CN1936806A - 用于控制光标在屏幕上运动的基于球的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置(20)，包括球(30)；用于引导球(30)的滚动元件(56)；光源(112)，用于发射至少一束穿过窗口(52)的入射光束；以及球(30)的被照亮区域的图像的传感器，其特征在于，装置(20)包括至少一个开关(60－94－96)，使用者可以通过按压球(30)对所述开关进行作用，球通过一个轴向插入到球(30)和用于触发开关的构件(60)之间的引导元件(56)对验证开关进行作用。

Description

用于控制光标在屏幕上运动的基于球的装置

技术领域

本发明涉及一种基于球的控制装置。

本发明特别是涉及一种控制装置，特别是用于控制光标在电子设备的屏幕上的运动，包括一个球面球形式的致动构件，其限定一个可以被使用者操控的凸形的球形表面。

本发明特别是涉及一种通常称为Trackball类型的控制装置，其中探测表面直接被使用者的手指或手操控，或也涉及一种鼠标，其中球表面被使用者间接操作时，使用者移动盒体导致球的探测表面在一平面例如鼠标垫上移动。

本发明特别是涉及一种“光学的”控制装置，包括球盒体，其限定围绕至少球的一部分的凹形面并且包括至少一个供光束通过的窗口；滚动件例如球形体，用于在球旋转时进行引导，所述滚动件伸出于盒体的凹形面并且当球被操控时球在所述滚动件上滚动以便绕球的中心旋转；光源用于发射至少一穿过所述窗口、朝向球的方向的入射光束；以及特别是包括激光和传感器的装置，以便捕捉被光束照亮的球的区域的图像。

背景技术

这样一种普通设计由于1985年公开的文件DE-A-3.407.131中已知，其描述了一种鼠标，它的球安装成在球盒体或壳体中旋转，其中球在运动时被球形体引导，每个球形体本身被容纳在容纳球的壳体的凹形表面上的相配的空腔内。

在此文件中示出和描述的装置包括两组发光二极管和光学传感器，它们形成了用于探测球围绕其中心的旋转运动的光学装置，以便将这些旋转运动转换成电信号。

相应地，球的凸形球形表面具有平滑的、甚至在整个球表面上均匀分布的图案，所述图案至少部分被照亮并且它的图像被传感器捕捉，而后被已知的图像处理装置分析。

这样的设计是特别有利的，因为在利用特别少的构件的情况下可以探测和分析球的旋转运动，没有与球接触的元件，唯一的运动的机械构件由球自身构成。

当上述装置是鼠标时，它的盒体在外侧也包括用于对各个开关进行致动的按钮，其可以被正在对鼠标进行操控的操作者的手指致动，例如为了传送信号，例如为了验证光标在电脑屏幕上的位置。

开关和它们的相应按钮是独立的，自然不干涉实际探测球的功能，从而任何按钮的致动不干涉球的操作并且特别是在探测球的旋转时不导致虚假信号的产生。

按钮和球的相互独立也使得当鼠标静止时按钮可以被致动，以及当鼠标移动时，就是说当球围绕其中心旋转时。

例如为了致动至少一个验证开关，这种利用附加的致动按键或按钮的设计提高了装置的整体空间需要并且使得使用友好性变差，因为使用者必须能够用一只手来旋转球和操作验证开关。

根据各个构件的布置和/或使用者的灵巧性，以及上述与空间需要联系在一起的缺点，这个设计会终致不好的操作协调和/或使用者的疲劳。

此外，如果希望将这种类型的trackball形式的装置安装到小尺寸的电子设备例如移动电话或个人数字助理(PDA)中，那么球因此具有非常小的可被使用者的单个手指操控的直径，并且手掌紧握这个装置时不会对独立开关形成任何致动，无需放开球。

此外，当将这样一个trackball安装在汽车乘客间内以便控制多种功能时，也希望司机在使用trackball时不被使用trackball分心太多，并且特别是司机没有必要移动手以便特别是找到用于致动验证开关的按钮或按键。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明提供了一种上述类型的控制装置，例如“光学的”trackball，其特征在于，装置包括至少一个开关，特别是用于验证光标在屏幕上的位置，使用者可以通过按压球对所述开关进行作用；并且球安装成可以沿着大体穿过球的中心的按压轴线相对于盒体进行运动，以便通过所述引导元件中的一个轴向插入到球和用于触发开关的构件之间的引导元件对验证开关进行作用。

因此，存在一个控制装置例如光学的trackball，其允许使用者通过一个开关实现验证功能，所述开关安装在装置中并且它的致动是通过直接作用在球上实现的。

因此，由于本发明的上述设计，装置不包含单独的致动按钮或按键，用于直接致动开关的构件是球本身。

这样的一种控制装置，也称为“navigator”，除了非常高的使用者友好性之外，还特别是使得可以在屏幕上移动光标和/或下拉菜单，这种控制装置特别紧凑并且可以容易地安装到汽车的方向盘和/或前座之间的中心控制区域内，或这种控制装置的微型版本可以安装到移动电话的装置中，提供了许多功能和服务，特别是利用例如在一个或多个屏幕上推荐的选择，以一种类似于使用便携式电脑的方式。

根据本发明的其它特征：

-用于在球旋转时进行引导的元件包括三个引导元件，它们大致位于一个相同的且与球的按压轴线正交的平面内，并且围绕按压轴线彼此成120°角度分布；

-装置包括三个开关，使用者可以通过沿着所述按压轴线按压球对所述开关进行作用，并且上述三个引导元件都在轴向上插入到球和用于触发相应的开关的构件之间；

-球的按压轴线穿过所述窗口；

-球的按压轴线与所述的用于捕捉球的被照亮的区域的图像的装置的光学轴线相同；

-每个用于在球旋转时进行引导的元件是一个滚动引导球形体；

-每个插入到球和用于触发相应的开关的构件之间的引导元件这样进行引导，以便在平行于球的按压轴线方向上在盒体中滑动；

-每个球形体这样进行引导，以便在盒体的管状通道内滑动；

-电开关特别是用于验证光标在屏幕上的位置的电开关包括至少两个固定的接触垫和一个大致凸形的触发构件，所述触发构件在施加到球上的轴向按压力的作用下可以从稳定的静止位置弹性变形，以便在两个固定的接触垫之间建立电连接；

-触发构件限定一个空心球形盖形状的凹部，此凹部容纳相应的滚动引导球形体的一部分；

-每个开关的固定的接触垫支承在印刷电路板的顶面上，此印刷电路板属于光电模块并且连接到盒体上，所述光电模块包括光源和用于捕捉图像的装置；

-三个开关之中的至少两个开关的触发构件具有不同的刚度，使用者可能通过按压球作用在所述开关上，从而对球的垂直作用因而可以导致连续地、不同地触发所述至少两个电开关；

-装置包括密封装置，以便防止外部体进入到装置中并且在球的旋转运动中清洁球的表面；

-密封装置包括至少一个顶部的弹性垫圈，其施加一垂直向下的弹性力到柔性的弹性垫圈上，此柔性的垫圈充当在球突出于盒体的部分的底部上的球表面上的刮垢密封。

附图说明

通过阅读下面的详细的说明以及所参照的附图获得本发明的其它特征和优点。其中：

图1是根据本发明的控制装置的从上方和从3/4前右方的外部透视图；

图2是图1中的装置的各个部件的缩小的分解透视视图；

图3是与图1的视图相类似的视图，其中装置没有示出顶盖；

图4是与图3的视图相类似的视图，其中装置没有示出操作球或密封装置；

图5是与图4的视图相类似的视图，是从另外一个视角的透视图，其中装置没有示出底盖；

图6是图5中示出的装置的底部透视图；图7是图4中示出的装置的顶视图；图8-11是沿图7的线8-8至线11-11的放大剖视图；图8D1和图8D2是图8中的细部“D”的放大视图，分别示出了球处在突出位置和下陷位置；图10D是图10中的细部“D”的放大视图；图11D是图11中的细部“D”的放大视图；

图12是与图5的视图相类似的视图，示出了装置的塑料绝缘盒体；

图13是图12中示出的盒体的底视图；

图14是构成装置的底部模块的各部件的分解透视图；

图15是从底部模块的3/4前左方的顶部透视图，其中示出了三个用于触发三个验证开关的构件；

图16是图15的底部模块的底部透视图；

图17是底部模块的底视图；

图18是沿图17中的线18-18的剖视图；

图19是安装到装置上的两个触觉感应发生器(tactile sensationgenerator)中的一个的各构件的分解透视图；

图20是图19的发生器的一个部件的详细透视图；

图21是装置的顶盖的底部透视图；

图22A和22B是一个用于触发验证开关的构件的放大透视图；

图23是触发感应发生器的第二种实施方式的透视图；

图24是图23的发生器的侧视图；

图25是沿图24的线25-25的剖视图；

图25D是图25的细部D的放大视图；

图26是图25的发生器的轴向端部视图；

图27是图23的发生器的分解透视图；

图27D是图23和图27的万向铰接头的各个构件的详细视图；

图28-32是与图23-27的视图相类似的视图，其中示出了触觉感应发生器的第三实施方式；图30D是图30的细部D的放大视图；

图33和图34是在图28-32中示出的触觉感应发生器的转子的放大透视图；

图35、图35D和图36-38是与图30、图30D和图32-34的视图相类似的视图，其中示出了触觉感应发生器的第四实施方式；

图39、图39D和图40是图35、图35D和图36的视图相类似的视图，其中示出了触觉感应发生器的第五实施方式；

图41是触觉感应发生器的另外一个实施方式的示意剖视图；

图42A和图42B是两个与图25D类似的放大详图，其中示出了电磁装置的第一方案实施形式，分别在“触觉感应生成”位置和“保持(stuck)”位置；

图43A和图43B是两个与图30D类似的放大详图，其中示出了电磁装置的一方案实施形式，分别在“触觉感应生成”位置和“保持”位置；

具体实施方式

为了描述本发明，垂直方向、纵向方向和横向方向按照图1中的V、L、T指示以非限定方式引入。

按照惯例，特征下面、上面、前面、后面和左侧、右侧也参照图1引入。

在下面的说明中，相同的或类似的元件用相同的数字或字母标记示出。

在附图中示出的实施例中，控制装置是球形装置，也称作“Trackball”。

装置20基本上包括一个中心控制球或操作球或球形体，它装在一普通形状的盒体22中，所述盒体通常是由顶盖24和底盖26封闭的直角平行六面体。

特别是由图2可以看出，装置20的所有构件在轴向上沿着主垂直轴线AV堆叠，所述主垂直轴线AV穿过球30的中心C并且形成了球的凹部的轴线。

特别是由图12和图13可以详细看出，盒体22是一个例如由电绝缘塑料组成的铸模件，其被一个水平的顶面32和一个水平的底面34限定。

将要在下面阐述的是，装置20在顶部部分上配有两个触觉感应发生器，所述触觉感应发生器构造相同并且沿着两个水平轴线即纵向轴线AL和横向轴线AT设置。

因此，触觉感应发生器以及与之相关的部件的相同或类似的元件和构件分别用相同的附图标记“L”和“T”表示。

盒体22也由它的纵向垂直侧面36L和38L和它的横向垂直侧面36T和38T限定。

盒体22在其顶面32上限定一个通常半球形的空腔40，其被一个凹形的半球面42限定。

空腔40的容积稍微大于球30的下半部，因此空腔40部分围绕球30并且在球的正常使用位置在球30的凸形球形外表面31和空腔40的凹面42之间存在径向间隙，这在下面还要阐述。

盒体22在其底面34上限定一垂直向下开口的底部壳体44，底部壳体44大致是一直角平行六面体并且由一顶部水平壁46以及垂直侧壁48L、48T、50L和50T限定。

底部壳体44容纳底部模块53的所有部件，所述底部模块用于探测球30的旋转运动、用于处理信号以及用于控制触觉感应发生器，底部模块特别是在图14-18中示出。

盒体22在其厚度上被一个横向的椭圆形的中心狭槽52以及三个垂直的管状通道54垂直穿过。

特别是由图7可以看出，三个通道54围绕中心轴线AV以相同方式成120度对称分布，它们的轴线形成一个等边三角形。

如同槽52，每个管状通道54在其两个对置端部垂直开口并且在球30的作用下在垂直方向上滑动地容纳一个滚动的和/或滑动的球形体56。

三个球形体56引导旋转的球30并且相应地它们垂直地伸出空腔40的凹面42。

每个管状通道54的顶端具有稍微减小的直径，以便当球30不在原位时将相应的球形体56保持在通道内，如图11D所示。

因此球通常在三个球形体56上滚动或滑动，以便绕其中心C旋转。

特别是在图13中可以看到，每个管状通道54在相应的凹部58的中心处通到壳体44的顶壁46，所述凹部58比较浅并且具有基本上正方形的轮廓。

每个正方形的凹部58设计成容纳一个形状相配的触发构件60，触发构件属于验证开关并且在下面将要详细阐述。

盒体22在其顶面32上也具有两个凹部62T-64T和62L-64L，它们垂直向上开口并且每个容纳一个触觉感应发生器66T、66L。

盒体22也包括一个水平的侧面狭槽68，它在其两端开口，沿纵向穿过面36T和48T。

盒体22的顶部被盖24封闭，盖24特别是由图21可以看出，它是一个由绝缘塑料制成的具有大致矩形轮廓的板状的铸造件，其底部水平面68垂直地压在盒体22的顶面32上，盖24例如通过螺钉70连接在盒体22上。

盖24被一个垂直的圆形孔72穿透，用于通过球30的顶端露出部分。

所述盖因此充当与三个球形体56弹性接触的球的保持架。

底面68也具有两个与壳体62T和62L相配的壳体74T和74L。

盒体22在其底部部分上也具有椭圆形的水平狭槽76，其在纵向上通到垂直的侧面36T和48T。

盒体22的底部部分并且特别是凹部44在垂直向下的方向上被底盖26封闭，底盖26是一个厚的金属片并且由此具有一个底部水平板78，其与盒体22的底面34的形状相配并且通过四个垂直螺钉80连接到底面34上。

除了利用板78封闭盒体22的底部部分之外，金属盖26一方面还充当在热点与冷点的热导体，所述热点是任何散热量大的电部件例如电磁触觉感应发生器的轭，所述冷点例如是框架，由金属制成(或其它的良热导体材料，例如陶瓷材料)的盖26连接到所述框架上；另一方面利用其外表面作为散热器，这将在下面阐述，开且为了这个目的，金属盖26与外部的热交换能力由于两个垂直的侧面板82T和82L而增强，所述两个侧面板通过弯曲形成并且与底板78一体成形。

板82L与盒体22的侧面36L相邻，板82L通过一个水平螺钉84L连接到侧面36L上，而垂直的板82T与侧面36T相邻，板82T通过两个水平螺钉84T连接到侧面36T上。

板82T具有一个水平狭槽86，其在盒体22的水平狭槽68对面。

特别是由图3和图13可以看出，盒体22的形状以及垂直板82T和82L的厚度构成为使得装置20具有一基本上连续的侧面轮廓。

例如可以由图1可以看出，底板26沿着盒体22的每一侧纵向延伸，形成了两个侧翼90，其包括用于将装置20固定在一电子设备(未示出)中的孔92。

为了改善被在下面阐述的印刷电路板、特别是底部印刷电路板支承的部件的冷却，并且特别是对于高散热的部件，这些部件的某些部分可以例如通过螺钉直接连接到面对盖26的印刷电路板上。

下面将要详细阐述容纳在底部凹部44中的底部模块53。

模块53是一个“光学的”或“光电的”模块，用于探测球30围绕其中心的旋转运动。

通过将光反射到在装置20中使用的球的凸形外表面31上的光学以及图像处理原理是公知的设计并且不构成本发明的一部分。

所有将要提及的是，这些原理在于照亮球30的表面31，其表面状态是优选光滑的并且例如如文件DE-A-3.407.131所述具有在球30的整个表面上均匀地分布的规则的图案。

由于球的制造技术，相应地例如可以在构成球的外层的材料中分配例如粉末状的均匀着色的颗粒，它们均匀平整地分布并且形成球表面上的图案，颗粒分布于其中的材料例如是半透明的。

因此使用了光学导航技术，它在于通过光学捕捉连续的表面图像来测量位置变化以及用数学方法确定运动的方向和幅度。

使用着色的颗粒使得探测的锐度或灵敏度非常高，这使得当直径为38mm的球每次转动时产生约2000个脉冲。

当然这样的灵敏度对于许多应用而言是不需要的或甚至是有害的，这个过程就是根据应用和需要的灵敏度借助于信号处理以一个例如在10和200之间的分割因子将脉冲的数目“分割”。

不存在移动部件并且没有必要具有高的光学校准精度。

用于探测球的旋转的系统基本上包括光电构件，此光电构件包括一图像捕捉系统，其借助于一透镜和一照亮球表面的“LED”两极管；以及电子信号处理器，其产生相对运动Δx和Δy的数值，所述数值随后转换成在两个通道上的信号。

相应地，模块53基本上具有一顶部的水平的印刷电路板PCB1和一底部的水平的印刷电路板PCB2。

顶部的印刷电路板PCB1在其顶面上具有三组成对的固定接触垫，它们呈等边三角形设置，与壳体58和装在通道54中的球形体56布置相同。

每对垫包括一中心垫94和一包围中心垫94的边缘垫96。

以已知的方式，在图22中放大示出的每个触发构件60是一个圆盖，作为一个非限定的例子，其包括星状的四个径向分叉61，每个分叉具有一个与边缘垫96保持电接触的端部98。

它也可以是一个简单的形状，如圆形的、矩形的、三角形等。

在构件60的正常静止状态，它的中心部分100位于中心垫94的垂直上方并且与其对齐。

中心部分100在形状上具有一球形盖102形状的杯子，它的凸形朝向上方并且容纳一相应的球形体5，根据球形体5一方面与球的表面的摩擦系数值和另一方面与圆顶和管状通道的摩擦系数值，球形体5进行滚动和/或滑动。

当向下在球形体56上施加一垂直力时，中心部分100的球形盖102离开它的高的稳定位置(例如在图11中示出)与中心垫94建立电接触并且因此在两个固定的垫94和96之间建立电接触。

一旦作用在中心部分100上的触发力释放时，圆顶60的触发构件返回到稳定状态，在此稳定状态中盖102位于高的位置上并且在两个固定的垫94和96之间的电接触被中断。

三个中心垫94例如连接到印刷电路板PCB1中的一共同的导体印制线上，而每个边缘的垫96连接到一个不同的相应的印制线上。

与各垫94和96连接的各印制线与底部印刷电路板PCB2的各印制线连接以已知的方式通过四个管状的垂直间隔体104实现，所述间隔体优选由导电的金属制成并且插入到印刷电路板PCB1和印刷电路板PCB2之间。

两个印刷电路板PCB1和PCB2以及间隔体104形成一堆叠或夹层体，其通过四个垂直的螺钉106组装和连接在壳体44的顶面46之下，所述螺钉106横穿所述间隔体104并且拧入盒体22的材料中。

因此在组装位置并且特别是在图8、9和11中可以看出，顶部印刷电路板PCB1的顶面被压紧在凹部44的顶面46上并且如此定位，使得每对垫94、96位于壳体58的对面，触发构件“陷在”壳体58中，以便形成三个开关60-94-96，它们围绕垂直轴线AV呈等边三角形分布并且每一个开关被一相应的球形体56控制。

印刷电路板PCB1的连接是通过两个螺钉107实现的。

为了将模块53的各个构件与盒体22并且因此与装置20的外侧电连接，模块53具有一连接器108，此连接器108具有一通常已知的设计并且连接到底部印刷电路板PCB2的顶面上，并且它的输出销110水平延伸穿过水平狭槽68，从而附加的连接器(未示出)可以通过对齐的狭槽68和86连接到连接器108上，从而将模块53的电开关元件和光电探测元件与配备装置20的电子装置(未示出)的电路相连接。

用于照亮球30的光源在此是一个LED两极管112，其连接在底部板PCB2的底面之下。

由两极管112形成的光源射出的光线被一块状体聚焦和引导，此块状体形成一个形状复杂的光线引导体114，光线引导体114在两个印刷电路板PCB1和PCB2之间水平延伸。

块状体114包括一光线引导棱镜131，其对由LED两极管112发射的光线进行引导和引导，以便照亮沿轴线AV以及围绕轴线AV的球的下极点。

块状体114也包含中心透镜116，其垂直向下定向，它的光轴线与轴线AV相同，从而基本上垂直于球表面的被照亮区域，并且中心透镜116在图像捕捉系统的方向上捕捉和聚焦被棱镜131照亮的球30的极点区域的图像。

透镜116与盒体的狭槽52对齐，以便将球的被传感器看到的图像通过这个狭槽进行汇聚，并且顶部印刷电路板PCB1包含一个横向定向的椭圆形的中心切口118，它与盒体的狭槽52对齐。

形成光线引导体的块状体114的水平的顶面120被压紧在顶部印刷电路板PCB1的底面之下，并且块状体114包括垂直地位于透镜116之下、与透镜116的垂直光学轴线对齐的盲圆柱形凹部122，其容纳属于传感器或图像探测器126的灵敏元件124。

传感器126连接在底部印刷电路板PCB2的底面之下，底部印刷电路板PCB2具有一矩形的中心切口128用于设置各元件，特别是用于将引导体114与传感器126组装。

透镜116和传感器126以及它的灵敏元件124构成用于捕捉被照亮的球的下极点区域的图像。

模块53最后还包括一底部间隔体130，用于组装和定位各构件，间隔体130特别是包括两个底翼132，它们压紧在金属盖26上，例如在图9中可以看到。

模块53的各个元件例如在商业上由“AGILENTTECHNOLOGIES”已知，见Mill Road in Palo Alto，California-USA第395页，参考了ANDS-2051(Solid-State Sensor Version 1.0)、HDNS-2200(Solid-State Sensor Assembly Clip)、HDNS62100#001和HLMP-ED80 639nm(T1 3/4 LED)。

模块53因此使得可以经由透镜116穿过狭槽52来照亮球，以及通过透镜116和借助于传感器126捕捉被两极管112发射的、穿过光学引导体114的第一部分的光束照亮的球区域的图像。

在附图中，操作球30处于其正常操作位置，在此位置球正被使用者旋转。

在围绕中心C的旋转过程中，球30经由其凸形的外表面31在滚动或滑动的球形体56上滚动，各个球形体56在它们的管状通道54中以及在相应的触发构件60的球形盖102中滚动。

三个球形体56在一水平面内共面并且各构件的尺寸和设置设计成，使得在球30的表面31和空腔40的表面42之间存在径向间隙。

操作球30因此轻易地以较小的摩擦旋转并且所有它的围绕中心C的旋转运动被底部模块53探测，底部模块53的光学轴线是穿过球的中心C的垂直轴线AV，所述光学轴线因此平行于各球56在它们各自的管状通道54中的垂直滑动轴线。

当使用者希望使用球30作为致动验证开关或各开关60-94-96的构件，他必须通过大致垂直挤压球，将球往按压。

这样的作用在球30上的推力或挤压力被传送到三个球形体56上，球30靠在这些球形体56上。

在按压力的作用下，各个球形体56在各自的管状引导通道54中垂直向下滑动，这导致相应的触发构件60弹性变形。

这就是如何通过向下挤压球30以及借助于滚动的球形体56对球30进行作用来实现电开关功能。

球30在“开关”行程中的总体运动垂直的，沿着与底部模块53的光学轴线对齐的垂直轴线AV。

因此在球30的沿着轴线AV垂直向下的开关或触发行程中，模块53的透镜116没有探测到球30的旋转运动，这种旋转运动可能会产生代表球旋转的虚假信号，因为球相对于透镜116没有转动。

因此，使用由球30形成的操作构件通过对开关60进行作用以便获得指示，例如为了验证，不会在模块53中产生虚假信号。

根据第一实施例，三个触发圆顶60的设计相同并且它们的触发动作几乎是同时的。

更准确地说，当在电子设备的屏幕上根据球的旋转而移动的光标到达使用者指定的位置时，由于垂直定向的压力而获得了对这个位置的验证(“选择功能”)，所述垂直定向的压力朝着球的中心C定向并且是由使用着的手指或手掌垂直向下作用在球的伸出部分的顶部或上极点上。

这个挤压力或按压力被球30传递到开关触发构件60上并且导致至少一个触发构件的状态的变化，这也称为触发构件的“下陷”。

状态的变化由开关触发构件的垂直下陷反映出来，并且接下来在所描述的例子中由球的大致0.4mm的运动反映出来，这产生了一种机械制动效应(detent effect)，它以一种触觉效应的形式经由球30传递到使用者的手指或手掌。

状态的变化也可以产生声音上的“咔嚓声”。

触觉效应基本上与包含球和至少一个触发构件的组件或部件的垂直向下的行程的终止阶段同时发生，这就是说，基本上对应于产生验证信号或“选择”信号的电开关的闭合。

为了使得在使用者对球30施加压紧力或按压力之前，被“验证”的位置对应于在屏幕上看到的位置和被使用者选择的位置，关键的是，在球30的整个运动或垂直行程的过程中球旋转探测系统(它的光学观察轴线垂直于球的表面定向)总是“看见”球表面层的相同图案或相同的涂色颗粒。

因此，为了使得在垂直的验证行程中没有明显的球旋转运动被探测到，探测系统必须基本上在装置以及球的垂直的径向轴线中，也就是说在球的垂直运动轴线中。

因为球的上极点是被使用者的手指或手掌施加压力的地方，所以球探测系统必须被垂直地放置在球之下，从而它的光学观察轴线朝着球的下极点定向，垂直于球30的表面31。

为了使得上述几何设置在球的致动过程中保持恒定，由开关触发构件作用在球上的合力必须穿过下极点，所述合力是在验证时刻由使用者作用在球的上极点上的垂直压紧力引发的。

因为不可能将单个触发构件放置在下极点之下，因为这个空间被球旋转探测系统占据，优选使用所描述和示出的包括三个类似的触发构件的构造，三个触发构件的中心形成一等边三角形，等边三角形的水平平面被球30的垂直径向轴线在一点处正交地横向穿过，所述点对应于等边三角形的重心，也就是三个顶垂线的交点。

三角形的构造是特别有利的，因为：

-使得直接位于球的下极点之下的区域可以空出来，以便允许将用于球旋转探测的光学元件放置在所述区域内；

-使得球在空间上稳定地和精确地定位，从而防止超静定性现象；

-可以提供这样一种可能性，即，将致动力相加在一起的三个触发圆顶或构件的效果累积。

当Trackball类型的装置包含具有较大直径的球30时，例如在所示例子中为38mm，那么上述三角形构造是特别有利的，因为球的直径越大，通过按压球的验证压紧力就必须越大，以便给使用者舒适的触觉(这个触觉对压力值比对实际的力的值更加灵敏)。

此外，圆顶的致动力或触发力的最大值是有限的，以便确保这些触发构件的足够长的使用寿命，使用寿命是许多致动循环，因此特别有利的是，将几个圆顶的力相加在一起以便获得大直径的球所需要的压紧力值。

因此，在所描述和代表的例子中，球30的直径为38mm：

-根据应用，验证压紧力必须大约为8N到12N，以便提供舒适的触觉感应；

-三个圆顶中的每个包含四个径向腿或分支，它们的外部尺寸在8.5mm的圆之内，在7mm的正方形之内；

-根据模型，每个圆顶的致动力的值在2N到4.5N之间选择；

-等边三角形的各边的长度大约为12mm，它的各顶点分别对应于圆顶的中心，因此提供了足够的空间来安装球旋转探测装置，将要被提及的是，所述球旋转探测装置垂直于三角形的一条边在三角形的重心和三角形之外的一点之间延伸，所述点基本上沿着所述边与重心对称。

三个圆顶可以具有相同的触发力F，触发力F例如等于3N，以便获得大致9N的合压紧力。

根据一个方案，对于其中一个圆顶上而言，触发力F₁等于3N，对于其它两个圆顶而言，触发力F₂等于4N，以便获得两个不同的触发水平。

最后，三个圆顶可以分别具有不同的触发力F₁、F₂和F₃，以便获得三个不同的触发水平。

因此可以提供三个具有不同刚度的圆顶，并且在球30上的垂直作用力可能连续地并且有差别地引发对三个电开关的致动或触发。

使用者除了可以通过旋转操作球30来控制光标在屏幕上的运动之外，还可以通过对球施加大的或小的按压力来选择性地发出三种电开关指令。

触觉感应发生器66L和66T独立于球的旋转探测装置，就是说，它们不包含与探测装置相同的构件。

触觉感应发生器66L和66T基本上分别具有一前滚子140L、140T，它们始终通过摩擦与球30的表面31相互作用并且旋转连接到发生器轴142L、142T，发生器轴142L、142T的后轴端旋转连接到转子144L、144T上，转子144L、144T属于一个能够在确定的角位置吸引和/或制动轴142L、142T的电磁装置，此电磁装置还包括一个定子146L、146T，定子146L、146T包含一管状的轭，此管状的轭容纳管状线圈148L、148T，管状线圈148L、148T本身围绕中心芯体147L、147T。

盒体22当然包括未示出的孔，两对给线圈馈电的导线可以穿过所述孔。

这四条导线连接到底部印刷电路板，其也支承用于控制触觉感应发生器的电子元件。

一定心以及铰接球形体150L、150T轴向设置在转子144L、144T与芯体147L、147T之间。球形体的直径在所述的例子中例如大约为1mm。

在图10D中可以更准确地看出，转子144L、144T的中心部分的后横向面154L、154T包括一个在后面开口的管状的轴向凹部156L、156T，其部分容纳定心在轴线AT上的球形体150L、150T。

在对面，芯体147L、147T的前面的横向面158L、158T包含一个轴向的钻孔160L、160T，钻孔160L、160T通到前面的横向面并且它的直径小于球形体150L、150T的直径。

因此，前面的圆形边缘162L、162T靠在球形体150L、150T上，因此球形体可以围绕其中心旋转。

在理论上对齐的位置，转子的齿的后横向面155L、155T平行于定子的齿的前横向面并且特别是与齿的环形的前横向面164L、164T平行，因此在它们之间限定了环形的空气间隙，空气间隙的轴向厚度考虑了转子无摩擦地与轭的轴极一起旋转所需要的间隙，以及考虑了转子围绕形成球窝关节点的球形体倾斜所需要的间隙。空气间隙在此是“外部的”，含有大气。

管状的轭146L、146T被分成四个轴极或齿143L、143T，像转子144L、144T的边缘一样。

轴极或齿的数量当然不限于四个，特别是可以根据每转所需要产生的制动(detent)的数量来选择。

当线圈148L、148T被它的连接到印刷电路板的导线166L、166T馈电，管状轭146L、146T对转子144L、144T的电磁吸引能使轭的轴极143L、143T和转子的轴极145L、145T在角度上对齐，而当线圈接通时导致转子144L、144T并且因此导致滚子140L、140T按照轴极143L、143T-145L、145T的角度相对位置在一个方向或另外一个方向旋转。

外部的部件146L、146T嵌在凹部62L、62T中并且被水平的螺钉152L、152T固定，所述螺钉横向穿过金属底盖26的垂直板82L、82T中的相配的孔。

更确切地，轭是定子的主体并且被凸起形状168L、168T阻止运动和与盒体成一角度，凸起形状168L、168T装在相应的形状如盒体22的凹部170L、170T内和盖24的凹部171L、171T内。

固定螺钉152L、152T将轭的后横向面153L、153T压紧在侧板82L、82T上，侧板82L、82T因此构成电磁定子的冷却散热片。机械的固定方法提供了好的传热性，金属盖用于散发由发生器的线圈148L、148T产生的热量。为了提高传热性，也可以在轭的面153L、153T与板82L、82T之间的界面上设置导热膏(thermal paste)。

因此可以将触觉感应或效应应用在球30上，并且与球的运动的位置和方向无关，并且也与探测球30旋转的装置的操作无关。

每个滚子140T通过弹性销141L、141T始终压紧在球30的表面31上。

每个滚子例如由弹性体制成。形成滚子的材料的选择取决于球的边缘层的材料，也就是说选择一对材料，如硬球-软滚子或软球-硬滚子或，以便确保滚子和球之间的合适的摩擦。

轴142L、142T在盒体中旋转，一方面被后面的转子144L、144T和铰接球形体150L、150T引导，另一方面被它的前自由端174L、174T引导，所述自由端174L、174T在水平狭槽内旋转，此水平狭槽部分在盒体22中被空心形状176L、176T限定和在盖24中被垂直的腿178L、178T限定。

因此，每个前端174L、174T可以在水平的平面内滑动，此平面与轴以及发生器滚子的旋转轴线AL、AT共面，并且每个前端174L、174T被相应的弹性销141L、141T朝着球30的方向弹性地施加力。

触觉感应发生器的每个轴142L、142T的运动导致围绕球形体150L、150T的中心的转动或倾斜，但是在转子的两组各四个轴极145L、145T与定子的轴极143L、143T之间的“整个”轴向空气间隙在全方位保持恒定，并且当轴线AL、AT成一行时对应于0.12mm的平均轴向空气间隙。

球形体150L、150T因此在定子和转子之间提供了球窝连接或关节，轴142L、142T连接到转子上以便允许不费力地在轴上获得角度间隙。

在图23-26中示出的触觉感应发生器的第二个实施例使得可以在前滚子140L、140T与轴142L、142T和转子144L、144T一起旋转时提供更好的引导，以便确保在转子的四个齿或轴极145L、145T的后面155L、155T和定子的四个齿或轴极143L、143T的前横向面164L、164T之间的空气间隙最小的并且几乎恒定。

根据这个设计，转子144L、144T的轴线AL、AT的倾角的变化不“传递”给空气间隙并且空气间隙的值可以显著减小，因为不再需要考虑转子相对于球倾斜的危险。

为了使得空气间隙的值和厚度变化最小化，空气间隙被减小并且由厚度例如大约为0.05mm的垫圈173L、173T决定。对因此最小化的空气间隙的控制使得可以显著改善组件的电磁性能。

定子的轭和转子144L、144T之间的连接以及引导的机械装置包括万向节类型的铰接，代替了球形体150L、150T。

在电磁装置150L、150T的这个设计中，球形体被旋转的精确引导装置替换，以便使得空气间隙的值和厚度变化最小化。经由微型万向接头的连接替换了球形体，以便为滚子140L、140T提供在球30上的角运动自由度(旋转-倾斜)。

万向接头的十字形的耳轴172L、172T在图27D以一种假想的方式以预装的组件的方式示出，从而可以更好地理解其实施。

垫圈173L、173T决定了在转子144L、144T的各齿的后横向面155L、155T和管状轭146L、146T的各齿的环状的前横向面164L、164T之间的轴向厚度恒定的空气间隙。

轭通过中心芯体147L、147T的前耳轴177L、177T围绕轴线AL、AT进行旋转，前耳轴177L、177T的直径为1.5mm并且被容纳在转子的轴向钻孔179L、179T中，并且轴向钻孔179L、179T的直径大约为1.5mm。

发生器的轴142L、142T的后轴端与转子144L、144T的前面182L、182T以相同的方式做成U形夹180L、180T形状，并且它们容纳耳轴172L、172T以便形成万向铰接头。

在发生器的两个初始实施例中，空气间隙由两部分构成。

第一部分包括一“有用”的空气间隙，这个空气间隙包括在定子的四个齿或轴极143L、143T的各个平的端面164L、164T和转子的四个齿或轴极145L、145T的各个平的端面155L、155T之间的间隙。

这个空气间隙位于垂直于电磁系统的轴线的平面内。转子144L、144T的旋转将要引发这个空气间隙的巨大变化并且在定子的轴极143L、143T和转子的轴极145L、145T之间穿过的磁通量根据定子的轴极和转子的轴极之间的角度偏差以正弦方式变化。正是这种磁通变化产生了由滚子传递给球的“制动”效应并且构成传递给使用者的手的触觉感应。

在第一实施例中，由于转子围绕球形体的转动或倾斜所产生的空气间隙的变化引起了磁通变化，这种磁通变化不与轴极的角度偏差相联系并且构成了可能减小制动效应的“噪声”。此外，必须提高空气间隙的轴向厚度，以便允许转子围绕球形体倾斜并且这样的厚度提高可显著减小可被齿或轴极引导的磁通量，并且因此减小制动效应。

空气间隙包括一“无用或有害”的第二部分，其包括在定子的中心芯体147L、147T的端部(在其中被转子144L、144T的四个齿或轴极145L、145T引导的磁通是闭合的)和面对转子的中心部分之间的空隙。

空气间隙的第二部分参与到磁路的饱和中，但是不参与制动效应，因为转子围绕其轴线的旋转几乎不引起这部分空气间隙的变化，除非在第一实施例中由于转子围绕球的倾斜。

在图28和34中的触觉感应发生器的第三实施例中，空气间隙包括两个“有用的”部分。

相应地，芯体147L、147T的前端158L、158T在此包括四个径向向外延伸的齿或轴极149L、149T，并且四个齿或轴极145L、145T轴向向后朝着环状轭146L、146T的轴极143L、143T延伸，以便与四个轴极149L、149T相互作用。

因此在这个实施例中，空气间隙包括两个有用的部分，包括第一部分或第一空气间隙，其与前面提及的在轴极143L、143T和轴极145L、145T之间的间隙一样。

第二有用部分或第二空气间隙位于定子的芯体147L、147T的四个轴极149L、149T的四个外部的凸形圆柱形面197L、197T和转子的四个轴极145L、145T的四个内部的凹形圆柱形面199L、199T之间。

因此，在相同的空间要求和相同数目的构件的情况下，第三实施例的参与到制动效应中的轴极的数目是前面的两个实施例的两倍。

“无用的”空气间隙被消除了并且由产生在各轴极的圆柱形凹形面和圆柱形凸形面之间的间隙取代。

第三实施例的“圆柱形”空气间隙的厚度和整个表面区域与“无用的”空气间隙的数量级相同。因此在其它的情况相同时，穿过第二实施例和第三实施例的磁路的磁通量是相同的。因此通过八个轴极获得的制动效应是在前面利用四个轴极获得的制动效应的两倍。

“无用的”空气间隙的消除使得在定子的中心芯体的前轴向端和转子的中心部分之间的相应的轴向吸引力被消除。所剩的是在转子的各齿和定子的各齿之间的纵向吸引力。具有凹形的和凸形的圆柱形端面的轴极的这些径向吸引力的合力是零。因此第三实施例的总体轴向吸引力大约是第二实施例的一半。转子在定子芯体上的摩擦力矩因此减半了，这进一步改善了制动效果。

转子经由中心芯体147L、147T的耳轴177L、177T处于围绕轴线AL、AT的旋转中，耳轴177L、177T被容纳在转子的轴向钻孔179L、179T中以及定子芯体的轴向钻孔181L、181T中。

垫圈173L、173T决定了轴向间隙的值。

图35、35D和36-38示出了触觉感应发生器的第四实施例，其由第二实施例演变而来，其中取消了在垂直于系统轴线的扁平的空气间隙上提供操作间隙的垫圈173L、173T。

直径大约为1.5mm的球形体184L、184T安装在定子的中心芯体的钻孔181L、181T的底部上。

用于引导转子旋转的耳轴177L、177T的后轴向端186L、186T靠在球形体184L、184T的顶端上，以便维持扁平的空气间隙上的操作间隙。

这种方案的优点是减小虚假的摩擦力矩，因为当转子旋转时，当不存在所述垫圈时，在“空气间隙”垫圈的整个表面上的摩擦被消除了，并且被耳轴的扁平端部186L、186T在球形体184L、184T的顶端上的摩擦所取代。因为摩擦点位于旋转轴线上，所以由摩擦所产生的力矩几乎是零，由此提高了制动效应。

耳轴177L、177T优选由非磁性材料制成并且压入配合(force-fitted)到转子中，以便阻止在轴向的钻孔181L、181T和耳轴之间的磁性保持现象(magnetic sticking phenomenon)，磁性保持现象会破坏所产生的触觉效应。

图39、39D和40示出的触觉感应发生器的第五实施例，其由第三实施例演变而来，正如第四实施例，在定子和转子之间提供操作间隙的垫圈被取消了并且被球形体184L、184T所取代。

这个解决方案以同样的方式减小了旋转中的摩擦扭矩，以提高制动效应。

根据在图41中示意示出的最后一个实施例，可以使用电磁装置，在此电磁装置中定子144T以密封的方式被容纳在定子146T中，并且定子装有磁流变流体，也称为MR流体。

当这样的流体处在电磁场作用下，这样的流体具有在几毫秒内处理从非常流动的状态到非常粘滞的状态的各种粘度的特性。

空气间隙被MR流体填充。组件因此形成“耦合器”，它的与转子的旋转相反的扭矩取决于MR流体的粘度。

在图41中示出的轴线为AT的环状线圈148T产生了如箭头所示的“环面形”的磁通，其在轴向上连续地横向穿过转子144T的环形的划阴影的边缘的两个环状的磁性空气间隙，转子的未划阴影的部分不是由磁性材料制成。

对于各种不同的应用或使用模式而言，也许希望阻止一个滚子140L、140T的旋转并且因此以相应的方式部分使球停止旋转，例如将球转换成大致仅仅围绕一水平轴线转动的“滚子”。

相应地，在图42A、42B、43A和43B中示出的不同实施例示出了一种设计，这种设计使得可以停止转子144L、144T的旋转，转子144L、144T旋转地固定连接到轴142L、142T并且因此连接到滚子140L、140T。

转子的停止是通过转子144L、144T在定子并且特别是在轭146L、146T上的磁性保持效应获得的，所述磁性保持效应将在与转子和轭的相应的轴极组或齿组145L、145T和143L、143T相对的横向面之间的空气间隙的轴向值或厚度减小至零。

相应地，从附图地左面看，耳轴177L、177T的后轴向端轴向向后经由球形体184L、184T压紧在固定的支承部件200L、200T上，压缩地安装在支承部件200L、200T和球形体184L、184T之间的压缩螺旋弹簧202L、202T在轴向上插入。

在正常使用位置时，即当转子和轭没有被“保持”时，弹簧202L、202T提供一轴向向前的、也就是说在附图中朝右的预载荷或预紧力作用在球形体184L、184T上，球形体184L、184T正轴向向前压紧中心芯体147L、147T的相应的前支承面204L、204T上，弹簧的刚度选择成使得球形体184L、184T形成用于杆或耳轴177L、177T的并且因此用于转子144L、144T的固定支承，从而确定了相互面对的齿145L、145T和143L、143T之间的轴向空气间隙的值。

球形体184L、184T克服由弹簧202L、202T施加的弹性力从在图42A和43A中示出的位置出发轴向向后朝容纳弹簧和球形体的圆柱形壳体206L、206T的内部滑动。

只要由定子的齿施加在转子上的轴向吸引的电磁力Fai的值小于球形体的弹簧施加的预紧力的值Fp，那么球形体就保持固定，轴向向前压紧在表面204L、204T上。

触觉感应发生器的操作因此与上述描述类似。

当施加在转子上的轴向吸引力的值达到一大于Fp的值Fas时，球形体就处在在轴向上从前向后的合力Fas-Fp的作用下，因此脱离与表面204L、204T的接触，轴向向后滑动进入到壳体206L、206T的内部，直至各齿之间的空气间隙变成零，最终到达在图43A和43B中示出的“保持”位置。

由于空气间隙的值为零，所以定子齿和转子齿之间的吸引力变得非常大，结果就是，由于在各齿的处于接触的各横向面之间的摩擦力，转子相对于定子停止旋转。

可以通过为这些齿面设置合适的镀层(未示出)来提高摩擦力。

在所获得的保持状态，由于空气间隙为零，线圈的馈电电流强度可以显著减小，但仍然维持保持效应。

而后为了“停止”触觉感应发生器的旋转，给予线圈一个强电流的短暂脉冲使得可以获得大于Fp的吸引力Fas并且因此导致“保持”。因此线圈的供给电流值立刻减小到值Im，也称为保持维持值，这个值小于触觉脉冲发生器“正常运行”时所需要的值。

而后线圈的馈电被中断以便结束保持，空气间隙再次为“微不足道”的值，特别是由于弹簧202L、202T施加在球形体184L、184T上和因此在杆177L、177T上和因此转子144L、144T上的回复力，转子144L、144T相对于定子并且因此相对于轭轴向向前运动。

这个设计有利地使得可以通过将两个触觉感应发生器“保持”来停止球在一个方向上的、甚至在所有的方向上的转动，触觉感应发生器在保持状态下比正常状态下具有较小的电能消耗和较小的温度升高。

这是非常重要的，因为虽然温度升高和电能消耗可以被脉冲模式的电子控制电路控制，这就是说，通过定义每个相应的电子脉冲的形状和持续时间来产生脉冲，但是在用于停止运动的永久模式或半永久模式中并不是如此，它的持续时间取决于应用。

具体来说，如果球的围绕一轴线的旋转被停止，而被转换成围绕一个单个轴线旋转的控制滚子或滚筒，那么任何停止时间必须等于为这个使用模式中的装置或导航器所确定的时间。

在控制脉冲模式中，可以通过提高电流来放大输入线圈中的电脉冲，以便产生高的触觉脉冲或感应。

例如，如果脉冲的持续时间等于两个脉冲之间的间隔的三分之一，那么温度升高和电能消耗就等于三分之一脉冲强度的直流电流的温度升高和电能消耗。

在“半永久模式”中，周期持续系数大约为100。

通常对于每个触觉感应发生器来说，对于任何电磁元件来说，工作循环系数定义成可以用来表征线圈的热系数，这样做特别是为了阻止热破坏。

工作循环系数通过以下的比率表示：

脉冲持续时间(On time)×100

脉冲持续时间(On time)+无脉冲时间(Off time)

因此可以决定应用在线圈上的电能的最大值，并且特别是使得最大电流值在间歇应用中小于在连续应用中。

根据一个未示出的方案，可以在触觉感应发生器的磁路包括一个或多个永久磁铁。

因此可以将中心芯体磁化，其中永久磁铁的一个磁极位于空气间隙的一侧，另外一个磁极位于中心芯体的另外一侧。

也可以使得轭永久磁化，以便具有一在轭的底部上的磁极并且具有另外的位于轭的齿或轴极上的相反磁极。

甚至可以使得转子永久磁化，其中一个磁极在转子的中心部分，相反的磁极位于与定子的齿的各面相对的齿的各面上。

使用永久磁化或永久磁铁有利地使得可以提高在球的旋转期间的触觉感应的值，这个值超过在线圈中循环的最大电流所能产生触觉感应的值。

另外一方面，自然必须给线圈馈电，以便在不需要触觉感应时产生抵消永久磁铁的电磁通的电磁通，。

在国际申请WO-A1-02/075641中，已经给出了一种建议，以便形成一组件形式的球密封以及清洁装置，其包括安装在相配的成型在盒体的顶部开口面中的凹部中的金属杯，所述杯容纳一堆各种材料层例如毛垫和“特氟隆”(tetrafluoroethylene)。

这样的密封以及清洁组件或卡盘是可以被移除和替换的元件。

形成盒体的杯子通过装置的盖体固定在凹部中。

特别是注意该文件的图37-43以及说明书中的相应部分。

密封装置也设置在装置20中，特别是阻止外部体、特别是灰尘进入到装置中并且特别是空腔40中。

在操作球围绕其轴线的旋转运动中，密封装置也具有清洁操作球30的表面31的功能。

因为球30可以相对于盒体22并且因此相对于盖子24垂直运动，密封装置的设计必须考虑到移动能力，一方面不阻止这种移动，另一方面维持密封功能，与球30相对于盒体22以及其顶盖24的垂直位置无关。

在图2和3中示出的实施例中，密封装置具有一个顶部的弹性的垫圈300，例如由金属制成；一个中间垫片302，例如由“特氟隆a”制成；以及一个底部的垫片304，例如由金属制成。

底部的刚性的垫片304放置在盒体的凹槽306中的底部上，以便形成一个完整的用于另外两个垫圈的圆环形的支承面。

中间的柔性的垫圈302，厚度例如为0.1到0.2mm，执行在球的整个边缘球形表面上的刮垢密封的功能，所述边缘球形表面位于球的突出于盖24的部分的底部上。

顶部的弹性的垫圈300是一个齿形的弹簧垫圈，其在形成中间垫圈302的刮垢密封的整个边缘上施加一垂直向下的弹性力。

图8D1示出了密封装置和处于突出位置或静止位置的球的剖视图，也就是说在球不处在下陷位置时，而图8D2示出了在球30的低位置或下陷位置时，具有相同的元件。

这些密封装置的设计与球的垂直运动相协调。

球的旋转产生了对球的凸出部分的表面31的自清洁效果。

轴向的堆叠300-302-304在此被容纳和定位在相配合的环形的凹部或凹槽306中，其成型在可以在图5中看出的盒体22的顶面32中。

相配合的凹部308成型在盖子24的底面中。

如果液体进入空腔40中或在其中冷凝，那么液体进入到壳体44中并且掉落在散热器26上，其导致液体蒸发。

垫圈堆叠也形成了轻微制动，这防止了球30在振动时不希望的旋转。

此外，当为了验证或选择动作而垂直向下挤压球时，密封装置提供受控的制动效应，这防止了球围绕其中心的虚假的旋转运动。

滚动的球形体56可以被滑动的元件代替，球在其上滑动而不是滚动。

Claims (15)

1.一种特别是用于控制光标在电子设备的屏幕上运动的控制装置(20)，包括：

-致动构件(30)，其形状为具有可以被使用者操控的表面(31)的球面球；

-球盒体(22)，其限定一凹形面(42)，所述面(42)围绕球(30)的至少一部分并且包括一用于供光束通过的窗口(52)；

-元件(56)，特别是滚动元件，用于在球(30)旋转时进行引导，所述元件(56)伸出所述凹形面(42)，并且当球被操控时球在所述元件(56)上滚动，以便围绕其中心(C)旋转；

-光源(112)，用于发射至少一束穿过窗口(52)并且通向球(30)的入射光束；以及

-装置(116，124，126)，用于捕捉球(30)的被光束照亮的区域的图像；

其特征在于，所述装置(20)包括至少一个开关(60-94-96)，特别是用于验证光标在屏幕上的位置，使用者可以通过按压球(30)对所述开关进行作用；并且

球(30)安装成可以沿着大体穿过球(30)的中心(C)的按压轴线(AV)相对于盒体进行运动，以便通过所述引导元件(56)中的一个轴向插入到球(30)和用于触发开关的构件(60)之间的引导元件(56)对验证开关进行作用。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，用于在球(30)旋转时进行引导的元件包括三个引导元件(56)，它们大致位于一个相同的且与球的按压轴线(AV)正交的平面内，并且围绕按压轴线(AV)彼此成120°角度分布。

3.如上述权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置包括三个开关(60-94-96)，使用者可以通过沿着所述按压轴线(AV)按压球(30)对所述开关进行作用，并且上述三个引导元件(56)都在轴向上插入到球(30)和用于触发相应的开关的构件(60)之间。

4.如上述权利要求之任一所述的装置，其特征在于，球(30)的按压轴线(AV)穿过所述窗口(52)。

5.如上述权利要求所述的装置，其特征在于，球(30)的按压轴线(AV)与所述的用于捕捉球的被照亮的区域的图像的装置(116，124，126)的光学轴线相同。

6.如上述权利要求之任一所述的装置，其特征在于，每个用于对旋转球(30)进行引导的元件是一个滚动的引导球形体(56)。

7.如上述权利要求之任一所述的装置，其特征在于，每个插入到球(30)和用于触发相应的开关的构件(60)之间的引导元件(56)这样进行引导，以便在平行于球(30)的按压轴线(AV)方向上在盒体(22)中滑动。

8.如上述权利要求所述的装置，与权利要求6相结合，其特征在于，每个球形体(56)这样进行引导，以便在盒体的管状通道(54)内滑动。

9.如上述权利要求之任一所述的装置，其特征在于，电开关特别是用于验证光标在屏幕上的位置的电开关包括至少两个固定的接触垫(94，96)和一个大致凸形的触发构件(60)，所述触发构件在施加到球(30)上的轴向按压力的作用下可以从稳定的静止位置弹性变形，以便在两个固定的接触垫(94，96)之间建立电连接。

10.如上述权利要求所述的装置，与权利要求6相结合，其特征在于，触发构件(60)限定一个空心球形盖(102)形状的凹部，此凹部容纳相应的滚动引导球形体(56)的一部分。

11.如权利要求9或10所述的装置，其特征在于，每个开关的固定的接触垫(94，96)支承在印刷电路板(PCB1)的顶面上，此印刷电路板(PCB1)属于光电模块(53)并且连接到盒体(22)上，所述光电模块(53)包括光源(112)和用于捕捉图像的装置(116，124，126)。

12.如权利要求3所述的装置，其特征在于，三个开关(60-94-96)之中的至少两个开关的触发构件(60)具有不同的刚度，使用者可能通过按压球(30)作用在所述开关上，从而对球(30)的垂直作用因而可以导致连续地、不同地触发所述至少两个电开关。

13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括密封装置，以便防止外部体进入到装置中并且在球(30)的旋转运动中清洁球的表面(31)。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，密封装置包括至少一个顶部的弹性垫圈(300)，其施加一垂直向下的弹性力到柔性的弹性垫圈(302)上，此柔性的垫圈(302)充当在球突出于盒体的部分的底部上的球(30)表面上的刮垢密封。

15.如上述权利要求所述的装置，其特征在于，用于捕捉球(30)的被照亮的区域的图像的装置(116，126)包括透镜(116)和图像传感器(124，126)。

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