專利名稱：定位在計算機顯示屏上的光標的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在操作者的控制下定位在計算機顯示屏上的光標的一種方法，以及執(zhí)行該方法的裝置。
術語“光標”應理解為包含顯示在計算機顯示屏上并可在操作者的控制下在屏幕上移動的指針或其他裝置或符號。例如，可用光標來指向或指定顯示在顯示屏上的一個圖標或屬性，并選擇它。
根據本發(fā)明，提供一種在操作者的控制下定位在計算機顯示屏上的光標的方法，所述方法包括下列步驟建立一個圍繞操作者的可移動身體局部(body part)的場(field)；感測在固定參考幀中的一個或多個預定位置上的場強(strength of thefield)，從而提供一個與在參考幀中的身體局部位置相對應的一個控制變量；和響應于該控制變量定位在顯示屏上的光標。
于是，可如此安排，從而使可移動身體局部作為輻射天線。
可移動身體局部可以是操作者的一只手。
在可移動身體局部是操作者的一只手的情況下，可通過經由操作者的另一只手將一個電信號注入操作者的身體，來建立場。
利用在參考幀中沿著第一方向分開的第一對定位-感測(position-sensing)電極，從而提供與沿著第一方向的身體局部位置相對應的第一控制變量，可以感測該場的強度；以及，利用沿著與第一方向垂直的第二方向分開的第二對定位-感測電極，從而提供與沿著第二方向的身體局部位置相對應的第二控制變量，來感測場強。
應將術語“電極”廣義理解為還包括天線。
如果所述身體局部在所述參考幀中的虛擬邊緣內，那么，通過將它移到在所述顯示屏上與在所述參考幀中身體局部的位置相對應的位置，可以定位所述光標；而如果所述身體局部是在所述邊緣處或之外，那么，通過繼續(xù)沿著與所述身體局部到達所述邊緣的方向相對應的一條線來移動它，可以定位所述光標。
此外，根據本發(fā)明，提供一種計算機系統(tǒng)，它包括一個顯示屏、一個用于將數據輸入到所述系統(tǒng)中的鍵盤，以及用于控制光標在所述顯示屏上的位置的定位裝置，所述定位裝置包括位于固定參考幀中的定位-感測電極，用于感測在操作者的可移動身體局部周圍建立的一個場的強度，從而提供與所述身體局部在所述參考幀中的位置相對應的一個控制變量；和控制裝置，可響應于所述控制變量進行操作，以根據所述身體局部在所述參考幀中的位置來定位在所述顯示屏上的光標。
在所述身體局部是操作者的一只手的情況下，可相對于所述鍵盤如此排列所述定位-感測電極，從而使操作者可通過在所述鍵盤上以盤旋方式移動所述的一只手來控制所述光標的位置。
該系統(tǒng)還包括一個信號發(fā)生器以及一個注入電極，其中所述信號發(fā)生器用于產生交替電信號，而所述注入電極用于將電信號注入到操作者的身體，從而建立圍繞所述可移動身體局部的電場。在所述可移動身體局部是操作者的一只手的情況下，可如此安排注入電極，從而通過操作者的另一只手，可將該電信號注入到操作者的身體。
該系統(tǒng)還可包括一個或多個擊鍵開關，以便由所述操作者操作。安排所述擊鍵開關或一些開關從而可由所述操作者的所述另一只手來進行操作。
該系統(tǒng)還可包括傳統(tǒng)指向裝置和選擇裝置。該選擇裝置用于使所述操作者選擇所述傳統(tǒng)指向裝置來控制所述光標在所述顯示屏上的位置。
本發(fā)明提供一種用于在操作者的控制下定位在計算機顯示屏上的光標的一個附件，所述附件包括信號產生裝置，用于產生一個電信號；耦合到所述信號產生裝置的一個注入電極，用于將所述電信號注入到所述操作者的身體，從而建立圍繞所述操作者的可移動身體局部的一個場；定位-感測電極，用于設置在固定參考幀內和感測所述電場的強度；和耦合到所述定位-感測電極上的裝置，用于產生與所述身體局部在所述參考幀中的位置相對應的一個控制變量，從而可響應于所述控制變量來定位所述光標。
現在，參照附圖，通過舉例來更詳細地描述本發(fā)明。
在附圖中


圖1示出根據本發(fā)明第一實施例的一個計算機系統(tǒng)；和圖2示出根據本發(fā)明第二實施例的一個計算機系統(tǒng)。
首先參照圖1，標號10.1一般表示包括一臺便攜式或桌面型個人計算機(PC)的一個計算機系統(tǒng)。PC包括各種元件，有鍵盤11、一個微處理器、存儲器和安裝在機殼12中的數個磁盤驅動器、一個顯示裝置或監(jiān)視器13以及以鼠標14形式出現的一個定位設備(pointing device)。這些都可以是傳統(tǒng)類型的。根據本發(fā)明，計算機系統(tǒng)還可以設有附件15用來控制PC，更具體地說是光標在監(jiān)視器13上的位置。鍵盤11以傳統(tǒng)的方法連接到PC的剩余部分(rest)。通過附件15把鼠標14連接到PC的剩余部分，這將在下面更詳細地加以描述。
可以一種容易被更新為現有的傳統(tǒng)PC的形式來提供附件15。因此，它可包括可以設置在鍵盤11下的面板16。在面板16上有兩對分開的定位-感測電極，即，第一對電極18.1和18.2以及第二對電極20.1和20.2。將電極18.1和18.2沿著X坐標方向(即，沿著鍵盤的長度，這在下面將更詳細地描述)分開，從而能夠沿著X坐標的方向來檢測操作者的右手R的位置。將電極20.1和20.2沿著Y坐標(即，沿著與X坐標的方向垂直的方向)的方向分開，從而能夠沿著Y坐標的方向來檢測操作者的右手R的位置。
向著面板16的左手側設置信號注入(injection)電極22和一對擊鍵開關(click switch)24和26。擊鍵開關24和26和信號注入電極22如此排列，從而當操作者的左手L放在面板上的適當位置，以用左手拇指操作擊鍵開關24，并用另一只左手的手指來操作擊鍵開關26，即，如附圖所示，操作者左手的手掌將放在信號注入電極22上。
應理解，電極對18.1、18.2和20.1、20.2以及電極22和擊鍵開關24與26可以構成鍵盤11的一個內置部分。在該情況下，可以省略面板16。還應理解，除了電極對18.1、18.2和20.1和20.2之外，還可提供一些電極對，從而能夠確定右手R沿著與X-Y平面垂直的第三方向、或Z坐標方向的位置。還應理解，除了擊鍵開關24和26之外，還可進一步提供擊鍵開關。
附件15還包括振蕩器27，它在操作中產生一個電信號，其頻率大約20KHz。將振蕩器27的輸出端耦合到信號注入電極22。
擊鍵開關24、26可以是需要物理啟動的那種類型，如傳統(tǒng)鼠標的擊鍵開關的情況。
通過高阻抗緩沖放大器30，將電極18.1和18.2分別耦合到差分放大器28的兩個輸入端。通過帶通濾波器32和同步檢測器34，把差分放大器28的輸出饋送到模擬-數字變換器(ADC)36的第一輸入端。同樣，通過高阻抗緩沖放大器40，將電極20.1和20.2分別連接到差分放大器38的兩個輸入端；并且，通過帶通濾波器42和同步檢測器44，把差分放大器38的輸出連接到模擬-數字變換器36的第二輸入端。帶通濾波器32和42都具有與振蕩器27的頻率相對應的一個中央頻率。
附件15還包括微處理器46。模擬-數字變換器36的輸出連接到微處理器46的一個輸入端。擊鍵開關24和26還連接到微處理器46的一些輸入端。同樣，把鼠標14連接到微處理器46的一個輸入端。
以本發(fā)明的一種形式，擊鍵開關24、26設有一些觸摸敏感電極，如此布局，從而使微處理器46能夠通過這些觸摸敏感電極，來檢測操作者的左手是否在如圖所示的位置上，即，在操作者的左手拇指和手指觸摸擊鍵開關24、26的位置。這是通過信號注入電極22將信號從振蕩器27注入到操作者的身體所需的位置。應理解，可將注入電極22設置在一個擊鍵開關或壓力開關上，在這種情況下，該擊鍵開關或壓力開關可具有與擊鍵開關24、26相同的作用。
微處理器46具有連接到PC的串行端口的輸出端48。
現在，描述本系統(tǒng)的操作過程。
當操作者的左手L在如圖所示的位置上時，通過信號注入電極22，將由振蕩器27產生的電信號注入到操作者的身體。通過用指揮(conduction)來影響注入，在該情況下，需要與電極22進行物理接觸；或者，可以利用電容的、電磁的或輻射的感應來影響它，在該情況下，不需要與電極22進行物理接觸。注入的信號產生圍繞操作者身體(包括經過操作者身體操作者右手R的指揮)的一個交替電場。電極18.1、18.2和20.1、20.2能夠檢測該電場的強度(即，幅度)，并據此沿著X坐標和Y坐標的方向來確定操作者右手的位置。這結合差分放大器28、38和同步檢測器34、44一起進行。任何額外的信號由帶通濾波器32、42濾出，并且，同步檢測器34、44提供與操作者的右手分別沿著X坐標方向和Y坐標方向的位置相對應的模擬輸出。把兩個模擬信號(一個由同步檢測器34提供，而另一個由同步檢測器44提供)饋送到模擬-數字變換器36，這將兩個信號轉換成一種數字形式。微處理器46用來將該信號轉換成一個適當的數據位流。該位流的協(xié)議能夠仿效位于PC內的傳統(tǒng)軟件鼠標驅動器所需的一個標準鼠標協(xié)議。通過輸出端48，該位流被饋送到PC的一個串行端口，計算機將之理解為如同它正在讀取由傳統(tǒng)的鼠標在正常的鼠標操作期間送出的數據。
還可通過在鍵盤和PC之間的一個現存數據鏈路，利用合適的軟件把包含在位流中的信息發(fā)送到PC。
操作者可以用與操作傳統(tǒng)鼠標的擊鍵開關相同的方法來操作擊鍵開關24、26。
雖然操作者的左手L在附圖所示的位置上，如在上述開關24、26上的觸摸敏感電極檢測到的那樣，但是微處理器46進行的操作禁止了傳統(tǒng)鼠標14的使用。
如果操作者想用傳統(tǒng)鼠標14，那么操作者只須將他的左手移離附圖所示的位置。這將由微處理器46通過在擊鍵24、26上的觸摸敏感電極檢測到，而且分導致微處理器禁止從模擬-數字變換器36接收輸入，并取而代之，切換到從鼠標14接收到的輸入。
該系統(tǒng)還可通過在操作者的身體中感應的其他形式能量的進行操作，諸如，正常用于電力網(mains power)的50Hz，以及通過電纜和在操作者附近的其他電力設備在操作者身體內感應的形式，或者通過其他任何非接觸注射器(injector)。
現在，參照圖2，標號10.2一般表示與計算機系統(tǒng)10.1類似的一個計算機系統(tǒng)，相同的標號用來表示相同的或類似的部分。系統(tǒng)10.2與系統(tǒng)10.1不同，如下所述。
首先，如此排列電極18.1和18.2，從而使它們都沿著X方向在操作者右手R的一側上；并且，如此排列電極20.1和20.2，從而使它們都沿著Y方向在操作者右手R的一側上。這種排列有一個好處它使得該系統(tǒng)對電磁噪聲不那么敏感，對操作者的右手在鍵盤11上的高度變化也不那么敏感，而且，比起如圖1所示的電極排列情況，更容易對其進行物理操作。
第二，把模擬線性化電路50連接在帶通濾波器32和同步檢測器34之間。這需要用于補償由電極18.1和18.2都連接在操作者右手的一側、而不是如圖1實施例那樣在右手的相對側上的這一事實導致的非線性。同樣，把線性化電路52連接在帶通濾波器42和同步檢測器44之間。
還數字化地影響對于非線性的補償，在該情況下，這可以方便地在微處理器46中加以實施。
第三，系統(tǒng)10.2設有連接到微處理器46的一個輸入端的自動校準按鈕54。應理解，開關按鈕54還可以是觸摸輸入板的形式。當用操作者的右手R來開動開關按鈕54時，微處理器將執(zhí)行校準功能，將操作者的右手R的位置和光標在計算機屏幕13上的位置互聯。這是可能的，因為當開動開關按鈕54時，操作者的右手必須在X-Y平面內的一個已知位置上。
權利要求
1．一種在操作者的控制下，定位在計算機顯示屏(13)上的光標的方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟建立一個圍繞操作者的可移動身體局部(R)的場；感測在固定參考幀中的一個或多個預定位置上的場強，從而提供與在所述參考幀中的身體局部位置相對應的一個控制變量；和響應于所述控制變量，定位在顯示屏上的光標。
2．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述可移動身體局部是所述操作者的一只手(R)。
3．如權利要求2所述的方法，其特征在于，通過所述操作者的另一只手(L)將一個電信號注入所述操作者的身體，來建立該場。
4．如上述權利要求中任一權利要求所述的方法，其特征在于，利用在所述參考幀中沿著第一方向(X)分開的第一對位置感測電極(18.1、18.2)來感測所述場強，從而提供與沿著所述第一方向的所述身體局部(R)的位置相對應的第一控制變量，以及利用沿著與所述第一方向垂直的第二方向(Y)分開的第二對定位-感測電極(20.1，20.2)來感測所述場強，從而提供與沿著所述第二方向所述身體局部的位置相對應的第二控制變量。
5．如上述權利要求中任一權利要求所述的方法，其特征在于，如果所述身體局部在所述參考幀中的虛擬邊緣內，那么通過將它移到在所述顯示屏上與在所述參考幀中所述身體局部(R)的位置相對應的位置，來定位所述光標；而如果所述身體局部是在所述邊緣處或之外，那么通過繼續(xù)沿著與所述身體局部到達所述邊緣的方向相對應的一條線移動它，來定位所述光標。
6．一種計算機系統(tǒng)，它包括顯示屏(13)、用于將數據輸入到所述系統(tǒng)中的鍵盤(11)以及用于控制光標在所述顯示屏上的位置的定位裝置，其特征在于，所述定位裝置包括位于固定參考幀中的定位-感測電極(18.1、18.2、20.1、20.2)，用于感測在操作者的可移動身體局部(R)周圍建立的一個場的強度，從而提供與所述身體局部在所述參考幀中的位置相對應的一個控制變量；和控制裝置，可響應于所述控制變量進行操作，以根據所述身體局部在所述參考幀中的位置來定位在所述顯示屏上的光標。
7．如權利要求6所述的計算機系統(tǒng)，其特征在于，它還包括信號發(fā)生器(27)，用于產生一個交替電信號，和注入電極(22)，用于將所述電信號注入到所述操作者的身體內，從而建立圍繞所述可移動的身體局部(R)的電場。
8．如權利要求7所述的計算機系統(tǒng)，所述身體局部是所述操作者的一只手(R)，其特征在于，相對于所述鍵盤(11)如此排列所述定位-感測電極(18.1，18.2，20.1，20.2)，從而操作者可通過在所述鍵盤上以盤旋方式移動所述一只手來控制所述光標的位置。
9．如權利要求8所述的計算機系統(tǒng)，其特征在于，安排所述注入電極(22)，從而通過所述操作者的另一只手(L)，將所述電信號注入到所述操作者的身體。
10．如權利要求8或9所述的計算機系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個或多個擊鍵開關(24、26)，以便由所述操作者進行操作。
11．如權利要求10所述的計算機系統(tǒng)，其特征在于，安排所述擊鍵開關或開關(24、26)，使其可由所述操作者所述的另一只手(L)來操作。
12．如權利要求6-11中任一權利要求所述的計算機系統(tǒng)，其特征在于，它還包括傳統(tǒng)指向裝置(14)，以及選擇裝置用于使所述操作者選擇所述傳統(tǒng)指向裝置來控制所述光標在所述顯示屏上的位置。
13．一種用于在操作者的控制下定位在計算機顯示屏上的光標的附件，其特征在于，它包括信號產生裝置(27)，用于產生一個電信號；耦合到所述信號產生裝置的注入電極(22)，用于將所述電信號注入到所述操作者的身體，從而建立一個圍繞所述操作者的可移動身體局部(R)的場；定位-感測電極(18.1、18.2、20.1、20.2)，用于設置在固定參考幀內，感測所述電場的強度；和耦合到所述定位-感測電極上的裝置，用于產生與所述身體局部在所述參考幀中的位置相對應的一個控制變量，從而可響應于所述控制變量來定位所述光標。
14．一種定位在計算機顯示屏上的光標的方法，基本上如這里所述和所示。
15．一種如這里所述和所示的計算機系統(tǒng)。
16．一種用于定位在計算機顯示屏上的光標的附件，基本上如這里所述和所示。
全文摘要
計算機系統(tǒng)包括鍵盤(11)、顯示屏(13)、第一對定位一感測電極(18.1、18.2)、第二對定位—感測電極(20.1、20.2)、信號注入電極(22)和振蕩器(27)。振蕩器通過信號注入電極和操作者的左手(L),將一個信號注入操作者的身體,這產生了一個圍繞操作者的右手(R)的場。定位一感測電極設置在鍵盤的下面,并感測場強。這使得能夠在X－Y平面內確定操作者的右手(R)在鍵盤上的位置。為此,可通過同步檢測器(34,44)和模擬－數字變換器(36),將定位－感測電極連接到微處理器(46),該操作可控制光標在所述顯示屏上的定位。
文檔編號G06F3/0354GK1295684SQ99804755
公開日2001年5月16日 申請日期1999年4月6日 優(yōu)先權日1998年4月6日
發(fā)明者漢斯·魯道夫·斯特靈 申請人:漢斯·魯道夫·斯特靈