專利名稱：多維座標輸入控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸入控制器，特別是指一種具多面向輸入而能控制計算機光標或顯示物的立體三軸動向，達到直覺式、人性化優異操控性的創新設計。
背景技術：
目前交談式計算機圖像系統所使用的二維輸入工具如鼠標、搖桿器、滾球和光筆等等；上述各輸入工具皆有操作簡單、使用容易的特點；另一種三維(3D)鼠標可以使光標及顯示物體在X、Y、Z三軸上自由移動之外，還可以指使物體轉動，所謂六個自由度的鼠標，是除了一般3D鼠標在三軸位置的指向功能之外，同時更能在X，Y，Z軸上選擇任意一軸作旋轉；然，目前3D及六個自由度的鼠標并不俱備精致、精確及如同2D鼠標般的簡易操控性。
現有比較出名的3D及六個自由度的輸入控制器，包搖桿器及滾球；其中Spaceball of Spatial System，Inc.所制造的球式輸入裝置，它包含壓力開關及光學感應器，可以測量施加在無動力滾球上的力量及扭力；使用者可利用推、拉、旋轉滾球來產生3D訊號；這種3D滾球是由John A.Hilton在1989.03.14美國專利4.811.608中所揭示者；類似的發明Dimension6/Geoball是由Gis Graphics Inc.所創造，該產品在球體內裝有六個光學扭力感應器，由此機構來感測力量及旋轉的扭力，但此產品的缺點包括1.定位精度不高；2.須用手部的肌肉來控制，而非用較精確的手指控制；3.此裝置所提供的為相對控制，無法提供絕對位置，因此上述案例機構無法在包容的空間里提供3D座標的立體操控；例如它們不能做球面運動或柱狀形的運動。
綜合上述，目前存在的3D及六個自由度的輸入機構仍具有下列缺點1、操作笨拙，不精確。
2、非直覺式，容易疲備。
3、操控物體的功能頗有局限。
是故，如何開發一種更具理想實用性的輸入控制器，實為相關業者所需努力思索研發的目標與方向。
發明內容
本發明的主要目的，是在提供一種多維座標輸入控制器，其主要是在一控制器上裝有一個以上的觸控式感應器，能夠在X、Y、Z軸三維座標系統中提供一種直覺式的多自由度的輸入控制功能，且此一輸入控制器進行輸入操控的過程中并不須移動控制器本體，以可操控計算機中的光標或是所顯示的物體；該輸入控制器線性位置上的訊號將能夠以手指的”壓觸”及”滑移”方式從輸入控制器的各別面向來控制；至于旋轉動作也可以利用不同面向手指的配合壓觸、捻轉等不同手勢來加以控制達成；由此以突破既有輸入控制器的技術問題，提供更靈活、更人性化的輸入控制模式。
另外本發明指出一種多維座標輸入控制器，該控制器為一鼠標控制器，該鼠標控制器裝設有鼠標機構及按鈕；且該鼠標控制器具有多個面向，其中三個面上設置有觸控式感應器以及用以操控各觸控式感應器的操控部，各面上的觸控式感應器皆同時具有兩個軸向的觸控感應功能；配合各面向觸控式感應器被觸壓的點及方向的不同，能產生X、Y、Z軸多維自由度的輸入控制效果，進以能在鼠標控制器本身無須移動的前提下操控計算機中的光標或物體作立體式移動及旋轉的輸入控制模式。
本發明具有以下幾點優點
1、提供的一種具3D立體多元自由度簡便操控性的多維座標輸入控制器。
2、制造簡單、價格低廉而利于大量生產。
3、操控精確度高。
4、直覺式的操控，更符合人性化設計。
5、不受電磁波及聲波的干擾。
6、具彈性操控物體的能力。
圖1為顯示控制器有X、Y、Z三軸位置及感應器。
圖2為表示控制器的接口與位置的關系。
圖3表示具六個自由度的控制器型態。
圖4、圖5、圖6、圖7、圖8表示利用圖3所示的控制器產生旋轉指令的方法。
圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14為控制器的感應器操控部型式的實施例。
圖15、圖16、圖17、圖18、圖19、圖20、圖21、圖22、圖23、圖24、圖25為控制器的外觀型態實施例圖。
圖26為用以說明控制器各種作動狀態的簡易圖式。
符號說明控制器10感應器11、12、13控制器20感應器21、22、23、24、25、26支架27 導線組28控制器30滾球31手壓式控制鈕32導桿部321 盤面部322導引孔33薄膜感應器34圓盤35 十字形按鈕36
壓鈕37控制器40握持部位41按鈕42控制器50支撐座51按鈕52鼠標控制器60、60B、60C 本體61按鈕62 鼠標機構63感應器64感應器65按鍵66A 滾球66B搖桿66C 滾球控制器70本體71 按鈕72滾球73 感應器具體實施方式
首先，請參閱圖1、圖2所示，為本發明多維座標輸入控制器的較佳實施例，根據本發明，將六個自由度的控制器賦與一個外形；該控制器10的外形可以是一個立方體，而且裝了三個觸控式感應器；第一觸控式距陣感應器11裝在控制器10的前面，根據施壓的方向，該感應器11產生X及Y方向的訊號(請對照圖2所示)，第二個感應器12是裝在控制器10的右邊，根據施壓的方向，該感應器12產生Y及Z方向的模擬訊號；第三個感應器13裝在控制器10的上面，根據施壓的方向，該感應器12產生Z及X方向的訊號；在操作感應器11、12、13時，可以產生重復的控制訊號以控制計算機里的光標或顯示物體等其X、Y、Z軸的位置，如此，Y軸的位置控制可由感應器11及12產生；X軸的位置控制可由感應器11及13產生；Z軸的位置控制可由感應器12及13產生。兩個X訊號可以決定最終X軸的位置；兩個Y訊號可以決定最終Y軸的位置；同理兩個Z訊號也可以決定最終Z軸的位置；因此，施壓在 不同位置的感應器上可以改變計算機中光標及物體的所在位置。
如圖3所示，顯示一個立方體外型且具有六個自由度的控制器20；其第一個感應器21是裝在控制器20的前面；第二個感應器22裝在控制器20的右邊；第三個感應器23裝在控制器20的上面，第四個感應器24裝在控制器20的左邊；第五個感應器25裝在控制器20的背面；第六個感應器26裝在控制器20的底部；并將一組支架27裝在控制器20背面與底部之間，這個支架的作用是讓操作者能接觸及操控位于底部的第六個感應器26；導線組28是用以連接上述各感應器21、22、23、24、25及26，根據在每一個感應器施力的大小及方向將訊號傳輸出去；其X、Y、Z三軸方向的控制訊號可以參考前述圖1、圖2中的控制方式獲得；亦即，該X軸方向的訊號可以由感應器21、23、25及26產生；Y軸方向的訊號可以由感應器21、22、24及25產生；Z軸方向的訊號可以由感應器22、23、24及26產生。
承上段，要讓光標、物體旋轉的指令也可以由該圖3所示的六邊形控制器20來產生；當要使一個物體旋轉時，是將一個手指在一個面上移動，另一個手指則在相對面朝反向移動；舉例說明，請參圖4所示(該圖為簡示、故省略各感應器的立體框形線，于此先敘明)，使用者的拇指A在前面感應器21上朝Y軸方向往上移動，同時，使用者的食指B在后面感應器25上依Y軸方向往下移動；這樣配合的動作會產生以X軸為軸心的正向旋轉運動，亦即同該圖右側部所表示，其所控制的物體C會以X軸為軸心旋轉；以另一種方式解釋，位置訊號及改變位置訊號是由六個面個別輸入，如果相對的兩個邊同時檢測訊號，然后控制器會比對改變位置的訊號，如果控制器檢測出兩邊的訊號剛好相反，則會產生一個旋轉指令，旋轉指令是根據我們所要求的軸心旋轉，此外根據操控的力量，吾人將可以控制物體照比率作旋轉。
如圖5所示，為顯示造成物體C隨X軸做負向旋轉的操控手勢以及該顯示物體C隨著軸心旋轉的狀態。
如圖6所示，同前述所揭操控原理，吾人若以拇指A及食指B在上、下面感應器23及26做出反向移動的手勢，則可以產生對X軸旋轉的指令。
如圖7所示，若在X及Y平面上操控感應器22、23、24及26將可以產生對Z軸的旋轉指令。
復如圖8所示，若在X及Z平面上的感應器21、22、24及25就可以產生對Y軸的旋轉指令。
如圖9所示，為本發明控制器的感應器操控部型式的另一實施例；該感應器操控部可設制成滾球31型態裝設于立方體外形的控制器30的不同面；由推轉滾球31可達到觸動內部感應器的相同功能。
如圖10所示，為本發明控制器的感應器操控部型式的又一實施例；該感應器操控部亦可采用手壓式控制鈕32的結構型態，該控制鈕32包括一伸入控制器30內的導桿部321以及凸露出外面上的盤面部322，控制器30的各個面則設有十字形的導引孔33以限制該控制鈕32的作動路徑。
如圖11所示，為本發明控制器的感應器操控部型式的又一實施例；同樣為立方體外形的控制器30，它的各面上裝有區域性的壓觸式薄膜感應器34，操控部則可為盤形按鈕，如設成一圓盤35，由按壓該圓盤35的不同側部即可觸發到不同區域的薄膜感應器34。如圖12所示，前述薄膜感應器34的操控方式，根據壓力改變以及三個薄膜感應器的組合操作變化，可以產生X，Y，Z軸的轉換訊號，以及X軸、Y軸及Z軸旋轉的訊號。復如圖13所示，應用上述薄膜感應器34原理的操控部亦可為一十字形按鈕36的設計。又或是如圖14所示，將不同區域的薄膜感應器外部皆配組一獨立壓鈕37的結構型態。
進一步地，該感應器操控部亦可為一種觸摸式的操控面板型式(圖未繪)，此種操控方式則僅須由使用者手指觸摸于操控面板上的不同位置即可達到操控內部感應器的目的，無須施以按壓的作用力。
如圖15所示，為本發明所揭多維座標輸入控制器的外型具體實施例，該控制器40加裝了一個握持部位41；這個握持部位是讓使用者更能靈活操作控制器40；例如，使用者可以一手抓住該握持部位41，另一只手操作控制器40，該握持部位上可增設有其它按鈕42用來增加其使用功能。
如圖16所示，為本發明所揭多維座標輸入控制器的外型另一具體實施例，該控制器50加裝了一個支撐座51，使控制器50可在桌上穩定操作，同時，也可以將其它功能的銨鈕52裝設在該支撐座51上。
如圖17所示，顯示將本發明具體演進成鼠標控制器60的實施例；這個鼠標控制器60包含了一個本體61及按鈕62；該鼠標控制器60包含了標準的鼠標機構63；這個機構用來控制計算機中的旋轉位置以及產生X及Y訊號；該鼠標控制器60根據本發明的須要裝置了感應器64；這些感應器的操作方式及原理與前述所揭相同，用來產生X軸、Y軸、Z軸的訊號。
如圖18所示，顯示本發明演進成另一種鼠標控制器的實施例；該鼠標控制器60B類似先前的鼠標控制器60，但是多裝了兩個感應器65來產生X，Y，Z軸訊號以及X軸、Y軸及Z軸的旋轉訊號。
如圖19所示，顯示本發明演進成滾球控制器的實施例；該滾球控制器70包括了本體71、按鈕72及滾球73來控制一般計算機系統中的光標，及產生X及Y軸的轉換訊號；然后，這個滾球控制器70可以加裝感應器74來產生Z軸訊號，以及X軸、Y軸及Z軸的旋轉訊號。
如圖20、圖21所示，本發明演進成鼠標控制器之一種外觀設計態樣，其具有本體及按鈕以及鼠標機構的特色相同于前述鼠標控制器，其主要是用以展現該鼠標控制器60C加裝了本發明所揭多維座標輸入用的感應器后，其外觀仍可達到一種圓順輕巧的產品風貌者，其中，該圖22、圖23所示的鼠標控制器60C的感應器的操控部設成按鍵66A型式；復如圖24、圖25所示，是外觀型式相同于圖19、圖20所示的鼠標控制器60C，不同點在于該感應器的操控部設成滾球66B型式；再如圖23、圖24所示，是外觀型式相同于圖19、圖20所示的鼠標控制器60C，不同點在于該感應器的操控部設成凸出的搖桿66C型式。
如圖26所示，由該簡易圖標再度詳細說明本發明的三軸感應器采用“單指操作”或“兩指操作”時被控制的光標、物體的移動方向，如下“兩指操作”左邊感應器單指在1-3方向滑動Y軸方向移動。
單指在2-4方向滑動Z軸方向移動。
右邊感應器單指在5-7方向移動Y軸方向移動。
單指在6-8方向移動Z軸方向移動。
上面感應器單指在9-11方向移動X軸方向移動。
單指在10-12方向移動繞X軸旋轉。
左、右邊感應器兩指在2-4方向及6-8方向做反方向滑動繞Y軸旋轉。
兩指在1-3方向及5-7方向做反方向滑動繞Z軸旋轉。
“單指操作”左邊感應器單指在1-3方向滑動繞Z軸方向旋轉。
單指在2-4方向滑動繞Y軸方向旋轉。
右邊感應器單指在5-7方向移動Y軸方向移動。
單指在6-8方向移動Z軸方向移動。
上面感應器單指在9-11方向移動X軸方向移動。
單指在10-12方向移動繞X軸旋轉。
綜上所述，本發明主要指一種輸入控制器，其裝有一個以上的觸控式感應器，能夠在3D座標的X、Y、Z三軸提供直覺式的多個自由度的輸入控制功能，且此一輸入控制器進行輸入操控的過程中并不須移動控制器本體，因此可操控計算機中的光標或是計算機中所顯示的物體；更精確地說，本發明為一種具多面向外形(如四方形、矩形)特征的輸入控制器，其可于其中的數個面上或全部面上裝設感應器，該等感應器對操控者的手指或外力得壓觸有靈敏的反應，是以，因應不同需求，計算機中被控制的光標或物體，將能夠以手指壓觸及推移拖曳的方式從輸入控制器的各別面向來控制；至于光標或物體的旋轉動作也可以利用不同面向手指的配合壓觸、捻轉等不同手勢來加以控制達成。
權利要求
1.一種多維座標輸入控制器，其特征在于該控制器具有多個面向，并于其中至少兩個面上裝有觸控式感應器以及用以操控各觸控式感應器的操控部，各面上的觸控式感應器皆同時具有兩個軸向的觸控感應功能；配合各面向觸控式感應器被觸壓的點及方向的不同，能產生X、Y、Z軸多維自由度的輸入控制效果，進以能在控制器本身無須移動的前提下操控計算機中的光標或物體作立體式移動及旋轉的輸入控制模式。
2.如權利要求1所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該控制器可于多面向的其中三個面裝設有觸控式感應器，且該三個面上的觸控式感應器分別位于三維座標的X、Y、Z軸其中一端。
3.如權利要求1所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該控制器可為一立方體而具有六個面向，以使其六個面皆裝設有觸控式感應器，構成該六個面上的觸控式感應器分別位于三維座標的X、Y、Z軸的兩端位置上。
4.如權利要求1所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該控制器相對兩個面上的觸控式感應器的相反軸向的觸控感應同時被壓觸時，可產生不同方向的訊號，由此可造成該軸的旋轉運動。
5.如權利要求1所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該控制器可為加裝有握持部位的結構型態。
6.如權利要求1所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該控制器可為加裝有支撐座部位的結構型態。
7.如權利要求1所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該控制器可為一滾球控制器，該滾球控制器另外裝設有滾球及按鈕。
8.如權利要求1所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該感應器操控部可為手壓式控制鈕，其包括一伸入控制器內的導桿部及凸露出外面上的盤面部，控制器的各個面則設有十字形導引孔以限制控制鈕的作動路徑。
9.如權利要求1所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該感應器操控部亦可為按鈕，且使控制器各面上裝有區域性的壓觸式薄膜感應器，由按壓該按鈕的不同側部可觸發不同區域的薄膜感應器，根據不同薄膜感應器的組合操作變化可產生X，Y，Z軸的轉換訊號，以及X、Y、Z軸的旋轉訊號。
10.如權利要求9所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該按鈕可為圓盤形按鈕、十字形按鈕或是不同區域的薄膜感應器外部皆配組有一獨立按鈕的結構型態。
11.如權利要求1所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該感應器操控部亦可為觸摸式的操控面板。
12.一種多維座標輸入控制器，其特征在于該控制器為一鼠標控制器，該鼠標控制器裝設有鼠標機構及按鈕；且該鼠標控制器具有多個面向，其中三個面上設置有觸控式感應器以及用以操控各觸控式感應器的操控部，各面上的觸控式感應器皆同時具有兩個軸向的觸控感應功能；配合各面向觸控式感應器被觸壓的點及方向的不同，能產生X、Y、Z軸多維自由度的輸入控制效果，進以能在鼠標控制器本身無須移動的前提下操控計算機中的光標或物體作立體式移動及旋轉的輸入控制模式。
13.如權利要求12所述的多維座標輸入控制器，其特征在于，該鼠標控制器的觸控式感應器的操控部可為按鍵、滾球、搖桿、觸摸式操控面板型式。
全文摘要
本發明提供一種多維座標輸入控制器，其主要是在一控制器上裝有一個以上的觸控式感應器，能夠在三維座標系統中提供直覺式的多個自由度的輸入控制功能，且此一輸入控制器進行輸入操控的過程中并不須移動控制器本體，以可操控計算機中的光標或是所顯示的物體；該輸入控制器線性位置上的訊號將能夠以手指的“壓觸”及“滑移”方式從輸入控制器的各別面向來控制；至于旋轉動作也可以利用不同面向手指的配合壓觸、捻轉等不同手勢來加以控制達成；由此以突破既有技術，提供更靈活、更人性化的輸入控制模式。
文檔編號G06F3/033GK1734406SQ200410058339
公開日2006年2月15日 申請日期2004年8月10日 優先權日2004年8月10日
發明者朱國萬 申請人:朱國萬