專利名稱：計算機指示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及具有監(jiān)視器或顯示屏的計算機、尤其是個人計算機的指示設(shè)備，具體來說，本發(fā)明涉及使用者不用手就能夠操作的指示設(shè)備和這種指示設(shè)備的一部件的一實施例。
在過去幾年中，計算機的程序及操作系統(tǒng)、尤其是具有圖形接口的被稱作個人計算機的那一類計算機的程序及操作系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用。由于沒有接受過專門培訓的用戶和/或非專業(yè)人員的用戶都可簡單和直觀使用這種圖形接口，所以這種圖形接口已廣泛應(yīng)用。這種接口還使用戶能夠非常迅速學會使用一個或一組計算機程序，并能夠幾乎不費力就可達到相當高的效率和執(zhí)行速度。
這種圖形接口實際上使用戶不必在計算機鍵盤上進行鍵入就可向計算機、或更準確地說是向正在被該計算機執(zhí)行的程序輸入非常大量甚至復雜的命令。由于再也不需要學習必要的語言和句法來正確地輸入上述命令，所以有以上優(yōu)點。
通過移動計算機屏幕或監(jiān)視器上的光標或指針輸入這些命令。用光標選擇屏幕上的例如圖標或區(qū)域這樣的圖形符號，實際上是用光標從一個屏幕點到另一個屏幕點地拖動這些圖形符號。
起初用鍵盤箭頭按鍵控制屏幕上的光標移動，但這種方式相當不便并且速度很慢，于是開發(fā)和改進了速度更快效率更高的指示設(shè)備。
指示設(shè)備中最著名和應(yīng)用最廣的是所謂的“鼠標”。這種設(shè)備實際上包括用塑性材料制作的、可在平坦表面上滑動的一小的外殼，殼內(nèi)有一小球，該小球被放置鼠標的平面所支撐并可自由地運動，以便隨著鼠標在平面上的移位而滾動。該小球與能夠檢測其旋轉(zhuǎn)的傳感器相關(guān)聯(lián)。這樣一來，通過檢測鼠標內(nèi)的小球的位移，就能夠用鼠標位移本身來控制個人計算機屏幕上光標的相應(yīng)移動。鼠標上通常還有兩個或兩個以上的按鍵，用戶例如在他必須選擇或拖動圖形符號時用這些按鍵來向個人計算機發(fā)送命令。鼠標的使用非常容易和直觀，可迅速、準確地控制光標在個人計算機屏幕上的移動。因此其已得到廣泛應(yīng)用。
還已開發(fā)了適合于執(zhí)行與鼠標功能相同的功能的同類型指示設(shè)備。已開發(fā)的這種設(shè)備通常應(yīng)用于不適合或不便于使用鼠標的便攜式個人計算機。應(yīng)用最廣泛的這種設(shè)備之一被稱作“跟蹤球”，它是一種固定設(shè)備，但其操縱基本上與鼠標相同。實際上，在跟蹤球中總是有一小球，該小球與能夠檢測其旋轉(zhuǎn)的傳感器相關(guān)聯(lián)。但該小球可被用戶直接觸摸，用戶用手指使其轉(zhuǎn)動。
可以看到所有以上描述的已有技術(shù)的指示設(shè)備的共同特征是要求用戶進行手動操作。這造成了某些不便，限制了這些設(shè)備的應(yīng)用潛力。
實際上，這些指示設(shè)備使用戶的一只手不得空閑，這只手不能夠在使用指示設(shè)備的同時再做其它動作，例如書寫、在計算機鍵盤上進行鍵入、讀書、握拿電話手持送受話器等。如果用戶需要在使用指示設(shè)備的時候做這些動作中的一個或幾個，他就必須停止一個動作才能夠做另一個動作，耗費時間和需集中精神。還有，如果用戶是殘疾人，只有一只手或雙手都不能用，則使用傳統(tǒng)類型的指示設(shè)備、例如鼠標就會有問題或甚至就無法使用。
第二種不便是傳統(tǒng)指示設(shè)備效率低。實際上，每當必須移動屏幕預定點處的光標時，用戶必須首先用其眼睛注視該點，然后動手將鼠標、即屏幕上的光標移至所希望的位置。在這種移動期間，用戶可通過觀察屏幕核對屏幕上光標的移動來核對鼠標的位移。因此用一控制系統(tǒng)實現(xiàn)屏幕上光標的移動和放置，該控制系統(tǒng)是用戶可操作的、可被定義為環(huán)形(loop-type)的系統(tǒng)，使用了眾所周知的眼-手協(xié)調(diào)機構(gòu)。這種操作方式使人眼能簡單和直觀地控制光標的移動，并且還可實現(xiàn)高精度的定位。
但這種操作方式也有其缺點，即不能夠使用戶獲得最大可能的指示速度。實際上，為了能夠協(xié)調(diào)屏幕上光標的移動和手的運動，用戶不得不預先觀察他希望將光標移至的屏幕部分，然后移動鼠標來到達該位置。如果用戶需要將光標移到距光標目前所在位置較遠的屏幕位置，則由于用戶需要把視線輪流集中在光標目前所在的位置和光標要被移至的位置上，所以還是費時的。所有這一切都不可避免地降低了光標定位的速度。
本發(fā)明的目的是提供能夠令人滿意地解決上述所有問題的指示設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，以上目的是利用具有在權(quán)利要求書中指出的特點的指示設(shè)備來實現(xiàn)的。
本發(fā)明的另一目的是提供這種指示設(shè)備一主要部件的一特別有益的實施例。
閱讀以下參看附圖給出的詳細描述將明了本發(fā)明的其它優(yōu)點和特點，以下的詳細描述只為說明起見，不是限制性的。


圖1是本發(fā)明與個人計算機相關(guān)的指示設(shè)備一實施例的簡要圖示，圖2是類似于圖1的表示用戶使用本發(fā)明指示設(shè)備的簡要圖示，圖3是本發(fā)明設(shè)備一實施例的簡要方框圖，圖4和5是本發(fā)明指示設(shè)備一部件的兩簡要圖示，適合于表示該設(shè)備的操作，圖5A表示在本發(fā)明設(shè)備中使用的擋板的另一實施例，圖6和7是類似于圖4的表示圖5部件的操作的兩簡要圖示，圖8是更詳細地表示本發(fā)明設(shè)備一實施例的簡要方框圖，圖9-11是表示本發(fā)明指示設(shè)備一部件的三個可能的替代實施例的簡要圖示，圖12是本發(fā)明指示設(shè)備一替代實施例的簡要圖示。
本發(fā)明指示設(shè)備的目的主要是使用戶不用手就能夠?qū)崿F(xiàn)光標在計算機或個人計算機屏幕上的移動和放置。為了實現(xiàn)這樣的光標移動，動用了用戶身體不同的部分，具體來說，該部分是頭部。
為了更好理解，現(xiàn)在參看圖1描述本發(fā)明指示設(shè)備的結(jié)構(gòu)。圖1示出傳統(tǒng)類型的個人計算機EL。該個人計算機EL包括由普通陰極射線管構(gòu)成的監(jiān)視器MON和鍵盤KB作為輸入/輸出設(shè)備。該個人計算機EL還與本發(fā)明的指示設(shè)備相關(guān)聯(lián)。該指示設(shè)備的兩個主要部件是光電發(fā)射器TX和相應(yīng)的光電接收器RX。光電發(fā)射器TX和接收器RX與電處理單元ECU連接，該電處理單元ECU再與該個人計算機EL的一輸入端口連接，傳統(tǒng)指示設(shè)備、例如鼠標通常與該輸入端口連接。
現(xiàn)在描述本發(fā)明指示設(shè)備的操作。發(fā)射器TX發(fā)出適于接收器RX接收的、例如在紅外波段的電磁輻射束。接收器RX實際上是一角度傳感器，即它能夠檢測自己相對于輻射源、即相對于發(fā)射器RX的角度。顯然，接收器RX的設(shè)計要使其能夠測量其相對于發(fā)射器RX的空間取向，即它應(yīng)當是角取向測量設(shè)備。
指示設(shè)備則利用與接收器RX取向相關(guān)的信息控制個人計算機EL的監(jiān)視器MON上的光標移動。在當前最佳實施例中，接收器RX用相對于角取向變化而不是絕對角取向的信息相對發(fā)射器TX定向來控制光標移動。這樣做使得本發(fā)明的指示設(shè)備與傳統(tǒng)指示設(shè)備、例如鼠標完全兼容。在普通類型的鼠標中，實際上是用與平面上的鼠標位移、即與位置變化相關(guān)而不是與絕對位置相關(guān)的信息來控制屏幕上的光標移動。另一方面，為了模仿特別在游戲和模擬程序中使用的絕對指示設(shè)備，例如操縱桿，可以發(fā)送絕對角取向代替角取向變化。
使用本發(fā)明的指示設(shè)備的方式是很清楚的。使接收器RX與用戶頭部成一整體、由此使用戶只簡單地移動其頭部就能夠控制屏幕上的光標移動就夠了。由于隨眼睛的方向移動—至少局部地移動頭部本身是很自然的，所以這種移動是非常自然和直觀的。
圖2類似于圖1，表示使用本發(fā)明的指示設(shè)備的方式。在圖2和以后的附圖中，用相同的標號表示已參看圖1描述的部分和元件。由圖2可見個人計算機EL的用戶戴著施加有接收器TX的一副眼鏡OC。因此，為了移動屏幕MON上的光標，用戶只需移動自己的頭部來改變裝在眼鏡OC上的接收器TX的取向。在這樣做的時候，用戶可以使自己的眼睛總是注視著光標，速度和效率的提高是顯而易見的。此外，用戶的雙手完全空閑，可用來執(zhí)行其它任務(wù)。
都知道傳統(tǒng)的指示設(shè)備至少有一個按鍵或按鈕，該按鍵適合向個人計算機EL發(fā)送命令來例如選擇或拖動圖形符號，雖然實際上在大多數(shù)情況下一個按鍵就足夠，但一般來說有二個或三個按鍵。通過按下或松開按鍵來發(fā)出命令，所以傳送給個人計算機EL的信息即命令是二進制形式的。
本發(fā)明的指示設(shè)備同樣包括適合執(zhí)行這一功能、即發(fā)送二進制命令的部件，該部件在圖1中被簡要地表示為按鍵INT。
由于該部件INT不必連續(xù)地使用，所以它可以如圖1所示由普通的按鈕或按鍵來構(gòu)成?；蛘呖捎脗€人計算機EL的鍵盤KB的一個按鍵來執(zhí)行該功能。這樣一來，當用戶想向個人計算機EL發(fā)送一二進制命令、即本領(lǐng)域都知道的“按動鼠標(clic)”時，他可以用手來操作位于工作臺面上的按鍵INT。
但這樣的結(jié)構(gòu)喪失了用本發(fā)明的指示設(shè)備獲得的部分優(yōu)點。事實上，盡管是偶爾的，但用傳統(tǒng)按鍵發(fā)送二進制命令會迫使用戶動手。
在一些替代實施例中，本發(fā)明的指示設(shè)備為此提供了使用允許用戶不用動手就能夠發(fā)送二進制命令的傳感器或控制設(shè)備。
于是控制設(shè)備INT可例如由能夠識別用戶所說的某些單詞或發(fā)出的某些聲音的預定的語音傳感器來構(gòu)成。
或者，控制設(shè)備INT可由壓力傳感器構(gòu)成，該壓力傳感器與由塑性材料制成的一封閉小管連接，用戶通過咬壓自己的牙齒能夠操縱該封閉小管。二進制命令由在被牙齒咬壓的該塑性管內(nèi)部形成的壓力不平衡產(chǎn)生并由例如測張力型的壓力傳感器進行檢測。該塑性管是唯一受到磨損的部件—是成本極低的部件并且不用工具在幾秒內(nèi)就可被更換(除磨損外，出于衛(wèi)生的理由為可更換的還帶來了方便)。
還可以把測張力傳感器放在用戶部分皮膚上，以便通過收縮肌肉、例如顎肌肉或通過彎曲關(guān)節(jié)就能夠發(fā)出二進制命令。
另一種替代的做法是使用可用腳操縱的、例如在某些口授錄音機中采用的那種類型的按鍵。
這樣一來，用戶不用手即雙手徹底空閑也能夠完全操縱本發(fā)明的指示設(shè)備。
為更好理解起見，圖3示出表示本發(fā)明指示設(shè)備一些主要部件的方框圖。該圖示出了適合產(chǎn)生控制位于個人計算機EL屏幕MON上的光標的信號的發(fā)射器TX和接收器RX，還示出了用戶通過其向指示設(shè)備發(fā)送二進制命令的傳感器TNT。
發(fā)射器TX和接收器RX以及傳感器TNT都與指示設(shè)備的處理單元ECU連接。特別是，這三個部件TX、RX、TNT都與控制單元UC連接，該控制單元UC是處理單元ECU的一部分。該控制單元UC的功能是驅(qū)動發(fā)射器TX以及接收、譯碼和處理由接收器RX和傳感器TNT產(chǎn)生的信號。因此該控制單元UC的功能主要是從接收器RX和傳感器TNT產(chǎn)生的信號中提取表示用戶發(fā)出的命令的信息。
該控制單元UC還被用來將這種信息預先傳送給計算機或個人計算機EL。這是利用接口IF來實現(xiàn)的，接口IF的功能是把控制單元UC處理的信息變換成為符合EL所要求的協(xié)議的格式。因此該接口IF的主要功能也是使本發(fā)明的指示設(shè)備與傳統(tǒng)指示設(shè)備完全兼容，并有可能使得通過僅修改本發(fā)明指示設(shè)備的一個部件就可將其應(yīng)用于按照不同的協(xié)議或標準進行操作的計算機。
為更好理解起見，現(xiàn)在參看圖4至7描述接收器RX的操作。如上所述，接收器RX基本上是一角取向測量設(shè)備。接收器RX實際上檢測其自己在空間中相對于某一點、具體來說相對于發(fā)射器TX的軸取向。
接收器RX主要由多個光敏元件和一個適合阻擋輻射、具有至少一個開口的隔板或擋板組成。根據(jù)當前最佳實施例，接收器RX包括成矩形或方形地均勻排列在一平面上的四個光敏元件F1、F2、F3、F4，以便如圖4所示形成例如在矩形或方形的頂角處有兩根對稱軸的結(jié)構(gòu)。以下按常規(guī)把與隔板LS和光敏元件F1、F2、F3、F4所在的平面垂直的方向指定為接收器RX的軸。
在這些光敏元件F1、F2、F3、F4的前面放置了與它們所在平面平行、與它們相距一定距離的例如基本上為矩形或方形的擋板LS，該擋板LS在大體上對應(yīng)由光敏元件F1、F2、F3、F4組成的結(jié)構(gòu)中心的位置處有一開口。例如圖4中用LA表示的區(qū)域的形狀和位置相應(yīng)于擋板LS上的該開口。具有開口的擋板LS的功能是使發(fā)射器TX發(fā)射出的輻射按照接收器RX相對于發(fā)射器TX的取向各不相同地輻射至光敏元件F1、F2、F3、F4。
例如考慮圖5所示的情形。為簡化起見，圖5示出了接收器RX相對于發(fā)射器TX的取向有一角度α而不是直接對著發(fā)射器TX。為簡化起見，考慮平面上的一個角而不是空間中的一對線性獨立的角，因此圖5只示出了光敏元件F1和F2。由該圖可見，由于接收器RX相對于發(fā)射器TX的取向有一角度α，所以發(fā)射器TX發(fā)出的光束不是垂直入射到擋板LS和光敏元件F1、F2、F3、F4所在的平面。
由于接收器RX相當小，為幾毫米的數(shù)量級，而接收器RX和發(fā)射器TX之間的距離相當大，通常為50厘米至1米，所以，作為第一級近似，可以把發(fā)射器TX發(fā)出的輻射看作是平行的，如同它們來自無窮遠的輻射源似的。由于這樣的原因，在圖5中用相對于接收器RX所在平面傾斜取向的兩條平行直線代表入射到接收器RX的輻射束。不用說，這兩條直線相對于該平面的法線傾斜了角度α，該法線就是接收器RX的軸線。
這就使得發(fā)射器TX照射到接收器RX的光敏元件F1、F2、F3、F4上的輻射量各不相同。例如在圖5所示的具體情況下，照射到彼此相鄰的兩個光敏元件F1和F2上的輻射量明顯不同，具體來說，照射到光敏元件F1上的輻射量比照射到光敏元件F2上的輻射量多得多。
如果擋板LS的開口位于光敏元件F1、F2、F3、F4的中心，則發(fā)射器TX發(fā)出的輻射在接收器RX的軸線正對著發(fā)射器TX、即角度α為零時將等量地照射到這些光敏元件上。在圖5所示接收器RX的軸線以非零角度α取向的情況下，光敏元件F1和F2上被入射輻射照射到的部分將分別增大和減小量或距離X。由于光敏元件F1和F2產(chǎn)生表示照射在其上的入射輻射量的信號，所以量X很容易被確定。因此根據(jù)光敏元件F1、F2產(chǎn)生的信號能夠立即確定距離X。由于作為第一級近似距離X等于Dsinα，D是光敏元件F1、F2所在平面和擋板LS所在平面之間的距離，所以就能夠確定角度α。
上述情形與簡單角度α的確定顯然相關(guān)。但是，在使用了四個光敏元件F1、F2、F3、F4的情況下，顯然同樣能夠確定接收器RX的空間取向、即能夠通過測量角度α和β來確定取向。
也可以通過使用(例如以上具有四個光敏元件F1、F2、F3、F4類型的)檢測器結(jié)構(gòu)和代替了擋板的短焦距透鏡(未示出)容易地實現(xiàn)上述系統(tǒng)。短的焦距指該焦距比接收器和發(fā)射器之間的距離小得多，因此入射在透鏡上的輻射可被看作是平行的。通過使用把輻射照射到光敏元件(例如圖5中的F1和F2)上的透鏡，可使光敏元件的相對照射量與入射輻射相對于光學系統(tǒng)軸線形成的角度α單一地相關(guān)聯(lián)。
上述結(jié)構(gòu)成本極低的一實際實施例可用直接位于四個光敏元件F1、F2、F3、F4的中心的球面透鏡(未示出)來獲得在這些透鏡和光電檢測器之間不需要有間距。
圖6和7表示如何根據(jù)接收器RX相對于發(fā)射器TX的取向在各個光敏元件F1、F2、F3、F4之間不同地分配入射在它們之上的輻射的兩種情形。圖6和7實際上表示在接收器RX的軸的兩種不同取向的情況下受到發(fā)射器TX發(fā)出的入射輻射照射的區(qū)域LA。
圖4示出的區(qū)域LA代表的是接收器RX的軸正對著發(fā)射器TX的情形。由圖4可見，受到入射輻射照射的光敏元件F1、F2、F3、F4的各個部分彼此正好相等，明顯表明擋板LS的開口位于光敏元件F1、F2、F3、F4的中心并且是相對于它們?yōu)閷ΨQ的。
一旦接收器RX的軸取向偏離正對著發(fā)射器TX的這一方向，即使這種偏離很小，入射輻射在光敏元件F1、F2、F3、F4上的分配也會發(fā)生變化，不再相等。這樣一來，根據(jù)表示在每一個光敏元件F1、F2、F3、F4上的入射輻射的強度的信號，就能夠確定表示接收器RX相對于發(fā)射器TX的軸取向的沿兩彼此正交方向—以下將稱為X和Y方向—的角度α和β。
接收器RX的另一最佳實施例除包括隔板或擋板LS’外還具有非常類似于上述光敏元件的多個光敏元件F1、F2、F3、F4(如圖5A所示)。擋板LS’同樣基本上是矩形或方形的形狀，但除至少其中心部分C外的其它部分完全由透明材料制成，而其中心部分C由阻擋輻射通過的材料制成，由此擋住入射輻射照射到光敏元件F1、F2、F3、F4。至少為一個的該中心部分C的形狀基本上是矩形或方形，與擋板LS’的形狀相同，是其的一部分。接收器RX該實施例的操作與上述前一實施例的操作互補其工作原理基本上與上述實施例的相同，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。
由以上的描述得知對發(fā)射器TX的要求相當少。主要是發(fā)射器TX必須在個人計算機EL的屏幕MON附近，并對著用戶，以便接收器RX在正常使用期間總是在可檢測到發(fā)射器TX發(fā)出的輻射的區(qū)域內(nèi)。還有，發(fā)射器TX必須處于穩(wěn)定狀態(tài)，并且基本上是點輻射源，以便保證指示設(shè)備所需的精度。
應(yīng)當指出為何接收器RX的操作與其到發(fā)射器TX的距離無關(guān)，而只依賴于其相對于發(fā)射器TX取向的角度。這是因為該角度實際上依賴于入射到各個光敏元件F1、F2、F3、F4的輻射強度之間的比值而不依賴于絕對強度。這顯然是有益的，因為用戶可隨意調(diào)整其離開屏幕MON的距離，僅通過改變自己頭部的取向就可檢查光標位置。
把發(fā)射器TX施加于屏幕MON上和把接收器RX固定在用戶的頭部上使成一體的做法可被把發(fā)射器TX施加于用戶頭部上使成一體的做法所代替，該施加于用戶頭部的發(fā)射器TX照亮放置在屏幕MON附近的反向反射器，例如立方棱(cube edge)或貓眼(cat’s eye)反射器。這樣就可以去掉處理單元ECU和用戶頭部之間的連接。
為了更好理解起見，現(xiàn)在參看圖8詳細描述本發(fā)明設(shè)備的一當前最佳實施例。圖8明白地表示如上所述地實現(xiàn)的發(fā)射器TX和接收器RX。接收器RX與主要由邏輯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的電路LOG連接，其功能是提取有關(guān)角取向和入射輻射總強度的信息。電路LOG則輸出代表角取向的、將被進一步處理的兩個信號，這兩個信號用X和Y來表示。
信號X和Y傳送給動態(tài)壓縮器CD，該動態(tài)壓縮器CD的功能是把信號X和Y的振幅作為總強度的函數(shù)進行標準化，以便使接收器RX的操作與該接收器RX和發(fā)射器TX之間的距離無關(guān)。
動態(tài)壓縮器CD輸出的信號X和Y然后傳送給后面跟著一放大器的一同步解調(diào)器，用ALI來表示它們。實際上必須指出接收器RX除了接收發(fā)射器TX發(fā)出的輻射外，還接收來自強的噪聲和干擾源的大量其它電磁輻射。
明白接收器RX基本上正對著是一強的電磁輻射源的個人計算機EL的屏幕MON就足夠了。由于這樣的理由，必須盡可能消除這些噪聲。
為此，用振蕩電路OSC產(chǎn)生的、通常是固定頻率的周期信號驅(qū)動發(fā)射器TX。用來驅(qū)動發(fā)射器TX的這種周期信號還傳送給同步解調(diào)器ALI。這樣一來，同步解調(diào)器ALI將只解調(diào)頻率和相位與發(fā)射器TX發(fā)出的信號相同的那些信號。根據(jù)這樣的設(shè)計，實際上就能夠消除上述全部噪聲。
于是在同步解調(diào)器ALI的輸出端就可以得到代表接收器RX實際角取向的兩個信號X和Y。這兩個信號X和Y傳送給把它們變換為數(shù)字格式的模/數(shù)A/D變換器。模/數(shù)A/D變換器的輸出端再與把這些信號進行變換并把它們傳送給個人計算機的上述接口IF連接。
二進制控制設(shè)備INT通過電路TH也與接口IF連接。電路TH的功能是把二進制控制設(shè)備INT產(chǎn)生的信號變換為數(shù)字信號。
如果二進制控制設(shè)備INT是例如壓力傳感器，則電路TH就可以由閾值比較器電路組成。
如果二進制控制設(shè)備INT是例如腳踏按鍵，則電路TH就可以由防反跳(bounce-preventing)電路組成，或者是多余的，于是可省略。
這樣一來，接口IF就接收數(shù)字格式的、表示用戶發(fā)出的命令的所有信號，并以正確的格式將它們傳送給計算機EL。
顯然，所描述的結(jié)構(gòu)和具體實施例可按照在實施本發(fā)明的指示設(shè)備時所采取的設(shè)計選擇進行改進。
例如，為了確定接收器RX在空間中的取向的角取向，顯然有三個光敏元件就足夠了。在給出的各實施例中，所描述的接收器RX由四個光敏元件F1、F2、F3、F4組成的原因只是因為這樣做大大簡化了將對接收器RX產(chǎn)生的信號進行處理的單元ECU的電子電路。
對于二進制控制設(shè)備，除已公開的結(jié)構(gòu)外，同樣可根據(jù)應(yīng)用和用戶的喜好進行各種改動。
可有許多改動的另一個方面是接收器RX的形狀和位置。在是本發(fā)明的目的的當前最佳實施例中，接收器RX與用戶戴的眼鏡架OC成為一個整體，例如如圖2所示。如果用戶不需要眼鏡，他總是可以戴一副沒有鏡片或有鏡片但不進行校正的眼鏡架OC。
接收器RX可如圖9所示直接與眼鏡架OC成為一個整體，或如圖10所示例如通過固定在眼鏡架OC的一條腿上而甚至臨時地與傳統(tǒng)眼鏡架OC相結(jié)合。如果想把接收器RX從一個眼鏡架OC移到另一個眼鏡架OC，本實施例就特別有用。
還可以這樣設(shè)計接收器RX，即通過沿一行排列光敏元件和在放置在這些光敏元件前面的擋板上開出許多開口就能夠顯著地減小接收器RX的尺寸。這些光敏元件顯然必須與這些開口彼此錯開，以便能夠根據(jù)上述原理通過檢測入射在不同光敏元件上的入射輻射的變化來準確地確定接收器RX的取向。
如此設(shè)計就能夠獲得尺寸非常小的長條狀接收器RX。這樣一來就能夠例如把接收器RX與眼鏡架OC做成一個整體或?qū)⑵涔潭ㄔ谘坨R架OC上，實際上又不損壞其美觀或增加其重量。
于是就能夠把接收器設(shè)置在眼鏡架OC的中間位置上，即在位于鼻托上鏡片支撐框之間的位置處，如圖9所示。還可以使接收器RX在將眼鏡腿和眼鏡架OC其余部分連接起來的折葉附近與眼鏡架OC的眼鏡腿成為一個整體，如圖10所示。還可以將接收器RX設(shè)計成長條狀的，以便將其固定在連接眼鏡架OC的兩鏡片支撐框的上過梁上，如圖11所示。
在參看圖8、9、10和11描述的所有情形中，可以永久地使接收器RX與眼鏡架OC成為一個整體，也可以可拆卸地將接收器RX固定在已有的眼鏡架OC上。還有把接收器RX固定在與眼鏡架OC不同的物體上的其它替代實施例。例如可將發(fā)射器TX固定在用戶戴的頭盔上。此時可使本發(fā)明的指示設(shè)備與在用來表示虛擬現(xiàn)實的仿真系統(tǒng)中使用的頭盔成為一個整體。
還可以將發(fā)射器TX施加于用戶戴的聲頻頭戴耳機或麥克風上。如果用戶必須執(zhí)行要求使用頭戴耳機的動作，這一實施例就非常有用。
為了使本發(fā)明指示設(shè)備能夠工作，必須把接收器RX與處理單元ECU連接也是顯而易見的。在到目前為止示出的附圖中，一直用導線W來表示這種連接。但顯然存在在用戶頭部和個人計算機EL之間的連接導線W不是必須的情形。在這種情況下，例如可以利用數(shù)字無線電或紅外連接而不用導線來實現(xiàn)接收器RX和處理單元ECU之間的通信。
實際上當今已能夠設(shè)計尺寸非常小的無線電設(shè)備。然而，這意味著除了要利用電池來給其供電外，還需要增大接收器RX的尺寸及重量。但在這種情況下，如果認為有必要，能夠去除連接導線W。
還可以在以下將參看附圖12描述的一替代實施例中用本發(fā)明的指示設(shè)備代替計算機或個人計算機EL的鍵盤KB，使無法用手的殘疾人也能夠使用這種計算機EL。
實際上就是簡單地設(shè)計形狀基本上為顯示屏的一顯示設(shè)備KBS來表示個人計算機EL一般鍵盤的按鍵排列。這種屏幕KBS可用多種方式、例如利用液晶屏或簡單地利用由燈泡或發(fā)光二極管組成的遮掩背景光(mask back-lit)裝置來實現(xiàn)。該顯示屏KBS可以放置在個人計算機EL的一般屏幕或監(jiān)視器MON附近。這種鍵盤顯示屏KBS與對其進行控制的處理單元ECU連接。此外，該處理單元ECU還與通常連接普通鍵盤KB的個人計算機EL的輸入端口連接。
具體來說，一旦接收器RX不是對著監(jiān)視器MON而是對著鍵盤顯示屏KBS，處理單元ECU就不僅使光標從監(jiān)視器MON屏幕上消失(由于不在視野之內(nèi))，而且還點亮或指出鍵盤顯示屏KBS上相應(yīng)于接收器RX指向的點、代表一按鍵的符號或區(qū)域。這種鍵盤顯示屏KBS也可以有自己的發(fā)射器或反向反射器。這樣用戶僅用其頭部定向就能夠選擇表示與處理單元ECU連接的鍵盤顯示屏KBS的按鍵中的任一個。
由于處理單元ECU連續(xù)地點亮或指出用戶在任何時刻正在指向的文本，所以選擇是非常容易的。這樣一來，用戶就能夠迅速地校正其頭部取向，以便迅速和有效地選擇所要的按鍵。
一旦用戶已選定了想要的按鍵，他就只需利用二進制控制設(shè)備INT來發(fā)出命令或按動鼠標。一旦出現(xiàn)了這種情況，處理單元ECU就向個人計算機EL的輸入端口傳送相應(yīng)于該被選定的按鍵的代碼。這樣一來，本發(fā)明的指示設(shè)備就能夠完全代替?zhèn)€人計算機EL的鍵盤KB。
因此，根據(jù)這一實施例，根本不用手就能夠進行鍵入。就是說，這一實施例能夠使殘疾人特別有效地使用計算機或個人計算機EL。
在這種情況下，本發(fā)明的指示設(shè)備還與標準型鍵盤KB相當兼容。
不超出本發(fā)明的范圍可以作出各種改進。例如，可用一個方形結(jié)構(gòu)的PSD(位置靈敏二極管)型的光二極管代替四個光敏元件或光二極管F1、F2、F3、F4來構(gòu)成接收器RX。
此外，接收器RX可由兩個光敏元件的組合(未示出)來構(gòu)成，每一個光敏元件包括一對光二極管或一個線性類型的PSD，這兩對光二極管或這兩個線性PSD彼此正交地排列或以彼此線性獨立的方式操作。
權(quán)利要求
1.與具有顯示屏幕(MON)的計算機(EL)相關(guān)聯(lián)地設(shè)置的指示設(shè)備，所述指示設(shè)備適于用來控制在所述屏幕(MON)上出現(xiàn)的圖形指示符號即光標的移動，其特征在于包括-適于發(fā)送電磁輻射束的發(fā)射器(TX)，所述發(fā)射器(TX)可以與所述屏幕(MON)組成一個整體，-適于產(chǎn)生表示其自己相對于所述發(fā)射器(TX)的角取向的信號的接收器(RX)，所述接收器(RX)可以與人用戶身體的一部分相關(guān)聯(lián)，-與所述接收器(RX)和所述計算機(EL)連接的處理裝置(ECU)，所述處理裝置(ECU)控制作為表示所述角取向的所述信號的函數(shù)的所述圖形指示符號的位置。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)可以與用戶的頭部相關(guān)聯(lián)。
3.權(quán)利要求1或2的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)包括適于檢測其自己相對于所述發(fā)射器(TX)的位置的軸取向的角度傳感器。
4.權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)包括多個光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)和距這些光敏元件一定距離面對著它們放置的具有至少一個開口的一擋板(LS)。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于所述光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)和具有所述開口的所述擋板(LS)使得相對于所述發(fā)射器(TX)的所述軸取向的變化將改變照射在所述光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)上的入射輻射量。
6.權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)包括至少三個光敏元件。
7.權(quán)利要求4或5的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)包括四個光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)。
8.權(quán)利要求4至7中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于還包括正好位于所述四個光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)的中心的一球面透鏡。
9.權(quán)利要求3的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)包括多個光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)和用透明材料制成的、具有至少一個中央部分(C)的一擋板(LS’)，所述擋板(LS’)距所述光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)一定距離面對著它們放置，所述至少一個中央部分(C)用能夠擋住所述入射輻射照射到所述光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)上的材料制成。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于所述光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)和所述擋板(LS’)使得相對于所述發(fā)射器(TX)的所述軸取向的變化將改變照射在所述光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)上的入射輻射量。
11.權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)包括至少三個光敏元件。
12.權(quán)利要求9或10的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)包括四個光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)。
13.權(quán)利要求1至12中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述處理裝置(ECU)與所述發(fā)射器(TX)連接，利用周期信號驅(qū)動所述發(fā)射器(TX)。
14.權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于所述處理裝置(ECU)包括被所述周期信號調(diào)制的一同步解調(diào)器(ALI)，該同步解調(diào)器適于這樣解調(diào)表示照射在所述光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)上的所述入射輻射的信號，即輸出只表示由所述發(fā)射器(TX)發(fā)出的照射在所述光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)上的入射輻射的濾波信號。
15.權(quán)利要求14的設(shè)備，其特征在于所述處理裝置(ECU)包括適于以這樣的方式對表示由所述光敏元件(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4)產(chǎn)生的所述入射輻射的所述信號進行標準化的一動態(tài)壓縮電路(CD)，即使得表示所述角取向的所述信號與所述發(fā)射器(TX)和所述接收器(RX)之間的距離無關(guān)。
16.權(quán)利要求1至15中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述處理裝置(ECU)以這樣一種方式控制所述圖形指示符號的位置作為所述角取向變化的函數(shù)。
17.權(quán)利要求1至16中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)可施加于眼鏡架(OC)上。
18.權(quán)利要求1至16中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)與眼鏡架(OC)組成一個整體。
19.權(quán)利要求1至16中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)施加于將由所述用戶使用的頭盔上。
20.權(quán)利要求1至16中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)施加于將被所述用戶戴的頭戴耳機或麥克風上。
21.權(quán)利要求1至20中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于包括適于檢測由所述用戶發(fā)出的二進制命令的傳感器(INT)。
22.權(quán)利要求21的設(shè)備，其特征在于所述傳感器包括一按鍵(INT)。
23.權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于所述按鍵(INT)是腳可按動型按鍵。
24.權(quán)利要求22的設(shè)備，其特征在于所述按鍵(INT)是所述計算機(EL)的鍵盤(KB)的按鍵。
25.權(quán)利要求21的設(shè)備，其特征在于所述傳感器(INT)是可被牙齒壓力啟動的壓力傳感器。
26.權(quán)利要求21的設(shè)備，其特征在于所述傳感器(INT)是施加于所述用戶的肌肉或關(guān)節(jié)的測張力傳感器(INT)。
27.權(quán)利要求21的設(shè)備，其特征在于所述傳感器(INT)是能夠識別所述用戶發(fā)出的預定的聲音或單詞的語音識別設(shè)備(INT)。
28.權(quán)利要求1至27中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)通過導線(W)與所述處理裝置(ECU)連接。
29.權(quán)利要求1至24中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)利用無線電或紅外連接與所述處理裝置(ECU)連接。
30.權(quán)利要求1至29中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于包括與所述處理裝置(ECU)連接、面對所述用戶放置在所述計算機(EL)的所述屏幕(MON)附近設(shè)置的鍵盤顯示屏(KBS)，所述鍵盤顯示屏(KBS)顯示計算機普通鍵盤(KB)的所有圖形符號按鍵，當用戶通過沿相應(yīng)于所說圖形符號的一個方向的所述接收器(RX)的所述軸的取向選擇了這樣一個圖形符號和當所述用戶通過同時啟動所述傳感器(INT)向所述計算機(EL)傳送了表示所述按鍵的代碼時，所述處理裝置(ECU)就點亮或指出所述圖形符號按鍵。
31.權(quán)利要求1至30中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)由方形結(jié)構(gòu)的PSD(位置靈敏二極管)型的一個光二極管組成。
32.權(quán)利要求1至30中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)由兩個光敏元件組成，所述光敏元件的每一個包括一對光二極管，這兩對光二極管彼此正交地排列或以彼此線性獨立的方式操作。
33.權(quán)利要求1至30中任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述接收器(RX)由兩個光敏元件組成，所述光敏元件的每一個包括一線性類型的PSD(位置靈敏二極管)，這兩個線性PSD光二極管彼此正交地排列或以彼此線性獨立的方式操作。
34.可應(yīng)用于權(quán)利要求1至33中任一權(quán)利要求所述的指示設(shè)備的接收器(RX)，其特征在于可拆卸地施加于眼鏡架(OC)上。
35.權(quán)利要求34的接收器(RX)，其特征在于可施加于所述眼鏡架(OC)的一條腿上。
36.權(quán)利要求34的接收器(RX)，其特征在于可施加于所述眼鏡架(OC)的連接鏡片支撐框的上過梁上。
37.權(quán)利要求34的接收器(RX)，其特征在于可施加于所述眼鏡架(OC)的在鼻托上方鏡片支撐框之間的中間位置上。
38.眼鏡架(OC)，包括與之構(gòu)成一個整體、可應(yīng)用于權(quán)利要求1至33中任一權(quán)利要求所述的指示設(shè)備的接收器(RX)。
39.權(quán)利要求38的眼鏡架(OC)，其特征在于所述接收器(RX)與所述眼鏡架(OC)的一條腿構(gòu)成一個整體。
40.權(quán)利要求38的眼鏡架(OC)，其特征在于所述接收器(RX)與所述眼鏡架(OC)的連接鏡片支撐框的上過梁構(gòu)成一個整體。
41.權(quán)利要求38的眼鏡架(OC)，其特征在于所述接收器(RX)與所述眼鏡架(OC)的包括在鼻托上方和鏡片支撐框之間的中間位置構(gòu)成一個整體。
全文摘要
個人計算機(EL)的指示設(shè)備，包括與該個人計算機(EL)的屏幕(MON)相關(guān)聯(lián)地設(shè)置的一光電發(fā)射器(TX)和例如通過固定在一副眼鏡(OC)上而與該個人計算機(EL)的用戶的頭部成一體的一光電接收器(RX)，實現(xiàn)了不用手就能夠移動個人計算機(EL)的屏幕(MON)上的光標。
文檔編號G06F3/033GK1240039SQ97180546
公開日1999年12月29日 申請日期1997年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月17日
發(fā)明者A·蒙加里, M·皮薩尼, M·詹基羅拉米 申請人:歐洲風險資金控股有限公司