TW491974B - Input apparatus for a data processing system - Google Patents

Description

本發明相關於一輸入裝置，其藉由使用者的實體操作而 將資料元件引人至-資料處理系統，此裝置包=㈣而

-外殼及-组件，其可藉由該操作而做相對於外殼地旋 轉， A 產生磁場的磁性裝置，及 -偵測器以基於磁場的改變來偵測旋轉，而這改 旋轉所造成。 本發明也相關於包含一輸入裝置的資料處理系統。 本發明也相關於在輸入裝置中使用的組件。 所闡述的這種輸入裝置可在日本專利應用JP_5_265642 中了解。此已知的裝置包含了在其表面上提供了極大數目 之磁極的球體。在球體之外配備有偵測器，其可偵測到磁 極t間的非磁性線。藉由球體的旋轉，對通過偵測器的磁 陧，、泉加以计數，由此，球體的旋轉可以決定-出來。球體上 廷極大數目的磁性模式結構形成此已知裝置的缺點。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本t明之一目的在提供所闡述裝置的生產要較已知裝置 的爲簡單。要達成此目的，根據本發明的裝置之特徵爲磁 性裝置包含一磁鐵，其配置在此組件的外面，而這組件包 口非齊/人分佈的軟磁性物質以感應出該改變。在根據本 發明之裝置中，包含軟磁性物質的組件影響了送到主體之 外的磁場。因爲軟磁性物質的分佈不是齊次的，組件的旋 轉引起磁場的不同影響，這個改變由偵測器所偵測到。根 據本發明的組件本身並不包含磁性模式，所以其生產較包 含永久磁性模式的已知組件爲簡單。根據本發明之裝置所 提供的額外優點爲其對干擾較不敏感。送到組件外部的磁 -4- 本紙張尺度適财 491974 A7 Β7· 五、發明説明（2 ) 場可加以選擇而較已知裝置中的爲強，如此對如果有環境 干擾時，較不敏感的較強信號則可測量到。

頁 訂 根據本發明的裝置之具體實例的特徵爲，此組件包含規 則’球狀分佈的軟磁性元件。規則而球狀分佈之款磁性元 件的組件旋轉產生了來自感測器之一連串的脈波形狀的信 號。這脈波的數目就是旋轉程度的一個量測，而不管在旋 轉開始時主體的位置。再者，軟磁性元件通過偵測器的方 向可由脈波的分析來建立·。因此，組件旋轉的方向可加以 決足而不需額外的協助。來自感測器的脈波形狀的信號在 可能的中間處理之後，送到資料處理系統以啓動其中的固 定動作。作爲主體旋轉量測的連續脈波之原理用在許多的 輸裝置（雖然其中旋轉的積測係以完全不同的方式來做） 因此在這個領域構成一標準。遵循這樣的標準之優點爲根 據本發明的裝置可與既有系統一併使用。- · 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 根據本發明的裝置之具體實例的特徵爲，軟磁性元件有 求月豆形狀’並以稠密的球形填充包裝在組件的球形外殼 中。組件球形外殼中的稠密球形軟磁性填充，球形元件可 輕易的實現並產生出整個球形組件中規則的元件分佈。 根據本發明的裝置之具體實例的特徵爲，偵測器包含磁 致電阻感測器來測量磁鐵與組件間磁場之一成份^磁致電 阻感測器的電阻取決於其中放置有感測器的磁場在一特定 万向上成份的大小。該成份大不的改變造成感測器電阻的 改變’而這在電子電路中可以輕易的測量出來。 根據本發明的裝置之具體實例的特徵爲，磁致電阻的感

-5- A4規格（210x297公釐） 491974 發明説明（ 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 在鐵與組件之間係爲不對稱的配置，以獲得與要剛 量成份的垂直方向上之感測器中的穩定磁場。藉由相對於 :鐵:：衡”配置磁致電阻，磁鐵的分散磁場感應出感測 器的2 一磁場成份，其垂直延伸於由感測器測量的原本成 份。第二成份使磁致電阻感測器的磁化達到穩定。 、根據本發明的裝置之具體實例的特徵爲本裝置包含一電 磁鐵以在、”JL件的面積產生額外的磁場，以回應於資料處理 系統的信號。當-相當大的額外磁場以賓磁鐵方法產生， 使用者引起的組件旋轉受到阻礙。這額外的磁場對組件中 4人磁性物貝產生相當強的吸力，如此組件將會以某種程度 的固足在特定位置上。資料處理系統影響下的電磁激勵可 幫助使用者操作此裝置。如果輸人裝£正在使財，例如 在資料處理系統的顯示營幕上控制游標，彡固定的原則可 用在使系統將游標拖至顯示螢幕上特定位直， 力量將游標保持在那裡。 特足 根據本發明的纟置之具體實例的特徵爲，這不對稱合併 的、.且件在其中心位置配置一相當沉重的主體。這沉重主體 之重力將強返組件在-位置，這是在其主體位在相對於組 件中心的最低位置。通過裝置的操作，可做相對於環境的 旋轉，造成相對於外殼的組件旋轉。如此使用者可不須接 觸組件本身而操作這個裝置。 根據本發w的裝置之另外的盯人具體實例揭示在相關的 申请專利範圍。 本發明的這些及其他的觀點可藉參考之後説明的具體實 _____-6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A#規格（21〇χ 297公釐） (請先閔讀背面之注意事 項再填寫. 裂---- Γ本頁} -訂 491974 第85113777號專利申請案 中文說明書修正頁(89年1月）

例而變得明顯並闡明清楚。 這些圖示中： 圖1是以側面正視圖看根據本發明的輸入裝置之剖面觀 點， 圖2說明本發明的原則，組件包含有規則分配的軟磁性 元件， 圖3顯示的是與圖2相同的 度後， 配置，在組件旋轉過一特定角 後 圖4顯示的是磁場偵測器的另一種配置， 圖5顯示的是與圖4相同的配置，在組件旋轉一特定角度 圖6是根據本發明的裝置之具體實例的平面觀點， 圖7顯示的是根據本發明的裝置之具體實例，其包含電 磁鐵，及 圖8是根據本發明的裝置之另一具體實例的剖面觀點。 盖！元符號說明 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁). c· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 1 02 外殼 104 構件 106 支撐滾球 108 磁鐵 110 磁力線偵測器 112 •軟磁性材料 202 軟磁性元件 204 軟磁性元件 206 軟磁性元件 208 方向 2 10 磁場線 本紙張尺舰财ϋCNS ) Α4^ΤΓΓ〇Χ 297：^¥ 罘85113777號專利申請案 中文說明書修正頁(89年1月） 五、發明説明（4a

402 602 604 606 60 8 6 10 6 12 700 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 方向 外殼 球形構件 磁鐵 磁場線偵剛器 弟—磁鐵 磁場線偵測器 輸入裝置 電磁鐵 介面元件 連接 單元 顯示器 重的主體 中對應的參考號碼標示 圖1為根據本發明的輸入 心勺々件。 置包含一外殼102及一可相卦、人—邵份之剖面觀點。此 ^ ^ 1此外殼旋轉的組件1 04 旋轉的達成可精由，例如多 , ，田μ '^叉粉浪球106或經由組件的延 柄’如果後者是體的話。這 ^裝置包含一磁鐵1 〇 8.以在組 104的附近產生—磁場。此裝置也包含-磁場偵測器η 以測量接❹件的料成分之大小。此組件包含_非齊, 分佈的軟磁性物質1〗2 ^此軟磁性物質影響磁場的方式〕 決於組件相對於外殼的位置。組件的旋轉改變在偵測器^ 702 704 706 708 7 10 802 圖示 出對應的零件 7a 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 A7 B7, 4^1^74 五'發明説明（ 積内磁場成分的大小 、 並且這改變爲偵測器所偵測到。這 偵測器可幾個不同方★ , d」万式製作。可提供一所謂Hall偵測器來 ;則量磁場強度。另外’其也可以爲這種目的，無論如何， :用磁，(MR)偵測器。這樣的MR有- 電阻係由通過偵測 器的竣场成为大小所決定。該大小的改變所造成電阻變化 可在電路中輕易地測量出來。其也可以用磁阻债測器基於 GMR (巨大的水久磁鐵電阻性）效應來做到。相較於傳統 的MR偵測器，有時也引用爲一(異質的永久磁鐵電 阻性）偵測器，對應於相同的磁場改變時，GMR偵測器會 造成較大的電阻變動。 圖2説明本發明的原則，组件1〇4被提供一規則分佈的 軟磁性元件202，204及206，其在組件旋轉期間移動通過 偵測器11 0。在此配置中，偵測器丨丨〇對於方向2〇8中的磁 場很敏感。磁場線210從磁鐵108延伸向組件的元件2〇4产 在圖2中顯示組件的位置中，也就是，元件2〇2，2〇4及 206對稱於偵測器n〇的佈置位置，沒有磁場成分（平均來 說）出現在偵測器的這個方向，其中後者是很敏感的。偵 測器則提供一信號來對應於沒有磁場。這樣的信號也參考 如零信號或參考信號。圖3顯示的是與圖2相同的配置， 在組件旋轉過一特定角度後。因爲元件204新對於磁鐵 10 8的這個位置，磁場線2 1 0延伸通過偵測器，這樣便在 偵測器的敏'感方向中產生出一磁場成分。在相關偵測器信 號中的結果，從之可偵測出相對於圖2的組件旋轉。因爲 元件202，204及206在組件表面上的規則分佈，偵測器對 -8 - 適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐ΐ ' ' - (請先閱讀背面之注**事項再填寫本頁)

-'.1T 經濟.邺中夬標準局員工消費合作社印製 491974 A7 Β7· 五、發明説明（ 應轉來輸出-脈波信號，而脈波的數目則是旋轉大小的量 度。如果组件104旋轉超過如圖3所示，再一特定時刻傷 測备化號中會出現一最大値，在那之後信號開始減少。當 元件204及202對於偵測器之位置對稱時，此信號變回圖： 的零信號。在那種情形下（平均來説）再次，沒有磁場成分 出現於偵測器敏感的方向2〇8中。如果組件接著繼續旋轉 ，偵測器信號變爲負的，相對於元件2〇2接近時的零信號 而言，因爲一磁場成分接著出現，其爲方向2〇8的相反。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在圖2及3的配置中，軟磁性元件的通過偵測器引起一 連_的脈波。脈波的數目指示出通過的元件數目及，在组 件上有特定元件分佈，旋轉可從而決定出。元件的完整通 過所產生的脈波包含相對於零値的負値部分及正俊部分。 如果組件如圖3所示的反時針旋轉，元件2〇2將開始在一 特定時刻影響通過偵測器的磁場。起初這會引起負的偵挪 信號，因爲磁場的方向爲對於偵測器的敏感方向期來說 是相反方向。當元件的位於在㈣器的正相反位置，偵測 器將輸出零信號，而當組件再繼續旋轉，測器將如參考 圖3所説明的輸出正信號。組件的反時針旋轉因而產生— 脈波’其先包含-負値的部分及接著的是正値部分。順時 針旋轉產生的脈波先包含正値部分而接著是負値部分。組 件相對於偵測器的旋轉方向因此可藉由分析脈波而決定: 根據本發明的裝置因此可輕㈣決定大小，就像組件 於偵測器的旋轉方向一樣。 偵測器110可提供一 AMR(異質永久磁鐵電阻性）偵測器 本纸張尺度適财關家縣} 491974 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7- 五、發明説明（7 ) °這種情形下，將偵測器配置在偵測器的敏感方向中稍離 磁鐵的中心是有利的。這種配置產生永久性磁場成分在感 測器中，這在感測器的穩定化之觀點上深具吸引力。 圖4顯示的是磁場偵測器的另一種配置。偵測器n〇在 這裡對從磁鐵到組件的磁場成分方向402敏感。元件204 在此對稱的反向於彳貞測器，如此許多磁場線延伸經過偵測 器，在其敏感的方向402上。接著偵測器將輸出相當大的 信號。 圖5顯示的是與圖4相同的配置，在組件旋轉_特定角 度後。每個元件202及204在此位於偵測器的分別兩邊， 因此一大部分的磁場線不再通過偵測器。結果，偵測器輸 出一相當小的信號。這旋轉可建立在關聯如圖4所示組件 位置的信號與關聯於如圖5所示組件位置的信號間的差別 〇 ^ «> 圖6是根據本發明的裝置之具體實例的平面觀點。此裝 置包含一外殼602及一球形組件6〇4，其可相對於外殼地 旋轉、。除了帶有上述説明的結合磁場偵測器6〇8的磁鐵 606 <外，此裝置還包含帶有結合磁場偵測器612的第二 磁鐵610。這兩個磁鐵包.含相對於組件中心的彼此九十7 :組件可在其中心周圍的所有方向上旋轉，而每_個偵^ 器可偵測到旋轉的各個成分。這個裝置可用在所謂的軌赫 求中〃中使用者可藉直接的接觸來旋轉組件。本裝置也 可用在滑鼠中，其中組件接觸到滑鼠支撑的表面上，二組 件在滑鼠對於此表面的向側邊移動時旋轉。當裝置用在滑 本纸張尺度適用中國國} ---------

4州74 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 --------- B7- 五'發明説明（8 ) 鼠中，在圖6中可見的裝置這邊係位於該表面丨。根據本 發明的輸入裝置的特定具體實例中，此裝置包含直徑大約 2 cm的一球狀合成樹脂，直徑大約15mm的小球狀軟磁 性物質肷於其中，接近表面，以―規則分钸。這個具體實 例利用一包含大約2 mm的AMR之偵測器。 、 此軟磁性物質有良好的形狀，這樣债測器面積上的磁場 ^變足以反應元件的通過。這元件可加以選擇以便像圖2 至圖5所指示的球狀。其他的形狀，然而， 如嵌入球體表面中的竿狀，立方以件及金字的這 些元件應可分佈通過組件，以此方式可因組件的旋轉而移 動通過感測器，這分佈是規則的，所以通過元件的數目就 是旋轉的量度。在一特定具體實例中，組件由球體及有球 體形狀的軟磁性元件形成，i包裝成_密集的球體包裝在 接近組件表面的殼中。這樣的分佈已可做出，並可提供元 在、’、件的所有方向上之規則分佈。例如，組件的球狀表 面可以規則的多邊形分佈來近似，軟磁性元件配置在該 ，，多邊形的中心。另一個實現在組件中軟磁性物質的非 人刀佈之方法是在磁性物質的球狀外殼中提供許多洞， 或在軟磁性物質中的球體提供小凹痕。外殼或球體可提供 非磁〖生的塗層來獲得組件的平順外表面。在組件的旋轉情 形下，軟磁性物質中洞或凹痕的規則分佈，其改變接近偵 測器（磁場、的方式與款磁性元件之分佈所用的相同。 根據本發明的裝置之另一具體實例包含第二個電磁鐵， 其位置與電磁鐵702垂直。第二電磁鐵也是配置來在資 —… -11· 本纸張尺度賴規格（2淑297公们 ： 裝 ^ -訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 491974 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 處理系統的控制下產生一相對較大的磁場。當其中一電磁 鐵被激勵，組件104的旋轉在一方向上被阻礙造成在被 激勵電磁鐵的位置上組件面積的移動。然而，在被激勵電 磁鐵的垂直平面上的旋轉，當旋轉軸與被激勵電磁鐵相交 ，並不會受到阻礙。所以，使用者可經驗出較佳的旋轉方 向性，並可用來進一步幫助使用者控制系統的顯示螢幕上 的指標。 圖7顯示的是根據本發巧的裝置之具獐實例，其包含電 概鐵。本具體實例包含一電磁鐵7〇2以產生，在資料處理 系統的控制下，相當大的，在組件1〇4面積上的進一步磁 場。在這種情形下，其中電磁鐵被打開，使用者的組件旋 轉受到阻礙。進一步的磁場對組件中的軟磁性物質112伸 出相當大的吸力，所以組件被有些強迫的固定在特定位置 。使用者便因此可在與資料處理系統的互動上獲得幫助。· 例如，如果裝置被用來控制系統顯示螢幕上的指標，該固 定原則用來拖住指標在顯示螢幕上特定位置，並以一固定 力！維持在那裡。根據本發明的輸入裝置包含一作本地信 號處理的介面元件704，如果有的話，並與此資料處理系 、”充做溝通。在圖7所顯示的具體實例中的溝通牽涉到送出 根據偵測器的足位資訊以及接收電磁鐵7〇2的激勵信號。 右要達此目的，輸入裝置經由適當的連接7〇6來連結到資 料處理系統。資料處理系統包含一單元7 〇 8，其包含一處 理器及工作記憶體以執行程式。單元7〇8還適合去接收輸 入，例如從輸入裝置700，及發出輸出，例如，到顯示器 (請先閲讀背面之注*'事項再填寫本頁) •-、訂 -12 491974 五、發明説明（1( 701及到電磁鐵702。如罢热姓1Λ。 生磁場加以建立，乃根據組件的旋轉而產 圈傳導出來以產生#㈣磁ρ ^ a { k由電磁鐵的線 、 ^ %，而一大電流經由線圈傳導出 來以產生較大的磁場，藉之固定組件。 得導出 圖8是根據本發明的裝置之另一具體實例的 了刚完全在外殼咖當中，而裝置的結構類似.-· 中所描述的。除了磁鐵1〇8及感測器⑽來偵測組件在一 個方向上的旋轉外，此裝罾担 此裝置可提供罘二個磁鐵及感測器來 弟二個万向上的旋轉。接著组件1〇4有球體的形狀並 可任〜、方向的旋轉’其可由兩個感測器加以偵測。組件 104在某-邊配有相當重的主體8G2。因爲這個主體“且 件104在重力影響的假設下，其中主體802的位置是在相 對組件中心的最低位M。當外殼相對於環境旋轉一特定宵 度，组件1〇4因主體802的重力力量而維持在相對環境的 不變位置，而相對於外殼1〇2則旋轉了相同的角度。這個 ，經由感測器以前述方式加以偵測。因此藉由旋轉這個 經 部 中 央 樣 準 為 Μ 工 消 費 合 η 衽 印 製 疋整裝置，使用者間接地相對於外殼旋轉組件，並可控制 例如貝料處理系統或電視機營幕上的指標。裝置與系統或 電視間的連接可以無線方式配置，例如，藉由紅外線通訊 。组件的旋轉性移動可利用在外殼中的黏滯性液體來加以 限制。這樣，的限制可避免在操作裝置時螢幕上指標的突然 移動。 -13 本紙張尺度適财關家縣（CNS ) Α4· ( 2lQx297公着

Claims (1)

1. 491974 第85113777號專利申磧爰寻，月f ? 申請專利範圍修正本(如年2月） 申請專利範圍

   經濟部中央標準局員工消費合作社印製 一種輸入裝置，藉使用者的實體操作將資料一 料處理系統，此裝置包括： 牛 一外设及可藉該操作而相對於外殼旋榦 竹旳一個槿杜 一用以產生磁場的磁性裝置， 干’ 一偵測器，用以基於磁場的改變來偵測旋轉 變係由旋轉所造成， ’而該等改 其特徵為： 該磁性裝置包含-配置在該構件外部的礙鐵， 件包含非齊次分佈的軟磁性嗍質，以感應出該等改:構 2·如申請專利範圍第丨項的輸入裝置，其中該構件包含7 ° 則性球狀分佈的軟磁性元件。 見 3.如申請專利範圍第2項的輸人裝置’其特徵為軟磁性元件 有球體形狀，並包裝入在該構件的球體外殼中的密集 體包裝。 4·如申請專利範圍第丨項的輸入裝置，其中該偵測器包含一 磁阻感測器，用以測量磁鐵與構件之間的磁場分量。 5·如申μ專利範圍第4項的輸入裝置，其中該磁阻感測器不 對稱地配置在磁鐵與構件之間，以在感測器中垂直於要測 量分量的方向中獲得穩定的磁場。 6.如申請專利範圍第4項的輸入裝置，其中該偵測器包含一 巨大的永久磁鐵電阻性（GMR)感測器。 7·如申請專利範圍第丨項的輸入裝置，其中該偵測器包含一 霍爾（Hall)感測器。 8.如申請專利範圍第丨項的輸入裝置，其中該裝置包含一電 1. 呈現到資 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適财闕家縣（CNSTT^T^X297公釐） 7…月口日？： ， Μ , 1 1 m^u cs 一· — 一…_，…一-L^ 〇 ,, 一 " 六、申請專利範圍 磁鐵，用以在組件的區域上產生一另外的磁場，以回應來 自該資料處理系統的信號。 9.如申請專利範圍第1項的輸入裝置，其中該構件在相對於 其中心位置處不對稱配置有一相當沉重的主體。 10· —種資料處理系統，其包含一如申請專利範圍第1到9項 中任一項中的輸入裝置。 、 11· 一種構件，用在如申請專利範圍第1，2，3或9項的輸入 裝置中。 f靖先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）