。各个实施例已经提供了一种重新限定了传统的输入设备的模拟输入设备。根据各个实施例，模拟输入设备可以经由模拟输入设备的照明效果提供关于按下量的视觉反馈。
尽管已经参考特定实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的如所附的权利要求限定的范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变、修改、变化。因此，本发明的范围由所附的权利要求指示，并且因此意图包含落入权利要求的等同含义和范围内的所有改变。

Claims (11)

1.一种模拟输入设备，所述模拟输入设备包括：
至少一个安装面板；
模拟按钮组件的矩阵，所述模拟按钮组件安装至所述至少一个安装面板；
复用器，所述复用器包括输入侧和输出侧，其中，所述输入侧联接至所述模拟按钮组件的矩阵；
模数转换器，所述模数转换器联接到所述复用器的输出侧，以将来自所述模拟按钮组件的矩阵中的至少一个模拟按钮组件的模拟信号转换成对应的数字步长值，所述模拟信号作为当所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件被用户的手指按压时对所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的按下量的度量；
照明装置，所述照明装置包括多个光源，所述多个光源以单独地照亮所述模拟按钮组件的矩阵中的每个模拟按钮组件的方式分别与所述模拟按钮组件的矩阵相关联；以及
处理器，所述处理器联接到所述模数转换器并且被配置为控制所述照明装置基于所述数字步长值点亮所述多个光源，使得所述多个光源中的被点亮的光源的数量与所述对应的数字步长值成比例。
2.根据权利要求1所述的模拟输入设备，其中，所述处理器被配置为基于从所述模数转换器接收到的所述数字步长值来控制所述照明装置点亮所述多个光源。
3.根据权利要求1所述的模拟输入设备，所述模拟输入设备还包括通信接口，所述通信接口被配置为将数据包传输到主机计算设备，
其中，所述处理器被配置为输出所述数据包并将所述数据包经由所述通信接口传输至所述主机计算设备，所述数据包包括所述模拟按钮组件的矩阵中的、被所述用户的手指按压的所述至少一个模拟按钮组件的按钮标识(ID)和所述对应的数字步长值，
其中，所述处理器被配置为经由所述通信接口接收由所述主机计算设备基于从所述模拟输入设备接收到的所述数据包中的所述数字步长值而生成的照明信号，以用于控制所述照明装置基于所述数字步长值点亮所述多个光源。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的模拟输入设备，其中，所述模拟按钮组件的矩阵中的每个模拟按钮组件包括模拟压力传感器，其中，所述模拟压力传感器包括：
压力接收装置，所述压力接收装置具有光感测子装置和输出端子，所述光感测子装置被配置为测量根据在所述压力接收装置处感测到的压力而变化的光量；以及
柱塞元件，所述柱塞元件被配置为在所述压力接收装置上施加所述压力，
其中，当用户的手指按压所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件时，所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的所述按下量使所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的所述柱塞元件在所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的所述压力接收装置上对应地施加压力，以改变待由所述光感测子装置检测以便生成与所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件的所述按下量对应的所述模拟信号的光量。
5.根据权利要求4所述的模拟输入设备，其中，所述压力接收装置包括偏置元件，所述偏置元件布置在所述柱塞元件与所述至少一个安装面板之间，并且使所述柱塞元件在偏置方向上偏置远离所述至少一个安装面板。
6.根据权利要求5所述的模拟输入设备，其中，所述光感测子装置包括：
光发射器，所述光发射器设置在所述柱塞元件与所述至少一个安装面板之间的中间高度处，并且被定向为沿着与所述偏置元件的偏置方向垂直的光路发射光；
光传感器，所述光传感器设置在所述光路中并且被配置为基于由所述光传感器感测到的光量来生成模拟信号，以便经由所述输出端子输出；以及
阻光元件，所述阻光元件以能够与所述柱塞元件一起沿着平行于所述偏置方向的移动方向移动的方式与所述柱塞元件相关联，并且朝向所述至少一个安装面板延伸，以与所述光发射器和所述光传感器之间的光路相交，其中，所述阻光元件包括切口轮廓，随着所述阻光元件在所述柱塞元件朝向所述至少一个安装面板移动时横切地移动穿过所述光路，所述切口轮廓改变穿过所述阻光元件的光量。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的模拟输入设备，所述模拟输入设备还包括模拟滤波器，所述模拟滤波器联接在所述模拟按钮组件的矩阵与所述模数转换器之间的电连接中。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的模拟输入设备，其中，所述模拟信号是模拟电压。
9.一种控制模拟输入设备的照明装置的方法，所述方法包括：
当用户的手指按压所述模拟输入设备的模拟按钮组件的矩阵中的至少一个模拟按钮组件时，从所述模拟输入设备的所述模拟按钮组件的矩阵中的所述至少一个模拟按钮组件生成模拟信号；
经由所述模拟输入设备的、与复用器的输出侧联接的模数转换器，将所述模拟信号数字化成对应的数字步长值，所述模拟输入设备的所述模拟按钮组件的矩阵与所述复用器的输入侧联接；以及
以使得所述模拟输入设备的照明装置的多个光源中的被点亮的光源的数量与所述对应的数字步长值成比例的方式，基于所述对应的数字步长值来控制所述模拟输入设备的所述照明装置的、与所述模拟输入设备的所述模拟按钮组件的矩阵相关联的多个光源，其中，所述照明装置的所述多个光源能够单独地照明。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：经由所述模拟输入设备的处理器，控制所述照明装置基于从所述模拟输入设备的所述模数转换器接收到的所述对应的数字步长值点亮所述多个光源。
11.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
经由所述模拟输入设备的处理器，输出数据包，所述数据包包括所述模拟按钮组件的矩阵中的、被所述用户的手指按压的所述至少一个模拟按钮组件的按钮标识(ID)和所述对应的数字步长值；
经由所述模拟输入设备的通信接口，将所述数据包从所述模拟输入设备的所述处理器传输到主机计算设备；
经由所述主机计算设备，基于来自从所述模拟输入设备接收到的所述数据包中的所述对应的数字步长值来生成照明信号；以及
将所述照明信号发送到所述模拟输入设备，以用于控制所述照明装置基于所述对应的数字步长值点亮所述多个光源。
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