TWI623857B - Using two sensors to determine the wheel width and steering wheel decoder - Google Patents

Using two sensors to determine the wheel width and steering wheel decoder Download PDF

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Abstract

本發明係一種利用二感測器分別判斷滾輪轉幅及轉向之滾輪解碼器，包括二固定座、一滾輪、一轉盤、一轉速感測器及一轉向感測器，該等固定座係設於一滑鼠內部之電路板上，以支撐住該滾輪之轉動軸兩端，使滾輪能活動旋轉，該轉盤則能隨著滾輪同步轉動，且其周緣設有複數個齒部；該轉速感測器包括一發射單元及一接收單元，發射單元投射出之第一偵測訊號會被該等齒部逐一遮蔽，使電路板上之控制模組能計算出滾輪轉速，並判斷出轉幅；該轉向感測器則能朝滾輪投射一第二偵測訊號，使控制模組能根據滾輪反射回之轉向判斷訊號，確認出滾輪轉向。

Description

利用二感測器分別判斷滾輪轉幅與轉向之滾輪解碼器
本發明係一種利用二感測器分別判斷滾輪轉幅及轉向之滾輪解碼器，尤指在滑鼠內部，對應於滾輪之位置設置一轉向感測器、對應於滾輪上之一轉盤的位置設置一轉速感測器，以透過該等感測器檢測到的訊號，分別判斷滾輪轉向及轉盤轉速，進而計算出滾輪之轉向與轉幅大小的滾輪解碼器。
按，滑鼠是人們在操作電腦時，必不可少的重要配件。滑鼠的基本構造，除了在底部設有一感應器(如：傳統以滾球、轉軸構成之感測機構、或近年來普及之光學辨識機構…等)外，其頂部尚有兩個按鍵，以分別供使用者改變電腦螢幕上的游標位置，並輸入對應的指令。此外，滑鼠上通常還設置有一滾輪，令使用者能透過撥動滾輪，直覺且便利地對電腦進行較細微的控制(如：捲動畫面)。滑鼠的滾輪結構看似單純，但其實各家廠商的設計方式並不完全相同，而滾輪的結構差異，將會明顯地反應在滑鼠的性能上。
一般言，滑鼠內部係設有一組滾輪解碼器，能辨識滾輪的轉動的方向及幅度，並產生對應的指令，請參閱第1圖所示，係一種習知的滾輪解碼器示意圖，該滾輪解碼器1包括二固定座11、一滾輪12、一轉盤13及 一組感測器14，該等固定座11係設於滑鼠內部之一電路板10上，該滾輪12之轉動軸120則設於該等固定座11上；該轉盤13係設於該轉動軸120上，以能隨該轉動軸120同步轉動，且該轉盤13之周緣凸設有複數個齒部131。
該感測器14包括二發射單元141及二接收單元142，各該發射單元141及接收單元142係兩兩成對，且設於該轉盤13之兩相對側面，在該轉盤13轉動時，該轉盤13上的齒部131能先阻擋住同一組發射單元141、接收單元142間的偵測訊號，再位移至兩組發射單元141、接收單元142之間(即，未遮蔽住任何偵測訊號)，最後再位移至另一組發射單元141、接收單元142之間，如此，該電路板10之控制模組101即能根據不同組之發射單元141、接收單元142被遮蔽的順序，判斷出該滾輪12的「轉動方向」，同時，根據該偵測訊號的間隔，先計算出該轉盤13的轉動速度，再推算出該滾輪12的「轉動幅度」，進而控制電腦捲動一定段落的螢幕畫面。
然而，前述設計並不完善，因為如今的市場潮流，係要求電腦產品與配件朝「輕薄短巧」方向發展，滑鼠的體積需更為精簡，連帶地，該滾輪12及轉盤13的尺寸也需盡可能地縮減；惟，由於該滾輪解碼器1的辨識原理，係透過齒部131通過兩組發射單元141、接收單元142之間的順序與頻率，辨識出轉向與轉幅，因此，在轉盤13之體積縮減的情況下，該齒部131即很容易因為生產上的誤差，導致其寬度過大，無法定位於不同組發射單元141、接收單元142之間，而會同時遮蔽住兩組發射單元141與接收單元142(即，齒部131之寬度大於該發射單元141、接收單元142間的間距)，則該控制模組101將無法準確地辨識出該轉盤13之轉向。
由於，前述問題僅能透過提昇轉盤13的精度要求來解決，因 此，為了避免轉盤13上的齒部131因生產誤差而影響滑鼠性能，業者必須在滑鼠「體積輕巧」與「滾輪靈敏性」上做出取捨，否則，即必須花費更多成本，確保該轉盤13的尺寸能精準地與發射單元141與接收單元142之間距相符。對此，發明人乃思及，是否能對滾輪解碼器之結構原理進行改良，以解決前述設計上的兩難問題？因此，如何設計出一種嶄新的滾輪解碼器，以避免各零組件因生產誤差影響判斷性能，即成為本發明在此亟欲解決的重要課題。
有鑑於習知滑鼠之滾輪解碼器，容易因為生產上之誤差，導致影響判斷精確性的問題，發明人憑藉多年來的實務經驗，經過多次的研究、改良與測試實做後，終於設計出本發明之一種利用二感測器分別判斷滾輪轉幅與轉向之滾輪解碼器，期能透過一種嶄新的滾輪辨識方式，有效兼顧滑鼠之「體積輕巧」與「滾輪靈敏性」。
本發明之一目的，係提供一種利用二感測器分別判斷滾輪轉幅與轉向之滾輪解碼器，其係應用於一滑鼠上，該滑鼠內設有一電路板，該電路板上至少設有一控制模組，該滾輪解碼器包括二固定座、一滾輪、一轉盤、一轉速感測器及一轉向感測器，各該二固定座係設於該電路板上，且彼此間具有一預定間距，以形成一轉動空間；該滾輪之軸心設有一轉動軸，該轉動軸之兩端能分別定位於各該固定座之頂部，使該滾輪能於該轉動空間內自由旋轉；該轉盤係設於該轉動軸上，以能隨著該轉動軸一併旋轉，該轉盤之周緣凸設有複數個齒部，且各該齒部之間分別形成有一缺槽；該轉速感測器係與該控制模組相電氣連接，包括一發射單元及一接收單 元，該發射單元及接收單元係分別設於該轉盤之相對兩側，以在該轉盤轉動時，各該齒部能依序通過該發射單元及該接收單元之間，使該發射單元投射出之第一偵測訊號僅能透過該缺槽，被該接收單元接收，且該控制模組能根據該接收單元接收到第一偵測訊號的間隔，判斷出該滾輪的轉動速度，進而計算出該滾輪實際被轉動的幅度；該轉向感測器係與該控制模組相電氣連接，且設於鄰近該滾輪之位置，以能朝該滾輪投射出一第二偵測訊號，該第二偵測訊號能被該滾輪表面反射，以形成一轉向判斷訊號，該控制模組能根據該轉向感測器接收到的該轉向判斷訊號，確認出該滾輪的轉動方向，嗣，根據判斷出的轉動方向及轉動幅度，產生一滾輪操作訊號。如此，由於該轉向感測器並非根據「轉盤之齒部遮蔽訊號與否」來判斷轉向，故能有效解決習知技術的設計缺憾。
為便 貴審查委員能對本發明之結構特徵、判斷機制與目的有更進一步的認識與理解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：
〔習知〕
1‧‧‧滾輪解碼器
10‧‧‧電路板
101‧‧‧控制模組
11‧‧‧固定座
12‧‧‧滾輪
120‧‧‧轉動軸
13‧‧‧轉盤
131‧‧‧齒部
14‧‧‧感測器
141‧‧‧發射單元
142‧‧‧接收單元
〔本發明〕
2‧‧‧滾輪解碼器
20‧‧‧電路板
201‧‧‧控制模組
202‧‧‧組裝孔
21‧‧‧固定座
210‧‧‧樞接孔
22‧‧‧滾輪
220‧‧‧轉動軸
221‧‧‧外輪圈
222‧‧‧內輪圈
23‧‧‧轉盤
231‧‧‧齒部
232‧‧‧缺槽
24‧‧‧轉速感測器
241‧‧‧發射單元
242‧‧‧接收單元
25‧‧‧轉向感測器
260‧‧‧輪圈
260a‧‧‧樞接槽
260b‧‧‧弧形部
261‧‧‧腳架
262‧‧‧樞接盤
262a‧‧‧彈臂
263‧‧‧貫穿孔
第1圖係習知之滾輪解碼器示意圖；第2圖係本發明之滾輪解碼器示意圖；及第3圖係本發明之滾輪結構示意圖。
本發明係一種利用二感測器分別判斷滾輪轉幅與轉向之滾輪解碼器，請參閱第2圖所示，係本發明之第一較佳實施例，該滾輪解碼器2係應用於一滑鼠上，該滑鼠內部設有一電路板20，該電路板20上至少設有 一控制模組201，該滑鼠可為機械式滑鼠或光學滑鼠，且配置的按鍵數量不限，由於本發明之技術重點係針對滾輪解碼器2進行改良，故即不再復述滑鼠之其他習知配件，合先陳明。
該滾輪解碼器2包括二固定座21、一滾輪22、一轉盤23、一轉速感測器24及一轉向感測器25，各該固定座21之底部係固設於該電路板20上，且彼此間具有一預定間距，以形成一轉動空間；該滾輪22之軸心設有一轉動軸220，該轉動軸220之兩端能分別定位於各該固定座21之頂部(如：樞設至各該固定座21上之一樞接孔210中)，使該滾輪22能於該轉動空間內自由旋轉。
該轉盤23係設於該轉動軸220上，以能隨著該轉動軸220一併旋轉，該轉盤23之周緣凸設有複數個齒部231，且各該齒部231之間分別形成有一缺槽232，使該轉盤23之構形能形成齒輪狀，且該轉盤23與該滾輪22及該固定座21之間皆保持有一間隔。
本發明係分別透過該轉速感測器24及該轉向感測器25，供該控制模組201能計算出該滾輪22之轉幅(由轉盤23轉速可推知該滾輪22轉幅)及轉向，茲分別說明其結構及運作方式如後：該轉速感測器24係設於該電路板20上，以與該控制模組201相電氣連接，其感測原理與習知技術相同，但只需具備一組發射單元241及一接收單元242，該發射單元241及接收單元242係分別設於該轉盤23之相對兩側，以在該轉盤23轉動時，各該齒部231能依序通過該發射單元241及該接收單元242之間，使該發射單元241投射出之第一偵測訊號僅能透過該缺槽232，被該接收單元242接收。
該轉向感測器25亦設於該電路板20上，以與該控制模組201 相電氣連接，但其感測目標並非「轉盤23」，而是「滾輪22」，該轉向感測器25係設於鄰近該滾輪22之位置(如：底側)，以能朝該滾輪22投射出一第二偵測訊號(如：一光學偵測訊號)，該第二偵測訊號能被該滾輪22表面反射，以形成一轉向判斷訊號。
該控制模組201可由該轉速感測器24及轉向感測器25處，分別接收到該第一偵測訊號及轉向判斷訊號，且該控制模組201能根據該接收單元242接收到第一偵測訊號的「間隔」，判斷出該轉盤23的轉動速度，進而計算出該滾輪22實際被轉動的「幅度」；此外，該控制模組201能根據該轉向感測器25接收到的該轉向判斷訊號，確認出該滾輪22的轉動方向。該控制模組201在判斷出轉動方向與轉動幅度後，即可藉此產生一滾輪操作訊號，並傳送給對應之電子設備(如：個人電腦)，使該電子設備能執行對應的動作，例如：捲動電腦上一定段落的螢幕畫面。
如此，由於該滾輪解碼器2並非利用轉盤23上之齒部231，根據其穿過該發射單元241及該接收單元242的先後順序來判斷轉向，而是利用轉向感測器25，直接辨識該滾輪22之轉向，故，即能有效解決習知技術中，轉盤的生產尺寸誤差會影響滑鼠靈敏度的問題。此外，由於該等固定座21之間，原本就存在許多間隙，供該滾輪22能自由轉動，故，該轉向感測器25的配置並不會大幅影響到滑鼠整體的體積，據此，將能讓業者同時兼顧滑鼠的「體積輕巧」及「滾輪靈敏度」。
在本實施例中，該轉向感測器25係一光學感測器(如：光學滑鼠使用的感測器，但不以此為限)，其為一種微小的攝影機及發光元件的組合，能擷取該滾輪22之表面影像，並根據其影像變化，供該控制模組201 判斷轉向。一般言，光學感測器係能擷取出水平、垂直等兩個方向的位移變化(即，一個平面的X、Y軸方向)，但在本發明中，該控制模組201僅需針對待單一方向的變化做判斷即可(因為滾輪22只可能朝前方或後方轉動)。
另，請參閱第2~3圖所示，在本實施例中，該滾輪22尚包括一輪圈260、至少一腳架261及一樞接盤262，該輪圈260係由一不同材質之外輪圈221及內輪圈222套接而成，該內輪圈222之一側凹設有一樞接槽260a，且該樞接槽260a之內壁沿圓周向環設有複數弧形部260b；各該腳架261之底部係固設於該電路板20上(如：嵌卡至電路板20上之一組裝孔202中)。該樞接盤262係設於該腳架261之頂部，且其頂部設有一彈臂262a，該彈臂262a能活動地嵌卡至該樞接槽260a之內壁，並定位於相鄰之二弧形部260b之間，使該輪圈260能相對該樞接盤262轉動。
承上，該樞接盤262上設有貫穿孔263，該貫穿孔263之口徑係大於該轉動軸220中段部之外徑，使該轉動軸220之中段部能穿過該貫穿孔263，連接至該輪圈260之另一側相連接，故，在該輪圈260被使用者撥動時，該轉動軸220能同步旋轉，但該腳架261及樞接盤262保持固定不動。
如前所述，本發明係能利用該轉向感測器25，直接偵測該滾輪22之轉向，故，該轉向感測器25之位置可面對該滾輪22之任一部位，例如：該轉向感測器25能定位於該電路板20上對應於該滾輪22底部之位置，以能朝該輪圈260之圓周向外壁投射該第二偵測訊號。
而在本發明之其他實施例中，該轉向感測器25亦能被固設於各該固定座21上面對該滾輪22之位置，以朝該輪圈260之另一側面投射該第 二偵測訊號。同理，該轉向感測器亦能朝該轉動軸220之方向投射該第二偵測訊號，以判斷該滾輪22之轉向。
以上所述，僅為本發明之若干較佳實施例，惟，本發明之技術特徵並不侷限於此，凡相關技術領域之人士，在參酌本發明之技術特徵後，所能輕易思及之等效變化，均應不脫離本發明之保護範疇。

Claims (6)

  1. 一種利用二感測器分別判斷滾輪轉幅與轉向之滾輪解碼器，係應用於一滑鼠上，該滑鼠內設有一電路板，該電路板上至少設有一控制模組，該滾輪解碼器包括：二固定座，係設於該電路板上，且彼此間具有一預定間距，以形成一轉動空間；一滾輪，其軸心設有一轉動軸，該轉動軸之兩端能分別定位於各該固定座之頂部，使該滾輪能於該轉動空間內自由旋轉；一轉盤，係設於該轉動軸上，以能隨著該轉動軸一併旋轉，該轉盤之周緣凸設有複數個齒部，且各該齒部之間分別形成有一缺槽；一轉速感測器，係與該控制模組相電氣連接，包括一發射單元及一接收單元，該發射單元及接收單元係分別設於該轉盤之相對兩側，以在該轉盤轉動時，各該齒部能依序通過該發射單元及該接收單元之間，使該發射單元投射出之第一偵測訊號僅能透過該缺槽，被該接收單元接收，且該控制模組能根據該接收單元接收到第一偵測訊號的間隔，判斷出該滾輪的轉動速度，進而計算出該滾輪實際被轉動的幅度；及一轉向感測器，係為一光學感測器，至少包括一攝影機及一發光元件，該轉向感測器能與該控制模組相電氣連接，且設於鄰近該滾輪之位置，並能朝該滾輪投射出一第二偵測訊號，該第二偵測訊號能被該滾輪表面反射，以使該轉向感測器能擷取該滾輪之表面影像，而形成一轉向判斷訊號，該控制模組能根據該轉向感測器接收到的該轉向判斷訊號，確認出該滾輪的轉動方向，嗣，根據判斷出的轉動方向及轉動幅度，產生一滾輪操作訊號。
  2. 如請求項1所述之滾輪解碼器，其中，該滾輪包括： 一輪圈，其一側凹設有一樞接槽；至少一腳架，其底部係固設於該電路板上；及一樞接盤，係設於該腳架之頂部，且活動地嵌卡至該樞接槽之內壁，使該輪圈能相對該樞接盤轉動，該樞接盤上設有貫穿孔，該轉動軸之中段部係穿過該貫穿孔，以與該輪圈之另一側相連接。
  3. 如請求項2所述之滾輪解碼器，其中，該轉向感測器係朝該輪圈之圓周向外壁投射該第二偵測訊號。
  4. 如請求項2所述之滾輪解碼器，其中，該轉向感測器係朝該輪圈之另一側面投射該第二偵測訊號。
  5. 如請求項2所述之滾輪解碼器，其中，該轉向感測器係朝該轉動軸之表面投射該第二偵測訊號。
  6. 如請求項2、3、4或5所述之滾輪解碼器，其中，該樞接槽之內壁上沿圓周向設有複數個弧形部，該樞接盤上則凸設有一彈臂，該彈臂能嵌卡至相鄰之二弧形部之間。
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