CN1243303C - 操纵杆中的滚轮功能 - Google Patents

Abstract

在一种输入设备如一个操纵杆中带有一个滚轮从而来实现其操作的各项功能。通过检测滚轮在一个第一方向上旋转的一预定角度，可形成一个第一信号来激活一个第一逻辑按钮。通过检测滚轮在一个第二方向上旋转的一个预定角度，可产生一个第二信号来激活一个第二逻辑按钮。滚轮转过多个预定角度表示一系列的按钮按压。按钮按压可被分配一个功能如从一个菜单中选择一个选项或者调整显示在一个计算机屏幕上的对象或数据的属性，如在一个视屏游戏中选择武器或开火或调整防护的等级。

Description

操纵杆中的滚轮功能

技术领域

本发明涉及指示设备，特别涉及一种包括一个滚轮的指示设备如操纵杆。

发明背景

一些鼠标设备中包括一个滚轮，其在功能上用来实现诸如控制光标沿第三轴移动、滚动或缩放等功能。用户手指操纵的滚轮就像收音机上的调盘。例如，美国专利US5473344披露了一种用户可操作的滚轮，该滚轮包括一个延伸到一个光编码器轮处的轴，美国专利US5530455披露了一种具有轴的滚轮，该轴用来驱动一个与分离的编码器上的滑轮相连的传动带。迄今为止，滚轮一直应用于鼠标等类似设备中来实现诸如光标移动、滚动和缩放等设备在特定场合中所需操作的功能。

发明概述

本发明提供了一种在指示设备如操纵杆、游戏垫或方向盘中的滚轮，其在功能上用来完成这些设备的操作。例如滚轮旋转一预定角度可解释为按压按钮，滚轮旋转多个预定角度可解释一系列地续按压按钮。按压按钮可以被指定为如下一种功能：如从菜单中选择一个项目或用来调整那些显示在计算机屏幕上的对象或数据的属性，如一个视频游戏中选择武器或开火或者调整保护的等级。除了按压按钮，滚轮的旋转例如还可以产生相对的轴向移动的数据流，该数据流被预先指定了一些与之相关的功能。

本发明的一个方面是，一种操作具有一个带有滚轮的输入设备的方法，该方法包括探测滚轮的旋转运动，响应于滚轮沿第一方向上的旋转运动产生一个第一信号。响应于第一信号激活第一按钮。

在特定的实施例中，第一信号是一个第一按钮“开”信号，该信号包括第一按钮在“开”状态持续预定时间后进入第一按钮“关”状态。滚轮在第一方向上旋转一个预定量产生第一按钮“开”信号。响应滚轮在第一方向上旋转多个预定量，且每个预定量都对应于单个的第一按钮“开”信号而产生第一按钮连续“开”信号。第一功能被定为第一按钮“开”信号，一系列的第一按钮“开”信号表示了多次地重复第一功能。响应于第一信号，第一按钮可以激活在项目中的一个第一菜单内连续选择下一个项目的一个第一预定功能。

本发明的另一个方面是一种操作带有一个滚轮的输入设备的方法，其包括探测在离散的转动步进中测量的滚轮的旋转运动、响应于滚轮的旋转运动产生一个信号。第一信号包括相对位移数据，该数据包括每一预定时间间隔内的转动步进数。响应于该信号而将一预定功能激活。在特定的实施例中，该预定功能随着每一预定时间间隔内的转动步进数而不同，也可随着滚轮的旋转方向而不同。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中具有一个滚轮的操纵杆的透视图；

图2为本发明一个优选实施例中滚轮的透视图；

图3为图2中滚轮另一侧的透视图；

图4为图3中滚轮的分解透视图；

图5为图1中操纵杆设备的模块图；

图6为展示图1中具有滚轮的操纵杆设备的运行流程图；

图7为一个按钮“开”信号的示意图。

特定实施例

图1展示了一个操纵杆设备2，该操纵杆具有一个壳体3和移动地支撑在其上的一个用户可操作的操纵杆4。操纵杆4通常支撑在一个万向节机构上，并具有位置传感器或信号转换器如一对电位计用来探测操纵杆4在前-后或Y方向上以及左-右或X方向上的运动。操纵杆设备2包括附加的输入部件。例如安装在操纵杆4顶面上的是一个控制垫5和一个转盘6。其它的按钮7、8布置在壳体3上。此外还有一个滚轮12穿过壳体3的一个槽。

图2展示了一个安装在基板14之上的滚轮12，该基板安装在操纵杆壳体3的内部，为了用户的操作，该滚轮12穿过壳体3内的槽。滚轮12具有多个狭缝16，该狭缝被加长，并由中心沿径向延伸。如下所述，一个发射器和一个探测器通过监视从发射器发出穿过狭缝16并到达探测器的光线来探测滚轮12的旋转。狭缝16的数目可从6个到48个甚至更多。优选的实施例中，狭缝16的数目为滚轮12的棘齿数目的1/4或者是该1/4数目的倍数。棘齿由下述的一个棘齿形成机构产生。通过将狭缝16做入滚轮本体中，就不需要将机构连接到一个分离的编码器轮上。

滚轮12在平移中可以上下移动。滚轮12可以绕一个内滚轮或环(图2中未示出)进行旋转，该内滚轮或环则绕着轴18旋转。轴18安装在支撑结构22内的一个狭缝20中。通过沿垂直轴将发射器和探测器与狭缝20对准，滚轮的上下运动不会影响对旋转运动的探测。

图3展示了滚轮12打开时的另一侧。一个内部机构在产生下面所述的棘齿效应的同时还形成弹簧24的一个附件。弹簧24通过一个第一扁平的部分26连接到一个用于滚轮12的内部支撑结构28上。弹簧24包括在一个微型开关34之上的附加的扁平部分30，其中扁平部分26、30通过一个弧形或环形部分32连接在一起。扁平部分26、30是刚性的。当滚轮12被按压时，扁平部分30将会接触微型开关34从而产生一个激励信号。在另一实施例中，利用一个光学开关来探测对滚轮12的按压，其中发射器和探测器通常位于滚轮12之下，这样当滚轮12被按压时，光通道就会被挡住。作为选择，光线可被弹簧和一个杠杆阻断，或者使用反射探测也可以。

如图4分解所示，一个光学探测器36沿着滚轮12的垂直轴安装，在另一侧具有一个相应的光电发射体或LED35。作为选择，发射器和探测器的位置可以颠倒，但优选方案是探测器36与狭缝16相邻，这样光线通过狭缝16之后不会产生很多分支从而达到更精确地测量。

图4中对支撑结构28进行了更为详细地展示，其中该支撑结构28可固定一个更小的第二滚轮38。一个环40以压装的形式安装在滚轮12的内部。环40是一端包括缝隙16的部分。另外，环40包括一个波浪形或锯齿形内表面42。通过弹簧24向上推动小滚轮38的支撑结构28的底部，小滚轮38偏离该波浪形表面。进一步而言，该机构实际上是小滚轮38的支撑机构，其向上推动主骨构架，即部分50，并穿过操纵杆壳体3中的一个狭缝。这样，当用户移动滚轮12时，由于小滚轮38的弹力作用用户可以感到一个回弹或棘齿形阻力从而让用户感觉到是一个机械的棘齿编码器轮，而实际上是采用光学编码来记录其位置的。与弹簧与简单地使一个元件偏离一个锯齿形表面的现有技术相比，采用小滚轮38可提高该机构的而用性。

此外弹簧24如此配置不仅使同一弹簧仅能提供对滚轮12的向上支撑，而且在滚轮12被按压时还能向下按压来激活微型开关34。这样就可能仅使用环形部分32连接的弹簧24的扁平部分26、30。环形部分32一直被压在组件上并处于受力状态。环形部分32在扁平部分26上产生一个向下的力从而引起扁平部分30也向下移动，而不是向上移动。这样就能很容易地将扁平部分30下面的微型开关34装上，当滚轮12被按压时微型开关被激励。扁平部分26在凹口60、62处绕一个支点转动。同样扁平部分30在其与凹口64、66相接触的支点转动。在操作中，扁平部分26在与环形部分32相连的一端向上转动，这样将会使扁平部分30的那个端部向上移动，从而引起位于微型开关34上面的远端向下转动。图4也展示了安装在滚轮12(图1)的另一侧的用于钮7、8的微型开关44、46，从而用来为操纵杆设备2提供一个标准的点击(clicking)功能。

需注意的是，其中展示并描述的滚轮12的特定实施例仅仅是为了说明，其具有不同形状和结构的滚轮，包括那些具有与滚轮分离并隔开的编码器的滚轮以及那些采用不同的编码器如机械编码器的滚轮，都可以与操纵杆设备2一起使用。

图5所示为操纵杆2的控制器100通过串口104与主机104进行通信的方框图，通过串口104操纵杆2可以从主机102中获得电源。控制器100通过多个输入线106从操纵杆设备2的各个输入部件处接收输入信号。如图5所示，输入部件包括分别感知操纵杆2左右和前后移动的操纵杆X-信号转换器110和Y-信号传感器112、用于探测控制垫5移动的控制垫传感器114、用于感知转盘6的移动的转盘传感器116、用于感知按钮7和8点击的微型开关44和46、用于探测滚轮12旋转运动的滚轮光学探测器36和用于探测滚轮12的平移的滚轮微型开关34。当然其它实施例中可以采用更多或更少的输入部件。

控制器100包括一个处理器122和一个存储器124。处理器122通常包括模拟和数字输入/输出板、接口板和/或各种控制板。存储器124可以是一个磁盘驱动器也可以是其它的计算机可读介质。控制器100从输入部件处接收各种位置及驱动数据并对数据进行处理，然后通过执行以计算机程序的形式存储于计算机可读介质如存储器124中的软件和固件而将数据传送给主机102。计算机程序包括对输入数据处理进行操纵的指令集。计算机程序代码可采用任何已知的计算机可读的编程语言来写出。

如图6所示的流程图，操纵杆设备2产生输入数据140并将输入数据140传送到主机或操纵杆设备驱动器程序142。主驱动器程序142对数据进行解释并将其传送给应用程序144，该应用程序通常被存储在主机102中。例如驱动器程序142可将某位置数据翻译成虚拟的屏幕内容以保持一个虚拟屏幕，并且还可计算出当前光标在虚拟屏幕内的位置、并保持光标的显示和移动。

在一特定的实施例中，驱动器程序142将滚轮12的旋转运动解释为逻辑上的按钮按压。例如在滚轮12第一方向上旋转可产生一个第一输入信号，该第一输入信号被解释为用于激活第一逻辑按钮的一个按钮按压。如图7所示，第一输入信号是一个按钮“开”信号，该信号包括按钮“开”状态150持续一个预定时间后进入按钮“关”状态152。按钮“开”状态的持续时间可以设为任何所需的量级，如大约50ms。第一逻辑按钮的按钮按压在操作上可同其它任何按钮按压，如操纵杆设备2上的按钮7、8的按钮按压一样。

按钮“开”信号形成于预定量的旋转运动，其可通过棘齿或滚轮数来测得。当滚轮移过多个预定量的旋转运动时，则产生连续的按钮“开”信号。该功能允许通过旋转滚轮来产生多个连续地快速而又准确的按钮按压和释放。

滚轮12在一个与第一方向相反的第二方向上的旋转运动可通过产生一个第二按钮“开”信号被解释为一个用于激活第二逻辑按钮的按钮按压。

应用程序144(图6)接收到滚轮旋转12产生的按钮“开”信号后根据分配到其上的特定功能作出反应。例如每一个第一按钮“开”信号可代表选项的第一菜单中选择下一个选项或调整显示于计算机屏幕上的对象或数据的属性，如在一个视频游戏中选择武器或调整防护等级。滚轮在相反方向上的旋转可代表在选项的第二菜单中选择下一个选项或在第一菜单中逆序选择下一个选项。这不同于下面的情况：滚轮旋转翻滚过一个菜单并且还需按压滚轮12通过激活微型开关34(图4)来从菜单中选择一个选项。在另一个实例中，由滚轮旋转产生的每一个按钮“开”信号都可代表武器开火或逐级增加或降低防护等级。

在另一个特定的实施例中，驱动程序142接收由滚轮12旋转运动产生的以相对的轴向位移报告形式的数据。例如滚轮12向前缓慢地移动一个旋转步进如一个凹口或棘齿，可给出一个+1的位移。将滚轮12向前快速地移过多个棘齿可产生从+1到一个最大值如+5的位移流，其中位移量随着速度而增加。报告每隔一定时间如10ms就被取出一次。位移量通常等于每一时间间隔的棘齿数。由于位移是从上一次报告开始时测量的，所以位移报告包括的是相对数据。在一个典型的例子中，当滚轮先加速后减速旋转过多个棘齿时，位移流的报告可包括+1、+3、+5、+3、+1。同样，将滚轮12缓慢地向后移动一个棘齿可产生一个+1的偏移，将其快速地向后移动多个棘齿可产生一个从+1到+5然后向下的位移流。作为选择，旋转从前到后在方向上的变化可用预定时间间隔内一个棘齿-1到五个棘齿的-5的负位移数据来表示。应用程序144可用位移数据来移动视频游戏中的一个字母、来调整游戏中的属性值及其它。

上述描述的设备和方法仅仅是示例性地表明了本发明原理的应用，在不偏离本发明权利要求书中定义的精神及范围的情况下可以作出许多其它实施例和修改。例如。滚轮的功能在其它输入设备如游戏垫或方向盘中完成。其他特定的功能可根据需要分配给滚轮的移动并提供给应用程序。因此应参考权利要求以及与其等同的整个内容来确定本发明的范围，而不应以上述说明来确定本发明的范围。

Claims (15)

1.一种操作具有滚轮和第一按钮的输入设备的方法，该方法包括：

通过该输入设备探测滚轮在用户手动下的旋转运动；

响应于滚轮在一个第一方向上的旋转运动而通过该输入设备产生一个第一信号；以及

通过该输入设备响应于第一信号激活所述第一按钮，

其中第一信号是一个第一按钮“开”信号，该信号包括在一个第一按钮“开”状态持续预定时间后紧跟着一个第一按钮“关”状态，其中第一按钮“开”信号形成于滚轮在第一方向上旋转一个预定量。

2.如权利要求1所述的方法，其中滚轮在第一方向上旋转多个预定量、且每个预定量都对应于一个单一的第一按钮‘开’信号而产生一系列的第一按钮“开”信号。

3.如权利要求2所述的方法，其中将一个第一功能分配给第一按钮“开”信号，其中一系列的第一按钮“开”信号表示多次地重复第一功能。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

响应于滚轮在与第一方向相反的第二方向上的旋转运动而产生一个第二信号，与；

响应于第二信号由所述输入设备激活该输入设备的一个第二按钮。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

通过该输入设备探测滚轮的平移运动；

响应于滚轮的平移运动而通过该输入设备产生一个第三信号；

响应于第三信号通过该输入设备激活该输入设备的一个第三按钮。

6.如权利要求1所述的方法，其中响应于第一信号，激活第一按钮可以激活一个预定的第一功能，该功能为在选项的一个第一菜单内连续选择下一个选项。

7.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

响应于滚轮在与第一方向相反第二方向上的旋转运动而通过该输入设备产生一个第二信号；以及

响应于第二信号而将一个预定的第二功能激活，该预定的第二功能包括在选项中的第一菜单内逆序地连续选择下一个选项。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

响应于滚轮在与第一方向相反第二方向上的旋转运动而通过该输入设备产生一个第二信号；以及

响应于第二信号激活一个预定的第二功能，该预定的第二功能包括在选项中的第二菜单内连续选择下一个选项。

9.一种指示设备，包括：

一个壳体；

第一按钮；

一个用户可移动的从壳体处延伸的滚轮，以便用户的手接触和运动；

与用户可移动的滚轮相连的并用于探测其运动的一个第一传感器；以及

一个控制器，其配置成接收并处理由用户可移动的滚轮的运动产生的输入信号，所述控制器与第一传感器耦合，以便响应与滚轮在所述第一传感器所探测的第一方向内的旋转运动产生第一信号，所述控制器与第一按钮耦合，以便响应于第一信号而激活第一按钮，

其中该控制器被配置成可产生一个第一按钮“开”信号，该信号包括了在一个第一按钮“开”状态持续一个预定时间后紧跟一个第一按钮“关”状态，其中第一按钮“开”信号形成于滚轮在第一方向上旋转一个预定量。

10.如权利要求9所述的指示设备，其中该控制器配置成响应于滚轮在第一方向上旋转多个预定量而产生一系列第一按钮“开”信号，其中每一个预定量都对应于单个的第一按钮“开”信号。

11.如权利要求10所述的指示设备，其中第一功能被分配给第一按钮“开”信号，其中一系列的第一按钮“开”信号代表多次地重复第一功能。

12.如权利要求9所述的指示设备，其中所述控制器被配置成响应于滚轮在与与第一方向相反的第二方向上的旋转运动而产生一个第二信号，并耦合到第二按钮；以便响应于第二信号激活第二按钮。

13.如权利要求11所述的指示设备，其中该控制器被配置成响应于第一传感器探测的滚轮的平移运动而产生一个第三信号；并耦合到第三按钮；以便响应于第三信号激活第三按钮。

14.如权利要求9所述的指示设备，其中该控制器被配置成响应于第一信号而激活第一按钮，从而连续的选择选项中的一个第一菜单中的下一个选项。

15.如权利要求9所述的指示设备，进一步包括一个支撑在壳体上的用户可操作的操纵杆。

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