CN1187680C - 多向球形开关及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多向球形开关，通过构建利用多个轮和点击编码器的摩擦力对球的旋转方向进行具体控制的球形开关，此多向球形开关可以对电子仪器内的复杂开关系统进行简化以致可以快速操作。根据本发明的多向球形开关包括：平板，具有4个对角设置的固定装置，各固定装置具有垂直轴孔；球形钮，设置在所述平板上；转换装置，用于将所述球形钮的旋转转换为电信号；CPU，被连接到所述转换装置和发声部分；开关部分，用于限制所述球形钮的旋转并由所述CPU产生输出值；以及信号发生部分，被连接到所述CPU。因此通过减少手指的移动可以快速对它进行控制并可以方便地使用它，而无需进行额外培训。

Description

多向球形开关及其操作方法

技术领域

本发明涉及多向球形开关及其操作方法。更具体地说，多向球形开关利用多个轮和摩擦力控制球向上、向下、向左、向右的旋转方向或压下方向来简化装备在电子仪器内的复杂开关系统。因此，可以快速、准确地对电子仪器进行控制并可以降低其制造成本。

背景技术

通常，诸如TV、VCR、A/V、遥控器、监视器或家庭自动化系统的电子仪器上均设置许多ON/OFF、设置新模式和/或调节模式设置、屏幕控制等等的功能键。

此外，由于在电子技术开发过程中将多种仪器的许多方便功能附加到开关系统，所以增加了许多用于控制仪器的开关。因此，开关不再是简单的ON/OFF开关，而是具有多种功能，例如通过组合多个按钮和控制顺序进行模式设置、屏幕控制、复位控制。

例如，在KR 1997-68598中公开了“一种利用球形鼠标的用于电视机的操作控制装置以及使用该装置的方法(An operation control devicefor television using a ball mouse and method of using the same)”。

上述操作控制装置包括：球形鼠标，设置在电视机的前端用于控制频道上/下选台并控制音量的升高/降低；Y轴旋转传感器，用于检测球形鼠标的Y方向旋转并提供相应的读出信号；X轴旋转传感器，用于检测球形鼠标的X方向旋转并提供相应的读出信号；信号处理部分，用于将X轴旋转传感器和Y轴旋转传感器输出的读出信号转换为数字信号；控制部分，用于根据信号处理部分输出的读出数据计算X轴旋转量和Y轴旋转量，将计算的X轴旋转量于Y轴旋转量进行比较然后根据具有较大旋转量的轴对电视功能进行控制；频道控制器，用于根据控制部分输出的控制信号对频道上/下选台进行控制；以及音量控制器，用于根据控制部分输出的控制信号对音量的升高/降低进行控制，这样就可以简单、容易地实现频道/音量控制。

然而，上述电视操作控制装置的缺点在于，它难于识别旋转方向，并且在它被选择之后，用户必须按另一个开关以输入信号。

从另一方面来说，对于复杂仪器，开关系统通常包括一个主开关和多个子开关，这样通过按下主开关首先选择菜单或功能，然后通过按下子开关将它变更为设置模式，之后选择要求的日期、时间、存储器、颜色、大小、音量、均衡等可以实现控制。

然而，为了有效控制电子仪器的多种不同的功能，需要多种不同的开关。因此，当音量增大时，它需要时间来理解开关系统的准确功能，因为用户的手动操作复杂。

由于存在上述问题，所以用户一般仅使用最基本功能，甚至知道全部功能的常规用户也不可能有效使用全部功能，因为控制起来太不方便。

此外，对于电子仪器遥控器，大小会不必要地增大，并且当选择开关时，用户必须阅读显示在各种开关上的许多功能字符以找到要求的开关。另外，由于按下邻近开关还会产生错误。

为了解决上述问题，本申请人在韩国申请2000-47940(申请日期：2000年8月18日)中提出了“一种多向球形开关(A multi-directional ballswitch)”。

先前申请中公开的多向球形开关包括：托架，包括4个对角设置的固定装置，每个固定装置分别具有垂直轴孔和防滑部件，并且在第一固定装置和第二固定装置之间具有铰接孔的铰接部件；球形钮，设置在托架上；转换装置，将球形钮的旋转转换为电信号；CPU，连接到转换装置和发声部分；以及选择控制装置，用于限制球形钮的旋转并由CPU选择性地产生输出，这样利用多个轮和摩擦力就可以将球控制到规定的旋转方向，因此可以简化装备在电子仪器内的复杂的开关系统以致可以快速、方便地进行控制，而无需进行额外培训。

然而，在上述球形开关中，4个固定装置的边缘限制球形钮旋转，要求附加的防滑部件防止球形钮滑动，设置通过接触球形钮可以旋转、在两端具有端轮的旋转轴。因此，它的问题是制造成本高，因为增加了制造步骤。

发明内容

提出本发明就是为了解决上述现有技术的这些问题。因此，本发明的目的就是提供一种多向球形开关，该多向球形开关包括：平板，具有4个对角设置的固定装置，每个固定装置具有垂直轴孔；球形钮，设置在平板上；转换装置，用于将球形钮的旋转转换为电信号；CPU，与转换装置和发声部分相连；开关部分，用于限制球形钮的旋转并选择性地从CPU产生输出，其中所述开关部分(7)包括：支撑板(33)，具有铰接孔(33a)；铰接轴(34)，被插入到所述铰接孔(33a)内；制动器(38)，在所述支撑板(33)的中心设置支撑球(36)；以及压力传感器(39)，被插入所述支撑板(33)的自由端的顶部与所述平板(2)的下表面之间；以及信号发生部分，连接到CPU，这样它就可以增加球的接触点数以控制球的上/下和左/右旋转方向以及前/后按下的方向。因此，根据本发明的多向球形开关可以简化复杂的开关系统以致可以快速受控并可以降低制造成本。

附图说明

图1是根据本发明的多向球形开关的分解透视图；

图2是根据本发明的多向球形开关的透视图；

图3是根据本发明的多向球形开关的平面图；

图4a和图4b是根据本发明的多向球形开关的压力传感器操作状态示意图；

图5是根据本发明的多向球形开关的结构的方框图；

图6是利用根据本发明的多向球形开关的字符输入过程的流程图。

<附图主要部分参考编号的说明>

2：平板

3：球形钮

4：转换装置

5：发声部分

5a：扬声器

6：CPU

6b：信号发生部分

7：开关部分

9：第一固定装置

10：第二固定装置

11：第三固定装置

12：第四固定装置

14：轴孔

22：第一点击编码器

23：第二点击编码器

24：第三点击编码器

25：第四点击编码器

26至29：转轴

33：支撑板

33a：铰接孔

34：铰接轴

36：支撑球

38：制动器

38：压力传感器

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明实施例的结构和操作过程。

如图1至图4所示，根据本发明的多向球形开关1包括：平板2；球形钮3，设置在平板2上；多个转换装置4，用于将球形钮3的旋转转换为电信号；CPU6，用于接收转换装置4产生的电信号并通过信号发生部分6b将输出值输出到受控的电气/电子仪器6a；以及开关部分7，用于限制球形钮3的旋转和旋转方向并由CPU选择性地产生输出值。

在此，平板2可以作为电子仪器的主体或者固定或附加到电子仪器的主体上的附加PCB8。将4个固定装置9至12和4个点击编码器22至25对角安装在PCB8上，并在PCB8的中心形成通孔13a，在PCB8的一侧具有铰接部件13b，这样就可以使球形钮3以某个深度设置在其上。

通过焊接可以将固定装置9至12固定在PCB8上并形成穿过各固定装置的轴孔14。

最好在球形钮3的外部喷涂软橡胶材料。

转换装置4包括：4个点击编码器22至25，这4个点击编码器22至25与固定在平板2上的4个固定装置9至12相对安装；以及4个转轴26至29，这4个转轴26至29可旋转地固定在固定装置9至12的轴孔14内并连接到点击编码器22至25。

在旋转时，点击编码器22至25将转轴26至29的旋转转换为电信号，并最好产生点击音或点击振动以便通知用户点击移动。

所安装的各转轴26至29可以上/下方向或左/右方向旋转，并且所构造的各转轴26至29，甚至在球形钮3被推到接近但不是精确水平(或垂直)方向上时，可以自动旋转到精确水平方向。

换句话说，如果将球形钮3推到水平稍偏上(或偏下)倾斜的方向，接触球形钮3的两侧的转轴的作用是象铰接轴一样支撑球形钮3，这样球形钮3就可以容易地旋转。

CPU6从转换装置4接收电信号，并将它连接到具有扬声器5a的发声部分5，发声部分5根据上/下/左/右这4个转动方向以及开关部分7的ON/OFF产生5个不同的特征音。

此外，产生信号对电气/电子仪器6a进行控制的信号发生部分6b并被连接到CPU6的另一个输出端。

为了对扬声器5a产生的特征音进行设置，最好这样设置象征开关操作方向的声音，即短高音对应向上方向、短低音对应向下方向、短的由高到低的音对应向左方向、短的由低到高的音对应向右方向以及长中音对应按下方向。

开关部分7包括：铰接部件13b，设置在PCB8上，在一侧具有铰接孔33a；支撑部件33，具有设置在支撑球36内用于支撑球形钮3的制动器38；以及压力传感器39，在与制动器38相对的位置安装在平板2的下面。

现在详细说明本发明的操作原理。

如果手指向左推动球形钮3，则支撑球36支撑的球形钮3与转轴26的表面接触并旋转，转轴26可旋转地安装在第一固定装置9与第一点击编码器22之间。

在此，如果将球形钮3推到与水平方向成某个角度的方向(图3中的箭头方向)，则球形钮3的表面与一对转轴26和27接触。由于转轴26和27被分别连接到第一点击编码器22和第二点击编码器23，所以因为增加了所接触的编码器数和接触角度会增加点击装置的负荷，旋转并因此受到限制。

在上述情况下，如果推动球形钮3的方向稍微偏左，转轴27和29会旋转球形钮3的上/下旋转，并且旋转仅局限于水平方向。

换句话说，即使是用户将球形钮3推向倾斜方向，转轴26至29可以以特定方向旋转。因此可以实现准确控制。

在操作过程中，安装在转轴26端部的第一点击编码器22通过被球形钮3转动的转轴26产生电信号，并同时产生点击音或点击振动。

点击振动通过球形钮3和转轴26传递到用户手指，这样用户就可以确认转轴26在旋转，并且用户还可以根据振动数(次数)得知发生多少次点击。

将球形钮3产生的电信号作为ON/OFF信号施加到CPU6，并且与此同时，CPU6根据旋转方向通过安装在发声部分5的扬声器5a产生特征音以通知球形钮3的旋转方向。

接着，如果球形钮3向着支撑板33的方向按下，则球形钮3压动支撑球36以铰接孔33a为中心旋转并使压力传感器39进入ON状态，这样CPU6就可以产生一个输出值并通过信号发生部分6b将该输出值送到受控的电气/电子仪器6a。

当手指离开球形钮3时，由于压力传感器39的弹力，球形钮3向上返回并等待下一次操作。

在此仅对向左推动球形钮3的情况对根据本发明的多向球形开关的操作过程进行了说明，但是对于向右、向上或向下推动球形钮3的情况，操作过程相同。

本发明使用的球形钮基本上可以处理5种开关功能，即上/下/左/右和按下。如果上/下转动和/或左/右转动用于音量控制，则它可以起3个开关和1个音量控制器的作用，或起1个开关2个音量控制器的作用。此外，利用4个方向开关功能，它可以实现固定鼠标和开关的组合功能。

通过以这样的方式区别4个方向的开关控制，即1个点击对应短信号而3个以上点击对应长信号，它可以处理包括按下功能在内的9个开关功能。而且，通过推被按下的球形钮，它还可以处理4个以上开关功能，并且它还可以识别压力传感器39承受的压力值。

例如，球形开关的一种操作方法是使球的旋转方向与电话号码盘对应，即1＝向上旋转到左并按下，2＝向上旋转并按下，3＝向上旋转到右并按下，4＝向左旋转并按下，5＝按下，...，0＝2次点击向下旋转并按下，Enter＝按下两次。

操作方法的另一个例子是，对于通过因特网进行图搜索的情况，球形钮3的4个方向活动可以使光标滚动到图上对应的4个方向，并且如果球形钮在某点受压时向上或向下移动，则可以将图的指定部分放大或缩小。

操作方法的又一个例子是，对于通过因特网进行网络搜索的情况，通过向上/向下/向左/向右旋转球形钮，可以将光标快速移动到搜索窗口内的规定位置或网页上显示的执行命令，并且通过压动向上/向下/向左/向右旋转球形钮3，可以改变网络搜索窗口。

此外，通过将具有显示装置的仪器内的球形钮的移动方向进行组合，可以直接输入字符，而无需使用键盘(如图6所示)。

换句话说，对于韩文字母来说，向上移动球形钮选择辅音字母输入模式后，用户向上/向下滚动球形钮选择要求的辅音字母。然后，通过向右和/或向下短移动/长移动球形钮，可以拖动输入要求的元音字母。

对于英文字母，通过根据相应的字符识别球形钮的移动，可以选择要求的字母。

对于与显示器组合使用根据本发明的球形开关的情况，通过在屏幕上显示根据其控制方向的功能并在每次变更菜单时将屏幕变更为正确屏幕，利用单个球形开关可以实现大多数开关功能。此外，球形开关可以直接应用于具有显示器的TV或监视器，而无需使用附加设备。

对于使用根据本发明的一对球形钮联锁TV屏幕显示功能的情况，通过控制向上/向下方向的左/右移动，一个球形钮可以用于进行两步菜单设置，而另一个球形钮可以用于功能设置。

对于利用单个球形钮对计算机监视器屏幕进行控制的情况，根据某个菜单的屏幕方向，球可以向左/向右/向上/向下移动光标，并可以将屏幕放大或缩小到另一个菜单上的左/右/上/下。

对于将本发明应用于汽车声频系统或空调控制的情况，上/下移动可以用于选择收音机或CD播放机、左/右移动用于音量控制，按下可以用于选择收音机频率或要求的CD。

对于将本发明应用于对显示进行联锁和将向上/向下移动主菜单以及将左/右移动辅助菜单的情况，通过在屏幕上垂直显示主菜单，可以容易地确认整个菜单系统而无需手指的额外移动，并且当点击选择其中之一时，显示与水平选择的主菜单对应的辅助菜单。

此外，为了向电子仪器输入时间数据，可以利用左/右移动来选择年、月、日、小时或分钟，并可以利用上/下移动来增加/减少选择要求菜单的次数。

当将本发明应用于TV时，可以利用上/下移动进行频道选择，利用左/右移动进行音量控制，可以在一点进行频道选择，而在完成频道选择之后进行音量控制，在按下状态下，可以将数改变为其10倍。

此外，通过将用于本发明的球形钮的所有多向功能应用于所有电子仪器(包括家庭自动化系统)，人们可以方便地对仪器进行控制，并且通过将此开关与通用遥控系统的显示装置进行合并，利用单个球形开关可以对各种仪器的各种控制机制进行处理。

如上所述，本发明所提出的多向球形开关利用多个轮和点击编码器的摩擦力可以按规定控制球形钮的旋转方向。因此它可以对电子仪器内的复杂开关系统进行简化从而可以快速方便地进行操作，而无需额外进行培训。此外，可以简单、容易地对它进行控制而无需阅读开关上的功能字符和/或指示字符。因此即使在暗处也可以使用它。

因为本领域的技术人员认识到在本发明范围内可以进行其它调整和应用，所以本发明并不局限于上述实施例和附图。

Claims (7)

1.一种多向球形开关，该多向球形开关包括：

平板(2)，具有4个对角设置的固定装置(9至12)，各固定装置具有垂直轴孔(14)；

球形钮(3)，设置在所述平板(2)上；

转换装置(4)，用于将所述球形钮(3)的旋转转换为电信号；

CPU(6)，被连接到所述转换装置(4)和发声部分(5)；

开关部分(7)，用于限制所述球形钮(3)的旋转并由所述CPU(6)产生输出值，其中所述开关部分(7)包括：支撑板(33)，具有铰接孔(33a)；铰接轴(34)，被插入到所述铰接孔(33a)内；制动器(38)，在所述支撑板(33)的中心设置支撑球(36)；以及压力传感器(39)，被插入所述支撑板(33)的自由端的顶部与所述平板(2)的下表面之间；以及

信号发生部分(6b)，被连接到所述CPU(6)。

2.根据权利要求1所述的多向球形开关，其中所述转换装置(4)包括：

4个转轴(26至29)，分别被插入所述4个固定装置(9至12)的轴孔(14)内；以及

4个点击编码器(22至25)，所述4个转轴(26至29)的端部分别插入其内；

其中将所述点击编码器(22至25)的底部固定到所述平板(2)。

3.根据权利要求1所述的多向球形开关，其中设置所述发声部分(5)以根据所述球形钮(3)在上、下、左、右和按下方向上的移动，通过扬声器(5a)产生不同特征音。

4.根据权利要求2所述的多向球形开关，其中将所述转轴(26至29)安装成支撑所述球形钮的两侧，使得所述球形钮(3)一次只能以上/下或左/右的一个方向旋转。

5.根据权利要求2所述的多向球形开关，其中将所述4个点击编码器(22至25)设置成当所述转轴(26至29)旋转时，产生点击音或点击振动。

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