技术领域
[0001] 本
发明涉及一种输入装置及方法，尤其是一种利用活动的圆形外壳作为输入设备的装置和方法，属于输入设备的技术领域。
背景技术
[0002] 随着技术发展，智能设备的功能越来越强大，用户体验越来越好。对于一个智能设备来说，用户体验主要体现在与用户交互的界面以及实现功能的设计上。而交互界面作为与用户直接发生联系的部分，是影响用户体验的一个十分重要因素。目前设计良好的交互界面通常包括按键输入和图形输出。而按键输入又是
人机界面中必不可少的组成部分之一。
发明内容
[0003] 本发明的目的是克服
现有技术中存在的不足，提供一种利用活动的圆形外壳作为输入设备的装置和方法，其结构紧凑，能改善用户输入体验，提高输入识别的可靠性。
[0004] 按照本发明提供的技术方案，所述利用活动的圆形外壳作为输入设备的装置，包括安装在
支撑体上并能相对所述支撑体活动的外壳以及能获取所述外壳的
传感器照射区活动信息的
光电传感器，所述光电传感器与
微处理器连接；光电传感器能将获取传感器照射区的活动信息传输至微处理器，微处理器根据所述活动信息确认利用外壳相对支撑体的活动产生的输入信息。
[0005] 所述外壳呈圆柱形，外壳的传感器照射区设置在外壳的外观支撑结构上，传感器照射区位于外观支撑结构的内侧或外侧，传感器照射区的形状包括环形或条形。
[0006] 所述外壳带动传感器照射区相对于支撑体的活动包括旋转或推拉。
[0007] 所述光电传感器包括用于发射光线的
光源发射器以及接收传感器照射区反射或
透射光线的光线接收器。
[0008] 所述光线接收器包括双通道的光电
编码器，所述双通道的光电编码器输出两路
相位差是90°的活动检测
信号。
[0009] 所述微处理器包括输入处理模
块以及
信号处理模块；输入处理模块将两路
相位差是90°的活动检测信号转换为活动检测
数字信号，信号处理模块将活动检测数字信号的变化最大值与设定
阈值比较，以确定是否操作外壳；当信号处理模块确定操作外壳时，信号处理模块对两路相位差是90°的活动检测信号进行周期比较，并根据所述两路活动检测信号的周期比较值确定外壳活动产生的输入信息。
[0010] 所述设定阈值为活动检测数字信号变化最大值的1/4~1/2；信号处理模块在20ms~500ms的时间段内，比较两路信号的相位关系，以统计出正相位差周期个数和负相位差周期个数；信号处理模块将正相位差周期个数、负相位差周期个数中统计值大的作为统计结果，信号处理模块根据所述统计结果确定外壳活动产生的输入信息。
[0011] 一种利用活动的圆形外壳作为输入设备的方法，外壳安装在支撑体上并能相对所述支撑体活动，利用光电传感器获取外壳的传感器照射区跟随外壳相对支撑体活动所产生的活动信息，光电传感器能将获取传感器照射区的活动信息传输至微处理器，微处理器根据所述活动信息确认利用外壳相对支撑体的活动产生的输入信息。
[0012] 所述光电传感器包括用于发射光线的光源发射器以及接收传感器照射区反射或透射光线的光线接收器；所述光线接收器包括双通道的光电编码器，所述双通道的光电编码器输出两路相位差是90°的活动检测信号；
所述微处理器包括输入处理模块以及信号处理模块；输入处理模块将两路相位差是
90°的活动检测信号转换为活动检测数字信号，信号处理模块将活动检测数字信号的变化最大值与设定阈值比较，以确定是否操作外壳；
当信号处理模块确定操作外壳时，信号处理模块对两路相位差是90°的活动检测信号进行周期比较，并根据所述两路活动检测信号的周期比较值确定外壳活动产生的输入信息。
[0013] 所述设定阈值为活动检测数字信号变化最大值的1/4~1/2；信号处理模块在20ms~500ms的时间段内，比较两路信号的相位关系，以统计出正相位差周期个数和负相位差周期个数；信号处理模块将正相位差周期个数、负相位差周期个数中统计值大的作为统计结果，信号处理模块根据所述统计结果确定外壳活动产生的输入信息。
[0014] 本发明的优点：外壳装配在支撑体上，通过与支撑体产生相对活动作为输入通道，光电传感器能将获取传感器照射区的活动信息传输至微处理器，微处理器根据所述活动信息确认利用外壳相对支撑体的活动产生的输入信息，既具有机械操作的质感，又避免引入
接触式的机械噪音，使用寿命也比普通机械式长，明显改善了用户体验。
附图说明
[0015] 图1为本发明的结构示意图。
[0016] 图2为本发明外壳的结构示意图。
[0017] 图3为本发明光电传感器与外壳的传感器照射区的配合示意图。
[0018] 图4为本发明光线接收器输出两路活动检测信号的示意图。
[0019] 图5为本发明微处理器的结构示意图。
[0021] 附图标记说明：10-外壳、11-支撑体、12-光电传感器、13-微处理器、101-外观支撑结构、102-传感器照射区、121-光源发射器、122-光线接收器、131-输入处理模块、132-信号处理模块、1221-第一光电编码器及1222-第二光电编码器。
具体实施方式
[0022] 下面结合具体附图和
实施例对本发明作进一步说明。
[0023] 目前，输入设备的形式多种多样，其中常用的为使用机械按键，如
弹簧片、锅仔片等。机械按键一般是通过正常情况下是相互绝缘的两个导电装置和弹性机构组成，当受外界
力量时，弹性机构形变，之前相互绝缘的两个导电装置接触、联通，然后外部处理
电路可以捕获这种电气的改变，获得输入动作。
[0024] 尽管现有机械按键的成本很低，但是也有很多明显的问题。如按击寿命有限、占结构空间较大、有操作噪声，同时用户体验比较一般。所以机械按键通常使用在无法用其他按键代替的场合，如电源
开关。而需要极佳用户体验的，通常已经不再使用机械按键。
[0025] 此外，目前还经常采用另一种输入技术：触摸输入，所述触摸输入包括电容触摸或
电阻触摸。这两者在体验上都优于传统按键，尤其是电容触摸技术，已经可以实现整块电容
触摸屏，和分离的电容触摸按键。电容触摸技术是使用两面导电层，形成的电容来检查输入动作的；当用户
手指或身体靠近屏幕或者按键时，电容量会发生改变，使用专用电路检测这部分信息，即可以获取输入动作。
[0026] 触摸技术与机械按键的相比，优势显而易见。但是也有使用问题，比如导电层之间的电容量容易受环境影响，会引入一定的不可靠。另外触摸输入技术，没有机械机构，在有些输入的情况下，用户体验反而偏差，表现为：没有手感、动作识别有延迟等。这些都是触摸技术或多或少存在的问题如图1所示：为了能改善用户输入体验，提高输入识别的可靠性，本发明包括安装在支撑体11上并能相对所述支撑体11活动的外壳10以及能获取所述外壳10的传感器照射区
102活动信息的光电传感器12，所述光电传感器12与微处理器13连接；光电传感器12能将获取传感器照射区102的活动信息传输至微处理器13，微处理器13根据所述活动信息确认利用外壳10相对支撑体11的活动产生的输入信息。
[0027] 具体地，支撑体11始终处于不可活动状态，支撑体11可以是设备的外部壳体，也可以是装配在内部的印刷
电路板，光电传感器12、微处理器13一般情况下都与不可活动的支撑体11之间具有固定的
位置关系，或有固定的装配关系。
[0028] 如图2所示，所述外壳10呈圆柱形，外壳10的传感器照射区102设置在外壳10的外观支撑结构101上，传感器照射区102位于外观支撑结构101的内侧或外侧，传感器照射区102的形状包括环形或条形。所述外壳10带动传感器照射区102相对于支撑体11的活动包括旋转或推拉。
[0029] 外壳10整体呈圆柱形，外壳10的横截面呈圆形，外壳10至少包括外观支撑结构101以及传感器照射区102，外壳支撑结构101的形状与外壳10的形状相一致，外壳10通过外观支撑结构101与支撑体11进行装配，外壳10与支撑体11之间的装配关系可以根据实际应用需要来确定，外壳10与支撑体11之间的活动可以为旋转或推拉中的一种，或者是其他的形式。当外壳10与支撑体11之间产生旋转或推拉的活动时，微处理器13能够对活动的具体形式进行识别确认，并得到相应的输入信息。
[0030] 传感器照射区102，是外壳10参与动作识别的结构主体，主要功能是为了提高光电传感器12的转换效率，使用户的输入动作转
化成的
电信号特征更加明显。用户的旋转动作、推拉动作或其他活动，通过外观支撑结构101带动传感器照射区102活动，使传感器照射区102与光电传感器12的位置出现相对变化，这种变化会在光电传感器12的输出上得到体现。在具体实施时，传感器照射区102通常采用栅孔结构，对光线的反射或透射会形成明暗相间的区域，如光码盘、光码条等，这种形态对光电传感器12的转化效果是最好的方式。传感器照射区102的位置可在外壳10内侧或外侧，可环形布置，也可采用其他方式的条形布置，具体取决于要识别的用户动作。
[0031] 如图3和图4所示，所述光电传感器12包括用于发射光线的光源发射器121以及接收传感器照射区102反射或透射光线的光线接收器122。
[0032] 所述光线接收器122包括双通道的光电编码器，所述双通道的光电编码器输出两路相位差是90°的活动检测信号。
[0033] 本发明实施例中，光源发射器121是能够提高光线接收器122的接收效果，光线接收器122对入射光线的
波长和强度都有相应要求，采用光源发射器121，可使光线接收器122达到较好的使用效果。光源发射器121、光线接收器122的结构及原理为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0034] 光源发射器121发出的光线经过传感器照射区102的反射或透射，进入到光线接收器122中，光线接收器122会对接收到的
光信号进行转换，输出按照光线强弱而变化的信号
波形。光线接收器122包含多个光电编码器可以接收不同位置的光线。光线接收器122通常采用双通道的光电编码器，可以将两个不同位置的光线信号转换为两路信号输出。两路
输出信号中包含了可提取出用户操作动作的信息，通常情况下，两路信号的相位差是±90度，但具体实施时不仅限定于此种情况。具体实施时，光线接收器122中的双通道光电编码器包括第一光电编码器1221以及第二光电编码器1222，通过第一光电编码器1221、及第二光电编码器1222来输出两路信号，即能得到两路相位差是90°的活动检测信号。
[0035] 如图5所示，所述微处理器13包括输入处理模块131以及信号处理模块132；输入处理模块131将两路相位差是90°的活动检测信号转换为活动检测数字信号，信号处理模块132将活动检测数字信号的变化最大值与设定阈值比较，以确定是否操作外壳10；当信号处理模块132确定操作外壳10时，信号处理模块132对两路相位差是90°的活动检测信号进行周期比较，并根据所述两路活动检测信号的周期比较值确定外壳10活动产生的输入信息。
[0036] 所述设定阈值为活动检测数字信号变化最大值的1/4~1/2；信号处理模块132在20ms~500ms的时间段内，比较两路信号的相位关系，以统计出正相位差周期个数和负相位差周期个数；信号处理模块132将正相位差周期个数、负相位差周期个数中统计值大的作为统计结果，信号处理模块132根据所述统计结果确定外壳10活动产生的输入信息。
[0037] 本发明实施例中，输入处理模块131实现将光电传感器的
模拟信号变成数字信号，即得到活动检测数字信号。将模拟信号转换为数字信号方法可包括ADC（
模数转换）等，其中可能包括放大、滤波、隔直流等处理步骤，所述处理步骤为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0038] 信号处理模块132对获得的活动检测数字信号进行处理，所述对活动检测数字信号的处理主要包括幅值估计，相位估计。信号处理模块132判断所述活动检测数字信号是否为操作外壳10相对支撑体11活动产生时，信号处理模块132可以通过设定阈值得到，具体地，信号处理模块132通过不断
跟踪检查活动检测数字信号变化的最大值，将此最大值的1/4~1/2作为阈值，超过此幅度时，认定用户开始操作外壳10。一旦用户开始操作外壳，信号处理模块132开始对两路的活动检测数字信号进行相位比较。本发明实施例中，预定阈值优选为活动检测数字信号变化最大值的1/3。
[0039] 本发明实施例中，信号处理模块132在判断外壳10的活动信息时，需要对活动检测数字信号进行过零检测，使两路的活动检测数字信号变成两路方波信号。对于两路方波信号，信号处理模块132采用的逐周期比较计数法来整体判断：扫描获得两路的活动检测数字信号，对于两路的活动检测数字信号逐个周期比较两路的活动检测数字信号的相位关系，将比较结果中为正相位差周期个数和负相位差周期个数分别统计，每20ms~500ms作为一个时间段，将统计数值多的那个结果作为整个时间段的结果（如相位差为正，对应可活动外壳10是顺
时针旋转，那么相位差为正相位差周期个数较大时，就认为在这个时间段内对外壳10的操作是顺时针旋转），并将此结果记录到一个序列中。之后，扫描此序列，以100ms~1s为单位，将夹杂在其中的方向突变的识别结果修正，如在“正正正逆正”这样一个序列里，将“逆”的动作
修改为正，从而得到最终的判决结果，这是基于正常情况下，用户不会在设定的时间段内频繁改变方向的行为特点来做修正的。
[0040] 具体实施时，对于正相位差周期个数、负相位差周期个数统计时间段优先为100ms，对于扫描序列，优选为500ms为单位。上述说明中，仅以外壳10相对支撑体11之间的旋转为例进行的说明，当外壳10相对于支撑体11之间活动为推拉时，可以在信号处理模块132内识别所产生的推拉输入信息。
[0041] 在发明具体实施中，光电传感器12的活动检测信号
质量的效果差，而本发明中信号处理模块132对活动检测数字信号进行上述处理时，具有计算简单，方法可靠等优势，可适应多种不同的光电传感器12和传感器反射区102的设计方案。
[0042] 如图6所示，一种利用活动的圆形外壳作为输入设备的方法，外壳10安装在支撑体11上并能相对所述支撑体11活动，利用光电传感器12获取外壳10的传感器照射区102跟随外壳10相对支撑体11活动所产生的活动信息，光电传感器12能将获取传感器照射区102的活动信息传输至微处理器13，微处理器13根据所述活动信息确认利用外壳10相对支撑体11的活动产生的输入信息。
[0043] 所述光电传感器12包括用于发射光线的光源发射器121以及接收传感器照射区102反射或透射光线的光线接收器122；
所述光线接收器122包括双通道的光电编码器，所述双通道的光电编码器输出两路相位差是90°的活动检测信号；
所述微处理器13包括输入处理模块131以及信号处理模块132；输入处理模块131将两路相位差是90°的活动检测信号转换为活动检测数字信号，信号处理模块132将活动检测数字信号的变化最大值与设定阈值比较，以确定是否操作外壳10；
当信号处理模块132确定操作外壳10时，信号处理模块132对两路相位差是90°的活动检测信号进行周期比较，并根据所述两路活动检测信号的周期比较值确定外壳10活动产生的输入信息。
[0044] 所述设定阈值为活动检测数字信号变化最大值的1/4~1/2；信号处理模块132在20ms~500ms的时间段内，比较两路信号的相位关系，以统计出正相位差周期个数和负相位差周期个数；信号处理模块132将正相位差周期个数、负相位差周期个数中统计值大的作为统计结果，信号处理模块132根据所述统计结果确定外壳10活动产生的输入信息。
[0045] 本发明实施例中，将外壳10安装在所需的支撑体11上，通过外壳10与支撑体11之间的相对旋转或推拉来进行所需信息的输入，即通过外壳10与支撑体11之间相对活动作为能够产生所需的输入信息。外壳10相对支撑体11之间的活动，通过光电传感器12来检测，并通过微处理器13来进行识别确定。在微处理器13内通过对统计的正相位差周期个数、负相位差周期个数的比较、修正等操作，最终确定外壳10活动产生的输入信息。
[0046] 进一步地，本发明实施例中，外壳10与微处理器13配合，能够实现“加减”、“切换”、“翻页”等效果，既具有机械操作的质感，又避免引入接触式的机械噪音，使用寿命也比普通机械式长，明显改善了用户体验。
