CN1965288A

CN1965288A - 用户接口设备

Info

Publication number: CN1965288A
Application number: CNA2005800085403A
Authority: CN
Inventors: A·帕斯库奇
Original assignee: 3DConnexion GmbH
Current assignee: 3DConnexion GmbH
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2007-05-16
Also published as: EP1585015B1; EP1585015A1; US20080001919A1; WO2005091121A1; DE602004006227T2; ATE361491T1; DE602004006227D1

Abstract

本发明提供用于在计算机相关环境中手动输入控制信号的设备(100)，该设备包括：底座(10)，用于将该设备支撑在一表面上；安装在底座(10)上的第一输入部件(20)，适于绕从底座(10)大体向上延伸的轴线(21)转动，第一输入部件(20)具有从底座(10)近侧的端区域(23)到底座远侧的端区域(23)的轴向长度(22)并包围一中心空间(26)，一传感器装置(50)被置于中心空间内用于检测和解释第一输入部件(20)相对于底座的转动，第一输入部件(20)在其近侧和远侧端区域(23，24)处各具有开口；以及在第一输入部件(20)的所述远侧端区域(24)处设置或邻近设置的一对第二输入部件(31，32)，每个所述第二输入部件(31，32)包含适于用指压驱动的开关或继电器。第一输入部件(20)的转动和/或对第二输入部件(31，32)的驱动适于在计算机环境中产生相应的控制信号。

Description

用户接口设备

技术领域

本发明涉及用于计算或计算机相关环境的用户接口设备。更具体而言，本发明涉及一种用户可借以在计算或计算机相关环境中手动输入控制信号的设备。

本发明具有作为手动设备的特定应用，该手动设备在诸如数字图像之类的数字信息的操作和处理中作为用户的控制信号输入接口，在该示例性环境中描述本发明将是方便的。然而，将会意识到，本发明并不限于上述应用，而是，例如还可在各种各样的机器人和自动化机械的控制中获得应用。

背景技术

目前，可从市场上获得各种各样且不断增加的供用户在计算或数字应用程序中输入控制信号的手动设备。这些设备中较为众所周知的包括各种形式的常规鼠标、操纵杆和跟踪球。

申请人的较新进展见美国专利公布No.2003/0103217，涉及用于检测两个对象的相对运动或相对位置的传感器装置，以及将上述传感器装置引入用于在计算环境中输入控制信号的用户接口设备中。

自然，优化这样的用户接口设备的人机工程学(ergonomics)、操作舒适性以及操作的愿望和努力正在进行，对于涉及一些特定计算机相关应用的尤其如此。

本发明提供了上述最优化过程的一种继续，主要涉及CAD和图像处理软件应用程序的控制。具体而言，本发明基于从功能性和人机工程学角度来制造一种改进型用户接口设备的目的，最优选适用于CAD/CAM和图像处理应用程序。

欧洲专利公布No.1152 324非常简要地提及了一种用于个人计算机的推动钮(jog-dial)形式的图像接口设备。国际专利公布No.WO--01/65329描述了一种操纵杆类型的计算机接口设备，其中用于检测三个自由度上的旋转运动的传感器机构包含在底座中。

美国专利No.6,225,980和国际专利公布No.WO-03/046822描述了用于计算机控制功能的输入设备，该输入设备包括旋转式刻度盘，该旋转式刻度盘具有包含在刻度盘边缘下方的底座中的旋转位置传感器。传感器的这种定位使传感器装置易遭受碰撞和振动，且不能使可用空间最大化。而且，这些设备未提供最优化人机工程配置。

发明内容

概括来说，本发明提供一种用于在计算机相关环境中手动输入控制信号的用户接口设备，该设备包括：底座，用于将该设备支撑在一表面上；安装在底座上的第一输入部件，适于绕从底座大体向上延伸的轴线转动，第一输入部件具有从底座近侧的端区域到底座远侧的端区域的轴向长度并包围一中心空间，一传感器装置被置于中心空间内用于检测和解释第一输入部件相对于底座的转动，第一输入部件在其近侧和远侧端区域处各具有开口；以及设置在或邻近设置在第一输入部件的所述远侧端区域处的至少两个第二输入部件，每个所述第二输入部件包括适于用指压驱动的开关或继电器，其中第一输入部件的转动和/或对第二输入部件的驱动适于在计算机环境中产生相应的控制信号，并且其中所述两个第二输入部件被这样安装，使得第一输入部件相对于底座的转动不影响或改变所述第二输入部件的位置。

因此，第一输入部件优选包括大体圆柱套状或环状元件，该大体圆柱套状或环状元件具有在其近侧和远侧端区域之间延伸的大体空心或开口中心区域。在一个实施方案中，第一输入部件可具有渐缩的截头圆锥体形式，在其位于底座近侧的端区域处最开阔。

在本发明的一种优选形式中，第一输入部件具有横切其旋转轴线的大体圆形的横截面，并且第一输入部件的外周缘被设计成能被用户握住和手动旋转。关于这一点，优选地对第一输入部件的外周缘加工成一定的轮廓和外形，以改进设备的人机工程学。例如，外周缘可被成形为具有弯曲凹面和/或设置有棱纹(ribs)，以改善舒适感和增强握力。

在本发明的一种优选形式中，第一输入部件的直径小于约70毫米，优选小于约55毫米，更优选在约30毫米到约40毫米的范围内。

一般来说，设备的整体高度，尤其是第一输入部件的轴向长度，会限定用户的手的取向或定位，当第一输入部件的转动轴线基本竖直时尤其如此。在本发明的一种优选形式中，第一输入部件的轴向长度小于约65毫米，更优选在约20毫米到约50毫米的范围内。

在本发明的一种优选形式中，各个输入部件的运动或驱动可在不影响其他输入部件的情况下独立进行。

在本发明的一种优选形式中，第一输入部件被安装成适于绕一在第一输入部件的中间区域内的从底座向上延伸的框架或结构转动。在这样的一个实施方案中，优选的是，至少两个第二输入部件设置在框架的上端区域。框架的上端区域优选地伸出第一输入部件的远侧端区域外。这样，第二输入部件可邻近第一输入部件的远侧端设置。包括至少两个第二输入部件的框架的外端区域可包括一大体邻近设置在第一输入部件的远侧端区域的盖子。

本发明的用户接口设备通常是与计算机处理器和/或供用户手动操作和输入控制命令的有关机器分开的辅助设备，但可连接到上述计算机处理器和/或有关设备以与它们通信。用于与计算机处理器通信的连接可通过电缆实现，或者也可用无线方式实现。

在本发明的一种优选形式中，用户接口设备的底座适于将该设备支撑在一操作表面上，如工作台或桌面上，该设备在该操作表面上被使用。在本发明的一种形式中，底座具有较为笨重和坚固的结构，并被设计成能在用户操作设备的过程中在表面上保持不动。为此，底座可包括用来抓牢表面的基脚。然而，在本发明的一种可供选择的形式中，底座可被设计成适于这样在支撑表面上平动，使得平动同样在计算机环境中产生控制信号。例如，底座的运动可产生类似于常规鼠标设备在运动期间所产生的跟踪或定位信号。而且，底座可任选地包括供放置用户的手的掌托(palm rest)，不过该设备更优选被设计成不需要掌托的。

在本发明的一种优选形式中，第一输入部件的旋转轴线基本垂直于底座或支撑表面延伸，因而一般是一大体竖直轴线。关于这一点，将会意识到，在这里所使用的相对于本发明的设备(例如，相对于旋转轴线的定向长度)而言的如“向上”和“上部”等术语应被理解成是在工作台或桌面上使用设备时设备的一般取向而言的。

尽管在所描述的优选实施方案中，第一输入部件的旋转轴线是大体竖直的，但应该理解的是，本发明的用户接口设备也设想了第一输入部件的旋转轴线被设置成与底座或支撑表面成一斜交角或不垂直角的实施方案。例如，在针对特定操作条件试图实现最佳人机工程配置时会发现该轴线倾斜成与底座或支撑表面成一45度到90度的角。

在本发明的一种优选形式中，第一输入部件具有一起始位置，并且用户接口设备适于在第一输入部件绕其轴线旋转离开该起始位置时产生一控制信号。第一输入部件可绕所述旋转轴线在顺时针方向和逆时针方向中的任一方向上或两个方向上转动。还优选的是，第一输入部件被施加一回弹偏压，例如由一个或多个弹簧元件施加，以返回该起始位置。

在本发明的一种优选形式中，第一输入部件适于“指尖控制”。换句话说，第一输入部件相对于底座的转动需要的力与可由一般用户的手指容易地施加的力相当。例如，在第一输入部件被一个或多个弹簧元件施加回弹偏压的情况下，弹簧阻力一般小于约15牛顿/毫米，优选在约0.1到约10牛顿/毫米的范围内，更优选在约0.5到约5牛顿/毫米的范围内，其中位移(单位为毫米)指第一输入部件周缘处的旋转位移。

在本发明的一种优选形式中，第一输入部件的转动在一有限角范围内，即小于360度。第一输入部件的转动范围，例如，可小于约120度，很可能小于约60度，甚至可能小于约30度。在一个特定实施例中，第一输入部件的转动限于一个约10度的角范围。转动范围优选地沿顺时针方向和逆时针方向平均分配到起始位置的两侧。

在本发明的一种优选形式中，各个第二输入部件被配置为开关或继电器，并且用户接口设备适于在各个所述第二输入部件被手动驱动时产生相应的控制信号。各个所述第二输入部件最优选采用按钮式开关或继电器的形式，以便各个所述第二输入部件的驱动通过施加向下指压实现。

在本发明的一种优选形式中，借助所述第一或第二输入部件中至少一个的驱动产生的控制信号是可编程的。换句话说，该设备优选能被编程，以确定或设置借助第一输入部件和/或各个第二输入部件的驱动产生的特定控制信号-即，设置输入部件的特定功能。关于这一点，本发明的用户接口设备优选包括操作软件，该操作软件被设计成能使与特定输入部件的驱动相关联的控制信号被改变或被设置为多个可能选择对象中的一个。该操作软件还优选被设计成能使设备的参数如输入部件的响应速度和/或灵敏度被调整。

在本发明的一种优选形式中，操作软件适于将与所述输入部件中的一个或多个相关联的相应控制信号的细节、和/或所述可能的可编程选择对象，显示在与同本发明的设备一起使用的计算机处理单元相关联的显示监视器上。该操作软件还适于显示设备的参数，如输入部件的响应速度和/或灵敏度等。上述显示，例如，可用图解法识别各个输入部件，并可借助各个输入部件的功能，用关键字或短语来识别相应的输入控制信号。这样的显示应该会方便设备的使用。

在本发明的一种特别优选的形式中，该设备包括两个第二输入部件，它们最好采用按钮式开关，这两个第二输入部件可被编程，使得这两个第二输入部件开关中的每个执行与它们中另一个相对的功能。例如，这两个第二输入部件开关中的一个可被编程来产生“向上翻页(Page Up)”控制信号，而它们中的另一个可被编程来产生“向下翻页(Page Down)”控制信号。或者，它们中的一个可被编程来产生“向前(Forward)”控制信号，而它们中的另一个可被编程来产生“向后(Back)”控制信号。类似地，一个开关可被编程来产生“复制(Copy)”控制信号，而另一个开关可被编程来产生“粘贴(Paste)”控制信号。

在本发明的一种优选形式中，用户接口设备还包括邻近第一输入部件设置在底座上的一个或多个第三输入部件。各个所述第三输入部件也优选采用适于以类似于各个所述第二输入部件的方式手动驱动的开关或继电器的形式。所述一个或多个第三输入部件优选不能被编程来提供不同的操作控制信号。相反，各个第三输入部件优选具有预设功能。

在本发明的一种形式中，除可转动外，第一输入部件还可轴向位移，以在计算机相关环境中产生控制信号。因此，在至少一个实施方案中，第一输入部件可在它所绕着安装的框架上在轴向上移动。该轴向位移可在沿轴向的任一方向上或沿轴向的两个方向上，并且一般克服一回弹偏压，该回弹偏压起作用来使第一输入部件返回轴向起始位置。

在本发明的另一种形式中，第一输入部件所绕着安装的框架的至少一部分可移动，以产生一输入控制信号。这样，可移动框架部分本身可构成用户接口设备的一输入部件。例如，该框架部分可相对于设备的底座枢轴转动或平移，以产生一控制信号。该框架部分的枢轴转动或平动优选克服一回弹偏压，例如来自弹簧的回弹偏压，该偏压起作用来使该框架部分返回中性位置。

如前面针对转动所述的，第一输入部件的枢轴转动和/或平动优选被设计成适合进行“指尖控制”的，只需要与可由一般用户的手指容易施加的力相当的力。关于这一点，针对第一输入部件的枢轴转动和/或平动的弹簧元件的回弹偏压一般小于约15牛顿/毫米，优选在约0.1到约10牛顿/毫米的范围内，更优选在约0.5到约5牛顿/毫米的范围内。

本发明的用户接口设备包括一传感器装置，该传感器装置，与其它元件一起，主要被设计成能检测和解释第一输入部件相对于底座的转动。在本发明的一种优选形式中，用户接口设备包括一用于检测两个对象的相对运动或相对位置的传感器装置，见美国专利公布No.2003/0103217中的描述，该专利公布的全部内容在此通过引用的方式纳入。因此，该传感器装置优选被设计成能检测和解释第一输入部件的转动和/或第一输入部件的轴向位移和/或第一输入部件安装于其上的框架部分的枢轴转动或平动。该传感器装置一般被置于第一输入部件所围住的中心空间内，例如一套状或环状元件的空心中心区域内，但是该传感器装置还可部分被置于底座内。因此，该传感器装置可稳固地安装在底座上，例如，安装在第一输入部件所优选地绕着安装的框架上或框架内。

本发明的用户接口设备优选被设计成适于由用户单手操作的，不过双手操作同样被设想到。因而，整个设备应该基本能被用户的一只手围住，象使用常规鼠标时的情形一样。

本发明的用户接口设备最特定的是面向用于CAD/CAM软件和图像处理软件的图像或模型操作。特别是，借助该设备的输入部件的运动或驱动产生的控制信号优选与数字图像或模型的观察点的自由导航相关，使缩放操作和平移操作能够被同时执行。该创造性设备的上述配置具有如下优点：为用户提供非常自然和直观的方式在计算机环境中浏览、操作图像和设计。

本发明还提供一种用于计算机环境中的图像产生和/或操作的系统，其中该系统包括如上所述的、根据本发明的用户接口设备。例如，该系统可为一个CAD/CAM软件系统。

附图说明

下面参照附图，通过举例的方式描述根据本发明的用户接口设备的特定实施方案，附图中相同的参考数字表示相同的组成部分，并且其中：

图1A至1C是根据本发明的特定实施方案的三种不同尺寸的用户接口设备的示意性立体图；

图2A是图1C中所示的、本发明的优选实施方案的更详细的示意性立体图(部分被剖开)；

图2B是图2A中所示的优选实施方案的示意性俯视图；

图3A是与图2A中所示的类似的、本发明的另一优选实施方案的详细示意性立体图(部分被剖开)；

图3B是图3A中所示的优选实施方案的示意性俯视图；和

图4A-4D是根据本发明的一个优选实施方案的用户接口设备的示意性主视图、俯视图、侧视图和立体图。

具体实施方式

首先参照图1A至1C，示意性图解了根据本发明的用户接口设备100的三个不同实施例的立体图。在每种情况下，设备包括底座10，该底座包括大体圆形或椭圆形支撑结构11。一般来说，底座10是坚固的，并被设计成能放在操作表面上的大体固定位置，如工作台或桌面上等。为此，底座10的底面可包括橡胶基脚(未示出)，用以抓牢工作台或桌面的上表面。底座支撑结构11本身还被设计成能至少部分放置设备的操作电子设备，下面将进行更充分的说明。

第一用户输入部件20采用大体圆柱套状或环状元件的形式，从底座结构11的上面12向上延伸。该套状或环状第一输入部件20安装在底座10上以适于绕轴线21转动，该轴线21大体垂直于底座向上延伸的，也就是，大体垂直于水平桌面。这样，圆柱形或环状第一输入部件20采用旋钮的形式，并具有从底座10近侧的端区域23到底座远侧的相对端区域24的轴向长度或高度22。第一输入部件20的侧壁25具有横切旋转轴线21的大体圆形横截面，并围住一空间，一传感器装置安装在该空间内用于检测并解释第一输入部件20相对于底座10的转动。这样，圆柱套状或环状元件的侧壁25围住一在近侧和远侧端区域22、23之间延伸的空心或开口区域(未示出)。

在该实施例中，第一输入部件20的转动范围小于约30度，可使旋转起始位置的两侧均仅有约10度的角范围。环状第一输入部件20优选由弹簧元件(未示出)施加回弹偏压，以返回旋转起始位置。重要的是，第一输入部件20适于进行“指尖控制”，以便其相对于底座的转动可用一般的手指力量容易地实现。具体而言，在环状第一输入部件20由弹簧元件施加回弹偏压的情况下，弹簧阻力一般在约0.5到约5牛顿/毫米的范围内。

邻近第一输入部件20的远侧端区域24有一盖部30，该盖部不适合相对于底座转动。盖部30的上表面处包括至少一个按钮式开关或继电器31、32，它们构成第二输入部件。如在示意图中清楚看见的，图1A和1C所示的实施方案包括两个第二输入部件31、32，而图1B所示的实施方案仅图解了一个较大的第二输入部件按钮31。

此外，图1A至1C显示，各个示例性实施方案包括两个按钮式第三输入部件41，它们设置在底座10的上表面12处并邻近第一输入部件旋钮20的近侧端区域23。

在上述各实施方案的情形下，用户转动第一输入部件旋钮20、和/或驱动盖部30中的按钮式开关31和32中的一个、和/或驱动按钮式开关41，会在输入设备的设计所针对的图像处理计算机环境中产生相应的控制信号。图1A至1C所示的三个实施例之间的主要区别在于套状或环状第一输入部件20的轴向长度或高度22。这三种不同高度22实质上为用户限定了三种不同的手位置。图1A所示的实施方案具有较高的、最高达约70毫米的圆柱套元件20，要进行正确使用，需要大体“竖直”的手取向。因此，套元件20被抓在拇指以及至少食指和中指中间，同时手掌在大体竖直方向上。

相反，图1B所示的实施方案所具有的第一输入部件具有仅约20毫米的较短轴向长度22。要正确操作这一特定用户接口设备100，手优选在大体“水平”方向上，同时食指放在盖部30的顶部，而拇指和中指抓住第一输入部件20的环状元件。在此实施方案中，由于用户手的取向，底座10被设计成包括掌托13，因此比图1A所示的实施方案中的底座稍大。

在图1C所示的实施方案中，第一输入部件20的圆柱套状或环状元件的高度22介于图1A和1B所示的实施方案之间，一般在20到50毫米的范围内。此配置规定了大体“倾斜”或成角度的手取向，其中第一输入部件20由用户的拇指和食指抓在中间。在图1A至1C所示的三个实施方案中，该具有“倾斜”手取向的第三实施方案被发现提供了最佳性能和人机工程学。

参照图2A和2B对图1C所示的本发明的用户接口设备100的细节作进一步描述。图2A显示，第一输入部件20的圆柱套状或环状元件被“切掉”，以露出它所围住的、用于至少部分放置传感器装置50的中心空间26，该传感器装置50检测和解释第一输入部件20相对于底座10的转动。第一输入部件20的圆柱形侧壁25被显示为剖开。将会意识到，在这些图中将第一输入部件20表示为普通圆柱状元件仅仅是一种简化示意性表示方式。实际上，优选对第一输入部件20的外部侧表面加工成一定的外形或轮廓以方便用户舒适地、符合人机工程学原理地进行操作。关于这一点，该外表面可具有弯曲凹面轮廓，并可任选地包括棱纹或纹理，以增强握力。不过，为图解该设备的基本构造，一般来说普通圆柱形式的第一输入部件20就够了。

如可在图2A中看见的，第一输入部件20被安装得适于绕一框架51旋转，该框架从底座10向上延伸至穿过第一输入部件20的空心中心区域26，在盖部30中达到最高点。该框架51提供一用于支撑盖部30以及设置在盖部30上的一对第二输入部件开关31、32的结构，更不必说提供用于传感器装置50和旋钮部件20的支撑结构了。传感器装置50可，例如，基于美国专利公布No.2003/0103217中描述的装置，并且适于至少能够检测和解释旋钮20相对于底座10的转动。此传感器装置50至少部分置于套状或环状旋钮20中，虽然，一般情况下它还部分置于底座10的支撑结构11中。旋钮或环状第一输入部件20绕旋转轴线21的转动独立于两个第二输入部件开关31、32。类似地，对任一第二输入部件开关31、32的驱动不以任何方式影响第一输入部件20。

图2B显示用户接口设备的俯视图或平面图。在该视图中，可清楚地看见，圆形盖部30被分成左半部和右半部，其中每个半部构成第二输入开关31、32中的一个。用户接口设备还包括被设计为使这些开关中的各个开关所产生的控制信号能被编程的操作软件。因此，该操作软件使各个第二输入部件开关31、32的控制信号能够从一组选择对象中进行选择和设置。这两个第二输入部件开关31、32中的一个一般被编程来执行与它们中另一个相对的功能或产生与它们中另一个相对的操作控制信号。例如，这对第二输入部件按钮可被编程进行“撤消(Undo)-重做(Redo)”、“向上翻页(Page Up)-向下翻页(PageDown)”、“归位(Home)-至尾(End)”、“向后(Back)-向前(Forward)”或“复制(Copy)-粘贴(Paste)”。

从附图2B中还可清楚地看见，底座结构11包括5个按钮式开关或继电器41、42、43、44、45，它们构成用户接口设备100的一组第三输入部件。这些第三输入开关中的四个开关41、42、43、44被标明具有特定操作控制功能。因此，这四个第三输入部件开关41、42、43、44不可编程，而是适于总是产生与特定标记对应的相同控制信号。关于这一点，正如本领域公知的，标记ESC、ALT、SHIFT和CTRL具有常规意义和操作。第三输入部件开关中的第五个开关45为适应开关(FIT开关)，FIT是特别针对本发明的设备100所适用于的图像处理应用程序的操作。具体而言，该开关被设计成能使图像的特定选定部分“适应”图像显示屏幕。

图3A和3B图解了本发明的另一实施方案。该实施方案非常类似于图2A和2B所示的实施方案，与它们的主要不同在于，在此情形下有四个可编程第二输入部件31、32、33、34被设置成绕盖部30均匀分布。在所有其他方面，设备100基本相同。

图4A至4D图解了本发明的被更实际地处理过的实施方案。在这种情况下，用户接口设备100具有更弯曲、更完美、总体上更符合人机工程学原理的配置，不过其基本结构与上面所描述的相同。在该实施方案中，第一输入部件20的旋钮具有稍微呈锥形的设置，并具有凹入的侧壁25，该侧壁25优选覆盖有为用户提供良好抓握特性的柔软的橡胶基底的复合物。盖部30为邻近第一输入部件20的旋钮的远侧端区域24的整体式元件，适于在用户指压的作用下向任一侧枢轴转动或摆动，以驱动两个正好相对的第二输入部件开关31、32。第三输入部件开关41、42、43、44、45采用绕圆形底座结构11的上表面12分布的伸长按钮的形式。

设备100的一种可能变化涉及第二和第三输入部件开关各自的数量。可以理解的是，所提供实施例中第二输入部件开关31、32和第三输入部件41-45各自的数量可不脱离本发明的范围而改变。

上面参照附图描述的设备100的另一种可能变化设想，第一输入部件20的套状或环状元件还可在轴向上位移，以产生另一控制信号。此外，第一输入部件20和/或第一输入部件20所绕着安装以进行旋转的框架51的至少一部分可相对于底座10枢轴转动，以同样产生另一输入控制信号。因此，在一个实施方案中，施加于旋钮20和盖部30的侧面的横向压力(即，在向前方向上、向后方向上或横向上)被设计成能相对于底座10枢轴转动框架51的可移动部分——以及随着它枢轴转动旋钮20和盖部30——，从而产生另一输入控制信号。还有，第一输入部件20的枢轴运动或平动一般适于进行指尖控制，克服一在约0.5到约5牛顿/毫米的范围内的弹簧偏压。

本发明的用户接口设备100，尤其是图4A至4D所示的优选配置中的，提供了小巧且用户界面非常友好的设备，用于对数字图像或模型的观察点进行自由导航，使缩放操作和平移操作能够被同时执行。旋钮20的转动可例如产生一“平移”控制信号，而旋钮20的轴向位移和/或对第二输入部件开关31-34之一的驱动可实现缩放操作。这样，本发明的设备100可为用户提供非常自然、直观的方式，以在计算机环境中，尤其是在CAD/CAM或图像处理软件应用程序内的计算机环境中，浏览、操作图像和设计。本发明的另一优点是，降低了用户来回频繁的手部动作以及操作键盘的必要性，——尤其是在第三输入部件开关41-45中对预设键盘功能进行了预编程时。

本发明的用户接口设备100主要面向用于协同普通计算机监视器和键盘以及常规计算机鼠标进行的操作。本发明的用户接口设备100可例如用用户的左手操作，在这种情况下，用户一般会用他/她的右手操作常规鼠标。常规鼠标和键盘依然是整个计算机设计过程的组成要素，鼠标一般在2D绘图模式下使用，例如，在勾画几何结构的“草拟阶段”使用，鼠标一般还用于选择和确认命令。其间，键盘一般用来输入数字(如尺寸等)和文本(如文件名等)。

本发明的用户接口设备100尤其适用于3D模型、对象和设计的动作控制输入：例如，在设计“精加工阶段”，在此期间添加设计细节，以及在“编辑、组合和理解阶段”，在此期间可控制和修改组件的尺寸并可将完成的组件组合在一起。虽然如此，设备100还可适于在2D模式下操作，从而降低用户对常规鼠标的依赖性。

显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可改变和/或增添参照附图描述的设备100的各个组成部分。

Claims

1.一种用于在计算机相关环境中手动输入控制信号的设备(100)，该设备包括：

底座(10)，用于将该设备支撑在一表面上；

安装在底座(10)上的第一输入部件(20)，适于绕从底座(10)大体向上延伸的轴线(21)转动，第一输入部件(20)具有从底座(10)近侧的端区域(23)到底座远侧的端区域(23)的轴向长度(22)并包围一中心空间(26)，一传感器装置(50)被置于中心空间内用于检测和解释第一输入部件(20)相对于底座的转动，第一输入部件(20)在其近侧和远侧端区域(23，24)处各具有开口；以及

在第一输入部件的所述远侧端区域(24)处设置或邻近第一输入部件的所述远侧端区域(24)设置的至少两个第二输入部件(31，32)，所述第二输入部件(31，32)中的每个包括适于用指压驱动的开关或继电器；

其中第一输入部件(20)的转动和/或对第二输入部件(31，32)的驱动适于在计算机环境中产生相应的控制信号，并且其中所述至少两个第二输入部件(31，32)被这样安装，使得第一输入部件(20)相对于底座的转动不影响或改变所述两个第二输入部件(31，32)的位置。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于，第一输入部件(20)包括大体圆柱套状或环状元件，该大体圆柱套状或环状元件具有在所述近侧和远侧端区域(23，24)之间延伸的大体空心或开口的中心区域(26)。

3.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第一输入部件(20)具有横切其旋转轴线(21)的大体圆形的横截面。

4.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，各个输入部件(20，31，32)的运动或驱动可在不影响其他输入部件的情况下独立进行。

5.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第一输入部件(20)的直径小于约70毫米，优选小于约55毫米。

6.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第一输入部件(20)的轴向长度(22)小于约65毫米，更优选在约20毫米到约50毫米的范围内。

7.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第一输入部件(20)被安装成适于绕大体位于第一输入部件(20)中间的从底座延伸的框架(51)旋转，其中第二输入部件(31，32)设置在框架(51)的上端区域(30)处。

8.根据权利要求7的设备，其特征在于，框架(51)的上端区域(30)伸出第一输入部件(20)的远侧端区域(24)外。

9.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第一输入部件(20)的旋转轴线(21)大体垂直于底座(10)延伸。

10.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第一输入部件的转动在一有限角范围内，所述角范围优选小于约120度，更优选小于约60度，进一步优选小于约30度。

11.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第一输入部件(20)具有旋转起始位置，并且用户接口设备适于在第一输入部件(20)绕其轴线旋转离开所述起始位置时产生控制信号。

12.根据权利要求11的设备，其特征在于，第一输入部件(20)被施加回弹偏压以返回所述起始位置。

13.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第一输入部件(20)适于绕旋转轴线(21)沿顺时针方向和逆时针方向中的任一方向上或两个方向上转动。

14.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第一输入部件(20)适于“指尖控制”，以便第一输入部件相对于底座转动所需要的力与可由一般用户的手指容易地施加的力相当。

15.根据权利要求13的设备，其特征在于，第一输入部件(20)的回弹偏压小于约15牛顿/毫米，优选在约0.1到约10牛顿/毫米的范围内，更优选在约0.5到约5牛顿/毫米的范围内。

16.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第二输入部件(31，32)被配置为按钮式开关或继电器，并且用户接口设备适于在各个所述第二输入部件通过用指压手动驱动时产生控制信号。

17.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，借助所述第一或第二输入部件(20，31，32，33，34)中至少一个的运动或驱动产生的控制信号是可编程的。

18.根据权利要求17的设备，其特征在于，包含操作软件，该操作软件被设计成能使与特定输入部件(20，31，32，33，34)的驱动相关联的相应控制信号被改变或被设置为多个可能选择对象中的一个。

19.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，包含操作软件，该操作软件被设计成能使该设备的参数如输入部件的响应速度和/或灵敏度被调整。

20.根据权利要求18或19的设备，其特征在于，操作软件适于将与所述输入部件(20，31，32，33，34)中的一个或多个相关联的相应控制信号的细节和/或所述可能选择对象显示在与同该设备(100)一起使用的计算机处理单元相关联的显示监视器上。

21.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，所述两个第二输入部件(31，32)被编程，使得各个所述第二输入部件执行与它们中的另一个相对的功能。

22.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，设备(100)包含四个第二输入部件(31，32，33，34)，所述四个第二输入部件(31，32，33，34)优选可被编程。

23.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，还包含邻近第一输入部件设置在底座上的一个或多个第三输入部件(41，42，43，44，45)。

24.根据权利要求2 3的设备，其特征在于，各个所述第三输入部件(41，42，43，44，45)采用适于以类似于各个所述第二输入部件的方式手动驱动的开关或继电器的形式。

25.根据权利要求23或24的设备，其特征在于，所述一个或多个第三输入部件(41，42，43，44，45)不能编程提供不同的操作控制信号，而是具有预设功能。

26.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，底座(10)被设计成适于在一支撑装置上平动，使得平动在计算机环境中产生控制信号。

27.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，除了可转动外，第一输入部件(20)还可相对于底座在轴向上位移，以同样在计算机相关环境中产生控制信号。

28.根据权利要求27的设备，其特征在于，第一输入部件(20)可在沿轴向的任一方向上或沿轴向的两个方向上位移，优选克服一回弹偏压，该回弹偏压起作用以使第一输入部件返回轴向起始位置。

29.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，第一输入部件所绕着安装的框架(51)的至少一部分是可移动的，以产生一输入控制信号。

30.根据权利要求29的设备，其特征在于，框架部分(51)可相对于该设备的底座(10)枢轴转动、平移、或者枢轴转动和平移，以产生一控制信号。

31.根据权利要求30的设备，其特征在于，框架部分(51)具有一阻止所述枢轴转动和/或平动的回弹偏压，该偏压起作用以使该框架部分返回中性位置。

32.根据权利要求29-31中任一权利要求的设备，其特征在于，向第一输入部件(20)施加横向压力适于使所述框架部分相对于底座(10)枢轴转动或平移。

33.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，传感器装置(50)被设计成能检测和解释第一输入部件的转动和/或第一输入部件的轴向位移和/或所述框架部分的枢轴转动或平动。

34.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，传感器装置(50)安装在框架(51)上或框架(51)内。

35.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，底座(10)适于将该设备支撑在一操作表面上，如工作台或桌面上。

36.根据以上权利要求中任一权利要求的设备，其特征在于，设备(100)被设计成适于由用户单手操作。

37.一种用于计算机环境中的图像产生和/或操作的系统，该系统包括以上权利要求中任一权利要求的用户接口设备(100)。