專利名稱：用于輸入裝置的磁性旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及使用磁性編碼器的經(jīng)改良滾輪，且更特定來說，涉及輸入裝置 (例如鼠標(biāo))中使用磁性編碼器的滾輪。
背景技術(shù)：
輸入裝置(例如，鼠標(biāo)或軌跡球)是眾所周知的用于個人計算機及工作站的外圍 裝置。此類輸入裝置(或指向裝置)允許在顯示器屏幕上快速地重定位光標(biāo)，且用于眾多 文本、數(shù)據(jù)庫及圖形程序中?；蛟S最常見形式的指向裝置是電子鼠標(biāo)。大多數(shù)鼠標(biāo)包含數(shù)個按鈕(例如，左點擊按鈕、右點擊按鈕等等)以及滑輪/滾 輪。此滑輪通過用戶的手指來轉(zhuǎn)動，且此滑輪的旋轉(zhuǎn)被測量并轉(zhuǎn)換成各種輸入，例如滾動與 所述鼠標(biāo)耦合到的主機相關(guān)聯(lián)的顯示器上的文檔、放大/縮小主機上應(yīng)用程序、增加/減小
立縣絕絕 曰里寺寺°可以數(shù)種方法測量滑輪的旋轉(zhuǎn)。一些基于差動感測的此類方法描述于名稱為“具 有差動光-機械感測的指向裝置”的第5，680，157號美國專利中，所述專利由本發(fā)明的受讓 人所擁有且其全文以引用的方式并入本文中。描述于‘157專利中的指向裝置包含一個或 一個以上軸編碼器，所述軸編碼器經(jīng)定位以借助旋轉(zhuǎn)部件的移動而旋轉(zhuǎn)。常規(guī)的旋轉(zhuǎn)編碼器是透射的，且當(dāng)今最常見實施方案通過光學(xué)編碼器來測量滑輪 的移動，其中所述滑輪具有輪輻及/或與不透明區(qū)域交替的透明區(qū)域。圖IA中顯示此滑輪。 光源通常位于此滑輪的一側(cè)上且傳感器位于所述滑輪的另一側(cè)上。圖IB提供此配置的橫 截面視圖。圖IA至IB中所描述的布置類型存在數(shù)個問題。首先，由于光源在滑輪的一側(cè)上 且傳感器在另一側(cè)上，因此這些元件(光源及傳感器)中的每一者需要其自身的獨立封裝。 此導(dǎo)致在滑輪的兩側(cè)上均需要特定的體積/空間，從而使整個布置相對較大。第二，由于光必須穿過滑輪到達傳感器，因此當(dāng)光撞擊到滑輪的不透明部分(例 如，滑輪的輪輻)時損失部分光?？稍趫DIC中清晰地看到此現(xiàn)象。此類光可被滑輪的不透 明部分吸收、可被所述部分反射或折射、可發(fā)生上述現(xiàn)象的組合等等。由于由光源發(fā)射的光 的一部分不被傳感器所接收，因此浪費電力。此外，滑輪相對寬且此在一定程度上增加了光 源與傳感器之間的距離。當(dāng)光源為LED時，LED光束為發(fā)散的且此導(dǎo)致距離增加時光強度 減小。所有此類光強度損失及其它電力消耗問題均是極具重大意義的，尤其對于依靠電池 提供電力且電池壽命又是一個重要的考慮因素的無線裝置來說。在輸入裝置中的常規(guī)滑輪中存在其它問題。眾多此類裝置允許傾斜滑輪以用于獲 得額外的功能(例如，水平滾動等等)。在常規(guī)的系統(tǒng)中，光源及傳感器均附接到裝置中的 印刷電路板(PCB)上。當(dāng)滑輪傾斜時，滑輪相對于光束的相對位置發(fā)生改變，且因此滑輪在 傾斜位置中的運動的編碼可能不準(zhǔn)確。經(jīng)常產(chǎn)生滑輪的虛假計數(shù)，且極令用戶厭煩。另外， 需要單獨的傳感器及/或開關(guān)來測量滑輪的傾斜。這些額外組件使成本增加，同時需要較 大的形式因數(shù)。
輸入裝置中的常規(guī)滑輪還存在其它問題。對于此類實施方案需要準(zhǔn)確的機械對 準(zhǔn)，因為需要光源所發(fā)射的光到達光學(xué)傳感器。此類嚴格的公差要求使指向裝置的制造更 加困難且昂貴。還有一些其它問題涉及使旋轉(zhuǎn)滑輪時用戶所接收到的齒合感覺與由滑輪發(fā)送到 主機裝置的信號同步。如果沒有準(zhǔn)確地使此齒合感覺同步，則用戶會對與動作(例如，滾動 到下一行)發(fā)生脫離地接收齒合感覺感到困惑。在這些現(xiàn)有技術(shù)實施方案中遇到的又另一問題是僅可測量滑輪旋轉(zhuǎn)的相對位置 (增量型旋轉(zhuǎn)改變)。不提供滑輪的絕對角位置的指示。對于此類增量型/相對測量存在 數(shù)個問題。此類問題包含所述計數(shù)丟失，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，計數(shù)與滑輪位置之間的相關(guān)性 的丟失及棘齒同步的丟失。一些解決方案部分地解決上述問題中的一些問題，但并不解決全部問題。例如，反 射式編碼器(例如圖2A及2B中所顯示的那些編碼器)具有位于滑輪同側(cè)上的光源及傳感 器兩者。然而，上述其它問題中的一些問題仍存在且引入一些新的問題。例如，如可從圖2A 至2B看到，反射式編碼器還使用白色(或高反射性)及黑色(或高吸收性)表面的交替。 因此對于此類常規(guī)反射式編碼器，仍然損失一半光能量，因此導(dǎo)致與以上所論述的常規(guī)透 射編碼器一樣的電力消耗問題。此外，并沒有解決以上所概述的數(shù)個其它問題。在其它工業(yè)中已實施了磁性測量旋轉(zhuǎn)的數(shù)種方法。舉例來說，已在汽車工業(yè)實施 了一些此類解決方案。然而，出于各種原因，這些方法尚未在指向裝置中實施。下文對這些 原因中的一些原因進行了論述。圖3A至3D顯示結(jié)合增量型磁性編碼器使用的多極磁體。已在一些領(lǐng)域中使用了 此類型的角位置測量，例如在汽車工業(yè)中。然而，出于數(shù)個原因，此類型的設(shè)置還沒有用在 指向裝置中。一個原因是此類組合件昂貴-磁化多極磁體是昂貴的。另一原因是非常難于 使這么多的磁極容納于小的磁體中，因此導(dǎo)致形式因數(shù)太大而不期望實施于具有小的形式 因數(shù)的裝置中。圖4A至4B及5A至5B顯示具有單個北極及單個南極的徑向磁體，所述徑向磁體 結(jié)合提供關(guān)于磁體的絕對位置的信息的編碼器一起使用。此已用于一些汽車應(yīng)用中以及需 要關(guān)于絕對位置的信息的其它應(yīng)用中(例如，指南針中)。圖4A及4B顯示基于雙軸霍爾 (Hall)傳感器的實施方案，而圖5A及5B顯示基于垂直場測量的實施方案。然而，出于數(shù)個 原因，此類實施方案也不適合用于指向裝置的滾輪中。一個原因是此類實施方案需要大的 電力消耗，此在指向裝置中是不可接受的，尤其在變得越來越普遍的無線指向裝置中。另一 原因是此類配置不能以如指向裝置實施方案中所需一樣大的分辨率來測量絕對位置。在此 類系統(tǒng)中，通常不能實現(xiàn)比一度較好的分辨率。而在指向裝置實施方案中需要更精細的分 辨率。圖6A至6D顯示具有利用磁阻變化的磁阻式編碼器的實施方案。此處旋轉(zhuǎn)滑輪具 有由鐵磁性材料制成的齒。在一些實施方案中，使用例如圖6C中所顯示的圓盤。在其它實 施方案中，使用例如圖6D中所顯示的杯罩。然而，出于數(shù)個原因，這些實施方案又不適合用 于指向裝置的滾輪中。一個原因是對于此類實施方案需要極其準(zhǔn)確的機械對準(zhǔn)，且在指向 裝置的制造期間這樣嚴格的公差很難實現(xiàn)。此外，從此類系統(tǒng)獲得的信息是相對/增量型 信息而非絕對定位信息。
因此，需要其中測量滑輪的絕對角位置的用于輸入裝置的滑輪組合件。此外，需要 組合件具有較小且較緊湊的形式因數(shù)的供用于指向裝置中的滑輪配置。而且，需要可易于 且可以低成本制造的供用于指向裝置中的滑輪配置。另外，需要具有較低電力消耗的滑輪。 更進一步，需要一種滑輪組合件，其中可將傳感器包封在保護罩中以最小化暴露于外物以 及最小化ESD問題。而且，需要其中可使用用于測量滑輪的旋轉(zhuǎn)的相同傳感器來測量滑輪 的傾斜的滑輪組合件。此外，需要具有用戶體驗的齒合動作與滑輪的旋轉(zhuǎn)的效果很好地同 步的滑輪的指向裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例包含用于指向裝置的滾輪系統(tǒng)，其中通過磁性編碼器測量所述滾輪 的絕對角位置且其克服了以上所論述的數(shù)個問題。在一個實施例中，將磁體附接到滾輪上。在一個實施例中，所述磁體包含在滾輪內(nèi) 部。磁性編碼器提供關(guān)于所述滾輪的絕對角位置的信息。應(yīng)注意，此與在現(xiàn)有技術(shù)指向裝 置的滾輪中所獲得的相對位置信息不同。此外，在一個實施例中，所需磁化相當(dāng)簡單且低成 本。而且，不要求嚴格的公差，且因此易于制造根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)。如上文所提及，在一個實施例中，磁體包含在滑輪內(nèi)部。在此情況下，傳感器位于 滑輪的一側(cè)上。在另一實施例中，將磁體附接到滑輪的一側(cè)且編碼器/傳感器位于與磁體 相同的側(cè)上。所需用于測量滑輪的旋轉(zhuǎn)的組件僅位于滑輪的一側(cè)上，因此導(dǎo)致比具有位于 滑輪的兩側(cè)上用于測量旋轉(zhuǎn)的組件的常規(guī)滾輪組合件更加緊湊的組合件。此外，由于傳感器是磁性傳感器，因此在不影響其性能的前提下其可用任何非鐵 磁性(非金屬)材料覆蓋。因此，在一個實施例中，傳感器經(jīng)覆蓋(例如由塑料殼覆蓋)以 使其免受塵埃及其它雜質(zhì)粒子影響，而不影響傳感器的性能。而且，在一個實施例中，此類 外殼還為編碼器傳感器提供靜電放電(ESD)保護以減少ESD問題。根據(jù)本發(fā)明實施例實施的滑輪比指向裝置中的常規(guī)滑輪消耗少得多的電力。在一個實施例中，使用用于測量滑輪旋轉(zhuǎn)的相同傳感器來測量滑輪的傾斜。因此， 根據(jù)本發(fā)明的實施例，不需要單獨的開關(guān)、單獨的傳感器或其它單獨的測量機構(gòu)來測量滑 輪的傾斜。在一個實施例中，使當(dāng)旋轉(zhuǎn)滑輪時提供給用戶的齒合感覺與滑輪發(fā)送到主機的旋 轉(zhuǎn)信號同步。因此，用戶從滑輪接收更協(xié)調(diào)且現(xiàn)實的反饋。本發(fā)明可應(yīng)用于眾多不同領(lǐng)域，且并不限于任一應(yīng)用或領(lǐng)域。本發(fā)明的眾多技術(shù) 可應(yīng)用于任何領(lǐng)域中的不同裝置。舉例來說，正在論述的輸入裝置不僅是鼠標(biāo)或軌跡球，而 且還可包含其它裝置。此類裝置的實例包含用于計算機的遠程控制件、用于用戶的娛樂系 統(tǒng)中的裝置的遠程控制件、空氣中裝置(in-air devices)、呈現(xiàn)裝置、個人數(shù)字助理、個人 媒體播放器、移動電話、數(shù)字寫字板、筆記本等等。此摘要及以下具體實施方式
中描述的特征及優(yōu)點并非包含全部，且具體來說，參 照所述圖式、說明書及其權(quán)利要求書，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見眾多額外特征及優(yōu) 點。此外，應(yīng)注意，說明書中所使用的語言主要是針對可讀性及指導(dǎo)性目的來選擇，且可能 并非選擇成界定或者限制本發(fā)明標(biāo)的物，本發(fā)明標(biāo)的物需要借助權(quán)利要求書來確定。


本發(fā)明具有其它優(yōu)點及特征，結(jié)合附圖閱讀下文對本發(fā)明及以上權(quán)利要求書的詳 細說明將更容易了解這些其它優(yōu)點及特征，附圖中圖IA顯示具有光源及光傳感器的常規(guī)光學(xué)編碼器。圖IB顯示例如圖IA中所示的常規(guī)光學(xué)編碼器的橫截面視圖。圖IC顯示例如圖IA及IB中所示的那些常規(guī)光學(xué)編碼器中的光損失。圖2A顯示具有交替的高反射性表面及高吸收性表面的現(xiàn)有技術(shù)旋轉(zhuǎn)滑輪。圖2B顯示具有額外電路的圖2A中所示的旋轉(zhuǎn)滑輪。圖3A顯示圓形多極磁體。圖3B顯示具有傳感器的圓形多極磁體。圖3C還顯示具有傳感器的圓形多極磁體。圖3D顯示具有傳感器的直線性多極磁體。圖4A顯示具有單個北極及單個南極的徑向磁體以及傳感器。圖4B顯示基于雙軸霍爾傳感器的實施方案。圖5A顯示具有單個北極及單個南極的徑向磁體以及傳感器。圖5B顯示基于垂直場測量的實施方案。圖6A顯示具有由鐵磁性材料制成的齒的滑輪。圖6B顯示圖6A中的滑輪以及傳感器及磁體。圖6C顯示圓盤。圖6D顯示杯罩。圖7A顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的滑輪組合件。圖7B顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的滑輪組合件的第二透視圖。圖7C顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的滑輪組合件的第三透視圖。圖8顯示從傳感器的電連接。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的各種組件之間的距離。圖10顯示徑向磁化的雙極磁體。圖11是顯示使用根據(jù)本發(fā)明實施例的滾輪喚醒輸入裝置所采取的步驟的流程 圖。圖12A顯示當(dāng)滑輪不傾斜時磁體與傳感器之間的距離。圖12B顯示當(dāng)滑輪遠離傳感器傾斜時磁體與傳感器之間的距離。圖12C顯示當(dāng)滑輪朝向傳感器傾斜時磁體與傳感器之間的距離。圖13A根據(jù)本發(fā)明實施例顯示其中繪制傳感器所測量的磁場相對于時間的曲線 的圖解。圖13B根據(jù)本發(fā)明實施例顯示傳感器所測量的磁場的振幅。圖13C根據(jù)本發(fā)明實施例顯示可指示滑輪傾斜的振幅值的范圍。圖14是顯示如何根據(jù)本發(fā)明實施例使用磁場的方向及振幅的流程圖。圖15A顯示具有棘齒機構(gòu)轉(zhuǎn)動的滑輪。圖15B顯示所繪制的滑輪角位置相對于時間的曲線。圖15C顯示所繪制的滑輪速度相對于時間的曲線。
具體實施例方式所述圖(或圖式)僅出于圖解說明的目的描繪本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)注意，各圖 式中的相同或相似參考編號可指示相同或相似功能。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)下列論述將 易于得知，可在不背離本發(fā)明原理的前提下采用本文中所揭示結(jié)構(gòu)及方法的替代實施例。應(yīng)注意，本文中互換地使用術(shù)語“滑輪”及“滾輪”。應(yīng)進一步注意，盡管此處的大 多數(shù)論述都關(guān)注輸入裝置中的滑輪，但本發(fā)明并不限于此類實施例。本發(fā)明實施例可用于 其它裝置的使用角移動的輸入機構(gòu)中。所述裝置實例包含(但不限于)例如音量標(biāo)度盤的 標(biāo)度盤、像數(shù)字分壓計的按鈕、調(diào)諧按鈕等等。應(yīng)注意盡管在鼠標(biāo)的背景下呈現(xiàn)了本發(fā)明優(yōu) 選實施例的以下描述，但存在可使用本發(fā)明的其它裝置，例如(舉例來說)掃描儀、數(shù)字寫 入系統(tǒng)(例如，美國加利福尼亞弗里蒙特的羅技(Logitech)公司的羅技IO筆)、遠程控制 裝置、呈現(xiàn)裝置、軌跡球、個人數(shù)字助理、移動電話、個人媒體播放器(例如，來自蘋果公司 的iPod(加利福尼亞，庫珀蒂諾))、數(shù)字寫字板及筆記本。應(yīng)注意，此列表意指說明性而非 限制性。圖7A至7C從不同視圖顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的滑輪組合件700。其顯示滑輪 710、磁體720、傳感器730及滑輪支架740。滾輪710是滾輪或滑輪。根據(jù)本發(fā)明的實施例，此滑輪用于指向裝置中。然而，應(yīng) 注意根據(jù)本發(fā)明實施例的滑輪可用在需要為小的/便攜式、低成本且易于制造的任何裝置 中。磁體720附接到滑輪710上。特定來說，磁體以此一方式附接到滑輪710上以使得 當(dāng)旋轉(zhuǎn)滑輪時，磁體也跟隨其一起旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明實施例磁體720是永 久磁體。在一個實施例中，磁體720是徑向磁化的雙極磁體(具有北極及南極)，例如圖10 中所顯示的磁體。磁體的形狀可變化。舉例來說，在一個實施例中，使用環(huán)形磁體720。在 另一實施例中，使用圓盤形磁體。根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，磁體720是由各種材料制成。 舉例來說，磁體720可以是釹鐵硼磁體(NdFeB或NIB)(稀土磁體)、釤鈷磁體(SmCo)(稀 土磁體)、鋁鎳鈷磁體、鐵氧體磁體(陶質(zhì)磁體)、撓性磁體(橡膠磁體)、電機械磁體等等。 磁場的振幅也可變化。在一個實施例中，磁場的振幅可在20至200mT(毫特斯拉)之間變 化。傳感器730是磁性傳感器，其可測量滑輪710旋轉(zhuǎn)的絕對位置。在一個實施例中， 傳感器730是圓形垂直霍爾裝置(CVHD)?？稍邗U波維克(Popovic)等人的W0/2008/145662 專利中發(fā)現(xiàn)關(guān)于基于CMOS的CVHD傳感器的一個實施方案的細節(jié)，所述專利的全文以引用 的方式并入本文中。應(yīng)注意，可在本發(fā)明的實施例中使用其它傳感器。在一個實施例中，傳感器測量滑輪710的絕對位置且產(chǎn)生由所述滑輪的旋轉(zhuǎn)觸發(fā) 的信號。在一個實施例中，將這些所產(chǎn)生的信號提供到其內(nèi)使用滑輪組合件700的輸入裝 置中的微處理器。在一個實施例中，將這些所產(chǎn)生的信號提供到所述輸入裝置與其通信的 主機(例如，PC)。在另一實施例中，將這些所產(chǎn)生的信號提供到輸入裝置中的微處理器，所 述微處理器又將這些信號通信到主機。圖8根據(jù)本發(fā)明實施例顯示從傳感器730的電連接?？煽吹絺鞲衅骶哂羞B接至其 的四個線、電力線(1)、接地線(2)、時鐘線(3)和數(shù)據(jù)線(4)。在其它實施例中，傳感器730僅具有用于電力、接地和數(shù)據(jù)的三條線。再參照圖7A至7C，可看到滑輪支架740支撐滑輪710且可由各種材料制成(例如 塑料)。如上文所提及，磁體720附接到滑輪710上?？蓮膱D7A至7C看到，在一個實施例 中，磁體720置放在滑輪710內(nèi)。此提供極其緊湊的形式因數(shù)，因為磁體720不占用滑輪 710任一側(cè)上的空間。應(yīng)注意在其它實施例中，磁體720在滑輪的一側(cè)上。在一個此類實 施例中，磁體720與傳感器730位于滑輪710的相同側(cè)上。此配置在與常規(guī)光學(xué)配置IA至 IC(其中光源及傳感器位于滑輪的相反側(cè)上)比較時也較緊湊。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的各種組件之間的距離。應(yīng)注意，為在圖中顯 示清晰，此處所示實施例顯示磁體720位于滑輪710的一側(cè)上。然而，如上文所述，在其它 實施例中，磁體720置放在滑輪710內(nèi)。此處圖9中所示的距離也可應(yīng)用于那些實施例中?？蓮膱D9看到磁體720的寬度是“h”。磁體720與傳感器730之間的距離是“Z”。 “R”是磁體720的半徑。在一個實施例中，傳感器730的中間軸和磁體720的中間軸偏移一 定距離。根據(jù)本發(fā)明實施例的強大的系統(tǒng)不需要嚴格的公差且可容忍此類偏移。根據(jù)本發(fā)明實施例的滑輪組合件比指向裝置中其旋轉(zhuǎn)是由光學(xué)構(gòu)件來測量的常 規(guī)滑輪消耗較少的電力。特定來說，對于光學(xué)系統(tǒng)，光源(例如，LED或激光)消耗電力以 發(fā)光。與此相反，磁體720是不消耗任何電力的無源組件。在一個實施例中，可將傳感器730包封在各種材料中。由于本發(fā)明實施例使用磁 體(而非光學(xué)測量件)，因此傳感器可用任何非磁性材料包裝。舉例來說，可將傳感器包封 在塑料中。此類包封不以任何方式影響磁場，但提供數(shù)個優(yōu)點。此類優(yōu)點中的一些實例包 含保護傳感器免受塵埃及其它雜質(zhì)粒子的影響、減少靜電放電(ESD)等等。與此相反，在使 用光學(xué)技術(shù)來測量滑輪的旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)有技術(shù)滑輪中，對傳感器的幾乎任何類型的覆蓋均以某 一方式干涉或修改光路徑，從而導(dǎo)致錯誤的測量。在另一實施例中，根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)易于制造。如上文所論述，采用光學(xué)技 術(shù)的常規(guī)系統(tǒng)需要具有準(zhǔn)確的機械對準(zhǔn)來確保光源所發(fā)射的光到達光學(xué)傳感器。對于本發(fā) 明實施例中使用的磁場測量，不需要此精確的對準(zhǔn)。因此，在根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的系 統(tǒng)中較大的公差是可接受的。此使得根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置制造起來更容易且較不昂貴?；喗^對角位置的測量根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)測量滑輪710的絕對角位置。此與其中僅知曉相對位置 (自先前增加量或減少量)而不存在關(guān)于絕對位置的信息的滑輪旋轉(zhuǎn)相對位置測量(或增 量型測量)相反。此通過傳感器730測量滑輪710的絕對位置具有數(shù)個優(yōu)點，下文將描述 其中的一些優(yōu)點。首先，此系統(tǒng)可以較低報告輪詢率有效地操作。根據(jù)本發(fā)明實施例，對于絕對角位 置測量來說，輪詢率可小到滑輪旋轉(zhuǎn)每秒轉(zhuǎn)數(shù)的兩倍。此與測量滑輪的增量型旋轉(zhuǎn)移動的常規(guī)系統(tǒng)(如常規(guī)光學(xué)解決方案)(其中輪詢 率需要比每秒滑輪轉(zhuǎn)數(shù)快至少96倍)相反。對于常規(guī)光學(xué)滾輪來說，通常在可每圈產(chǎn)生 192個增量的滑輪上存在24個棘齒、48個槽、48個輪輻。在旋轉(zhuǎn)期間，在每幾個增量處(例 如，在每四個增量處或每7. 5°處)，存在設(shè)計上的對稱性。由于在這些常規(guī)光學(xué)滑輪中，傳感器并不知曉滑輪處于絕對位置的何處，因此，如果滑輪在每一測量之間旋轉(zhuǎn)7. 5°，則傳 感器根本測量不到運動。為避免此情況，取樣頻率必須比信號頻率高至少兩倍(根據(jù)奈奎 斯特-香農(nóng)取樣定理)。因此在此實例中，在測量之間滑輪必須旋轉(zhuǎn)小于3. 75°。因此，必 須以滑輪每圈至少96次的速率來執(zhí)行輪詢。與此相反，在根據(jù)本發(fā)明實施例的絕對編碼器的情形下，信號對稱性或頻率對應(yīng) 于360°的旋轉(zhuǎn)。取樣頻率必須確保在兩次測量之間滑輪旋轉(zhuǎn)小于180°。因此，在此實例 中，取樣頻率可以比絕對編碼器低48倍以保證奈奎斯特準(zhǔn)則。因此，在本發(fā)明實施例中了 解絕對位置導(dǎo)致需要低得多的輪詢率。此又暗示對裝置(例如，鼠標(biāo))微處理器的較少處 理壓力，且又暗示根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置消耗較低的電力。另一優(yōu)點是可使用滾輪710將包含根據(jù)本發(fā)明實施例的組合件的裝置從低電力 休眠狀態(tài)喚醒。圖11顯示本發(fā)明一個實施例中的此情況的實施方案。如可從圖11看到，存 儲裝置進入睡眠模式中時的絕對位置(步驟1110)。每隔一段時間，測量滑輪710的當(dāng)前絕 對位置(步驟1120)。將滑輪710的此當(dāng)前絕對位置與所存儲的位置相比較(步驟1130)。 當(dāng)差多于最小角運動閾值時，針對所述裝置產(chǎn)生喚醒信號(步驟1140)。通常在使用增量 型(相對)滾輪編碼器的常規(guī)滾輪中不使用利用滾輪將裝置從睡眠狀態(tài)中喚醒，這是因為 在那些情況下由于啟用此功能所需要的高輪詢頻率導(dǎo)致電力消耗將為極高。在本發(fā)明的實施例中，通過知曉絕對角位置，可在生產(chǎn)中校準(zhǔn)滾輪710以增加分 辨率、精確性及直線性。應(yīng)注意，由于根據(jù)本發(fā)明實施例，測量滾輪710的絕對位置，因此可將滾輪710實 施為且用作具有絕對刻度的旋鈕或標(biāo)度盤按鈕。應(yīng)用實例包含從0逐漸到10的音量旋鈕， 具有針對縮放條件為縮放=100%的穩(wěn)定參考位置的縮放按鈕，模式選擇標(biāo)度盤等等。另一 實例是存取存儲在裝置中的預(yù)定義設(shè)定或簡要特征的標(biāo)度盤，其中標(biāo)記可印刷到滑輪上以 視覺地辨識每一設(shè)定。(在一個實施例中，在滑輪上存在對應(yīng)于可容易且快速地進行存取的 24個不同設(shè)定或簡要特征的24個棘齒。)根據(jù)本發(fā)明實施例，另一實例是使用滾輪作為數(shù) 字小鍵盤。在一個實施例中，點擊(或傾斜)滾輪(或點擊單獨的按鈕)在相關(guān)聯(lián)顯示器 上出現(xiàn)數(shù)字小鍵盤。在一個實施例中，可以旋轉(zhuǎn)方式呈現(xiàn)不同數(shù)字。在一個實施例中，旋轉(zhuǎn) 滾輪致使不同數(shù)字出現(xiàn)或被選擇。應(yīng)注意，本發(fā)明的實施例并不限于滾輪或滑輪，而是可用 于其中測量旋轉(zhuǎn)的任何輸入機構(gòu)中。測量滾輪的傾斜根據(jù)本發(fā)明的實施例，可使用用于測量滑輪710的絕對角位置的相同傳感器730 測量滾輪710的傾斜。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的實施例，不需要單獨的傳感器、開關(guān)等測量 滑輪710的傾斜。此導(dǎo)致輸入裝置中更緊湊且更低成本的傾斜滑輪實施方案?？蓮膱D12A至12C看到，當(dāng)滑輪710傾斜時，磁體720與傳感器730之間的距離改 變。在圖12A中，滑輪710不遠離垂直平面傾斜，且傾斜軸1200是垂直的。在所顯示實施 例中，當(dāng)滑輪710不傾斜時，磁體720與傳感器730之間的距離是1毫米。在圖12B中，當(dāng) 滑輪710朝向左邊傾斜時，磁體720與傳感器730之間的距離增加到1. 4毫米。在圖12C 中，滑輪710朝向右邊傾斜，且磁體720與傳感器之間的距離減少到0. 6毫米。應(yīng)注意，本 文中所提及的確切距離僅用于圖解說明的目的。圖13A至13C顯示磁體720與傳感器730之間的距離如何提供關(guān)于滑輪710的傾斜的信息。在圖13A至13C中，X軸指示測量期間的時間，而Y軸指示由傳感器730測量的 磁場?？煽吹剑趫D13A中正弦曲線波的振幅提供關(guān)于滑輪710的傾斜的信息，同時圖13A 中的正弦曲線波的相位提供關(guān)于滑輪710的絕對角位置的信息。在圖13B中，提取出振幅 信息以易于評估滑輪的傾斜?？煽吹?，當(dāng)滑輪710及因此磁體720朝向傳感器730移動時 (在圖12A至12C中所示的實施例中為向右邊傾斜)，此導(dǎo)致比在滑輪710位于中央時(不 傾斜)較大的振幅，而當(dāng)滑輪710及因此磁體720遠離傳感器730移動時(在圖12A至12C 中所示的實施例中向左邊傾斜)，此導(dǎo)致比在滑輪710位于中央時(不傾斜)較小的振幅。 圖13C顯示在一個實施例中，可將一振幅值范圍識別為指示向右傾斜，可將另一范圍識別 為指示不傾斜且可將再另一范圍識別為指示向左傾斜。圖14顯示圖解說明在本發(fā)明一個實施例中如何使用磁場的方向及振幅的流程 圖。在眾多不同方向上測量磁場的振幅(步驟1410)，從而允許用輸出信號的相位編碼磁場 的方向。檢測到最大振幅所處的方向提供磁場的方向。輸出第一信號(步驟1420)，其中相 位指示磁場的方向，如圖13A中所示。測量輸出信號的振幅(例如，峰值或平均值)(步驟 1430)且所述振幅提供關(guān)于磁性信號振幅的信息。輸出第二信號(步驟1440)，其對應(yīng)于磁 場的振幅，如圖13B中所示。如上文所提及，根據(jù)本發(fā)明實施例，磁場的方向用來獲得滑輪 710的絕對位置，而磁場的振幅用來獲得關(guān)于滑輪710的傾斜的信息。應(yīng)注意，出于清晰的目的，圖12A至12C中所示的實施例具有位于滑輪710的一側(cè) 上的磁體720。然而，具有位于滑輪730內(nèi)的磁體720的實施例也以上文相關(guān)于測量滑輪 730的傾斜所述的方式運行。只要磁體720附接到滑輪710上，傳感器730便可如上文所述 測量滑輪710的傾斜，而不論磁體720的確切位置如何。使齒合感覺與滑輪的旋轉(zhuǎn)同步如上文所提及，為具有良好的用戶體驗，由滑輪提供的齒合感覺需要與所產(chǎn)生的 旋轉(zhuǎn)觸發(fā)的動作相協(xié)調(diào)。舉例來說，如果旋轉(zhuǎn)觸發(fā)的動作是在連接到具有滑輪的裝置與其 通信的主機的顯示器上滾動，那么發(fā)送到主機的滾動信號需要與齒合感覺相協(xié)調(diào)。如果不 準(zhǔn)確地使此齒合感覺同步，那么用戶將對與動作(例如，滾動到下一行)發(fā)生脫離地接收齒 合感覺感到困惑。因此，降級用戶的反饋質(zhì)量。在具有棘齒的眾多鼠標(biāo)滾輪實施方案中，滾輪滑輪每一圈鼠標(biāo)向主機計算機報告 24個棘齒。為實現(xiàn)此，增量型光學(xué)編碼器每圈測量192個增量，然后將所述增量聚合成棘齒 塊，每一塊由8個增量組成。為了在用戶滾動滑輪時，使其產(chǎn)生凹口的感覺，在常規(guī)滑輪內(nèi) 構(gòu)造機械棘齒且所述機械棘齒由彈簧控制。因此，需要使機械棘齒角位置與常規(guī)編碼器所 報告的增量型角位置同步。在本發(fā)明的實施例中，也存在機械棘齒以向用戶提供齒合感覺。如上文所提及，本 發(fā)明的各種實施例利用磁性編碼器，所述磁性編碼器提供關(guān)于滑輪的絕對角位置的信息。 因此，根據(jù)本發(fā)明實施例，棘齒同步是通過在生產(chǎn)線上校準(zhǔn)裝置來實現(xiàn)。如上文所提及，在 本發(fā)明的實施例中，極大地避免了丟失計數(shù)。在一個實施例中，不需要棘齒重新同步，這是 因為在本發(fā)明的實施例中可避免丟失計數(shù)。然而，在一個實施例中，甚至當(dāng)在制造期間校準(zhǔn)裝置時，數(shù)個因數(shù)(例如，甚至最 小非直線性、滯后、漂移等)均致使齒合感覺隨著時間變得與傳感器730所測量的旋轉(zhuǎn)信號 不同步。因此，在一個實施例中，使所測量的角位置與機械棘齒重新同步。在一個實施例中，在生產(chǎn)線上不執(zhí)行初始同步，且如下文所描述，簡單地使所測量的角位置與機械棘齒同步。 此可通過檢測何時滑輪710不轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。然后，連續(xù)測量將具有相同值，此意指滑輪處于 穩(wěn)定的棘齒位置中。當(dāng)此情況發(fā)生時，所測量的絕對角位置可與機械棘齒重新對準(zhǔn)。圖15A至15C圖解說明機械齒合感覺如何與傳感器730所測量的旋轉(zhuǎn)信號同步。 這些解說明根據(jù)本發(fā)明實施例如何在生產(chǎn)線上校準(zhǔn)棘齒同步以及根據(jù)本發(fā)明實施例 如何在裝置的壽命期間可重新同步棘齒。圖15A顯示滑輪710轉(zhuǎn)動。圖15B顯示所繪制的 滑輪710的角位置相對于時間的曲線，而圖15C顯示所繪制的滑輪710的角速度相對于時 間的曲線。可基于隨時間測量角位置計算角速度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在棘齒模式中，當(dāng) 用戶用其手指轉(zhuǎn)動滾輪時，滑輪運動將不是確切的直線性。其會在兩個棘齒位置之間時加 速而在棘齒穩(wěn)定位置的中間時往往減慢。在一個實施例中，基于角位置的測量，獲得隨時間的滑輪角速度。然后，分析速度 局部最大值及局部最小值以確定棘齒的機械位置。應(yīng)注意，通過知曉絕對角位置，可經(jīng)由滑 輪的數(shù)個圈重復(fù)速度信號且相對于滑輪機構(gòu)精確地定位，因此增加位置及速度分析的總精 確性。在一個實施例中，一旦在旋轉(zhuǎn)編碼器(傳感器730)的坐標(biāo)框架中精確地知曉每一 棘齒的角位置，當(dāng)出現(xiàn)兩個機械棘齒之間的過渡時確切地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)觸發(fā)的命令(例如，滾 動信號)，因此改良用戶棘齒反饋質(zhì)量。在一個實施例中，當(dāng)出現(xiàn)每一棘齒時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)觸發(fā) 的命令。在一個實施例中，在兩個機械棘齒之間及當(dāng)出現(xiàn)機械棘齒時兩者均產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)觸發(fā) 的命令。在一個實施例中，將旋轉(zhuǎn)觸發(fā)的命令發(fā)送到裝置與其通信的主機(例如，計算機)。盡管已圖解說明并描述本發(fā)明的特定實施例及應(yīng)用，但應(yīng)了解，本發(fā)明并不限于 本文所揭示的精確構(gòu)造及組件。舉例來說，根據(jù)本發(fā)明實施例的輸入裝置可以是用于控制 用戶的多媒體系統(tǒng)(例如，TV、DVD播放器等)的組件的遠程控制件。作為另一實例，上述 實施例中的任一者可應(yīng)用于其中將要在緊湊裝置中測量旋轉(zhuǎn)移動的任何情形，所述緊湊裝 置需要以低成本制造。在不背離如以上權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明精神及范圍的前提下， 可在本文所揭示的本發(fā)明方法及設(shè)備的布置、操作及細節(jié)中做出各種其它修改、改變及變 化形式，所述修改、改變及變化形式對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。
權(quán)利要求
一種供在輸入裝置中使用的滑輪組合件，所述滑輪組合件包括滑輪；磁體，其耦合到所述滑輪，其中所述耦合使得所述磁體與所述滑輪一起旋轉(zhuǎn)；及磁性傳感器，其用于測量所述磁體的絕對位置，其中所述傳感器提供由所述滑輪的旋轉(zhuǎn)觸發(fā)的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的滑輪組合件，其中所述磁體是永久磁體。
3.如權(quán)利要求1所述的滑輪組合件，其中所述磁體是徑向磁化的雙極磁體。
4.如權(quán)利要求1所述的滑輪組合件，其中所述磁體置放于所述滑輪內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的滑輪組合件，其中所述磁體置放于所述滑輪的第一側(cè)上，且所 述傳感器置放于所述滑輪的所述第一側(cè)上。
6.如權(quán)利要求1所述的滑輪組合件，其中所述傳感器向所述輸入裝置提供由所述滑輪 的旋轉(zhuǎn)觸發(fā)的信號。
7.如權(quán)利要求1所述的滑輪組合件，其中所述傳感器向主機提供由所述滑輪的旋轉(zhuǎn)觸 發(fā)的信號，所述輸入裝置以通信方式耦合到所述主機。
8.如權(quán)利要求1所述的滑輪組合件，其中所述傳感器提供關(guān)于所述滑輪遠離垂直平面 傾斜的信息。
9.如權(quán)利要求1所述的滑輪組合件，其中所述滑輪組合件用于將所述輸入裝置從休眠 狀態(tài)喚醒。
10.如權(quán)利要求1所述的滑輪組合件，其中所述滑輪組合件消耗低電力。
11.如權(quán)利要求1所述的滑輪組合件，其中所述傳感器具有保護罩。
12.如權(quán)利要求11所述的滑輪組合件，其中所述保護罩減少靜電放電。
13.如權(quán)利要求11所述的滑輪組合件，其中所述保護罩提供對異物的進入的屏障。
14.一種用于測量輸入裝置中的滑輪的旋轉(zhuǎn)及傾斜的方法，所述滑輪具有耦合到其的 磁體，其中所述輸入裝置包含用于測量由所述磁體產(chǎn)生的磁場的傳感器，所述方法包括在多個方向上按順序測量所述磁場的振幅；基于所述測量確定所述磁場的方向；基于所述磁場的方向產(chǎn)生第一信號；確定所述第一信號的振幅的值；及基于所述第一信號的所述振幅產(chǎn)生第二信號，其中所述第一信號提供關(guān)于所述滑輪的 旋轉(zhuǎn)的信息，且所述第二信號提供關(guān)于所述滑輪的傾斜的信息。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括向所述輸入裝置提供所述所產(chǎn)生的第一及第二信號中的至少一者。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括向主機提供所述所產(chǎn)生的第一及第二信號中的至少一者，所述輸入裝置與所述主機通
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括使所述輸入裝置的用戶所體驗的機械齒合感覺與所述所產(chǎn)生的第一信號同步。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述滑輪的制造期間執(zhí)行所述同步。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述滑輪的使用期間執(zhí)行所述同步。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述同步包括 計算所述滑輪的旋轉(zhuǎn)速度；及分析所述速度的局部最大值及局部最小值。
21.一種制造供在輸入裝置中使用的滑輪組合件的方法，所述方法包括 將滑輪定位在滑輪支架內(nèi)，使得所述滑輪可由用戶的手指旋轉(zhuǎn)；將磁體耦合到所述滑輪，其中所述耦合使得所述磁體與所述滑輪一起旋轉(zhuǎn)；及將磁性 傳感器定位在所述滑輪附近處，其中所述磁性傳感器測量所述磁體的絕對位置，且其中所 述傳感器提供由所述滑輪的旋轉(zhuǎn)觸發(fā)的信號。
22.如權(quán)利要求21所述的制造方法，其進一步包括 用保護罩覆蓋所述傳感器。
23.如權(quán)利要求21所述的制造方法，其進一步包括校準(zhǔn)所述滑輪以使由所述滑輪的所述旋轉(zhuǎn)觸發(fā)的所述信號與所述用戶的手指所體驗 的齒合感覺同步。
全文摘要
本文中揭示用于輸入裝置的磁性旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。本發(fā)明的實施例包含用于輸入裝置的滾輪，其中通過磁性編碼器測量所述滾輪的絕對角位置。將磁體附接到所述滾輪，可能附接于所述滾輪的內(nèi)部以使所述實施例更緊湊。在一個實施例中，磁化是簡單且低成本的。此外，不需要嚴格的公差，且此系統(tǒng)易于制造。在一個實施例中，傳感器由任何非鐵磁性材料覆蓋以保護其免受雜質(zhì)粒子影響且減少ESD。在一個實施例中，滑輪比輸入裝置中的常規(guī)滑輪消耗少得多的電力。在一個實施例中，使用用于測量所述滑輪的旋轉(zhuǎn)的相同傳感器測量所述滑輪的傾斜。在一個實施例中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)所述滑輪時提供給用戶的齒合感覺與旋轉(zhuǎn)信號同步。
文檔編號G01C9/00GK101989133SQ20091026576
公開日2011年3月23日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月29日
發(fā)明者奧利維爾·泰塔澤, 尼古拉斯·肖萬 申請人:羅技歐洲公司