座标输入装置 本发明涉及一种座标输入装置，它能基于导体静电电容的变化量改变座标的信号，这种座标输入装置能够使在显示装置如显象管上显示的光标在X轴线或Y轴方向上移动位置。
在广泛用作座标输入装置的所谓鼠标器中，利用在一个桌面上或专用的面层上用手拉和/或推鼠标器时，容纳在鼠标器中的一个球将转动。球的转动传递到一个叶轮，叶轮的转动将引起一个光电二极管(光接收元件)交替地在开状态及关状态之间转换，由此产生一脉冲信号。在一微计算机中根据脉冲信号使一程序运行，以使得能在显示装置如显象管上显示的光标位置在X轴或Y轴方向上移动。同样地在所谓转球式光标器中，可手动地转动一个球，其中使用了与上述鼠标器相似的机构。
除去上述的鼠标器及转球式光标器外，能在显示装置上输入座标的公知座标输入装置还包括在其中操作所谓十字键或所谓操纵杆地那些装置。
但是，这种传统的鼠标器或转球式光标器具有机械部分，例如将球的转动转换成叶轮转动的机械。这种机械部分使其结构复杂，并趋于对其寿命的增加及可靠性的改善产生限制。在鼠标器或转球式光标器使用时，组装在鼠标器或转球式光标器中的一个发光二极管总是消耗电功率，因此很难增加功率节省。
在使用十字键或操纵杆的座标输入装置中，利用进行诸如按动十字键或摇动操纵杆的操作，可使座标信号经受矢量变换，以使得光标在显示装置上移动。因此，操作键的方向很难与光标的移动相一致，由此产生了易于引起键操作与光标移动之间的不协调性的问题。
在这些条件下，最近计算机的专门化得以发展，设置了家用遥控器的多功能，增加了游戏软件的复杂性，增加了这些装置使用场所的多样化。鉴于这些情况，需要开发一种座标输入装置，它能增加工作寿命及易于实现可靠性改善，功率损耗小，及使手动操作方向与显示器上光标移动相一致，由此在它们之间不会引起不协调性。
本发明是鉴于上述的情况作出的。
本发明的一个目的是提供一种座标输入装置，它能应用于各种各样的用途，例如计算机及另外的视听装置并能充分地满足上述需要。换言之，本发明的一个目的是能使座标信号基于静电电容的变化量来输出，由此使座标输入装置机械部分的部件数目减少，从而使工作寿命增长及易于实现可靠性的改善。
本发明的另一目的是提供一种座标输入装置，它甚至在使用时，除去输出座标信号的期间外，不会浪费地消耗功率。
本发明的又一目的是提供一种座标输入装置，它被用手动操作的动作方向与显示装置上光标移动相一致，以使得不会在它们之间引起不协调性。
为了达到这些目的，本发明的座标输入装置包括：两个以电绝缘方式彼此对置的导体；及一个电介质单元，它可在这两个对置的导体之间的空间中，向与这两个导体的对置方向垂直的方向上、在一个参考位置及与该参考位置偏离的非参考位置之间滑动，并且当对所述参考位置的偏移值变化时，这两个导体的静电电容值变化到与偏移值相应的值上。
在使用这个构型的情况下，可以附加以下的构型。即，在附加构型中，座标信号的输出是基于根据电介质单元位置变化的静电电容的变化值，并且该构型包括：
一个可在电介质单元的滑行方向上滑动的操作旋钮，它能在两导体的对置方向上往复运动，并且仅在滑行方向上与电介质单元相连接，由此使电介质单元跟随操作旋钮；
一个参考位置返回弹簧，用于总是朝着电介质单元的参考位置推着所述操作旋钮；
一个可移动单元，它根据操作旋钮在两导体的对置方向上的往复操作而往复移动；
一个原位置返回弹簧，用于总是向着上升方向推着可移动单元及操作旋钮；及
一个程序方式转换开关，它由可移动单元的往复移动操作在开状态及关状态之间转换。
根据这样构型的座标输入装置，当操作旋钮用手指压着参考位置返回弹簧的力产生滑动时，电介质单元就在两对置导体的空间中朝着与参考位置偏离的非参考位置滑动。当手指从操作旋钮上移开或手指所施加的压力减小时，由于参考位置返回弹簧的力使电介质单元与操作单元一起从非参考位置返回到参考位置上。当一个电位预先被供给到两导体之间时，两导体的静电电容将根据电介质单元相对参考位置的偏离而变化。
当操作旋钮被手指压下，以使得可移动单元抵抗原位置返回弹簧的力而缩入时，或是当操作旋钮的压力被释放、在原位置返回弹簧力的作用下可移动单元升起时，程序方式操作开关在开状态及关状态之间被转换。原位置返回弹簧的力可设定在一个水准上，在该水准上利用施加足以使操作旋钮滑动的力能使操作旋钮与可移动单元一起缩入。当操作旋钮被滑动时，可移动单元缩入，以使得当操作旋钮滑动时程序方式转换开关变成开状态，而当手指从操作部分上移开或手指施加的压力减小并使得电介质单元与操作旋钮一起返回到参考位置时，可移动单元升起，并使得程序方式转换开关变为关状态。因此仅当程序方式转换开关处于开状态或是当输出座标信号时才消耗功率，故除去输出座标信号的期间外不会浪费地消耗功率。
本发明的座标输入装置还包括：一个确定座标信号的确定开关，该座标信号依赖于由两对置异体形成的空间中电介质单元的位置；及一个用于取消座标信号的去消开关。
换一种方式，该座标输入装置可以这样地构型：电介质单元，夹着电介质单元并相应放置在电介质单元两侧上的两个异体，参考位置返回弹簧，可移动单元，原位置返回弹簧，及操作方式转换开关被放置在一空心盒中，该空心盒可用手持着手动地拉和/或推，操作旋钮具有一个轴，该轴与电介质单元仅在电介质单元的滑动方向上相连接，及具有一圆盘状的操作部分，它设置在轴的一端上，并从空心盒的一个面上露出，及一组设在空心盒一个面及另一个面上的确定开关及取消开关。该座标输入装置还包括：一个操作方式转换开关，用于使根据设在所述空心盒的一个面上的确定开关及取消开关的开关操作及根据设在空心盒另一面上的确定开关及取消开关的开关操作中的一个开关操作无效，而使另一个开关操作有效。本发明的座标输入装置可以构型成将操作方式转换开关设置在空心盒的一个侧面上。
根据这样构型的座标输入装置，它依赖于电介质单元位置的座标信号是通过确定开关确定的，而座标信号是通过取消开关取消的。
在一组确定开关及取消开关设置在空心盒的一个面及另一个面上的构型中，该座标输入装置能以下列方式使用。当该装置在使用时露出操作旋钮的面直接向上的话，例如，该操作旋钮能够由手指操作得与转球式光标器的使用方法相似。当该装置相反地在使用时露出操作旋钮的面直接向下的话，操作旋钮可用手操作在一桌面上或类似物上手动地拉和/或推，因此使用了与鼠标器相似的使用方法。在上述方法的任一种中，可使用确定开关及取消开关。设置在空心盒任一面上的确定开关及消除开关的开关操作可利用操作方式转换开关的操作根据需要使以无效。当与转球式光标器及鼠标器相似的上述使用方法能被使用时，这种构型因而具有优点。
另一种方式是，本发明的座标输入装置具有以下的专门构型，该座标输入装置可包括：
第一部件，具有以等角度布置在一个孔四周的四个电极面；
第二部件，具有通过一间隙与第一部件的四个电极面对置的一个电极面，及一个与第一部件的孔同心的孔；
电介质电元，它设在第一部件的四个电极面及第二部件的一个电极面之间，以使得能在与各部件的各电极面对置方向相垂直的方向上滑行；
一个可移动单元，它被连接到第一部件上，以使得仅能在第一部件的四个电极面及第二部件的电极面对置的方向上作往复移动，并具有一个与第一及第二部件的各孔同心的孔；
一个程序方式转换开关，它由可移动单元的往复移动操作在开状态及关状态之间转换；
一个操作旋钮，它具有一个轴及一个设置在该轴一端上的圆盘状操作部分，该轴松弛地穿过可移动单元及第二部件的各孔与电介质单元相连接，并使得能在轴向上移动，该圆盘操作部分可滑动地与可移动单元的孔的周围部分相重叠；
一个参考位置返回弹簧，它被插放在操作旋钮的轴及可移动部件之间，用于总是在朝着上升的位置上推着可移动单元及操作旋钮；及
一个空心盒，它容纳第一部件，第二部件，电介质单元，可移动单元，程序方式转换开关，参考位置返回弹簧及原位置返回弹簧，并且它能由手持着作手动地拉和/或推，并且操作旋钮的操作部分从空心的一个面上露出。
在具有这种构型的座标输入装置中，可设置上述的确定开关及取消开关，及/或设置操作方式转换开关。
根据本发明的座标输入装置可分离地安装在一个具有显示装置的计算机装置的盒上，在该显示装置上将显示一个光标。根据这一构型，该座标输入装置可使用在安装于计算机装置盒上的状态下或使用在从该盒上分离开的状态下。
如上所述，本发明的座标输入装置使用了这种系统，在该系统中，利用滑动操作旋钮使电介质单元在两个导体(对置电极面)之间改变位置并使座标信号相应于由电介质位置决定的静电电容的变化量。因此该座标输入装置机械部分的部件数量下降，由此达到了增加工作寿命及便于实现可靠性的改善。甚至在装置使用时，除去输出座标信号期间不会白白地消耗功率，由此达到了增加功率节约的另一效果。当使用了与转球式光标器及鼠标器使用方法相似的使用方法时，手动操作的动作方向与显示器上光标移动相一致，由此达到在手动操作动作方向上不会引起不协调性的又一效果。
此外，本发明还能达到另一个效果，就是机械部分部件数目的减少便于使装置变薄和/或小型化。
从以下对本发明实施例的说明将会对本发明的另外特征，目的及优点更全面的阐明。
图1是表示作为本发明一个实施例的座标输入装置部件的解体透视图；
图2是表示该座标输入装置电机构的解体透视图；
图3是表示该座标输入装置机械机构的解体透视图；
图4是该座标输入装置的外部视图；
图5是该座标输入装置主要部分的一个剖面图；
图6是表示该座标输入装置主要部分的一个简要剖面图；
图7是该座标输入装置主要部分的一个概要平面图；
图8是表示产生座标信号的桥式电路的一个例子的电路图；
图9是应用了该座标输入装置的一个系统的方框图；
图10是表示安装在一个计算机装置的盒上的座标输入装置的使用状态的简要透视图；
图11是表示该座标输入装置与该计算机装置盒分离的使用状态的简要透视图；
图12是表示该座标输入装置与该计算机装置盒分离使用的另一使用状态的简要分解透视图。
在图1中，11表示一个下盒盖，12表示一个上盒盖。盒盖11及12利用螺钉13彼此固定起来形成一个如图4中所示的空心盒1。该空心盒1具有扁平矩形平行六面体的外部形状，其长、宽及高分别约为50mm，30mm及10mm。也即，该空心盒具有与成年人手掌相适应的尺寸，因此该空心盒当其用手握住时可手动地拉和/或推，以便在桌上滑动，并且当用手握住该空心盒时可用手指(一个或多个手指)操作一个操作旋钮6，对其将在以下描述。换句话说，空心盒1及操作旋钮6可用手进行操作。在该空心盒1中容纳图2中所示的电机构2及图3中所示的机械机构5。
现在参照图1及2来描述电机构2。
电机构2包括一个盘状的具有中心孔22的电介质单元21，一个第一部件3，一个第二部件4等。第一部件3包括一个具有圆孔31的绝缘衬底，该圆孔具有相对大的直径(约10mm)，及包括四个电极面32a至32d，它们围绕着孔31地布置并距以相等的角度(90度)。在另一部件3上安装有确定开关23，取消开关24，一个包括光学装置及HF(高频)装置的发射器25，及另外必须的电元件。第二部件4具有一个金属板，该金属板具有一个作成电极面或绝缘衬底的面(背面)，该绝缘衬底包括一个单电极面41(见图6)，它形成在整个一个面上。在第二部件4的中心形成了与第一部件3的孔31在形状及尺寸上相同的孔42。在第二部件4的四周作有四个爪43。利用将四个爪43各自插入到作在第一部件3的槽状安装孔33中并彼此衔接，便使第二部件4连接到第一部件3上。
当使第二部件4连接到第一部件3上时，孔42应放置得与第一部件3的孔31相同心，并使单电极面41经由一个小间隙与第一部件3的四个电极面32a至32d相对置。电介质单元21位于第一部件3的四个电极面32a至32d及第二部件4的单个电极面41之间。电介质单元1在方向S(见图6)上可滑动，该方向与第一部件3的电极面32a至32d及第二部件4的电极面41的对置方向F相垂直。第二部件4的电极面41也设有连接端子。第一部件3的电极面32a至32d及第二部件4的电极面41相当于两组导体，它们彼此相对置并在其中间夹着电解质单元21。
在上述三层结构中，第一部件3的四个电极面32a至32d中的每一个，第二部件4的电极面41，及电介质单元21联合组成了一个可变电容器。当第一部件3彼此相对的两个电极面32a及32b相对于X轴，而另外两个相对的面32c及32d相对于Y轴，即如图7所示时，在四个电极面32a至32d及电介质单元21之间并位于图中由符号X指示的非参考位置的重叠状态(对置区域)与在四个电极面32a至32d及电介质单元21之间并位于图中由符号P指示的参考位置的重叠状态(对置区域)是不同的。因此，四个电极面32a至32d相对于电介质单元21的重叠状态可以用在第一部件的四个电极面32a至32d及第二部件4的电极面41之间的电介质单元21的滑动来调整。该重叠状态依赖于电介质单元21的位置。当将一个电位预先施加在第一部件的四个电极面32a至32d及第二部件4的电极面4之间时，因此静电电容量根据电介质单元21相对参考位置的偏移而变化。在X轴及Y轴方向上的座标信号可以基于变化值来产生。
图8表示用来产生X轴方向上座标信号的桥式电路的一个例子。当电介质单元21相对于图7中所示的参考位置P向右或向左(在X轴方向上)滑动地移动时，在X轴方向上的第一部件3的两个电极面3a及32b与第二部件4的电极面41之间的静电电容发生变化，图8中电桥的平衡状态被失去，因而在Va及Vb之间产生了差值电压。虽然未在图中示出，对于产生Y轴方向上座标信号的桥式电路是以同样方式工作的。当时X轴及Y轴方向上的座标信号进行综合及处理时，于是就能在一个显示装置(未示出)上显示出一个综合座标信号。在如上所述的用Va及Vb之间的差值电压产生座标信号的结构中，由元件精确度的分散性或环境因素产生的误差被彼此抵消，因此检测能以高精确度地进行。
接着参照图1至3来讨论机械机构5。该机械机构5包括一个操作旋钮6，一个可移动单元7，原位置返回弹簧8，及一个参考位置返回弹簧9。操作旋钮6具有一个轴61，一个圆盘状操作部分62，它被设置在轴61的一端上。可移动单元7在其中心具有孔71，它在形状及尺寸上与第一及第二部件3及4的孔31及42相同，及分别设在四周上四个位置上的四个轴72。这四个轴72可滑动地在轴向上插入到在第一部件3中形成的透孔34中，因此可移动单元7以可往复移动的形式连接到第一部件3上。该往复运动的方向与上述对置方向F(见图6)相一致。在与第一部件3相连接的可移动单元7中，孔71位于与第一及第二部件3及4的孔31及42相同心。原位置返回弹簧8分别被套在各个轴72上，并被夹在第一部件3及可移动单元7之间。每个原位置返回弹簧8由圈簧构成并总是在上升的方向上推着可移动部件7。
如从图5中可见到的，操作旋钮6的轴61松弛地穿过可移动单元7及第二部件4的孔71及42，操作旋钮6的操作部分62可滑动地重叠在可移动部件7的孔71的四周部分上。利用作在轴61上的台阶部分63使一弹性挡环64连接到轴61上。如图3所示，该弹性挡环64是利用在一合成树酯的圆片的中心作成带槽的孔65构成的，轴61穿在孔65中。参考位置返回弹簧9由一螺旋弹簧构成它被容纳在可移动单元7的背面，并用中心部分的端部与操作旋钮6的轴61相固定。可移动单元7的上表面从空心盒1的一个面曝露出来，并且操作旋钮6的操作部分62也从空心盒的一个面曝露出来。
在图1及2中所示的确定开关23被动作，用于确定上述的座标信号，而取消开关24被动作用于取消座标信号。所有这些开关是按键式开关。一组确定开关3及取消开关24被安装在第一部件3的正、反面的每个上。与被安装在第一部件3正面的确定开关23及取消开关24相对应的按键端部26及27从上盒盖12的两个孔14及15中露出，而与被安装在第一部件3背面的确定开关及取消开关相对应的按键端部28及29从下盒盖11的两个孔16及17中露出。
在根据可在空心盒1的一个面上操作的确定开关23及取消开关24及根据可在空心盒1的另一个面上操作的确定开关及取消开关的开关操作方面，利用操作设在如图4所示的空心盒1侧面的操作方式转换开关18，可使一个开关操作无效，而使另一开关操作有效。
在图1中，73表示一个程序方式转换开关，它可以是一按键式开关。该程序方式转换开关73是这样一个开关：在其中根据可移动单元7的上下往复运动进行开及关状态的切换。在该实施例中，当可移动单元7升起时(该单元由原位置返回弹簧8的力返回)，开关73变成关断状态，而当可移动单元7被缩入时(该单元由抵抗原位置返回弹簧8的力被压下)，开关73变成开状态。这种可移动单元7及程序方式转换开关73的联动操作可利用将可移动单元7与程序方式转换开关的致动器直接地连接来实现。换一种方式，这种联动操作也可利用电装置来实现。
在上述座标输入装置中，将原位置返回弹簧8的力设定在一个水准上，在该水准上，当一个足以抵抗参考位置返回弹簧9的力使操作旋钮6移动的力施加在操作部分62时，操作旋钮6将与可移动单元7一起缩入(或压下)。当一个或几个手指放置在操作旋钮6的操作部分62上并使操作部分62滑动时，因而使操作旋钮6抵抗原位置返回弹簧8的力确实地与可移动单元7压在一起，而可移动单元7的缩入(压下)引起程序方式转换开关从关状态变化到开状态。此外，由参考位置返回弹簧9的力使操作旋钮6与电介质单元21一起返回。
如果该装置被控制得在程序方式转换开关73处于开状态下输出座标信号，因此仅在程序方式转换开关处于开状态时或是当座标信号输出时消耗功率，故除去输出座标信号期间功率不会被浪费地消耗掉。
在上述的座标输入装置中，例如可采用如图9方框图中所示的控制系统，使得在一个显示器，如计算机装置的显象管(CRT)上显示座标信号或由发射器25输出。
例如，该座标输入装置可如下地操作：操作旋钮6的操作部分62被手指压下，使得可移动单元7向内推入。然后程序方式转换开关73被变换到开状态并开始操作一个预定的程序。当操作部分62滑动并使电介质单元21跟随操作部分移动时，则使得显示装置上的光标在与操作部分62滑动方向相应的方向上移动。当光标到达所需的位置时，将键端6压下以使确定开关23动作，在此时的座标信号就被确定。该被确定的座标信号可用压下键端27来消除。因为操作部分62所滑动距离受到操作旋钮6的轴61撞到可移动单元7的孔71的边缘的限制，这将会引起操作部分62的单一操作不足以使光标移动到所需位置上。在此情况下，由手指压着操作部分62所施加的力下降了。这个压下力的下降能使操作旋钮6与电介质单元21一起在参考位置返回弹簧9的力作用下被返回。在此时，可移动单元7在原位置返回弹簧8的力的作用下被升起，由此使程序方式转换开关73变化到关状态。因此，程序停止操作并使光标保留在此时的位置上，并且也停止了功率损耗。然后，重复同样的操作，以使得光标向前达到所需位置。
如上所述，该实施例的座标输入装置可用这样的方式使用，即用手指操作操作旋钮6的操作部分62。这种使用与传统的转球或(光标)装置的使用是类似的。此外，该座标输入装置能以另一种方式使用，即手工地拉和/或推该座标输入装置，使它在一平面如桌上手持地滑动。这种使用与传统的鼠标器的使用相似。更具体地，当空心盒1用手拉和/或推、使其在一平面如桌面上滑动且盒的一个面直接朝下时，操作部分62可使电介质单元21在参考位置及与该位置偏离的位置之间滑动，这与用手指操作操作部分62的情况是同样的方式。因此，该座标输入装置可使用在两种使用方式的任一种中，一种是与转球式光标器相似的，另一种是与鼠标器相似的。当使用了其中一种使用方式时，使操作方式转换开关18被操作，由此使下列开关操作的一个：根据可在空心盒1的一个面上操作的确定开关23及取消开关24的开关操作；及根据可在空心盒1的另一面上操作的确定开关及取消开关的开关操作，变成无效而使另一开关操作变成有效。
图10至12表示本发明的另一实施例。在该实施例中，上述座标输入装置DV可分离地安装在位于一个计算机装置100的盒上的凹座110中。根据这种构型，例如，座标输入可在一显示器上以下列方式之一来进行：在座标输入进行时，该座标输入装置保持与计算机装置100的盒相连接，如图10所示；在该座标输入装置从计算机装置100的盒中取出后进行座标输入，如图11所示，该座标输入是用与转球式光标器相似方式进行的。在该座标输入装置从计算机装置100的盒中取出后，如图12所示地，该座标输入用与鼠标器相似的方式进行。