多向輸入裝置的製作方法
2023-08-22 19:28:01
專利名稱：多向輸入裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於例如使小型計算機顯示裝置顯示面上的光標位置移動、特別是用於圖象傳感器及圖象處理中輸出指示信號的光學多向輸入裝置。
通過軟線與計算機連接並在計算機顯示裝置的顯示面上指示光標位置的多向輸入裝置，目前，廣泛應用的是，將在平面上移動的球的移動量轉換為XY軸坐標、得到X軸坐標信號及Y軸坐標信號的、被稱作屬標器的多向輸入裝置。該屬標器為使球在平面上移動的接觸式，故有可能產生因塵埃汙染屬標器而引起的動作不良，必須進行球的清掃等屬標器的保養。鑑於上述情況，例如日本國特許公報3012/93號公開了不使用球而光學性得到XY軸坐標信號的非接觸式多向輸入裝置。該非接觸式多向輸入裝置使用圖象處理坐標變換集成電路檢測移動量及方向，將該檢測結果變換為XY軸坐標信號而輸出，下面，參照
圖1簡單地對此進行說明。
外殼10由外殼主體1和蓋2構成，在蓋2的平面部2a的中心部形成有透鏡固定開孔21。印刷配線電路板5和蓋2大致平行地固定於外殼主體1上。在蓋2的透鏡固定開孔21的內周和印刷配線電路板5之間安裝有透鏡部件3。透鏡部件3由接合於透鏡固定開孔21的環狀凸緣部31、自環狀凸緣部31的內周緣部呈錐狀一體延伸到印刷配線電路板5的透明的透鏡保持部32、和堵塞透鏡保持部32的印刷配線電路板5側端部而一體形成的透鏡33構成。在印刷配線電路板5上與透鏡33相對形成有中心開孔51。
在該中心開孔51的位置，在配線電路板5的與透鏡部件3相對的面上安裝有圖象處理坐標變換集成電路7。圖象處理坐標變換集成電路7的突出的導光部71插入在配線電路板5的中心開孔51上。導光部71的中心軸與透鏡33的光軸位於同一直線上，使得與蓋2的平面部2a的外面相接的平面S的規定範圍在圖象處理坐標變換集成電路7內的圖象傳感器72成像。圖象處理坐標變換集成電路7與印刷配線電路板5的配線電連接。
在透鏡部件3的透鏡保持部32的外側，與其接近，在配線電路板5上安裝有發光二極體8。發光二極體8通過印刷配線電路板5的印刷配線與電源電連接，使其點亮發光。該光照射到所述平面S的至少所述範圍。
印刷配線電路板5上安裝有電纜52的一端，該電纜52的另一端與例如計算機連接，通過電纜52實現信號的授受並供給電源。
下面，說明該多向輸入裝置的操作。該多向輸入裝置將蓋2的平面部2a載置在例如桌面上，並與形成的反射面S相接。處於發光狀態的發光二極體8發射的光通過透明的透鏡保持部32照射反射面S，使該反射面S的像通過透鏡33及導光部71在圖象處理坐標變換集成電路7的圖象傳感器成像。當使多向輸入裝置在水平方向上向某一方向移動時，則移動中的反射面S的像時時刻刻在圖象處理坐標變換集成電路7的圖象傳感器成像。圖象處理坐標變換集成電路7在例如每秒1500次的較高速下實施該圖象傳感器的成像圖形的識別和運算處理。該成像圖形的識別和運算處理的內容是就在圖象傳感器72成像的反射面S的微小區域，對之前的成像圖形和當前的成像圖形進行比較，並運算處理該成像圖形的移動方向和移動量。根據該成像圖形的移動方向和移動量，求出X軸坐標信號和Y軸坐標信號，通過電纜52發送給計算機。上述多向輸入裝置的詳細內容請參照所述公報。
另一方面，多向輸入裝置還有被稱作跟蹤球的裝置。跟蹤球例如被安裝在計算機的鍵盤上，通過使球向所需方向旋轉，或用一隻手抓住球，用該手的拇指使球向所需方向旋轉而進行輸入。作為該跟蹤球，使用了圖象傳感器的光學裝置被提案於日本特許公開公報195168/94號(對應美國專利第5、288、993號(1994年2月22日發行))中。
跟蹤球具有屬標器所沒有的方便性。但是，由於所述光學跟蹤球是保持球的裝置，故具有形狀變大的缺點。
本發明的目的在於，提供一種多向輸入裝置，能與跟蹤球進行同等的處理，且形狀較小。
根據本發明的第一方面，外殼的中心部形成有取像用孔，其外面形成平面操作面，在該操作面上，移動自如地配置有操作板，該操作板在由磁性材料構成的一個面上具有不規則的粗糙面，利用設在外殼內的永久磁鐵的磁吸力，將該操作板保持在外殼上，以不使其自外殼脫落，操作板的粗糙面在設於外殼內的圖象處理坐標變換集成電路成像、處理。
根據本發明的第二方面，具有內面不規則的粗糙面的操作板被保持在外殼上，可自外部沿外殼的一個面自由移動，可使其向與該面垂直的方向稍稍移動，圖象處理坐標變換集成電路設在外殼內，使該操作板和圖象傳感器部相對，通過操作板的上述垂直方向的稍稍移動，可在接近集成電路的狀態下或遠離集成電路的狀態下，使操作板的粗糙面的像在圖象傳感器成像，使得在操作板遠離集成電路的狀態下或接近集成電路的狀態下，操作板的粗糙面的像不在圖象傳感器成像。
附圖的簡要說明如下圖1是現有的使用圖象處理坐標變換集成電路的屬標器的縱剖面圖；圖2是顯示本發明第一方面的實施例的縱剖面圖；圖3是將圖2所示的實施例的操作板9卸下顯示的外觀立體圖；圖4是圖1中的操作板9之例的局部剖面顯示圖；圖5是用於說明向同一方向大幅度移動光標的操作的操作板9的移動操作例示圖；圖6是將本發明第一方面的另一實施例的操作板9卸下顯示的外觀立體圖；圖7是顯示本發明第二方面的實施例的縱剖面圖；圖8是圖7的局部放大剖面圖。
參照圖2及圖3說明本發明的實施例。
外殼10由合成樹脂構成，厚度較大，呈大致圓板狀，在本例中，由一端封閉的軸向較短的圓筒狀外殼主體1和封閉其開放端的蓋2構成。本例中，外殼主體1的閉塞板部向外側彎曲為凸形，使得在單掌握住的狀態下，容易用例如拇指操作該多向輸入裝置。蓋2在圓板狀部的一面的周緣一體形成有環狀突條，該環狀突條的突出端面與外殼主體1的開放圓形端面接合。形成有外殼10的平面部的開口。在本例中，蓋2的外面為平面，在其中心部，取像用孔21形成所述開口。
外殼主體1內安裝有與蓋2平行的印刷配線電路板5。在蓋2的取像用孔21和配線電路板5之間安裝有透鏡部件3。透鏡部件3的環狀凸緣部31嵌合於蓋2的取像用孔21，與環狀凸緣部31成一體的透鏡保持部32自該環狀凸緣部31的內周緣部呈直徑逐漸減小的圓錐狀延伸至配線電路板5，透鏡33堵塞其延長端並一體構成。由環狀凸緣部31、透鏡保持部32及透鏡33構成的透鏡部件3例如由透明的樹脂材料一體成形。
與透鏡33相對，在配線電路板5形成有中心開孔51，圖象處理坐標變換集成電路7封閉該中心開孔51，並在透鏡部件3的相反側安裝於配線電路板5上。圖象處理坐標變換集成電路7的突出的導光部71嵌合於配線電路板5的中心開孔51。導光部71的中心軸及透鏡33的光軸位於同一直線上。圖象處理坐標變換集成電路7可使用市售件，並連接於印刷配線電路板5的配線上。
在印刷配線電路板5上，接近透鏡保持部32的外側，安裝有發光二極體8，其與印刷配線連接，照明外殼10的開口側。
在本實施例中，由具有不規則反射面的磁性材料構成的操作板9與導光部71相對，設置為可在外殼10的開口形成面、本例中為蓋2的外面上自由滑動。磁性吸引操作板9的永久磁鐵4保持在外殼10上，使得該操作板9不自外殼10脫落。
操作板9呈圓板狀，例如，如圖4局部剖面所示，具有不規則的微小凹凸的反射面的粗糙面片91例如粘接固定於磁性材料片92的一面上，磁性材料片92的另一面塗覆有保護膜93。粗糙面片91例如可是通常的複印紙，也可是布，只要具有不規則的微小凹凸即可，其厚度也是只要可將不規則微小凹凸形成於磁性材料片92的一面上即可。磁性材料片92的厚度為可得到作為操作板9的強度的厚度，可使用例如1mm以下0.1mm以上的鐵板。保護膜93用於在使用鐵板作為磁性材料片92時的防鏽用，例如可採用鍍(Ni)鎳層。
永久磁鐵4在本例中嵌入保持在透鏡部件3的環狀凸緣部31的與配線電路板5相對的面上形成的圓形凹部內。本例中，等間隔設置四個永久磁鐵4。利用永久磁鐵4將操作板9的磁性材料片92磁性吸引並保持在外殼10上。該吸引力的大小，使得操作板9不會自外殼10脫落，但可用手指使操作板9在操作面PS、即圖示例中形成透鏡部件3的環狀凸緣部31及蓋2的外面的面上容易地移動。根據其操作性，所述操作面PS優選平滑的面。該操作板9的直徑在一個實施例中，為操作面PS的直徑的約1/2。
選定各部分尺寸、透鏡33的焦點等，使得處於發光狀態的發光二極體8發射的光通過透明的透鏡保持部32照射操作板9的粗糙面，該面的像通過透鏡33及導光部71在圖象處理坐標變換集成電路7的圖象傳感器72成像。在將該多向輸入裝置以操作板9為上組裝在例如鍵盤等的狀態下，當用任一手指，或在操作板9朝上握在手掌中的狀態下，用該手的拇指使操作板9在操作面PS上向某一方向移動時，移動中的操作板9的粗糙面的像就會時時刻刻在圖象處理坐標變換集成電路7的圖象傳感器72成像。圖象處理坐標變換集成電路7以例如每秒1500次的較高速進行對圖象傳感器72的成像圖形的識別及運算處理。對該成像圖形的識別及運算處理的內容是就圖象傳感器的特定的微小區域，比較之前的成像圖形和當前的成像圖形，對成像圖形的移動方向及移動量進行相關運算處理。對圖象傳感器的整個區域進行該識別運算處理。根據該成像圖形的移動方向和移動量求出X軸坐標信號及Y軸坐標信號，通過與配線電路板5連接的電纜52發送到例如計算機。另外，發光二極體8、圖象處理坐標變換集成電路7的操作電力通過電纜52供給。
可用手指使操作板9在操作面PS上移動，使光標向某一方向移動的範圍，在本例中，最大大致是操作板9的直徑的範圍。因此，想要使光標進一步向該方向移動時，只要如下即可。例如，在圖5中，當使操作板9自(1)狀態向箭頭A1方向移動，成為(2)狀態，操作板9局部自透鏡33上偏出，形成不在圖象處理坐標變換集成電路7的圖象傳感器成像的狀態時，保持此時的光標的位置，即，在使用球的現有屬標器中，將屬標器自屬標墊上拿起，形成使光標停止移動的狀態，如箭頭A2所示，自該狀態將操作板9保持在自透鏡33上退開的狀態，大致以透鏡33的中心為中心旋轉大致半圈，如狀態(3)那樣，使得操作板9可向最初的箭頭A1方向在透鏡33上移動，使操作板9向箭頭A1方向移動，最初透鏡33被操作板9堵塞的狀態，變成與將自屬標墊上拿起的屬標器再次載置於屬標墊上的狀態相同。由此，當使操作板9向箭頭A1方向移動時，接著，光標向同一方向的移動再次開始。也就是說，該圖象處理坐標變換集成電路7當變得不能得到可檢測操作板9的移動的操作板9的像時，就停止X軸坐標信號和Y軸坐標信號的輸出。
如圖6所示，也可將環狀突條22和外殼10一體形成於操作面PS的周緣，使操作板9容易操作、處理。也就是說，例如，在反覆連續進行光標向同一方向的移動時，操作板9的移動受環狀突條22限制，可自該狀態一邊沿環狀突條22對操作板9進行導向，一邊使操作板9復歸到原來的狀態，再次進行光標向同一方向的移動操作。環狀突條22的存在可防止因手指的操作使操作板9脫落，並且，在反覆進行同一方向操作時的復歸的情況下，可防止誤將透鏡33上面堵塞而再次移動光標，使光標向非目標方向移動。
在上述實施例中，由於永久磁鐵4不與操作板9直接接觸，故在由樹脂材料構成操作面PS的情況下，可將操作面PS的整個面做成平滑面，操作性好。在將該多向輸入裝置安裝在鍵盤等上時，還是將與外殼10的操作面PS相反的面做成平面容易操作。
下面，參照圖7、圖8說明本發明的其他實施例。與圖1及圖2對應的部分使用同一符號。這種情況下，外殼10也由合成樹脂材料構成，由一端封閉的軸向較短的圓筒狀外殼主體1和封閉其開放端的蓋2構成。外殼主體1的開口端內周面上一體形成有周圍突緣12，蓋2由與周圍突緣12對接接合的環狀基部22和稍向外側突出一體形成於環狀基部22的蓋板23構成。蓋板23的中央部形成有中央開口24。在環狀基部22的外殼主體1側的內周緣部形成有環狀臺階部25。
透鏡部件3的環狀凸緣部31寬度大，環狀凸緣部31的外周緣部在嵌合於蓋2的環狀基部22上形成的環狀臺階部25的狀態下，由外殼主體1的環狀基部21和蓋2的環狀基部22夾持固定。環狀凸緣部31上至少形成三個本例中為四個貫通孔34，該貫通孔34大致以外殼10的軸心為中心大致等角度間隔配置。與上述實施例同樣，外殼10內安裝有印刷配線電路板5，該印刷配線電路板5上安裝有圖象處理坐標變換集成電路7。
操作板9在本實施例中，不是由磁性材料構成的，但在透鏡部件3側形成有不規則的微小凹凸的粗糙面。在本例中，在圓形保持基板94的透鏡部件3側的面上例如粘接固定有粗糙面片91，在保持基板94的另一面的中心部一體形成有抓握部95。保持基板94及抓握部95例如作為ABS樹脂的成形品構成，其厚度採用可進行下述動作的厚度。粗糙面片91可使用與上述實施例同樣的粗糙面片。
該操作板9相對於圖象處理坐標變換集成電路7的圖象傳感器72的成像面，可接近或遠離，且保持為可與圖象傳感器72的成像面平行地自由移動。因此，在本實施例中，按壓球6配置在透鏡部件3的環狀凸緣部31的貫通孔34內，這些各按壓球6利用一端固定於印刷配線電路板5的偏置螺旋彈簧61的另一端，向操作板9側偏置，通過按壓球6使操作板偏倚，將操作板9按壓在蓋板23上。這種情況下，在環狀凸緣部31和操作板9之間產生間隔h。這樣，操作板9在壓接於蓋板23的狀態下，或抵抗螺旋彈簧61的偏倚力而按壓在環狀凸緣部31的狀態下，可在與圖象傳感器72的成像面平行的面上向任意方向移動。
在本實施例的多向輸入裝置中，在操作板9和環狀凸緣部31之間存在間隔h的狀態下，選定各部分尺寸等，使得操作板9的粗糙面即粗糙面片91的透鏡33側的面的像通過透鏡33及導光部71在圖象處理坐標變換集成電路7的圖象傳感器72成像。在操作安裝在鍵盤等上的該多向輸入裝置的情況下，或將該多向輸入裝置的抓握部95為上側放入手掌，並用該手抓握外殼10，用該手的拇指操作該多向輸入裝置的情況下，當不使操作板9的抓握部95向配線電路板5側按壓，而在操作板9與蓋2相接的狀態下使抓握部95向某一方向移動時，移動中的操作板9的粗糙面的像就時時刻刻在圖象處理坐標變換集成電路7的圖象傳感器72的面上成像。圖象處理坐標變換集成電路7以例如每秒1500次的較高速實施對該圖象傳感器的成像圖形的識別及運算處理，與上述實施例同樣，根據成像圖形的移動方向和移動量，求出X軸坐標信號及Y軸坐標信號，通過電纜52發送給計算機。
在該操作中，在抓握部95與蓋板23的中央開口24的內周面碰上的狀態下，仍要繼續使光標向同一方向移動時，將抓握部95抵抗偏置螺旋彈簧61推壓，使操作板9按壓在作為擋板起作用的透鏡部件3的環狀凸緣部31，在此狀態下，使抓握部，95與和之前的操作方向相反側的中央開口24的內周面接觸。在操作板9按壓在環狀凸緣部31的狀態下，選定各部分的尺寸及透鏡的焦點深度，使得猶如操作板9的粗糙面的像已在圖象處理坐標變換集成電路7的圖象傳感器72成像。由此，在操作板9按壓在環狀凸緣部31上的狀態下，圖象處理坐標變換集成電路7由於操作板9的粗糙面不在其圖象傳感器72成像，故輸出將使用球的現有屬標器自屬標墊上拿起的狀態，也就是說，使光標的位置停止。在解除對抓握部95的按壓、即使操作板9與蓋板23接觸的狀態下，通過使抓握部95向所述方向移動，可使光標向同一方向進一步前進。
另外，也可以在操作板9與蓋板23相接的狀態下，使操作板9的粗糙面的像不成像於圖象傳感器72，不輸出X軸坐標信號及Y軸坐標信號，而在使操作板9與環狀凸緣部31接觸的狀態下，使操作板9的粗糙面的像成像於圖象傳感器72，通過操作板9的移動輸出X軸坐標信號及Y軸坐標信號。
操作板9與環狀凸緣部31的間隔h為例如2mm左右即可。圖象傳感器72的成像透鏡的焦點深度為例如±1mm左右，設定接近於其可成像的界限的狀態，自該成像狀態使操作板9與環狀凸緣部31或蓋板23接觸時，為了不使操作板9的粗糙面在圖象傳感器72上成像，所述h也可為1mm左右。
根據圖7及圖8所示的實施例，通過使抓握部95與蓋板23平行地移動操作，可實現與現有跟蹤球同等的操作，在現有的使用球的屬標器中，將屬標器自屬標墊上拿起，使光標停止移動的情況，可通過使操作板9向與蓋板23垂直的方向移動而簡單地實現。
為了提高操作性，尤其是在輸出坐標信號狀態下與操作板9接觸的面，即蓋板23的內面或環狀凸緣部31的與蓋板23相對的面最好為平滑面。
即使在圖7所示的實施例中，為了便於單手使用時的握持，與操作板9相反側的外殼10的面也可採用向外側凸起的彎曲面。
圖3所示的實施例及圖7所示的實施例，均可採用外殼10的厚度為10mm左右、直徑為30mm左右的小型裝置。
如上所述，根據本發明，可與現有的跟蹤球進行同等的處理，而且，由於不使用球，故外殼10可採用小型件，特別是可減薄其厚度。
權利要求
1.一種多向輸入裝置，包括外殼，一個外面形成平面狀操作面，中心部形成有取像用孔；操作板，移動自如地配置在上述外殼的上述操作面上，由磁性材料構成，與操作面相對接的面採用不規則的粗糙面；永久磁鐵，保持在上述外殼內，將上述操作板磁性吸引在上述外殼上；圖象處理坐標變換集成電路，保持在上述外殼內，具有通過上述取像用孔使上述操作板的一部分成像的圖象傳感器，識別成像於該圖象傳感器的像，檢測該像的移動，求出上述操作板的移動方向及移動量並輸出。
2.如權利要求1所述的多向輸入裝置，其特徵在於，所述操作板由鐵板、接合於所述鐵板上的粗糙面片、和形成於所述鐵板的另一面上的保護膜構成。
3.如權利要求1或2所述的多向輸入裝置，其特徵在於，所述外殼為軸向較短的大致圓筒狀，所述操作板為圓形，操作板的直徑為外殼直徑的大致1/2。
4.如權利要求1所述的多向輸入裝置，其特徵在於，嵌合於所述外殼的取像用孔內周面的環狀凸緣部、自該環狀凸緣部的內周緣起直徑逐漸變小而延長至所述圖象處理坐標變換集成電路的圖象傳感器的部分的透鏡保持部、和堵塞該透鏡保持部的延長端的透鏡由透明樹脂材料形成一體；上述環狀凸緣部的外面位於上述操作面上，所述永久磁鐵安裝在所述環狀凸緣部的內面上。
5.如權利要求1或4所述的多向輸入裝置，其特徵在於，所述外殼為軸向較短的大致圓筒狀，在所述操作面的外周緣上，環狀突條一體形成於外殼上，所述操作板為圓形。
6.一種多向輸入裝置，包括外殼，一個面採用平板，在該平板上形成有中央開口；圖象處理坐標變換集成電路，保持在上述外殼內，使圖象傳感器位於上述中央開口側，用於識別成像於該圖象傳感器的像，檢測該像的移動，求出其移動方向及移動量並輸出；操作板，保持在所述外殼內，堵塞所述中央開口，可通過來自外部的操作，沿所述平板移動，可變更其與圖象傳感器的距離，在所述圖象傳感器側具有不規則的粗糙面。
7.如權利要求6所述的多向輸入裝置，其特徵在於，所述操作板通過球，利用彈簧被按壓在所述平板的內面上，設有當抵抗所述彈簧的力而按壓所述操作板時，限制該操作板的移動的擋板。
8.如權利要求7所述的多向輸入裝置，其特徵在於在所述外殼內，與所述平板平行、周緣部保持於外殼上的寬幅的環狀凸緣部，自該環狀凸緣部的內周緣起直徑逐漸變小而延長至所述圖象處理坐標變換集成電路的圖象傳感器部分的透鏡保持部，和堵塞該透鏡保持部的延長端的透鏡，由透明樹脂材料形成一體；安裝有所述圖象處理坐標變換集成電路、具有與該圖象傳感器部分相對的開孔的配線電路板和所述環狀凸緣部平行地保持在外殼內，所述環狀凸緣部形成有多個孔，在這些孔上配有所述球，作為所述彈簧的螺旋彈簧的一端安裝在所述配線電路板上，另一端將球彈性地向所述操作板推壓，所述環狀凸緣部作為所述擋板起作用。
9.如權利要求6～8任一項所述的多向輸入裝置，其特徵在於，操作用的抓握部在所述操作板的中心部，向外部突出而形成。
全文摘要
一種多向輸入裝置,利用圖象傳感器技術輸入坐標,操作性良好,不需保養。具有圖象處理坐標變換集成電路7,對時時刻刻成像於內藏的圖象傳感器72的移動中的反射面PS的像,進行識別及比較運算處理,求出反射面的移動方向及移動量,具有照射反射面PS的光源8,用手指使由強磁性材料構成的、安裝了不規則粗糙面片(例如複印紙)91的操作板9沿反射面PS上移動,操作板9由外殼10內的永久磁鐵4吸引,以防止其自外殼10脫落。
文檔編號G06F3/00GK1306243SQ0110127
公開日2001年8月1日 申請日期2001年1月17日 優先權日2000年1月17日
發明者吉田登 申請人:星電株式會社