本发明涉及一种计算机附件，具体涉及计算机输入装置。

传统的移动和操纵光标的计算机输入装置主要是鼠标和轨迹球，还有游戏操纵杆和控 制光标移动的电子教鞭等。鼠标是靠鼠标体与工作面的相对移动来控制光标的位置，轨迹 球是靠人手拔动轨迹球来控制光标的位置，游戏操纵杆是靠操纵杆倾钭来控制光标的位 置，电子教鞭是靠人手押动多向开关来控制光标的位置。但长时间使用这些计算机输入装 置，操作者手部甚至肩部都会出现酸痛症状。为了避免这种广泛存在的“鼠标病”，本发 明旨在提供一种让人们能够更自由地操作计算机的计算机输入装置。本发明旨在提供一种 手持式的计算机输入装置，通过操作者手腕和手臂的转动和倾斜而产生的计算机输入装置 的空间方位变化来移动和控制光标的位置，用计算机输入装置上的相当于鼠标上左右键和 滾轮功能的操作装置来控制计算机光标和页面的行为。操作者这种手腕和手臂的转动和倾 斜，是可在操作者喜好的任何姿势状态下进行，操作者也可不时的变换姿势以解除疲劳。

美国专利(U.S.Pat.No.3,983,474，Kuipers，1976)曾提出通过用相互正交排列的 线圈来感测计算机输入装置的空间方位变化，随后美国专利(U.S.Pat.No.5,394,029， Gay，et al.1995)又曾提出通过用相互正交排列的霍耳传感器来感测计算机输入装置的 空间方位变化，进而移动和控制虚拟现实中的计算机显示元素。但当相互正交排列的传感 器的其中一轴与磁力线方向平行时，传感器的其他轴就磁力线方向垂直，此时正交排列的 传感器处于相对磁场的方位变化最不敏感的状态，此时若计算机输入装置绕磁力线旋转， 正交排列的传感器甚至无法感测到空间方位的变化。美国专利(U.S.Pat.No.5,440,326， Quinn，Gyration，Inc.1995)也曾提出通过马达驱动的陀螺仪来感测计算机输入装置的空 间方位，但陀螺仪能耗高制造复杂并且成本昂贵，也不是合理的解决方案。

本发明的主要技术解决方案是：如图1所示，x-y-z是空间的正交右手笛卡儿坐标系 (Cartesian coordinate)，x-y平面与地平面平行，物体的空间方位以倾斜方位角θ、 转动方位角Ф和滾动方位角ψ描述。制做的计算机输入装置本体内安装有非正交多向磁场 传感器。当该计算机输入装置置于一有确定方向的磁场中时，操作者持握计算机输入装置 的手腕和手臂的转动和倾斜，就使得计算机输入装置本体内的非正交多向磁场传感器相对 于其体外确定方向的磁场发生转动和倾斜等方位变化，非正交多向磁场传感器可以感测到 相对于体外磁场的方位变化。在计算机输入装置上设置一个控制开关K，计算机输入装置 以操作者每次触动开关K时，非正交多向磁场传感器感测到的它相对于体外磁场的方位作 为方位初始值(θ0，Ф0，ψ0)；以开关K还处于被触动的状态下，非正交多向磁场传感 器感测到的当前计算机输入装置所处相对于体外磁场的方位作为方位当前值(θt，Фt， ψt)。用计算机输入装置内的相关电路对非正交多向磁场传感器感测到的这个相对于体外 磁场的方位变化量(Δθ＝θt-θ0，ΔФ＝Фt-Ф0，Δψ＝ψt-ψ0)进行处理，并输出 给计算机来相应移动和控制计算机显示屏上光标或其他显示元素的位置。用计算机输入装 置上的相当于鼠标的左右键和滾轮功能的操作装置可控制计算机光标和页面的行为。控制 开关K恢复被触动前的状态后，操作者再次触动开关时，计算机输入装置电路重新以此时 磁场传感器感测到的它相对于体外磁场的方位作为方位初始值(θ0，Ф0，ψ0)。可在计 算机输入装置内以非正交方式装多个磁场传感器，或者一个非正交多维磁场传感器。

另一种方案，计算机输入装置本体内同时安装有重力倾斜传感器和非正交两向磁场传 感器，并使重力倾斜传感器的倾斜轴和滾动轴分别与非正交两向磁场传感器的两个感应轴 平行。当该计算机输入装置置于一有确定方向的磁场中时，操作者持握计算机输入装置的 手腕和手臂的转动和倾斜，就使得计算机输入装置本体内的重力倾斜传感器和非正交两向 磁场传感器相对于重力场和体外确定方向的磁场发生转动和倾斜等方位变化，重力倾斜传 感器和非正交两向磁场传感器可以协同感测到计算机输入装置在空间的方位变化。在计算 机输入装置上设置一个控制开关K，计算机输入装置以操作者每次触动开关K时，重力倾 斜传感器和非正交两向磁场传感器协同感测到的它相对于重力场和体外磁场的方位作为 方位初始值(θ0，Ф0，ψ0)；以开关K还处于被触动的状态下，重力倾斜传感器和非正 交两向磁场传感器感测到的当前计算机输入装置所处相对于重力场和体外磁场的方位作 为方位当前值(θt，Фt，ψt)。用计算机输入装置内的相关电路对非正交两向磁场传感 器感测到的这个空间的方位变化量(Δθ＝θt-θ0，ΔФ＝Фt-Ф0，Δψ＝ψt-ψ0)进 行处理，并输出给计算机来相应移动和控制计算机显示屏上光标或其他显示元素的位置。 用计算机输入装置上的相当于鼠标的左右键和滾轮功能的操作装置可控制计算机光标和 页面的行为。控制开关K恢复被触动前的状态后，操作者再次触动开关时，计算机输入装 置电路重新以此时重力倾斜传感器和非正交两向磁场传感器感测到的它相对于重力场和 体外磁场的方位作为方位初始值(θ0，Ф0，ψ0)。可在计算机输入装置内以非正交方式 装两个磁场传感器，或者一个非正交两维磁场传感器。

所述的重力倾斜传感器可以是加速度式倾斜传感器，可以是重力转子式倾斜传感器， 也可以是电解式倾斜传感器，也可以是其他形式的倾斜传感器。所述的磁场传感器可以是 磁电阻式磁场传感器(包括MR、GMR、AMR)，也可以是线圈式磁场传感器，也可以是霍耳效 应式磁场传感器，也可以是其他形式的磁场传感器，并可在磁场传感器中置入补偿用磁体。 开关K可以是拔动式的，也可以是触压式的、人体感应式的、光电式的等。

上述的“确定方向的磁场”最合理的就是采用地磁场。

本发明的实施例之一如图2所示：新型的计算机输入装置。计算机输入装置由非正交 多向磁场传感器2.1、人体感应式控制开关K 2.2、相关电路2.3、计算机输入装置本体 2.4以及相当于鼠标的左键2.4.1右键2.4.2和滾轮2.4.3等组成。计算机输入装置本体 2.4内安装有感测到相对于体外磁场的方位变化的非正交多向磁场传感器2.1和相当于鼠 标的左键2.4.1右键2.4.2和滾轮2.4.3功能的操作装置，以及相关电路2.3，并设置一 个人体感应式控制开关K 2.2。使用者处于地磁场未被屏蔽及破坏的环境中。当使用者想 要调整计算机显示屏上光标的位置时，使用者用手触及开关K 2.2，磁场传感器2.1以及 计算机输入装置内的相关电路2.3处于工作状态，计算机输入装置以此时磁场传感器2.1 感测到的它相对于地磁场的方位作为方位初始值(θ0，Ф0，ψ0)，使用者通过手腕和手 臂的转动和倾斜使得计算机输入装置的空间方位变化，磁场传感器2.1感测到的当前计算 机输入装置所处相对于地磁场的方位作为方位当前值(θt，Фt，ψt)，用计算机输入装 置内的相关电路2.3对磁场传感器感测到的这个相对于地磁场的方位变化量(Δθ＝θt- θ0，ΔФ＝Фt-Ф0，Δψ＝ψt-ψ0)进行处理，并输出给计算机来相应移动显示屏上光 标的位置。使用者连续转动和倾斜手腕和手臂，直至计算机显示屏上光标到达使用者期望 的位置，这时使用者的手离开开关K 2.2，让计算机输入装置内的磁场传感器2.1或相关 采样电路处于不工作状态，光标停留在使用者期望的位置，使用者可用计算机输入装置上 的相当于鼠标的左键2.4.1右键2.4.2和滾轮2.4.3功能的操作装置控制计算机光标和页 面的行为。计算机输入装置的信号输出端可以是有线的，也可以是无线的。

本发明的实施例之二如图3所示：新型的计算机输入装置。计算机输入装置由重力 倾斜传感器3.1、非正交两向磁场传感器3.2、人体感应式控制开关K 3.3、相关电路3.4、 计算机输入装置本体3.5以及相当于鼠标的左键3.5.1右键3.5.2和滾轮3.5.3等组成。 计算机输入装置本体3.5内同时安装有重力倾斜传感器3.1和非正交两向磁场传感器 3.2，并使重力倾斜传感器3.1的滾动轴与非正交两向磁场传感器3.2的一个感应轴平 行。使用者处于地磁场未被屏蔽的环境中。当使用者想要调整计算机显示屏上光标的位 置时，使用者用手触及开关K 3.3，重力倾斜传感器3.1和非正交两向磁场传感器3.2 以及计算机输入装置内的相关电路3.4处于工作状态，计算机输入装置此时重力倾斜传感 器3.1感测到的计算机输入装置相对于重力场的初始倾斜和滾动方位(θ0，ψ0)，同时计 算机输入装置内的相关电路3.4对此时非正交两向磁场传感器3.2在这个初始倾斜和滾动 方位(θ0，ψ0)下所感测到的计算机输入装置相对于地磁场的方位进行修正而得到初始转 动方位(Ф0)，从而得出计算机输入装置在空间的方位初始值(θ0，Ф0，ψ0)。使用者通 过手腕和手臂的转动和倾斜使得计算机输入装置的空间方位变化，重力倾斜传感器3.1感 测到计算机输入装置相对于重力场的当前倾斜和滾动方位(θt，ψt)，同时计算机输入装 置内的相关电路对此时非正交两向磁场传感器3.2在当前的倾斜和滾动方位(θt，ψt)下 所感测到的计算机输入装置相对于地磁场的方位进行修正而得到当前转动方位(Фt)，从 而得出计算机输入装置在空间的方位当前值(θt，Фt，ψt)。用计算机输入装置内的相 关电路3.4对这个空间的方位变化量(Δθ＝θt-θ0，ΔФ＝Фt-Ф0，Δψ＝ψt-ψ0) 进行处理，并输出给计算机来相应移动显示屏上光标的位置。使用者连续转动和倾斜手腕 和手臂，直至计算机显示屏上光标到达使用者期望的位置，这时使用者的手离开开关K 3.3， 让计算机输入装置内的重力倾斜传感器3.1和非正交两向磁场传感器3.2或相关采样电路 处于不工作状态，光标停留在使用者期望的位置，使用者可用计算机输入装置上的相当于 鼠标的左键3.5.1右键3.5.2和滾轮3.5.3功能的操作装置控制计算机光标和页面的行为。 计算机输入装置的信号输出端可以是有线的，也可以是无线的。

本发明的实施例之三如图4所示：新型的计算机输入装置。计算机输入装置由重力倾 斜传感器4.1、非正交两向磁场传感器4.2、可自由转动的转架4.3、人体感应式控制开关 K 4.4、相关电路4.5、计算机输入装置本体4.6以及相当于鼠标的左键4.6.1右键4.6.2 和滾轮4.6.3等组成。计算机输入装置本体4.6内同时安装有重力倾斜传感器4.1和非正 交两向磁场传感器4.2，非正交两向磁场传感器4.2安装在可在转架4.3上自由转动的平 板上，使此平板上的物体的重心不在转轴上而处于转架转轴的一侧，让非正交两向磁场传 感器4.2在转架上安装方位是能靠这种重心对转轴的偏心使非正交两向磁场传感器4.2趋 向于地面平行。使用者处于地磁场未被屏蔽的环境中。当使用者想要调整计算机显示屏上 光标的位置时，使用者用手触及开关K 4.4，重力倾斜传感器4.1和非正交两向磁场传感 器4.2以及计算机输入装置内的相关电路4.5处于工作状态，此时重力倾斜传感器4.1感 测到的计算机输入装置在空间的初始倾斜方位(θ0，ψ0)，同时非正交两向磁场传感器4.2 感测到的计算机输入装置在空间的初始转动方位(Ф0)，从而得出计算机输入装置在空间 的方位初始值(θ0，Ф0，ψ0)。使用者通过手腕和手臂的转动和倾斜使得计算机输入装 置的空间方位变化，重力倾斜传感器4.1感测到计算机输入装置在空间的当前倾斜方位 (θt，ψt)，同时非正交两向磁场传感器4.2感测到的计算机输入装置在空间的当前转动 方位(Фt)，从而得出计算机输入装置在空间的方位当前值(θt，Фt，ψt)。用计算机输 入装置内的相关电路4.5对这个空间的方位变化量(Δθ＝θt-θ0，ΔФ＝Фt-Ф0， Δψ＝ψt-ψ0)进行处理，并输出给计算机来相应移动显示屏上光标的位置。使用者连续 转动和倾斜手腕和手臂，直至计算机显示屏上光标到达使用者期望的位置，这时使用者的 手离开开关K 4.4，让计算机输入装置内的重力倾斜传感器和非正交两向磁场传感器或相 关采样电路处于不工作状态，光标停留在使用者期望的位置，使用者可用计算机输入装置 上的相当于鼠标的左键4.6.1右键4.6.2和滾轮4.6.3功能的操作装置控制计算机光标和 页面的行为。可自由转动的转架4.3可以是单层单方向可转动的；也可以是象地球仪一样 的双层平衡环转架，两层转架是在相互垂直的两个方向可转动的。计算机输入装置的信号 输出端可以是有线的，也可以是无线的。

本发明的实施例之四如图5所示：新型的计算机输入装置。计算机输入装置由磁场传 感器5.1、永磁体5.2、人体感应式控制开关K 5.3、相关电路5.4和5.5、接收装置5.6、 计算机输入装置本体5.7以及相当于鼠标的左键5.7.1右键5.7.2和滾轮5.7.3等组成。 计算机输入装置本体5.7内安装永磁体5.2和相关电路5.5，并设置一个人体感应式控制 开关K 5.3。独立于计算机输入装置本体5.7外的另一个接收装置5.6中安装有可感测到 相对于体外磁场的方位变化的磁场传感器5.1以及相关电路5.4。开关K 5.3被触动时， 磁场传感器5.1以及相关电路处于工作状态，开关K 5.3恢复被触动前的状态后，磁场传 感器5.1处于不工作状态。当使用者想要调整计算机显示屏上光标的位置时，使用者用手 触及开关K 5.3，接收装置5.6以此时磁场传感器5.1感测到的它相对于计算机输入装置 本体5.7内永磁体5.2磁场的方位作为方位初始值(θ0，Ф0，ψ0)，使用者通过手腕和 手臂的转动和倾斜使得计算机输入装置的空间方位变化，磁场传感器5.1感测到的当前它 相对于计算机输入装置本体5.7内永磁体5.2磁场的方位作为方位当前值(θt，Фt，ψ t)，用接收装置5.6内的相关电路5.4对磁场传感器5.1感测到的这个相对于计算机输入 装置内永磁体5.2磁场的方位变化量(Δθ＝θt-θ0，ΔФ＝Фt-Ф0，Δψ＝ψt-ψ0) 进行处理，并输出给计算机来相应移动显示屏上整个显示画面的位置。计算机输入装置的 信号输出端可以是有线的，也可以是无线的，也可将接收装置5.6集成于计算机中。计算 机输入装置内安装多个磁场传感器，或者一个多维磁场传感器，多个磁场传感器间或多维 磁场传感器各维间可以是相互正交的，也可以是非正交的。

所述之计算机输入装置可用方位变化的转动分量(ΔФ＝Фt-Ф0)来相应让光标在显 示屏上做横向移动，用方位变化的倾斜分量(Δθ＝θt-θ0)来相应让光标在显示屏上做纵 向移动。

所述之计算机光标可以是箭头形的、十字形的、斑块形的、人手形的、漏斗形的，也 可是其他图形的。

所述之计算机输入装置也可用于移动和控制计算机显示屏上非光标的其他显示元素， 甚至整个显示画面。

所述之计算机输入装置后端可带有光学手写笔之输入端口，以方便手写输入；也可带 有用于手写板的触压头，以方便手写板的使用。

所述之计算机输入装置也可用于电视、数字电视、游戏机、PDA、移动电话等其他电 器的控制。

所述之计算机输入装置可以是由人手持握，也可以是附着在人体的头、胸、手臂等其 他部位。

所述之计算机输入装置也可以作为机器或机器人的计算机输入装置。

上述四个实施例并不代表所有可能的实施方案，其它的变形方案也应是本发明的保护 范围。