專利名稱：：用于交互式表面的指向裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種指向裝置，特別地涉及一種用于交互式桌面系統(tǒng)的指向裝置。該指向裝置包括允許由用戶操縱到不同位置的握持部。本發(fā)明還涉及一種包括交互式表面和這種指向裝置的交互式系統(tǒng)。最后，本發(fā)明涉及確定這種指向裝置的握持部的位置的方法。
背景技術：
：在交互式桌面系統(tǒng)上的有形物體(tangibleobject)是向這種系統(tǒng)提供輸入的已知裝置。舉例而言，在來自巴塞羅那PompeuFabraUniversity,MusicTechnologyGroup的Reactable(http://mtg.upf.edu/reactable/)上，使用各種有形物體大小來識別不同的聲音發(fā)生器/修改器，且這些有形物體的方位用于控制輸入?yún)?shù)(例如，對最終結果的貢獻量)。通過桌下方的計算機視覺進行跟蹤。對于Reactable而言，僅物體的身份、位置和方位是輸入?yún)?shù)，這些輸入?yún)?shù)可被操縱用于用戶與系統(tǒng)進行交互的目的。來自MIT的SenseTable是這樣的實例其中，在交互式表面上形成輸入方法的物體也在這些物體本身上具有第二輸入方法。SenseTable的物體在頂部具有撥盤控制器(dialcontroller)，其中撥盤控制器的狀態(tài)加之物體的位置被機電地跟蹤。還已知其它輸入裝置，諸如在W02006/082547A2中所述的輸入裝置即，帶有可觸發(fā)的子部件的有形物體(例如，觸摸敏感區(qū)域)。這些物體與交互式桌面的通信被描述為通過電極接觸、電荷(電容觸摸屏)、無線RF或IR光來進行。這些已知的有形物體特別適合于提供有形物體與交互式系統(tǒng)的交互作用。物體本身以及其位置和其方位可用作交互式系統(tǒng)的輸入。撥盤控制器或者可觸發(fā)子部件可提供與物體相關的額外功能。但是，這些有形物體對于提供一般指向裝置的功能而言并非很有用。諸如操縱桿，鼠標和軌跡球的指向裝置是熟知的。諸如觸摸墊、圖形輸入板或光筆這樣的替代指向裝置也是已知的。這些指向裝置允許用戶將空間(例如，連續(xù)的和多維的)數(shù)據(jù)輸入到計算機。指向裝置例如可用于通過圖形用戶界面(GUI)來移動光標。這些指向裝置也可用于與交互式表面組合，例如，通過將指向裝置插入到用于操作交互式顯示器的計算機內。這些指向裝置可為有線的或無線的，但總是需要某種額外能源來允許與該系統(tǒng)通信。W02006/103676A2描述了一種使用交互式表面上的有形物體來提供指向裝置的某種功能的一種方式。在W02006/103676A2中，提供很大的交互式表面。在交互式表面上的用戶或物體可充當指向裝置。公開了兩種技術。首先，顯示器矩形可映射到交互式表面上的相對應區(qū)域上。然后將用戶在映射區(qū)域上的位置與顯示器上的位置相對應。這非常類似于圖形輸入板的使用。其次，用戶相對于均衡點的位置可用于指示方向。這種技術非常類似于使用操縱桿。如果操縱桿的頂部移動到其中心位置左邊，那么光標將移動到左邊。當操縱桿頂部回到其中心位置時，光標停止移動。由于W02006/103676A2僅使用用戶或物體在交互式表面上的位置的操縱來提供特殊數(shù)據(jù)，其所公開的系統(tǒng)非常適合于例如玩需要快速且精確操縱指向裝置的游戲。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是為了提供一種用于交互式表面上的指向裝置，該指向裝置允許快速且精確的操縱但不需要用于與系統(tǒng)通信的額外能源。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過提供用于交互式表面上的指向裝置來實現(xiàn)這個目的，該指向裝置包括握持部，其允許由用戶操縱到不同位置；以及可變形部分，其具有與交互式表面接觸的接觸表面，該握持部耦接到可變形部分，以使得將握持部操縱到不同位置之一致使接觸表面在交互式表面上的覆蓋區(qū)(footprint)的形狀對應于握持部的相應位置。正如同一般操縱桿，用戶將握持部操縱到不同位置以提供方向命令。根據(jù)本發(fā)明，用戶的操縱使接觸表面在交互式表面上的覆蓋區(qū)改變形狀。然后，能檢測覆蓋區(qū)的交互式系統(tǒng)從覆蓋區(qū)形狀來推斷指向裝置的當前位置和用戶的方向命令。當握持部處于中性位置(neutralposition)時，覆蓋區(qū)具有相對應的中性形狀?？勺冃尾糠竹罱拥轿粘植俊．斂勺冃尾糠峙c交互式表面接觸時，改變握持部的位置將導致可變形部分的不同形狀和在接觸表面上的不同覆蓋區(qū)。覆蓋區(qū)形狀由于用戶所施加的機械力來改變且覆蓋區(qū)代表握持部的位置。改變的覆蓋區(qū)形狀由交互式表面進行解釋以例如在屏幕上沿確定方向且以確定速度來移動光標。根據(jù)本發(fā)明的指向裝置無需能源向交互式系統(tǒng)提供方向命令。不需要有線或無線通信單元來與交互式系統(tǒng)通信。在附屬權利要求中描述了可變形部分的某些優(yōu)選實施方式。在一實施方式中，可變形部分包括柔性材料。通過將握持部操縱到另一位置，使得柔性材料彎曲且覆蓋區(qū)形狀改變。在另一優(yōu)選實施方式中，可變形部分包括至少兩個剛性構件，剛性構件包括接觸表面的至少一部分且由柔性連接件耦接到握持部。通過操縱該握持部，可相應地改變剛性構件的表面接觸點的位置和/或形狀。[0013[0014[0015[0016[0017[0018[0019[0020[0021[0022[0023[0024通過下文所述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將會變得顯而易見且被闡明。在附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的指向裝置的實施例。圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，圖3示出處于中性位置的圖1的指向裝置的截面和相對應的覆蓋區(qū)，圖4示出處于非中性位置的圖1的指向裝置的截面和相對應的覆蓋區(qū)，圖5示出根據(jù)本發(fā)明的指向裝置的不同實施例，圖6a和圖6b示出處于不同位置的圖5的指向裝置的截面和覆蓋區(qū)，圖7示出根據(jù)本發(fā)明的指向裝置的另一不同實施例，圖8a和圖8b示出處于不同位置的圖7的指向裝置的截面和覆蓋區(qū)，圖9示出使用剛性構件和柔性連接件的根據(jù)本發(fā)明的指向裝置的實施例，以及圖IOa和圖IOb示出處于不同位置的圖8的指向裝置的截面和覆蓋區(qū)。具體實施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的指向裝置10的實施例。指向裝置10包括握持部11以允許被操縱到不同位置。握持部11可具有手的輪廓以改進指向裝置10的人機工程學特點。握持部11優(yōu)選地由相當剛性的材料制成。通常用于諸如操縱桿、軌跡球或計算機鼠標這樣的指向裝置的塑料可非常適合用作握持部11的材料。指向裝置10還包括由柔性材料制成的四個彎曲支腿12。支腿12例如可由可彎曲的軟泡沫制成。可彎曲的軟泡沫例如可為聚乙烯或聚氨酯。四個彎曲支腿12—起形成指向裝置10的可變形部分。四個支腿12附連到握持部11。當指向裝置10放置于表面上時，支腿12的部分與該表面接觸且由此形成覆蓋區(qū)。如果用戶握持該握持部11且將其推向某方向，柔性支腿12將彎曲且覆蓋區(qū)的形狀將相應地改變。這將參看圖2、圖3和圖4進一步闡明。圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)20。指向裝置10放置于交互式系統(tǒng)20的交互式表面21上。交互式系統(tǒng)20能檢測到交互式表面21上物體的存在。用于檢測物體存在的熟知技術例如從電阻式、電容式或紅外(多)觸摸屏面板和基于相機的光學成像方案獲知。交互式系統(tǒng)20還包括電子電路，處理器22或計算機，以執(zhí)行與交互式系統(tǒng)20的操作相關的任務。交互式系統(tǒng)20還可包括用戶界面元件23使得能在用戶與交互式系統(tǒng)20之間進行交互作用。處理器22耦接到交互式表面21和用戶界面元件23。優(yōu)選地，交互式表面21也充當顯示屏。舉例而言，交互式系統(tǒng)20可為具有完整PC功能的交互式系統(tǒng)，交互式表面為PC的顯示屏。正常PC功能與交互式表面21的觸摸屏功能的組合提供了許多新的且有趣的應用?；蛘?，交互式系統(tǒng)可為膝上型PC的觸摸板或類似物。根據(jù)本發(fā)明的指向裝置10可為用于這種膝上型計算機的很實用的無繩指向裝置。其機能僅依靠機械力且無需任何電源或電通信措施。圖3示出處于中性位置的圖1的指向裝置10的截面和相對應的覆蓋區(qū)30。四個彎曲支腿12擱置于交互式表面21上。在支腿12觸摸交互式表面21的位置形成覆蓋區(qū)30，該覆蓋區(qū)30由交互式系統(tǒng)20檢測到。優(yōu)選地，如在此圖中所示，覆蓋區(qū)30不是旋轉對稱的。支腿12之一小于其它支腿12且因此導致在交互式表面21處更小的接觸區(qū)域31。這使得交互式系統(tǒng)20能確定指向裝置10的方位且因此允許用戶將指向裝置10以任何需要的方位置于交互式表面21上。在圖3中，較小支腿12的接觸區(qū)域31限定前方。無論指向裝置10在交互式表面21上的方位如何，在較小支腿12的方向中推動握持部11將會得到向前方向命令。尤其是當握持部11包括手的輪廓時，重要的是，所有方向是相對于指向裝置10限定而不是相對于交互式表面21限定。而且，如果操縱桿在交互式桌面表面的不同側使用，重要的是，系統(tǒng)根據(jù)用戶的位置和透視情況有意圖地反應。在如圖3所示的中性位置，指向裝置10不提供方向命令。圖4示出處于非中性位置的圖1的指向裝置10的截面和相對應的覆蓋區(qū)30。此處，握持部11被向后拉。結果，柔性支腿12彎曲并變形。隨著指向裝置10的可變形部分12變形，接觸表面21的覆蓋區(qū)30相應地改變。前支腿12松開與接觸表面21的接觸且接觸區(qū)域31消失。后支腿12的變形導致后支腿12與接觸表面21的接觸區(qū)域33變得大于在圖3中性位置的情況。在圖4的情況下，通過向后拉握持部11，側部支腿12的接觸區(qū)域32大致與在圖3的中性位置的情況相同。但是，如果向左或向右推或拉握持部11，這些接觸區(qū)域32將顯著改變或甚至消失。這種指向裝置11不僅適合于檢測握持部11在向前、向后、向左和向右方向的操縱，而且也適合于檢測在這四個方向之間所有方向中的操縱。每個方向導致可由交互式系統(tǒng)20檢測到的另一特征覆蓋區(qū)30。應當指出的是覆蓋區(qū)30的特征不僅取決于握持部11的操縱方向，而且也取決于操縱范圍。在一方向中將該握持部11推或拉得越遠，則對覆蓋區(qū)30形狀的影響就越大。此外，如果整個操縱桿被下壓到表面上(例如，用于選擇物體)，在此情況下，所有四個接觸表面均將變形，或者當將操縱桿從表面(短暫地)提起時，系統(tǒng)也可配準。交互式系統(tǒng)20可使用一種或多種不同辦法來確定用戶希望給出哪種方向命令。為了確定方向命令，交互式系統(tǒng)20檢測覆蓋區(qū)30的某些特征。系統(tǒng)20可確定覆蓋區(qū)30的確切形狀，計算覆蓋區(qū)30的總面積和/或確定覆蓋區(qū)30的不同接觸區(qū)域31、31、33之間的距離。優(yōu)選地，這些辦法的組合用于實現(xiàn)最佳精確性。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的指向裝置50的不同實施例。這個指向裝置50還包括握持部51，握持部51可具備手的輪廓。握持部51經(jīng)由盤54耦接到可變形部分52、53。柔性材料制成的環(huán)52附連到盤54的周圍。在盤54的中心，圓柱形支承構件53用于在交互式表面21上支承指向裝置50。支承構件53可由與環(huán)52相同材料制成，但也可采用其它材料。如將在下文中進一步闡明，參看圖6a和圖6b，重要的是支承構件53是可彎曲的。支承構件53還可包括彈簧，用于給指向裝置50提供更自然的彈簧杠桿感覺。當不向握持部51施加力時，這種彈簧將自動地使指向裝置50回到中性位置。支承構件53的接觸表面可包括某些特殊材料或抽吸絨毛(suctionnap)，以防止支承構件在交互式表面21上滑移。圖6a和圖6b示出處于不同位置的圖5的指向裝置50的截面和覆蓋區(qū)60。如在覆蓋區(qū)60中可看出的那樣，支承構件53并非完全旋轉對稱，以使得系統(tǒng)20能檢測指向裝置50的方位。在圖6a中，指向裝置50處于中性位置。指向裝置50擱置于支承構件53上。環(huán)52的高度使得環(huán)52并不觸摸交互式表面21。因此，覆蓋區(qū)60僅由支承構件53的接觸表面形成。在圖6b中，已經(jīng)將握持部51推往(或拉往)某方向。柔性支承構件53沿與推動該握持部51的方向相同的方向彎曲。因此，環(huán)52觸摸交互式表面21。只要環(huán)52—觸摸交互式表面21，環(huán)52就被壓縮。當進一步遠離中性位置推動該握持部51時，環(huán)52將被進一步壓縮，且環(huán)52在表面21上的接觸區(qū)域62將變得更大。因此，覆蓋區(qū)60的面積是自中性位置的距離的量度。穿過支承構件的接觸區(qū)域61和環(huán)的接觸區(qū)域62的中心的直線63限定了被用戶所推動的該握持部51的推動方向。圖7示出根據(jù)本發(fā)明的指向裝置70的另一不同實施例。類似于圖5所示實施例所包括的那樣，此實施例可包括握持部71和盤74。圖7的指向裝置70的可變形部分包括柔性材料制成的半球形穹頂72?？商峁┏槲q毛73或提供用于滑移的其它裝置。圖8a和圖8b示出處于不同位置的圖7的指向裝置70的截面和覆蓋區(qū)80。在所有位置，覆蓋區(qū)80包括單個接觸區(qū)域81。接觸區(qū)域81的形狀、位置、方位和面積表征握持部71的位置。當然，抽吸絨毛73可具有非旋轉對稱形狀，如已在圖6中示出的情形。覆蓋區(qū)80的總面積表征距中性位置的距離。通過分析覆蓋區(qū)81的形狀來獲得推或拉握持部17的方向83(在箭頭83兩側具有相同的面積)。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的指向裝置90的實施例，其使用剛性構件92和柔性連接件95。此實施例無需柔性、軟材料以用于可變形部分。此處，可變形部分包括若干剛性構件792，剛性構件92可相對于彼此移動，這是因為它們經(jīng)由柔性連接件95(諸如鉸鏈)來耦接。指向裝置90包括握持部91，握持部91可能具有手的輪廓。握持部91耦接到支承構件93以在交互式表面21上支承指向裝置90。握持部91與支承構件93之間的耦接使得握持部91可被操縱到不同方向和位置。舉例而言，握持部91與支承構件93之間的耦接由球窩接頭(balljoint)和彈簧94的組合提供。在此指向裝置中的彈簧94可使得每當用戶不向握持部91施加任何力時握持部91就返回到中性位置。圖IOa和圖IOb示出處于不同位置的圖9的指向裝置的截面和覆蓋區(qū)100。在圖IOa的中性位置，所有四個剛性構件在距支承構件93中心相同距離處與交互式表面21接觸。如可在覆蓋區(qū)100中所看出的那樣，支承構件93的接觸區(qū)域101使得能確定指向裝置90相對于交互式表面21的方位。當拉或推握持部91(圖IOb)時，支承構件93保持在交互式表面21上的相同位置處，且剛性構件92在表面上滑動以占據(jù)新位置。通過分析剛性構件92的接觸區(qū)域102-105的位置，可確定握持部的位置。例如，連接相對的接觸區(qū)域102、104與103、105的線的交點表征握持部91的位置?；蛘?，可使用到支承構件的中心的距離。應當指出的是，當推或拉該握持部時，在剛性構件92與交互式表面21之間的接觸區(qū)域也可改變。如圖9中的指向裝置也可具備多于四個或少于四個的剛性構件92。具有一個剛性構件92的指向裝置可用于檢測一維方向命令。對于2D檢測，需要至少兩個剛性構件92。應當指出的是，上述實施例說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明，且在不偏離所附權利要求書的范圍的情況下，本領域技術人員將能設計許多替代實施例。在權利要求書中，不應認為置于括號中的任何附圖標記限制權利要求。使用動詞“包括”和其結合并不排除權利要求中所陳述的要素或措施之外的其它要素或措施的存在。在元件之前的冠詞“一”并不排除多個這樣的元件的存在。本發(fā)明可利用包括若干不同元件的硬件和利用合適地編程的計算機來實施。在列舉若干裝置的設備中，若干個這些裝置可由同一個條目下的硬件來實施。在相互不同的附屬權利要求中陳述確定措施的簡單事實并不表示不能使用這些措施的組合以取得益處。權利要求一種用于交互式表面(21)上的指向裝置(10，50，70，90)，所述指向裝置(10，50，70，90)包括握持部(11，51，71，91)，其允許被用戶操縱到不同位置；以及可變形部分(12，52，72，92)，其具有接觸表面以與所述交互式表面(21)接觸，所述握持部(11，51，71，91)耦接到所述可變形部分(12，52，72，92)，以使得將所述握持部(11，51，71，91)操縱到不同位置之一致使接觸表面在所述交互式表面(21)上的覆蓋區(qū)(30，60，80，100)的形狀對應于所述握持部(11，51，71，91)的相應位置。2.如權利要求1所述的指向裝置(10，50，90)，其中所述接觸表面不是旋轉對稱的。3.如權利要求1所述的指向裝置(10，50，70)，其中所述可變形部分(12，52，72，92)包括柔性材料。4.如權利要求3所述的指向裝置(10)，其中所述可變形部分(12)包括柔性材料制成的至少三個彎曲支腿(12)，每個支腿(12)的一端附連到所述握持部(11)，每個支腿(12)的另一端包括所述接觸表面的一部分。5.如權利要求3所述的指向裝置(50)，其還包括擱置于所述交互式表面(21)上的支承元件(53)，且其中所述可變形部分(52)包括柔性材料制成的環(huán)，所述支承元件(53)位于所述環(huán)內，且所述環(huán)布置成-當所述指向裝置(50)處于中性位置時，所述接觸表面剛好在所述交互式表面(21)上方，-當所述指向裝置(50)處于非中性位置時，所述接觸表面部分地接觸所述交互式表面(21)。6.如權利要求3所述的指向裝置(70)，其中所述可變形部分(72)是該柔性材料制成的半球形穹頂。7.如權利要求3所述的指向裝置(10，50，70)，其中所述材料是可彎曲的泡沫。8.如權利要求1所述的指向裝置(90)，其中所述可變形部分(92)包括至少一個剛性構件(92)，所述剛性構件(92)包括所述接觸表面的至少一部分且由柔性連接件(95)耦接到所述握持部(91)。9.如權利要求8所述的指向裝置(90)，其中所述柔性連接件(95)是鉸鏈。10.如權利要求1所述的指向裝置(10，50，70，90)，其中所述接觸表面的至少一部分包括用于防止所述接觸表面在所述交互式表面(21)上滑移的附連裝置。11.如權利要求10所述的指向裝置(10，50，70，90)，其中所述附連裝置是橡膠條帶。12.如權利要求10所述的指向裝置(10，50，70，90)，其中所述附連裝置是抽吸絨毛。13.一種交互式系統(tǒng)(20)，其包括如權利要求1至12中任一項所述的指向裝置(10，50,70,90)和交互式表面(21)，所述交互式系統(tǒng)(20)包括特征確定裝置(22)和位置確定裝置(22)，特征確定裝置(22)用于確定所述指向裝置(10，50，70，90)的所述可變形部分(12，52，72，92)的接觸表面在所述交互式表面(21)上的覆蓋區(qū)(30，60，80，100)的特征，位置確定裝置(22)用于基于所述覆蓋區(qū)(30，6080，100)的特征來確定所述握持部(11，51，71,91)的位置。14.如權利要求13所述的交互式系統(tǒng)(20)，其中用于確定所述覆蓋區(qū)(30，6080，100)的特征的所述特征確定裝置(22)被布置成確定所述覆蓋區(qū)(30，60，80，100)的各單獨部分之間的距離。15.如權利要求13所述的交互式系統(tǒng)(20)，其中用于確定所述覆蓋區(qū)(30，6080，100)的特征的所述特征確定裝置(22)被布置成確定所述覆蓋區(qū)(30，60，80，100)的面積。16.如權利要求13所述的交互式系統(tǒng)(20)，其中用于確定所述覆蓋區(qū)(30，6080，100)的特征的所述特征確定裝置(22)被布置成確定所述覆蓋區(qū)(30，60，80，100)的形狀。17.一種用于確定如權利要求1至12中任一項所述的指向裝置(10，50，70，90)的握持部(11,51,71,91)的位置的方法，所述方法包括確定所述指向裝置(10，50，70，90)的可變形部分(12，52，72，92)的接觸表面在所述交互式表面(21)上的覆蓋區(qū)(30，60，80，100)的特征，基于所述覆蓋區(qū)(30，6080,100)的特征來確定所述握持部(11，51，71，91)的位置。全文摘要本發(fā)明提供一種在交互式表面(21)上使用的指向裝置(10，50，70，90)。該指向裝置(10，50，70，90)包括握持部(11，51，71，91)和可變形部分(12，52，72，92)。該握持部可由用戶操縱到不同位置。該可變形部分(12，52，72，92)具有與交互式表面(21)接觸的接觸表面。該握持部(11，51，71，91)耦接到該可變形部分(12，52，72，92)，以使得對該握持部(11，51，71，91)的操縱致使該接觸表面在該交互式表面(21)上的覆蓋區(qū)(30，60，80，100)的形狀對應于握持部(11，51，71，91)相應的不同位置。文檔編號G06F3/033GK101983370SQ200980111826公開日2011年3月2日申請日期2009年3月27日優(yōu)先權日2008年4月1日發(fā)明者A·H·伯格曼,G·霍勒曼斯,J·H·M·科爾斯特,S·蘇布拉馬尼安,V·P·布伊爾申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司