CN1213798A

CN1213798A - 鼠标的感测机构

Info

Publication number: CN1213798A
Application number: CN97118965A
Authority: CN
Inventors: 卢建川; 石鲁臣; 庄溎芬; 倪瑞英
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 1999-04-14

Abstract

一种鼠标感测机构,其主要是将鼠标的移动量转换为电脑可读取的讯号,其至少包含二组感测组件群,该感测组件群是由一读取元件与一资料载体所构成,其中资料载体可为圆片或非圆片甚至圆柱或圆球任何一种,在资料载体上具有交错配置的S与N磁场,而该读取读取元件则为霍尔元件及磁阻感应器…等任何一种,藉此,可利用磁感应经转换及分割技术使鼠标移动时获得相当精细位移的O与1信号,以达到提高解析度、灵敏度及缩小体积,并能以真绝对坐标方式来控制游标的实用目的。

Description

鼠标的感测机构

本发明是有关电脑鼠标(亦称滑鼠)，尤指一种应用磁感应原理，而能有效提高读取时的解析度与灵敏度，并能缩小体积及采用真绝对座标方式来操控游标的新式鼠标感测机构。

鼠标的使用确为电脑输入带来便利，唯常见的鼠标不只体积大且多为相对座标方式，其输入时无法明确有效掌控真实移动距离，故常须频频移动对位来设法控制显示幕上漂移的游标，而其结构在面对现有虚拟显示幕环境冲击下更是不符合使用需求，因为现在虚拟显示幕常态操作下往往要比实际显示幕大的许多高达9倍-12倍，以已知鼠标移动缓慢且漂浮根本无法取得良好的匹配，因而乃有高解析度的鼠标出现，但这类鼠标在结构操控上仍维持原有相对座标方式，故其对位效果不彰的问题依然存在，再者，于先前技艺中虽揭露了一种可以绝对座标方式控制显示幕游标的结构及方法，以取得较好的对位效果，但当面对高解析度的应用则亦呈现无法取得良好对位或产生间隔式跳位的问题。究其原因，全是感测机构所采用的光栅片技术本身可设的明暗格实在有限故而限制了可用解析度的范围，当然如果加大其光栅片可相对提高解析度，不过不可忽略的其整个鼠标体积亦会相对变大而不符实用。

有鉴于此，本发明者乃积极研发一种更先进好用无边界问题的鼠标感测机构，使可通用于各式不同解析度的要求，经多方研究改良后终有本发明的产生。

本发明的主要目的，在提供一种以磁感应原理而能将读取解析度及灵敏度提高，并能有效缩小体积的新式鼠标感测机构。

本发明的次要目的，在赋以这种磁感应鼠标感测机构以真绝对座标对应位移的能力，令鼠标所在任何位置都可直接对应出一座标值，而完全根绝上述已知美国前案以递增或递减计数值转换无法完全对位所产生跳位的问题。

为达上述的发明目的，本发明的鼠标感测机构，其主要是将鼠标的移动量转换为电脑可读取的讯号，其至少包含二组感测组件群，该感测组件群是由一读取元件与一在该鼠标移动时得以与该读取元件产生一等量相对运动的资料载体所构成，其中资料载体可为圆片或非圆片甚至圆柱或圆球任何一种，在资料载体可为圆片或非圆片甚至圆柱或圆球任何一种，在资料载体上具有交错配置的S与N磁场，而该读取读取元件则为霍尔元件(HallElement)或磁阻感应器(MR senor,Magneto-resistance sansor)任何一种，藉此，可利用磁感应经转换及分割技术使鼠标移动时获得相当精细位移的0与1信号，以达到提高解析度、灵敏度及缩小体积，并能以真绝对座标方式来控制游标的实用目的。

以下仅列举具体实施例配合附图，对本发明作感测机构的组成及作动详加说明：

附图简单说明：

图1：是本发明应用的立体外观图；

图2：是本发明壳体及感测机构的分解示图；

图3：是本发明轴杆表面设有磁记号的放大示意图；

图4：是本发明读取元件读取磁记号的示意图；

图5：是本发明的电路方块图；

图6：是本发明设有缓冲元件的平面示图；

图7：是本发明于轴杆面设多磁轨提高解析度的示意图；

图8：是本发明设成三轴可侦测立体移动量的示意图。

附图标号暨构件名称索引

1……底板 2……壳体 3……感测机构

31……读取元件 32……资料载体 321……轴杆

322……轴杆 33……上片 34……下片

4……磁场 5……缓冲元件

如图1、2所示，本发明鼠标的整体设计同于目前绝对式鼠标，其主要具有一底板1、一壳体2及一介于该底板1与壳体2间的感测机构3，该感测机构3至少包含二组感测组件群，该感测组件群是由一读取元件31与一在该鼠标移动时得以与该读取元件31产生一等量相对运动的资料载体32所构成，其中资料载体32可为圆片或非圆片甚至圆柱或圆球任何一种，图示中为非圆片是垂直正交的ㄇ形横轴杆321与纵轴杆322、在其适当位配置设有读取元件31，该感测机构3具有一容室由上、下片33、34组成，其上至少设有两个贯穿孔，供两ㄇ形轴杆321、322中间部位于孔内穿梭行走，而在该横轴杆321及纵轴杆322表面是形成有多数只磁场4，其磁场4的N极与S极是相互交错形成类似刻度或光栅的效果，而上述对应的读取元件31为一种在感测到磁通量变化时得以产生一变化的讯号以兹利用，如常见的霍尔元件或磁阻感测器以产生电流量变化或电阻值变化的讯号等等，因此，将此类元件配置于恰可读取到磁场4之处，当横轴杆321或纵轴杆322与该读取元件31做相对运动时，此讯号经过适当的整形及运用，即可做为一电脑的输入装置。

如图3、4所示其读取元件31的间距是为一个单位磁极的一半，故当横轴杆321或纵轴杆322移动时读取元件31即可感测到如正弦般的磁场讯号，而此磁场讯号由霍尔元件读取后，再经适当的整形电路即可成为一方波讯号或脉冲讯号，此等讯号的取得端视整形电路的设计而定，例如，若直接将之截波，则可得一正负交错的方波，而若加以微分电路则可得到一脉冲讯号，除此之外，亦可将之分割成二或四等分，如此一来其所得到单位讯号的长度将更为减小，进而与磁记号的解析度做适当搭配，甚至提高其解析度，例如若磁记号在适当成本下只能于单位长度形成200个N、S即400个刻度，而若以此分割技术为之则可以形成800或1600个刻度，使得产品的解析度与灵敏度提升，并且可藉此放大process Window及降低成本与提高良率，这点是常见鼠标感测机构绝对无法达到的，而对于此感测机构与电脑间讯号的传递目前的应用技术已相当成熟故可轻易达成，如图5即为一简单的电路方块图，其主要是将该读取元件所产生的讯号经由图5一整形电路的整形后，再经一介面电脑做适当的处理及判断以产生一+X/-X/+Y/-Y讯号，达到输入讯号的动作。

另外，就该横轴杆321及纵轴杆322上磁场4密度来看，与本发明鼠标的解析度有着相当大的关系，并左右其成本因素，以目前已达量产阶段的磁记录密度技术来看(排除实验室的技术)，密度最高的是硬碟片的技术，其磁记号相当高已达每平方英寸数GB至几十GB，而就最常见的5.25″及3.25″的软碟而言，亦已到达MB阶段，故其制造成本及单价甚低足供本发明的使用，在竞争力上占极大的优势。由此可知，就绝对座标鼠标解析度的要求而言，应用本发明的技术可轻易达成，并取得相当良好的操控性而具有高解析度及高灵敏度的优点。

再者如图6所示，因本发明是采用磁技术原理，故在读取元件31与磁场4的间距可设一适当控制，使其间距的误差值小于某一特定值，以使所得到的类比讯号转换为数位讯号(分割)不致错误，针对此点，其感测机构设计时可在鼠标壳体2与感测机构3之间加设一缓冲元件5，此缓冲元件5为一具弹性的胶壳可直接连动鼠标本体在平面上移动，并对于垂直轴向的压力(手部所施予的力量)可进行抵消的元件，如此即不致将感测机构下压而改变原有读取元件31与磁场4间的距离；除此之外，此缓冲元件5更可做为防止感测机构内部受灰尘污染的屏障，而提升其使用寿命。

请参阅图7所示，为本发明资料载体32上的N、S磁场4可以逐一倍增方式配置应用于真绝对式座标的最佳实施例，其主要是在该横轴杆321及纵轴杆322上复制有多条具有不同磁极数的磁轨A-G，且每一磁轨具有磁极数是以2对数倍增的方式设置，而对应此横轴杆321及纵轴杆322的读取元件31亦必须具有与各磁轨等量匹配用以分别感测其上的磁力线，其中G轨上设最少极数其仅在磁轨上各具有一个N极及S极，而A轨上设最多磁极数共有128个等分(含S及N)，今若假设此磁轨数量最多者A为基数2⁰，而其次者B为2¹，以下依此类推CDEFG为2²,2³,2⁴,2⁵,2⁶，同时读取元件31读取到N极讯号时将之预设为零，故当感测元件位于全部是N极的位置，其所获得的讯号将全部是零，反之，若其位于全是S极处，此则所得数值为A2⁰+B2¹+C2²+D2³+E2⁴+F2⁵+G2⁶=127，因此其解析度即到达128格，如此一来，读取元件31所在位置即反应出一个绝对的座标值，而非相对座标值所转换而来的，同时加上两轴杆321、322交互作动的辅助，即可得到一整体平面的座标即所谓真绝对座标的效果；

另外，有关该真绝对座标的解析度除可直接将该磁轨数增加外，另有一个方法，即将前述读取元件31所得类比讯号有效的分割，使得每一个N极及S极均具有2个、4个或8个讯号而得到倍增的解析度，若以8倍而言，即具有1024个点，此对于电脑萤幕的需求而言应堪足已；当然若是将该读取元件31所得讯号作分割，此分割动作有可能会影响到鼠标整体动作反应的速度不容忽视，不过以目前磁记录技术的概况而言，该单位磁场4很小纵使将之以十几条磁轨并排，亦不致有体积太大的问题，其实施技术上已达成熟的阶段，最终需将之分割为几等分或以几条并排，端视其成本及鼠标反应速度及其尺寸精度要求而定，但体积仍可控制的很小无足挂虑。

上述说明是将资料载体32以非圆片式实施，故感测机构3中的每一感测组件群用以分别代表垂直座标的水平轴X及垂直轴Y，除此，如图8所示亦可将资料载体32改设成三个感应不同轴向变化量的第一感测组件群、第二感测组件群及第三感测组件群，表示立体座标的X、Y、Z轴，以侦测一立体(三轴向)的移动量。

或将资料载体32设成圆片，而使读取元件31在其片上移动，令感测组件群呈极座分布以分别代表轴的半径轴Υ及角度θ，则可用以侦知一平面的移动量。

相同的，若令感测机构3设有三个感测组件，以第一感测组件群、第二感测组件群、第三感测组件群是分别为圆柱座标的Υ、θ、z轴，则可用以侦测一立体移动量。或以感测机构3的第一感测组件群、第二感测组件群、第三感测组件群分别为圆球座标的Υ、θ、α轴，则能侦测一立体圆球的移动量。

针对本发明整体的技术来看，其所使用的技术主要为磁技术原理，相关的读取元件31在业界已发展成熟，无论霍尔元件或磁阻感测器，均已有成品可使用，再加上本发明的真绝对座标设计，可使得其刻度直接匹配于电脑萤幕，无需考虑边界问题，(只要在安装时直接取得原点后，即可正常操作)，由于本发明的刻度直接匹配电脑萤幕，故无需增设太多的刻度，可缩小目前市场上可见的绝对座标式鼠标的体积，具有体积小(可缩小至手掌恰可握持的尺寸)、解析度高的优点，另外对于目前各种高解析度的萤幕设定而言，其所针对的乃是萤幕所显示的效果，并非对于鼠标的移动，故鼠标移动方面应无问题，若此解析度有不足的现象，仍可以增加每一磁极分割数或磁轨数来解决，显见此技术确实比常见鼠标感测机构超前许多而可供产业上的利用。

综上所述，本发明的感测机构真绝对座标设计除了可具有良好操控性外更可缩小其体积，故若将之直接置于键盘上，即可成为结合键盘与鼠标功能的电脑零组件，进而取代目前两者分家的情形，同时若将之置于笔记本型电脑，则亦可达不错的使用效果更显见本发明的优点，所提供的机构诚属前所未有。

Claims

1、一种鼠标感测机构，其特征在于：是将鼠标的移动量转换为电脑可读取的讯号，其至少包含二组感测组件群，该感测组件群是由一读取元件与一在该鼠标移动时得以与该读取元件产生一等量相对运动的资料载体所构成，该资料载体上是具有交错配置的N、S磁场，而该读取元件则为一磁感应感测器，以在与资料载体产生相对运动时，将该磁场讯号转换为上述电脑可读取的讯号。

2、如权利要求1所述的鼠标感测机构，其特征在于：读取组为霍尔元件或磁阻感应器。

3、如权利要求2所述的鼠标感测机构，其特征在于：该等感测组件是为二个用以感应不同轴向变化量的第一感测组件群及第二感测组件群，以表示一平面的移动量。

4、如权利要求3所述的鼠标感测机构，其特征在于：该第一感测组件群与第二感测组件群是分别为垂直座标的水平轴x及垂直轴y。

5、如权利要求3所述的鼠标感测机构，其特征在于：该第一感测组件群与第二感测组件群是分别为极座标轴的半径轴Υ及角度θ。

6、如权利要求4或5所述的鼠标感测机构，其特征在于：在同一轴向的感测组件群中的资料载体上的N、S磁场数是逐一倍增的方式配置。

7、如权利要求3所述的鼠标感测机构，其特征在于：在同一轴向的感测组件群中的资料载体上的N、S磁场数是逐一倍增的方式配置。

8、如权利要求1所述的鼠标感测机构，其特征在于：在该读取元件与电脑间更加设了整形电路及介面电路。

9、如权利要求1所述的鼠标感测机构，其特征在于：该等感测组件是为三个用以感应不同轴向变化量的第一感测组件群、第二感测组件群及第三感测组件群，以表示一立体三轴向的移动量。

10、如权利要求9所述的鼠标感测机构，其特征在于：该第一感测组件群、第二感测组件群、第三感测组件群是分别为立体座标的x、y、z轴。

11、如权利要求9所述的鼠标感测机构，其特征在于：该第一感测组件群、第二感测组件群、第三感测组件群是分别为圆柱座标的Υ、θ、z轴。

12、如权利要求9所述的鼠标感测机构，其特征在于：该第一感测组件群、第二感测组件群、第三感测组件群是分别为圆球座标的Υ、θ、α轴。

13、如权利要求10所述的鼠标感测机构，其特征在于：在同一感测组件群中的资料载体上的N、S磁场数是为逐一倍增的方式配置。

14、如权利要求11所述的鼠标感测机构，其特征在于：在同一感测组件群中的资料载体上的N、S磁场数是为逐一倍增的方式配置。

15、如权利要求12所述的鼠标感测机构，其特征在于：在同一感测组件群中的资料载体上的N、2磁场数是为逐一倍增的方式配置。