專利名稱：單鍵光標(biāo)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，主要用于控制計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)光標(biāo)的移動(dòng)及定位或用于繪圖儀及數(shù)控機(jī)床筆架、刀架的控制。
已有計(jì)算機(jī)鍵盤采用四到八個(gè)光標(biāo)控制鍵來控制光標(biāo)的移動(dòng)。它們分別控制光標(biāo)向＋X、－X、＋Y、－Y和45°、135°、225°、270°八個(gè)方向的移動(dòng)。而光標(biāo)移動(dòng)的速度又要用另一只手操縱一個(gè)速度控制鍵來控制，由于在操作時(shí)，手指必須頻繁地從一個(gè)按鍵跳到另一個(gè)按鍵，所以不得不手眼并用，不但容易疲勞，也限制了操作效律。
專用的光標(biāo)控制器有鼠標(biāo)器、操作桿、數(shù)字化儀、光筆等，但其共同的缺點(diǎn)是體積較大，不便于與計(jì)算機(jī)鍵盤做成一體，更不便于在便攜式計(jì)算機(jī)上使用。
本發(fā)明的目的在于提出一種新的光標(biāo)控制裝置，它可以做成按鍵的形式，與普通按鍵一起安裝在鍵盤上，并可以只用一只手指進(jìn)行操作。
本實(shí)用新型的目的是這樣達(dá)到的在按鍵的底座和外殼中裝有兩組相互垂直的力敏傳感器，一只鍵帽裝在一個(gè)機(jī)械傳力構(gòu)件上端，并通過傳力構(gòu)件，把所受手指的推力傳遞到每組力敏傳感器上。傳力構(gòu)件應(yīng)保證把鍵帽所受的平行于鍵盤平面的＋Y、－Y(前、后)方向的分力，只傳遞到第一組傳感器上，把所受＋X、－X(右、左)方向的分力，只傳遞到第二組傳感器上。傳力構(gòu)件根據(jù)力敏傳感器的不同，可以采用擺動(dòng)盤式和彈性梁式兩種形式。
每組傳感器通過一個(gè)電橋電路，就可以得到大小與±Y或±X方向所受力成正比，符號(hào)與所受力的方向一致的直流電壓。該直流電壓經(jīng)A／D變換，就可以用來控制光標(biāo)在垂直和水平方向的移動(dòng)方向和速度。
假定采用8位的A－D變換器，并使當(dāng)鍵帽受力小于±1g時(shí)光標(biāo)靜止，則當(dāng)鍵帽受力為1－2g時(shí)，光標(biāo)以最低速度移動(dòng)，假設(shè)為4個(gè)光柵單位／秒，這樣可實(shí)現(xiàn)精確定位，那末當(dāng)鍵帽受力為64－127g時(shí)光標(biāo)有最大移動(dòng)速度256－510光柵單位／秒。當(dāng)鍵帽受到斜向力時(shí)，兩組力敏傳感器都受到力的作用，兩組電橋電路及放大器都有輸出，其結(jié)果光標(biāo)在X和Y方向上以不同速度移動(dòng)，即斜向移動(dòng)，改變手指對鍵帽力的方向和大小，將能畫出優(yōu)美的曲線。
為了消除傳感器及放大電路的漂移對光標(biāo)位置的影響，在鍵帽頂部可以制有一只微動(dòng)開關(guān)或觸摸式開關(guān)電極，該開關(guān)與一個(gè)電路聯(lián)接，當(dāng)手指離開按鍵時(shí)，該電路觸發(fā)，并通知計(jì)算機(jī)一面把光標(biāo)鎖定，一面自動(dòng)消除傳感器及放大電路的漂移。
由于能用一個(gè)按鍵代替現(xiàn)有計(jì)算機(jī)鍵盤上四到八個(gè)光標(biāo)方向控制鍵以及速度控制鍵，縮小了鍵盤面積，這特別有利于便攜式計(jì)算機(jī)，而且給操作人員同時(shí)操作光標(biāo)和其它功能鍵帶來很大便利，能有效提高操作效率，降低長時(shí)間工作的疲勞程度。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。


圖1是單鍵光標(biāo)控制器的第一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
圖2是圖1的B－B面剖視圖。
圖3是頂部制有球面形凹坑的鍵帽形狀。
圖4是頂部制有弧形截面橫向凹槽的鍵帽形狀。
圖5是單鍵光標(biāo)控制器的第二個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
圖6是一體化導(dǎo)電橡膠壓敏傳感器的剖面圖。
圖7是圖6壓敏傳感器的俯視圖。
圖8是單鍵光標(biāo)控制器的第三個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
圖9是圖8中的導(dǎo)電橡膠壓敏傳感器的剖面圖。
圖10是單鍵光標(biāo)控制器的第四實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
圖11是圖10的A－A截面剖視圖。
圖12是單鍵光標(biāo)控制器的第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是圖12的B－B截面剖視圖。
圖14是單鍵光標(biāo)控制器的第六個(gè)實(shí)施例的縱剖面圖。
圖15是圖14的C－C剖視圖。
圖16是第六實(shí)施例外所用外部電路理圖。
在圖1中鍵帽(1)固定在傳力構(gòu)件擺動(dòng)盤(2)上方小軸上。擺動(dòng)盤底部制有球狀凹面，它套在底座(3)中心的一個(gè)小軸的球頭(4)上，可以在其上擺動(dòng)，但不能脫離，擺動(dòng)盤園周上制有缺口或凸起，并與殼體或底部上的凸起或缺口(5)吻合，以保持鍵帽的位置，不使轉(zhuǎn)動(dòng)。
兩組(每組兩個(gè)、相對布置)對壓力敏感的傳感器(6)一組水平，另一組垂直地分布在殼體(7)內(nèi)面的園周上。在擺動(dòng)盤(2)和殼體(7)之間也可以放一個(gè)彈性元件(8)，以使鍵帽不受力時(shí)，擺動(dòng)盤能自動(dòng)復(fù)位。彈性元件(8)可以用橡膠或別的彈性材料制成。
平時(shí)，在四個(gè)壓敏傳感器或彈性元件(8)復(fù)位力的作用下，擺動(dòng)盤(2)將自動(dòng)保持水平。當(dāng)用手指把鍵帽在平行于鍵盤的平面內(nèi)推動(dòng)，按推動(dòng)的方向，擺動(dòng)盤將發(fā)生偏斜。四個(gè)壓敏傳感器中的對應(yīng)的一個(gè)或兩個(gè)將受到壓力作用，并輸出與受力大小成確定關(guān)系的電參量變化。各個(gè)傳感器的電參量變化經(jīng)電橋電路、A／D變換電路變換后送入計(jì)算機(jī)，就可以控制光標(biāo)移動(dòng)的速度和方向。
接觸式開關(guān)也屬于壓力敏感式傳感器。用接觸式開關(guān)代替圖1中的壓敏傳感器(6)，可以構(gòu)成最簡單的單鍵光標(biāo)控制器，它不需要電橋電路和A／D變換電路，可以直接代替已有計(jì)算機(jī)鍵盤上的四或八個(gè)光標(biāo)控制鍵，使鍵盤面積減小，而原電路不必改動(dòng)。
代替已有計(jì)算機(jī)鍵盤上八個(gè)光標(biāo)控制鍵，可以用八個(gè)接觸式開關(guān)，間隔45°地布置在殼體(7)內(nèi)表面園周上。
利用具有一定電阻率的導(dǎo)電橡膠可以制成一種簡單的壓敏傳感器。
圖5所示的第二個(gè)實(shí)施例是采用導(dǎo)電橡膠作為傳感器的光標(biāo)控制器的實(shí)施方案。四個(gè)導(dǎo)電橡膠(9)分兩組相互垂直地布置在殼體(7)內(nèi)面園周上，每個(gè)導(dǎo)電橡膠底部較大，并有導(dǎo)電極(10)引出，而頂部漸漸縮小，成錐形或三角形。擺動(dòng)盤的導(dǎo)電平面(11)與導(dǎo)電橡膠頂部接觸，并使之受到一定的壓縮。當(dāng)鍵帽(1)受力，使擺動(dòng)盤發(fā)生傾斜時(shí)，某導(dǎo)電橡膠與擺動(dòng)盤的接觸面積將增大，導(dǎo)致擺動(dòng)盤導(dǎo)電面引出線(12)與該導(dǎo)電橡膠引出線之間電阻變小，而對面一個(gè)導(dǎo)電橡膠與擺動(dòng)盤接觸面積將減小，使引出線(12)與該導(dǎo)電橡膠引出線之間電阻加大。
四個(gè)導(dǎo)電橡膠引出線，擺動(dòng)盤導(dǎo)電面引出線，以及鍵帽觸摸開關(guān)引出線從底座(3)引出，并接到電橋電路。
四個(gè)導(dǎo)電橡膠可以用絕緣橡膠隔離，制成一整體環(huán)狀。以使制造工藝簡化。
圖6是一體化導(dǎo)電橡膠兩維壓敏傳感器的剖面圖。
圖7是該傳感器俯視圖。圖中(13)為導(dǎo)電橡膠制成，(14)為絕緣膠制成。
圖8是用彈性梁式傳力構(gòu)件與導(dǎo)電橡膠壓敏傳感器相結(jié)合的實(shí)施方案。圖中(15)為導(dǎo)電橡膠壓敏傳感器，(16)為每個(gè)導(dǎo)電橡膠的后背電極，(17)為引出線，(18)為擺動(dòng)園柱導(dǎo)電面引出線。
該方案中，導(dǎo)電橡膠壓敏傳感器(15)可以制成圖9所示的整體環(huán)狀。同圖7一樣，它具有四個(gè)導(dǎo)電區(qū)和四個(gè)絕緣區(qū)，相互隔離。該實(shí)施例具有制造工藝特別簡單的優(yōu)點(diǎn)。
圖10所示的第四實(shí)施例是力敏傳感器采用應(yīng)變片的實(shí)施方案。
圖11為圖10A－A截面剖視圖。圖中，(19)為防護(hù)罩，(20)為應(yīng)變片式力敏傳感器，(22)為觸摸開關(guān)引出線，(23)為觸摸開關(guān)，圖中鍵帽(1)直接安裝在彈性梁(21)上端，而(21)固定在底座(3)中間。＋Y向應(yīng)變片(24)，－Y向應(yīng)變片(25)，＋X向應(yīng)變片(26)，－X應(yīng)變片(27)制在矩形彈性梁的四個(gè)側(cè)面上。
當(dāng)鍵帽在某方向，假設(shè)＋Y方向受到力，彈性梁(21)將發(fā)生彎曲，結(jié)果＋Y向應(yīng)變片(24)將受到壓縮，－Y向應(yīng)變片(25)將被拉長，使(24)電阻變小，(25)電阻增大，(24)(25)的對應(yīng)變化，經(jīng)電橋電路，就可獲得大小與＋Y方向受力大小成比例、符號(hào)與鍵帽受力的方向一致的電壓。
該實(shí)施例中，彈性梁(21)可用彈性摸量合適的金屬或塑料制成，并可與底座制成一體。而應(yīng)變片可以用鍍膜技術(shù)直接制在彈性梁表面。
圖12所示第五實(shí)施例，是力敏傳感器采用應(yīng)變片式結(jié)構(gòu)的又一實(shí)施方案。圖13是圖12B－B截面部視圖，圖中(31)為＋Y向應(yīng)變片，(32)為－Y向應(yīng)變片，(33)為＋X向應(yīng)變片，(34)為－X方向應(yīng)變片。
該結(jié)構(gòu)中，采用了十字形應(yīng)變梁(29)，該應(yīng)變梁固定在底座(3)上。其中部固定一個(gè)傳力桿(28)。在十字形應(yīng)變梁(29)的四條臂的一面或兩面制有應(yīng)變片(30)，當(dāng)鍵帽在＋X方向受到力時(shí)，該力通過傳力桿(28)引起十字形梁(29)右、左部分變形。右部上面受壓縮，下面受拉伸，左部上面受拉伸，下面受壓縮，從而引起應(yīng)變片電阻值的相應(yīng)變化。該變化通過電橋可以獲得與兩個(gè)方向受力成正比的兩個(gè)電壓輸出。
圖14所示第六實(shí)施例，是采用差動(dòng)變壓器式力敏傳感器的實(shí)施方案，圖15為圖14C－C剖視圖。
中央動(dòng)鐵芯(35)具有一定彈性，鍵帽(1)直接安裝在中央動(dòng)鐵芯(35)上端，定子鐵芯(37)上均布地制有四個(gè)磁極，其上端與中央動(dòng)鐵芯(35)之間具有一定間隙。初級(jí)線圈(37)接到一個(gè)交流電源上?！繶向定子線圈(38)、(39)和±Y向定子線圈(40)、(40)分別反向串聯(lián)，并分別接到兩個(gè)相敏整流器輸入端。
當(dāng)鍵帽不受力時(shí)，中心動(dòng)鐵芯(35)與四個(gè)定子鐵芯之間氣隙相等，因此四個(gè)定子線圈所感到的電壓大小相等。而＋X向定子線圈(38)和－X向定子線圈(39)反相串聯(lián)后，其電壓相互抵消，因而輸出信號(hào)電壓為零，經(jīng)相敏放大檢波后，輸出直流電壓也為零。當(dāng)鍵帽(1)受到＋X方向作用力時(shí)，中央動(dòng)鐵芯(35)與＋X向定子線圈(38)的磁極間氣隙減小，而與－X向定子線圈(39)的磁極間氣隙增大，因而線圈(38)感應(yīng)電壓大于線圈(39)感應(yīng)電壓，它們反相串聯(lián)后所得電壓不為零。該電壓經(jīng)相敏放大整流后得到一直流電壓，該電壓將與鍵帽受力成正比。當(dāng)鍵帽受到－X方向作用力時(shí)，該電壓將變?yōu)樨?fù)值。
中心動(dòng)鐵芯也可以不帶初級(jí)線圈(37)，此時(shí)，外部電路應(yīng)作一些變化。
圖16所示為第六實(shí)施例所用外部電路原理圖。圖中(42)交流電源，(43)初級(jí)線圈，(44)＋X向線圈，(45)－X向線圈，(46)＋Y向線圈，(47)－Y向線圈，(48)±X相敏整流器，(49)±Y向相敏整流器。
對于以上各實(shí)施例，為了手指在向前后左右推動(dòng)鍵帽時(shí)不至于滑動(dòng)，在鍵帽頂部應(yīng)制有球面形凹坑，其上部直徑為10－16mm，深度為3－6mm，如圖3；或弧形截面橫向凹槽，其上口寬8－16mm，深3－6mm，如圖4。在鍵帽頂部平面，應(yīng)制有凹凸顆粒，以增大對手指的摩擦力。也可在鍵帽頂部附以一層摩擦系數(shù)大的橡膠或聚合物。
當(dāng)長時(shí)間操作光標(biāo)時(shí)，用一只手指操作會(huì)感到疲勞，所以鍵帽應(yīng)做成有較大的寬度。這樣，既可用三個(gè)手指進(jìn)行操作，兩邊的手指需要時(shí)也可操作別的按鍵，該寬度一般為25－60mm。
權(quán)利要求1.一種單鍵光標(biāo)控制器由鍵帽、底座、及對鍵帽所受力敏感的傳感器所構(gòu)成，其特征在于所述傳感器由至少2組能分別對鍵帽在平行于鍵盤平面的±X、±Y方向所受的力獨(dú)立做出反應(yīng)的小傳感器所組成。
2.按權(quán)利要求1所述之單鍵光標(biāo)控制器，其特征在于所述之傳感器由四個(gè)或八個(gè)接觸式開關(guān)(6)和一個(gè)可繞中心擺動(dòng)的接觸盤(2)所組成。
3.按權(quán)利要求1所述之單鍵光標(biāo)控制器，其特征在于所述之傳感器由應(yīng)變梁和應(yīng)變片所構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求1所述之單鍵光標(biāo)控制器，其特征在于所述之傳感器由十字分布的四個(gè)固定鐵芯線圈和一個(gè)中央活動(dòng)鐵芯所構(gòu)成，中央鐵芯中帶有一個(gè)或不帶有線圈。
5.按權(quán)利要求1所述之單鍵光標(biāo)控制器，其特征在于所述之傳感器是由十字分布的四個(gè)導(dǎo)電橡膠和一個(gè)可繞中心擺動(dòng)的導(dǎo)電接觸體所構(gòu)成，導(dǎo)電橡膠底面具有導(dǎo)電極，并經(jīng)引線通向接線端子，接觸體導(dǎo)電表面也有引線通向接線端子。
6.按權(quán)利要求1和3所述之應(yīng)變片式單鍵光標(biāo)控制器，其特征在于所述之應(yīng)變片式力敏傳感器，由一個(gè)公共的矩形截面應(yīng)變梁和附在其四面的應(yīng)變片構(gòu)成，前后兩面的應(yīng)變片構(gòu)成對鍵帽±Y方向受力敏感的電橋，左右兩面的應(yīng)變構(gòu)成對鍵帽在±X方向受力敏感的電橋。
7.按權(quán)利要求1和3所述之應(yīng)變片式單鍵光標(biāo)控制器，其特征在于所述之應(yīng)變片制在一個(gè)十字形應(yīng)變梁(29)的一面或兩面，十字梁左右部分應(yīng)變片和上下部分應(yīng)變片分別構(gòu)成對±X方向和±Y方向受力敏感的電橋電路。
8.按權(quán)利要求1和5所述單鍵光標(biāo)控制器，其特征在于所述之導(dǎo)電橡膠力敏傳感器由四段導(dǎo)電橡膠和四段絕緣橡膠相互隔離制成一個(gè)整體園環(huán)。
9.按權(quán)利要求1所述之單鍵光標(biāo)控制器，其特征在于鍵帽頂部制有與底座上的接線端子電氣連結(jié)的觸摸電極或微動(dòng)開關(guān)。
10.按權(quán)利要求1所述之單鍵光標(biāo)控制器，其特征在于鍵帽(1)X方向的長度應(yīng)為25－60mm。
11.按權(quán)利要求1所述之單鍵光標(biāo)控制器，其特征在于鍵帽(1)頂部中心應(yīng)制有一球面狀凹坑或弧形截面橫向凹槽，凹坑口部直徑為10－16mm，深度為3－6mm，弧形截面橫向凹槽，其上口寬8－16mm，深3－6mm。
專利摘要一種力敏光標(biāo)控制鍵由鍵帽、底座和對鍵帽在平行于鍵盤的平面內(nèi)所受的力敏感的力敏傳感器構(gòu)成。這種傳感器可以由擺動(dòng)盤和4-8個(gè)接觸開關(guān)，或4個(gè)導(dǎo)電橡膠組成，也可以由應(yīng)變梁和2-8個(gè)應(yīng)變片或由一個(gè)動(dòng)鐵芯和4個(gè)固定鐵芯線圈組成。它可以同普通按鍵一起安裝于計(jì)算機(jī)或其它電子設(shè)備鍵盤上，由于可以用手指對鍵帽作用力的方向和大小來控制光標(biāo)或其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)移動(dòng)的方向和速度，所以既可以實(shí)現(xiàn)高速大范圍的移動(dòng)控制，又可實(shí)現(xiàn)精確定位。本實(shí)用新型特別適合于便攜式計(jì)算機(jī)或儀器。
文檔編號(hào)G06F3/033GK2133017SQ92202198
公開日1993年5月12日 申請日期1992年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月26日
發(fā)明者邵文遠(yuǎn) 申請人:邵文遠(yuǎn), 蔡兵