CN100570698C - 用于手持式电子设备的活动键盘系统 - Google Patents

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Abstract

一种活动键盘系统包含彼此以通信方式连接的处理器、存储器和显示器(34)。该系统包含将数据和命令输入系统的输入装置。该输入装置包含至少一个选择器(36)和多个键(32a，32b，32c，32d)。活动键盘系统软件存储在上述存储器中，用于在显示器(34)上动态地呈现成组的可用选项，以通过上述输入装置实现对这些可用选项的明确选择。该活动键盘系统软件包含呈现码和过滤器码。呈现码包含允许实现滚动的步进或滚动分辨率码，以及用于将可用选项在可视网格上进行组织、并将该可视网格提供给显示器(34)的网格呈现码。该网格呈现码用一个或多个各自配置成矩阵的方格来配置上述可视网格。

Description

用于手持式电子设备的活动键盘系统
技术领域
本发明一般涉及手持式数据输入设备，更具体的，涉及手持式电子设备的活动键盘系统。该活动键盘系统在显示器上动态地呈现成组的可用选项，以通过使用输入装置来实现对这些可用选项的明确选择，从而为手持式电子设备的用户提供了一组相容的技术来执行所有常用的功能，包括仅使用一只手将字母数字的文本和数据输入该设备。
背景技术
便携式电子设备正在迅速变小，而它们的功能却持续增强。尺寸的缩小限制了用户实际操作键盘以将信息输入电子设备和从设备获取信息的能力。已生产一些具有微型键盘的电子设备，但是，已证明这些设备难于使用，且对用手指快速输入数据而言，键显得太小。由于键盘的必要宽度的缘故，为完整键盘使用正常大小的键限制了设备的小型化程度。某些公司创造了当计算机不使用时可拆分成重叠的几个部分的正常尺寸的键盘，但是，即使这样，设备仍相对较大。
目前，许多电子设备小到足以被放入手掌。对于这样的小尺寸，期望能使用一只手快速输入数据或浏览因特网，其中，这只手不仅支撑设备，而且能使用所有五个手指快速输入数据或命令。需要如本发明提供的、使用有限数目的键快速和有效率地输入包含整个文本在内的数据的设备，从而充分利用这些小型电子设备的能力。
现有技术已示出了使用有限个完整尺寸的键的数据输入的多种方法。一种这样的方法是“多次敲击”方法。这种方法包括使用十二个或更多个键，且将若干个字母或符号指定给各个键。用户敲击各个键，直到期望的字母出现在设备的显示屏上。该系统允许用户使用有限数目的键输入完整的文本消息，但是，由于需要过多次数的击键和超时，因而它是一种耗时的系统；它不具有因特网浏览能力；并且它迫使用户将其手指的位置从一个键转移到其他键，这进一步降低了击键效率。
在1998年10月6日授予Dale L.Grover等人的专利号为5818437的美国专利和2000年1月4日授予Martin T.King等人的专利号为6011554的美国专利中描述了使用有限数目的键输入数据的另一种方法。这些系统也为各个键指定了多个值，但是消除了多次按压各个键的需要。用户仅按压各个期望的键一次，且计算机试图从由各个键上的多个字母组成的若干个可能的单词中推出用户希望输入的单词。如果计算机得到了错误的单词，用户可以以滚动方式浏览若干个其他的可能选择。与多次敲击方法相比，这些系统在减少击键次数方面是有效的。然而，由于单词表中的单词有限，因而它们不能用于输入生僻字和姓名，它们也不能被用于浏览互联网，并且，用户不改变手指在这些键上的位置便不能使用这些系统。
1998年12月29日授予Jeffrey A.Grant的美国专利5854624是一种用于因特网浏览的口袋大小的界面的例子。Grant的624设备使用触敏开关和若干个键来让用户与因特网进行连接。然而，Grant的624设备不允许用户在因特网上导航，它不具有输入文本和数字之类数据的手段，并且不是为一只手操作设计的。
2000年12月26日授予Lisa L.Foote的美国专利6164853也与本发明有关，因为它公开了手持式设备的人类工程学外壳。Foote设备适合遥控器之类的标准电子设备，并允许用户仅用一只手便能舒适的操作这种设备。然而，Foote设备未公开任何快速输入各种数据的方法，也没有描述在因特网上导航的任何方法。
其他的相关技术包括Giovanni D′Agostinin的、2002年5月23日出版的、出版号为2002/0060699 A1的美国专利申请(基于二维运动传感器的字符输入设备(character input device based on a two-dimensional movement sensor))；Matthew G.Pallakoff的、2002年11月7日出版的、出版号为2002/0163504 A1的美国专利申请(支持快速文本键入的手持式设备(hand held device that supports fast texttyping))；Joshua R.Buesseler等人的、2003年2月20日出版的、出版号为2002/0036362 A1的美国专利申请(移动通信设备的可互换盖子(interchangeable cover for a mobile communication device))；CharlesWu等人的、2003年3月13日出版的、出版号为2003/0048262 A1的美国专利申请(用于导航、文本输入和拨打电话的方法和装置(method and apparatus for navigation，text input，and mobile dialing))。
另外的相关技术包括Jiang Peng的、2003年3月20日出版的、出版号为2003/0052861 A1的美国专利申请(具有可分离操纵杆的便携式通信设备及其方法(portable communication device with detachablejoystick and method therefore))；Gary R.Bradski的、2004年1月22日出版的、出版号为2004/0012566 A1的美国专利申请(至虚拟空间的直观移动设备接口(intuitive mobile device interface to virtualspaces))；G.Eric Engstrom等人的、2004年1月29日出版的、出版号为2004/0018863 A1的美国专利申请(使用智能附属盖子的移动电子设备的个性化(personalization of mobile electronic devices using smartaccessory covers))。
另外的相关技术包括1990年1月2日授予James M.Lapeyre的美国专利4891777(通过十二个键来提供字母数字功能的单手键盘阵列(single hand keyboard arrays providing alphanumeric capabilities fromtwelve keys))；1993年2月16日授予Ronald H.Thomas等人的美国专利5187480(符号定义装置(symbol definition apparatus))；1994年7月26日授予Thomas L.Gambaro的美国专利5332322(用于可手握设备的可用拇指操作的人体工程学键盘(ergonomic thumb-actuablekeyboard for a hand-grippable device)；分别于1995年11月28日和1996年10月15日授予David Kirkeby等人的美国专利5471042和5565671(具有双触发开关的手持式数据输入终端(handheld data entryterminal having dual trigger switches))；于1997年3月18日授予ErnestH.Beernik等人的美国专利5612719(图形用户界面的手势敏感按钮(gesture sensitive buttons for graphical user interfaces))；于1997年9月9日授予James D.Logan的美国专利5666113(使用触控板输入设备来进行光标控制和键盘模拟的系统(system for using a touchpad inputdevice for cursor control and keyboard emulation)；于1997年12月30日授予Malcolm G.Hall等人的美国专利5703623(用于远程控制的智能方位感测电路(smart orientation sensing circuit for remote control))。
其他相关技术包括于1998年10月6日授予Nina T.Cheung的美国专利5736976(具有手运动感测和监视功能的计算机数据输入装置(computer data entry apparatus with hand motion sensing andmonitoring))；于1998年9月15日授予Seth R.McCloud的美国专利5808567(使用手的三个手指的通信装置和方法(apparatus and methodof communicating using three digits of a hand))；以及于1998年8月3日授予James M.Cisar的美国专利5931873(具有拇指轮的可编程移动设备(programmable mobile device with thumb wheel))。
其他相关技术包括于2000年4月18日授予Seppo Kivella等人的美国专利6052070(形成字符串的方法、电子通信设备以及为该电子通信设备充电的充电单元(method for forming a character string，anelectronic communication device and a charging unit for charging theelectronic communication device))；于2000年5月23日授予Alan H.Grant的美国专利6067358(人体工程学蜂窝电话(ergonomic cellularphone))；于2000年8月15日授予Jerry Panagrossi的美国专利6104317(数据输入设备和方法(data entry device and method))；于2001年3月13日授予Robert M.Lands的美国专利6201554(用于手持式数据处理的设备控制装置(device control apparatus for hand-held dataprocessing))；于2001年6月5日授予Anders L.Molne的美国专利6243080(具有选择器的触敏板(touch-sensitive panel with selector))。
其他相关技术包括于2002年2月12日授予Joel F.Bartlett的美国专利6347290(用于检测和执行对应于手持式计算设备的位置和手势命令的装置和方法(apparatus and method for detecting and executingpositional and gesture commands corresponding to movement of handheldcomputing device))；于2002年5月21日授予Craig A.Will的美国专利6392640(通过消除不明确情形的使用拇指轮的单词输入(entry ofwords with thumbwheel by disgmbiguation))；于2002年6月4日授予Mona Singh等人的美国专利6400376(用于手持式数据处理设备的显示控制(display control for hand-held data processing device))；于2002年8月20日授予Qi Hao的美国专利6437709(键盘及其输入方法(keyboard and thereof input method))；于2002年10月15日授予DavidY.Feinstein的美国专利6466198(具有显示器的手持式设备的视图导航和放大(view navigation and magnification of hand-held device with adisplay))；于2003年5月20日授予Keith C.Thomas的美国专利6567101(利用运动输入来操纵数据的显示的系统和方法(system andmethod utilizing motion input for manipulating a display of data)。
其他相关技术包括于2003年6月3日授予Joel F.Bartlett的美国专利573883(用手势控制计算机设备的方法和装置(method andapparatus for controlling a computer device with gestures))；于2003年8月5日授予Jin Lu的美国专利6603420(具有基于运动的关于接收器音量、频道选择或其他参数的控制器的遥控设备(remote control devicewith motion based control for receiver volume，channel selection，or otherparameters))；于2003年8月26日授予Jason T.Griffin等人的美国专利6611255(具有为拇指使用进行优化的键盘的手持式电子设备(hand-held electronic device with a keyboard optimized for use with thethumbs))；于2003年11月4日授予Iwao Masuyama等人的美国专利6641482(具有加速度传感器和存储游戏程序的信息存储媒体的便携式游戏装置(portable game apparatus with acceleration sensor andinformation storage medium storing a game program))；于2004年1月27日授予Robert A.Shepherd的美国专利6683599(电气设备的小键盘式输入设备(keypads style input device for electrical device))；于2004年2月10日授予Alan E.Kaplan的美国专利6690358(手持式设备的显示控制(display control for hand-held device))。
其他相关技术包括于1996年10月出版的、出版号为EP 0 735 514A1的欧洲专利申请；于1988年1月出版的、出版号为GB 2 193 023 A的英国专利申请；于2002年9月出版的、出版号为WO 02/073995 A1的世界知识产权组织(WIPO)专利申请；于2003年1月出版的、出版号为EP 1 271 288 A2的欧洲专利申请；以及于2003年2月出版的、出版号为WO 03/015379的WIPO专利申请。
无论是单独研究还是将它们组合起来进行研究，从以上发明和专利中均不能看出它们描述了要求保护的本发明。
发明内容
本发明是一种活动键盘系统。该键盘系统具有处理器以及以通信方式连接到该处理器的存储器。某一显示器以通信方式连接到该处理器。该键盘系统具有将数据输入该系统的输入装置。该输入装置包含至少一个选择器和至少两个键。活动键盘系统软件存储在上述存储器上。活动键盘系统软件配置成在上述显示器上动态地呈现成组的可用选项，以通过使用上述输入装置实现对这些可用选项的明确选择。
附图说明
图1是根据本发明的、配置成供左手使用的蜂窝电话的活动键盘系统的正面透视图。
图2是根据本发明的活动键盘系统的框图。
图3是根据本发明的活动键盘系统软件的框图。
图4A的流程图示出了根据本发明的活动键盘系统的倾斜运动的后果。
图4B的流程图示出了根据本发明的活动键盘系统的倾斜运动的后果。
图5A是根据本发明的按钮组件选择器的顶视图。
图5B是图5A所示的按钮组件选择器的横截面图。
图5C是根据本发明的滚球选择器的横截面图。
图5D是根据本发明的触控板选择器的透视图。
图5E是根据本发明的操纵杆选择器的横截面图。
图6A是图5A所示的按钮组件选择器的功能图。
图6B是图5B所示的滚球选择器的功能图。
图6C是图5D所示的触控板选择器的功能图。
图6D是图5E所示的操纵杆选择器的顶视图。
图7是根据本发明的配有运动传感器选择器的活动键盘系统设备的透视图。
图8是根据本发明的具有示出选择指示器列的显示器的活动键盘系统的正面透视图。
图9是具有阴影部分的计算机屏幕的正视图，该正视图代表了在根据本发明的活动键盘系统的显示器上看到的页面的一部分。
图10是根据本发明的活动键盘系统的多方格网格的展开图。
图11是根据本发明的活动键盘系统的步进运动的功能图。
图12是根据本发明的活动键盘系统的步进运动的功能图。
图13是根据本发明的活动键盘系统的显示器上的地图图像的正视图。
图14是根据本发明的活动键盘系统的显示器上的地图图像放大过程的功能图。
图15是根据本发明的活动键盘系统的显示器上的日历的步进实施方式的功能图。
图16是根据本发明的活动键盘系统的步进运动的功能图。
图17是根据本发明的活动键盘系统的步进运动的流程图。
图18是根据本发明的活动键盘系统软件的滑零码的功能图。
图19是根据本发明的活动键盘系统软件的自适应阈值码的功能图。
图20的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的虚拟气泡。
图21是根据本发明的具有可选的外部传感器的活动键盘系统。
图22是根据本发明的具有外部的运动补偿器的活动键盘系统。
图23是根据本发明的具有两个外部传感器的活动键盘系统的功能图。
图24是与根据本发明的活动键盘系统一起使用的电路的功能图。
图25的功能图示出了根据本发明的使用两个方向相对的传感器的活动键盘系统软件的噪声消除码。
图26A、26B和26C是根据本发明的活动键盘系统的三个实例。
图27A和27B是与根据本发明的活动键盘系统一起使用的套的两个例子。
图28是使用根据本发明的活动键盘系统进行拨号的显示屏图像。
图29是使用根据本发明的活动键盘系统进行键入的显示屏图像。
图30的功能图示出了在根据本发明的活动键盘系统上的各网格方格层之间的移动。
图31是关于持握根据本发明的活动键盘系统的功能图。
图32是根据本发明的配有运动传感器的活动键盘系统的功能图。
图33的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的电话/地址簿功能。
图34的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的关于名字选择的电话/地址簿功能。
图35的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的关于电话号码、电子邮件和地址选择的电话/地址簿功能。
图36的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的关于呼叫记录选择的电话/地址簿功能。
图37的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的关于从呼叫记录中选择现有号码的电话/地址簿功能。
图38的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的关于从呼叫记录中选择新号码的电话/地址簿功能。
图39的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的日历功能。
图40的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的浏览功能。
图41的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的导航图功能。
图42的功能图示出了使用根据本发明的活动键盘系统的导航图功能进行的浏览。
图43的功能图示出了使用根据本发明的活动键盘系统的导航图功能进行的浏览。
图44的功能图示出了使用根据本发明的活动键盘系统的因特网功能进行的浏览。
图45的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的袖珍办公室功能。
图46的功能图示出了根据本发明的活动键盘系统的游戏功能。
在所有附图中，相似的附图标记一致地表示对应的特征。
具体实施方式
本发明是用于手持式电子设备的活动键盘系统。活动键盘系统在显示器上动态地呈现成组的可用选项，以通过使用输入装置来实现对这些可用选项的明确选择，从而为手持式电子设备的用户提供一组相容的技术来执行包括仅用一只手来将字母数字的文本和数据输入系统在内的所有常用功能。该活动键盘系统包括彼此以通信方式相互连接的处理器、存储器和显示器。该系统包括将数据输入包括至少一个选择器和多个键的所述系统的输入装置。活动键盘系统软件存储在存储器上，并配置成在显示器上动态地呈现成组的当前可用选项，以通过使用上述输入装置实现对这些可用选项的明确选择。
该活动键盘系统软件包含呈现码和过滤器码。呈现码包括步进或滚动分辨率码来允许滚动，并包括网格呈现码来在可视网格上组织可用选项和将该可视网格提供给显示器。呈现码一次显示由上述选择器之一控制的一个选择指示器。网格呈现码为上述可视网格配置了一个或多个各自配置成具有多个列和多个行的矩阵的方格。可以将所述方格配置成具有三个列和四个行的矩阵、一个列和多个行的矩阵，等等。所述方格可以是清晰的、透明的、半透明的和/或不透明的。
该可视网格包括多个单元，且网格呈现码具有网格填充码，以便用字母数字字符、符号、音符、图标、文本、表意字(ideogram)或语标(logogram)来填充各单元。该呈现码可包含：应用程序适配器码，以转换应用程序与呈现码之间的事务处理；声音码，以便为所选选项提供音频宣告、为动作的完成提供音频确认或为动作完成失败提供告警；以及反馈码，以增强用户与系统的交互。
过滤器码配置成隔离用户的有意的动作输入和意外动作。该过滤器码可包含：外力过滤器码，以便将用户输入与外力的不期望影响进行隔离；步进运动码，以将用户意图转换成指示器在网格上的精确移动，并允许在各步之间重新调节所述系统；滑零码，以允许用户在操作所述设备的同时改变他/她的位置；自适应阈值码，以通过反馈来优化操作人员与系统的交互；和/或校准码，以实现用户与应用程序偏好(preference)。
可以将键配置成由手指进行操作而不遮挡显示器。可以为活动键盘系统配备单个选择器或多个选择器。选择器可以是由拇指或其他手指进行操作的轮、跟踪球、操纵杆、摇杆板(rocker pad)、触控板、选择器开关、拨动开关、按钮、N状态按钮或N状态选择器。
另外，或除了用拇指/手指操作的选择器之外，活动键盘系统可具有配置成解释作为输入的上述系统的运动的选择器。这样的选择器可以是由一个、两个或三个运动传感器组成的传感器组，配置成感测不同的基本上彼此正交的维度上的运动。所述运动选择器可包括两组或更多组运动传感器，配置成过滤出由外力引起的上述系统的不期望运动的影响。
通过提供上述系统上的上述输入装置的部分或完全复制品，或通过允许用户旋转、再附设(reattach)、滑动或移动系统的各部分，可以将活动键盘系统配置成两只手均可使用。可以将上述键配置成防止意外的接触。
当然，本文公开的发明也可以具有多种不同形式的实施例。可以将该活动键盘系统配置成便携式电话、个人数字助理、全球定位接收设备、遥控器、计算机鼠标、寻呼机、步话机、扫描仪、万用表，等等，并可将其配置成用单个指示器浏览因特网。
附图中所示的和下文中详细说明的是本发明的优选实施例。然而，应当懂得，当前的公开内容是对本发明原理的举例说明，而并非将本发明限于所述的实施例。
参考附图，图1示出了配置成蜂窝电话形式的根据本发明的活动键盘系统10。然而，也可以将活动键盘系统10配置成、集成到和/或并入各种手持式电子设备，如蜂窝电话(手机)、个人数字助手(PDA)、全球定位系统(GPS)接收设备、遥控器、计算机鼠标、寻呼机、步话机、扫描仪、万用表、遥控器，等等。手机10包括具有前面、后面、上面、下面和两侧的人体工程学外壳30，至少四个键32a、32b、32c和32d，显示器34，选择器36，处理器，存储器和活动键盘系统软件。键32a-32d设置在外壳30侧面，这使得在正常工作期间当用户持握手机10时它们位于用户的指尖下方。选择器36位于外壳30的与上述键相对的一侧，这使得当用户持握手机10时，该选择器位于用户的拇指下方。
图1的手机10是为左手用户配置的，它具有分别位于显示器34上方和下方的传统的扬声器40和麦克风42。手机10在显示器34上动态地呈现成组的可用选项，以通过使用键32a-32d和选择器36来实现对这些可用选项的明确选择，从而为手机10的用户提供一组相容的技术来仅用一只手执行包括将字母数字的文本和数据输入上述设备在内的所有常用功能。
在本文中，将短语“对可用选项的明确选择”定义为从指定给一个键的一组值中作出关于期望值的明确选择。显然，也可以使用实质上意思相同的其他短语，如通过在键、选择器和显示器所示内容之间进行关联来使不明确的击键明确化。
根据本发明的活动键盘系统130的主要部件包括显示网格142的显示器140、处理器和存储器144、第一选择器146、第二选择器148和键150，如图2所示。对大多数应用而言，二维传感器已足够，但是根据需要，也可使用三维传感器。在活动键盘系统130的存储器上容纳和/或包含了活动键盘系统软件。
将键150配置成由手指进行操作而不遮挡显示器140。可以将第一选择器146或第二选择器148配置成解释作为输入的系统130的运动。例如，第一选择器146可以是轮、跟踪球、操纵杆、摇杆板(rockerpad)、触控板、选择器开关、拨动开关、按钮、N状态按钮(多状态按钮)、N状态选择器(多状态选择器)，等等。优选地，第一选择器配置和设定成由拇指进行操作，但它也可以由用户的手或工具的任意部分进行操作。
可以将第二选择器148配置成解释作为输入的系统130的运动，它可以是一个或多个运动传感器组成的组，配置成感测不同维度上的运动。一个这样的选择器包括两组或更多组运动传感器，以过滤出施加到系统130的外力的影响。通过将第二组运动传感器的灵敏度轴对准第一组运动传感器，可以将所述运动传感器配置成过滤出施加到系统130的外力的影响。
另外，通过提供系统130上的输入装置的部分或全部复制品，可以将系统130配置成两只手均可使用。通过允许用户旋转、再附设、滑动或移动系统130的各部分，可以将系统130配置成两只手均可使用。可以将键150配置成防止意外的接触。
可以将系统130配置成蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、全球定位接收设备、遥控器、计算机鼠标、寻呼机、步话机、扫描仪、万用表，等等。可以将系统130的某些或所有部件配置成套状，以便在工作中将它们连接到手持式电子设备(如手机、PDA、GPS接收设备、遥控器、计算机鼠标、寻呼机、步话机、扫描仪、万用表，等等)，或将它们与这些设备一起使用。可以将系统130配置成实现在因特网上进行浏览，或是将其配置成使用单个选择器和/或两个选择器与应用程序一起工作。
活动键盘系统软件包含呈现码和过滤器码。呈现码包含：步进或滚动分辨率码，以允许滚动；网格呈现码，以在可视网格142上组织可用选项并将可视网格142提供给显示器140。呈现码一次显示由选择器146或148中之一控制的一个选择指示器。网格呈现码为可视网格142配置了一个或多个各自配置成具有多个列和多个行的矩阵的方格。可以将所述方格配置成具有三个列和四个行的矩阵，具有一个列和多个行的矩阵，等等。所述方格可以是清晰的、透明的、半透明的和/或不透明的。
可视网格142包括多个单元，且网格呈现码可包含网格填充码，以便用字母数字字符、符号、音符、图标、文本、表意字或语标等填充各个单元。呈现码可包含：应用程序适配器码，以转换应用程序与呈现码之间的事务处理；声音码，以便为所选选项提供声音宣告、为动作的完成提供声音确认或为动作完成失败提供声音告警；反馈码，以增强用户与系统130的交互。
将过滤器码配置成隔离有意的用户动作输入与意外的动作。过滤器码包含：外力过滤器码，用于将用户输与外力的不期望的影响进行隔离；步进运动码，用于将用户意图转换成指示器在网格上的精确移动，并用于允许在各步之间重新调节系统；滑零码，允许用户在操作设备的同时改变他/她的位置；自适应阈值码，用于通过反馈优化操作人员与系统的交互；和/或校准码，用于实现用户与应用程序偏好。
在图3中示出活动键盘系统软件为160，它反映了用户输入162、过滤器164、呈现166和活动应用程序168。用户输入162表示选择器和键的硬件状态，并由可选的微处理器进行最初的处理。然后，用户输入162通过运动过滤器、缓冲器和定时器，之后，在过滤器164中用自适应阈值码、滑零码、步进运动码对其进行评估。校准码可用于控制缓冲器，定时器和/或自适应阈值。呈现166上的图像由活动应用程序确定。用户输入导致选择指示器在网格上的移动、网格外形的改变和/或对所示选项之一的选择。上述软件可以为可选的选项生成声音宣告、为动作的完成生成声音确认或为动作完成失败生成声音告警。该软件能向过滤器164提供反馈来调整阈值，以改进可用性。在呈现166与活动应用程序168之间持续地报告应用程序状态与用户输入。
在图4A和4B所示的流程图170和190中示出了移动的后果。图4A示出了在确定和/或忽略外力174和/或意外移动178之后是如何将设备172的运动作为用户输入176进行解释和/或处理的。图4B的流程图190示出在建立参考零(192)后是如何判断设备是否已移动的(194)。如果该判断结果为否，则不采取进一步行动；如果该判断结果为是，则判断动作是否由用户引起的(196)。如果该判断结果为否，则不采取进一步行动；如果该判断结果为是，则判断动作是否是有意的(198)。如果该判断结果为否，则不采取进一步行动；如果该判断结果为是，则采取进一步行动。
图1的选择器36可以配置成各种形式，其中一些形式如图5A-5E所示。图5A中示出了选择器36的四个三角形按钮的配置。各三角形按钮具有两条直角边50和一条斜边52。将这些按钮设置成使得各三角形按钮的一条直角边50与另一三角形按钮的一条直角边50相邻。以这种方式，四个三角形按钮的斜边52形成了一个矩形。各三角形按钮也呈斜面形，如图5B所示，从而每个按钮的厚度沿其斜边52为最大，而两条直角边50相交之处厚度最小。
选择器36的跟踪球配置如图5C所示。跟踪球在业内已众所周知，它包含以旋转的方式固定在外壳30内部的圆球54。该圆球与两个旋转传感器56与58以及下推触点接触。使用时，用户移动圆球62的伸出外壳的部分，且旋转运动由旋转传感器56和58进行检测。用户也可以将圆球62按向下推触点60。一旦圆球62接触到下推触点60，球62的运动便得到了检测。
选择器36的具有多个触点的摇杆板配置如图5D所示。该摇杆板具有与五个下推触点66接触的面板69(图5D示出了三个)。在面板69的各角落处各设置了一个所述触点，并在面板69的中心处设置了一个所述触点。当用户在该板的角落或在该板的中部按压时，其压力由触点66中之一进行检测。
图5E中示出了选择器36的操纵杆配置。操纵杆在业内是众所周知的，它包括具有底部和顶部的延长杆件68。底部以可移动的方式连接到下推触点70。当操作操纵杆时，用户将他/她的一个手指放在杆件的顶部，并向上、向后、向左或向右倾斜杆。这些运动分别由位于杆件前方、后方、左侧或右侧的触点72进行检测。用户也朝下推触点70推压杆件68的顶部。该运动由下推触点70进行检测。
图6A-6D示出了可以用图5A-5E所示的选择器配置作出的横向运动。各种配置的操作稍有不同，但是对各选择器而言，操作的期望方向是相同的。例如，依照图6D中的箭头98的方向推操纵杆68与向下推图6A的按钮组件上的按钮50c、朝箭头98的方向滚动图6B中的滚球的滚子，或是向下推图6C中的方向板的最靠近箭头98的方向的角落类似。这些选择器各自使用总指向手持式设备的外壳30的上部的箭头104来定向。类似的，方向箭头102和100指向外壳30的左侧和底部。在本文中，动词推或按及其他派生词包括了所有选择器配置的任何类似动作。
可以通过使用图1中的键32a-32d与选择器36来控制活动键盘系统软件的所有功能(在下文中进行讨论)。然而，如上所述，活动键盘系统也包含了一个或多个运动传感器，以通过手持式设备的物理运动来执行由选择器36执行的许多功能。
当配备一个或多个运动传感器时，通过让传感器周期地采集系统的运动分量，活动键盘系统可配置成感测一个或多个基本正交的运动分量(如系统的纵倾(pitch)、横摆(roll)和/或横倾(yaw))，如图7所示。方向80和/或81表示纵倾(绕通过设备的水平轴顺时针或逆时针转动)，方向82和/或83表示横摆(绕通过设备的垂直轴顺时针或逆时针转动)，方向84和85表示横倾(绕通过设备的正交轴顺时针或逆时针转动)。这些类型的运动与手持式设备的持有者弯曲、伸展和/或旋转他/她的手腕时该设备经历的运动一致)。
存在若干种可以被包含在活动键盘系统之中以感测活动键盘系统的运动的运动传感器。所有这些传感器在业内是众所周知的，因为它们与活动键盘系统的功能有关，因而此处仅对它们进行简要的讨论。可以将运动传感器配置成感测传感器所连接的移动物体的加速度、速度、位移和/或电磁场的一个、两个或三个基本正交的分量的变化(如活动键盘系统的纵倾、横摆和/或横倾)，并导致处理器将系统的运动计算为一系列位置的改变。这样的位移传感器可利用引力、惯性、振动、磁场、声学、光学、陀螺仪学或其他物理效应与原理。
此外，这样的位移传感器可以配置成用于检测多维运动的由一个或多个一维、二维或三维传感器构成的“组”的形式。例如，可以将加速度传感器配置成一维传感器。这样，便可以将由三个独立的一维加速度传感器组成的“组”连接到物体，并可用其感测该物体在各个正交方向上的运动。
可以将两组或更多组运动传感器(如加速度传感器、引力场传感器、陀螺传感器等运动传感器(独立于物体位置跟踪物体运动的惯性类型传感器)并入活动键盘系统的外壳中，以过滤出施加到系统的外力的影响。运动传感器的安置不是至关重要的，只要传感器能够检测它们的指定运动范围。将两组传感器沿它们的灵敏度轴近似地进行对准是有利的。第二组传感器也可以设在活动键盘系统的外部。
活动键盘系统软件包含多条计算机指令，并可被任何类型的计算机可用介质(如电子存储器、光存储器、磁介质存储器，等等)携带。活动键盘系统软件与处理器一起将信息输出到显示器，并解释由用户输入的命令和数据。当活动键盘系统通电时，用户可以选择多种运行模式中的一种模式。这些运行模式随活动键盘系统的功能而不同。活动键盘系统软件包含两种选择技术：行选择和列选择。如图8所示，由选择器进行的列选择通过选择指示器96选择三个直列90、92和94之一，这实现了来自四个方框31a、31b、31c、31d(位于选定的列与某一行之间的交点处)中的任一个方框的手指键的明确输入。所选的方框31a、31b、31c、31d启动了可能的不同运行启动模式，但是，也可以使用相同的选择技术来将各种值输入活动键盘系统。
使用单个选择器或两个选择器，活动键盘系统可工作于因特网导航模式，或与应用程序(如基于Windows的应用程序)一起工作。如图9所示，使用单个选择器，当活动键盘系统运行于因特网导航模式时，显示器显示特定网页的一部分。通过使用选择器或运动传感器，用户可以移动上述网页的所示视图120。在因特网模式下，光标122出现在显示的网页图像的中部。当用户在网页间进行导航时，光标122保持在所示图像的中心处，直到图像到达网页的边缘为止。在这一点处，停止了图像的运动，且光标继续移向(124)屏幕的边缘。这便允许用户“点击”网页的临近页面边缘的部分。当用两个选择器时，其中一个选择器可控制所示窗口在网页上的移动，第二个选择器可控制指示器。
图10中示出了用于活动键盘系统的键入、拨号和图标选择的具有三个透明方格210的网格200。可以使用多于三个方格210，但是一次只显示三个方格210，即所选的方格、所选方格后的方格和所选方格上的方格。
虽然网格200的每个方格210包括由单元202组成的三个列和四个行的矩阵202，但是，也可以用具有由单元202组成的任何数目的行和列的的矩阵来配置网格的方格210。仅有三列是可见的，即所选的列，所选列左边的列和所选列右边的列。并且，在大多数应用中，具体配置的活动键盘系统的键数目等于该具体的活动键盘系统的网格方格中的行数目。通过将键设置在槽内、由条状物进行分隔、设置在凹孔内等，可将键配置成免于受到无意的接触(如手掌接触)。网格200的方格210是通过使用上下命令进行选择的，并且，通过使用左右命令将选择指示器204移至相关列选择了期望的列。各单元202可以包含各种项目，如字母数字字符、符号、音符、图标、表意字、语标，等等。
活动键盘系统软件实现了观察区域和选择指示器的步进运动，在图11中功能地示出了该运动300。当观察区域开始于某一特定位置且用户将系统向左倾斜时，选择指示器左移，当设备返回中部时，可视网格随后左移。当用户将系统再次向左倾斜时，选择指示器左移。活动键盘系统实现了观察区域和选择指示器的循环运动，在图12中功能地示出了该运动310。当观察区域开始于某一特定位置、选择指示器处于列B且用户将系统向左倾斜时，选择指示器左移至列A，且当设备返回中部时，可视网格随后左移，且所选的列A处于中心位置。当用户将系统再次向左倾斜时，选择指示器左移至列D。如果列D是最左边的列，则选择指示器保持在列D处，且通过将列B和C移至列D的左边，列D居于观察区域的中心。
可以用步进运动来将选择指示器在任何图像(如图13和14中所示的地图)上移动。在该实例中，根据地图的期望的缩放程度将观察的图像划分成若干个方格(如1:1→3X4；1:2→6X8；1:10→30X40，等等)。通过使用上下命令和左右命令来选择该期望的观察区域。如图15中的330所示，可以将步进运动用于日历。例如，对于活动键盘系统，可以在景观模式下完成对日历的配置。通过将活动键盘系统向左倾斜，选择指示器左移一列，且阴影留在原位置。随后，当设备往原位倾斜时，阴影赶上了选择指示器，且该过程可以重复。
如上所述，活动键盘系统软件包含步进运动码、滑零码、自适应阈值码和步进运动或滚动分辨率码。用图16中所示的图像340和图17中所示的流程图342在功能上说明了步进运动码。当系统开机或激活时，建立参考零。在使用中，当活动键盘系统的实际倾斜(加速度)的值大于参考零但小于预定的第一阈值时，不进行有关选择指示器的运动的决定，且选择指示器仍处于原位置。
根据预定的时间间隔内(如几分之一秒)的周期性的运动传感器输入来确定倾斜。当倾斜值超过的第一倾斜阈值且接下来的“n”个倾斜值的平均值超过第二倾斜阈值时，步进运动码导致选择指示器在观察的图像上以对应于倾斜方向的方向移动。只要倾斜角保持大于第一倾斜阈值，则不允许选择指示器的进一步运动。为了得到进行下一“步”的许可，用户必须将设备返回至倾斜值低于第一阈值的位置。
也可将步进运动码配置成实现选择指示器的滚动或连续运动，在本文中，将此称为“摇滚(rock-n-scroll)”运动。当特定的键或定时器被激活，和/或应用程序特定的步进或滚动标志被置位时，进行摇滚运动，并引起每一次辨识的倾斜时连续运动或多次步进的出现。
图18在功能上说明了滑零码。当预定次数的移动“m”的倾斜角平均值如所示的左和右倾斜平均值那样持续歪斜时，更新了新的参考零，以便与左和右倾斜平均值之间的中间倾斜值对应。在一段不活动期过后，参考零可以自动复位，通过按下按钮可以实现强行复位。可以为每次移动发出声音确认，且对左/右移动、上/下移动和源于侧面的键的移动而言，声音不同。在某些情况下，用声音宣告取代选择。也可根据可选“气泡”(见图20中的392)的位置来调节参考零。
图19在功能上说明了自适应阈值码。当用户过于频繁地使用退格、进行过多次数的跳跃来从一个网格单元到达另一个网格单元时，可启动自适应阈值码。当这样的动作发生时，可降低或增加第一与第二阈值，并可应用不同阈值以来回移动。
图20所示的活动键盘系统370包含具有网格382的显示器380、处理器和存储器384、第一选择器386、第二选择器388、键390，并说明了对可选的虚拟气泡的使用。显示器380可以是外部的(如在遥控器中)。气泡392示出了指示器图像的位置，并且是用于其他应用程序的应用程序编程接口(API)的一部分。
图21所示的活动键盘系统400包括具有网格412的显示器410、处理器和存储器414、第一选择器416、第二选择器(一个或多个运动传感器)418、键420，并说明了对可选的附加传感器422的使用。显示器410可以是外部的(如在遥控器中)。可以用附加的外部传感器422来将真实的用户输入确定为内部与外部的传感器之间的差分信号。例如，外部传感器422可位于载有用户和活动键盘系统400的车辆中。图22示出了配置成通过无线通信链路与外部传感器440一起使用的手持式活动键盘系统430。系统430包括人体工程学外壳432、键434、选择器436和内部传感器438。
图23示出了由车辆中的用户携带的活动键盘系统450。该系统450包含两组传感器，这两组传感器可能均处于系统450的内部，或一组处于系统450的内部，一组处于其外部。外部传感器可以与系统进行无线和/或有线的通信互联。图像460阐述如何确定系统450的移动。例如，当用户的手绕某一轴旋转系统450时，根据由用户施加的力和由车辆施加到系统450的力之差确定了指明系统450的真实倾斜值的差分信号。参考图24中的图像462，这两组传感器之间的差分信号A减B可以将用户输入加倍，并消除车辆的力分量。
如图25所述，当活动键盘系统470配有两组传感器时，可实现外部运动过滤。用户输入可以是围绕纵倾轴、横摆轴和/或横倾轴所作的旋转运动，并且，可以通过运动过滤器软件处理两组相同传感器(经过适当的对准，并由占据所有三个维度的空间进行分隔)接收的信号。车辆运动导致了滑动，能轻易地过滤出这种滑动。系统470可具有可选的信号均衡器，以便对运动传感器参数的正常偏移进行调整。
可以将手持式活动键盘系统配置成两只手均可操作。手持式活动键盘系统480如图26A所示，并配置成PDA 480，在该PDA左侧设有键或按钮的PDA，且在PDA 480的上部和下部设有两个摇杆板或操纵杆选择器，这样，通过倒置PDA480而使得上述的键或按钮处于一侧或另一侧，允许左手用户和右手用户使用该设备。图26B所示的PDA 482包括其顶部的单个摇杆板或操纵杆选择器以及其右侧或左侧的两组键或按钮，这样，两只手均可使用PDA 482。通过在图26C所示的较大的PDA 484的左侧和右侧引入成组的键或按钮，以及在PDA 484的左上侧与右上侧设置操纵杆选择器，将该PDA配置成两只手均可使用。
在图27A中示出了一种小型的活动键盘系统，其中，该系统的某些或所有部件配置成套490，以在工作中连接到PDA形式的手持式设备，并与该设备一起使用。通过在套490的左侧引入键或按钮，并在套490的上部和下部设置摇杆板或操纵杆选择器来将套490配置成两只手均可使用，这样便通过倒置套490而使得上述键或按钮处于一侧或另一侧，以允许两只手均可使用PDA。套490是一种其中可放置常规的PDA的设备，并包含根据本发明的活动键盘系统的某些或所有部件，如选择器、键、微控制器，等等。
在图27B中示出了具有根据本发明的活动键盘系统的某些或所有部件的、并配置成在工作中连接到较大的PDA且与该PDA一起使用的套492，并且，通过在套492的左侧和右侧引入成组的键或按钮，以及通过在套490的左上侧与右上侧设置两个操纵杆选择器，将该套配置成两只手均可使用。
在图28中示出了配置成手机的手持式活动键盘系统500。手机500包括具有显示器的人体工程学外壳、示出多个单元502的可视网格图像以及包围该网格图像的一列的选择指示器504。手机500也包括选择器506、侧面的按钮或键508、麦克风510和扬声器512。图28所示的可视网格图像表示当手机500开机或激活时可能显示的开机屏幕。该开机屏幕让用户能即时进入键入备忘录、获取语音信件、使用计算器、查看/编辑日程表、拨打电话号码、使用电话簿、发送/接收电子邮件、使用呼叫者ID、使用因特网、监视手机500的使用等主要功能模式。选择指示器504由运动传感器进行控制。
图29示出了处于文本模式的手机500。对显示屏进行分割，以显示键入的文本和键指派网格。仅需要一只手来进行打字，且打字速度比多次敲击快得多。图30示出了左/右传感器是如何将选择指示器504左移和右移，且上/下传感器是如何在图像530中的方格中进行切换的。也可以使用侧面的按钮508和/或选择器来实现不具有运动传感器时的打字。
如图31所示，通过为手机540配备复制的选择器，使得在经过翻转后，该手机可供右手使用，可以将配置成供左手使用的手机的活动键盘系统540配置成两只手均可使用。图32中的手机活动键盘系统550具有内置的运动传感器，能检测自然的摆动和/或横向/垂直的手移动。可以将手机550上设置的传感器配置成具有一个、两个或三个正交轴，以允许检测所有三个维度上的运动。
用户与手机的交互一般包括管理现有的数据和手机应用，如电话簿、呼叫记录、电话功能、日历/日程表、袖珍办公室，等等。在图33和34中，通过560和570示出了使用电话/地址簿的、配置成手机的手持式活动键盘系统的功能使用。如图所示，电话/地址簿是从开机屏幕中选取的，且通过滚动可找到某一特定姓名，或是通过使用文本模式选择该姓名。最终的姓名选择通过键作出。如图35中通过580所示，可以以同样方式选择电话号码、电子邮件和/或地址。如图36中通过590所示，可以以同样的方式获取去电、来电或错过的呼叫记录。如图37中通过600所示，可以以相同的方式获取呼叫记录中的号码，且如图38中通过610所示，可以以相同的方式获取呼叫记录中的新号码。如图39中通过620所示，可以以相同的方式获取日历功能。
图40通过630示出了在经过适当配置的活动键盘系统手机的浏览模式下如何用选择器功能和/或侧面的键功能来模拟鼠标点击。图41通过640示出了如何通过倾斜受控的运动来将活动键盘系统的选择指示器与导航图一起使用。图42和43通过650和660示出了在浏览模式下如何用手机活动键盘系统来在地图中进行导航。
图44通过670示出了如何用经过适当配置的活动键盘系统来浏览因特网网页，以及如何通过运动传感器来控制侧条，其中，运动传感器能控制显示窗在因特网站点上的运动，五位置拇指操纵杆选择器能模拟鼠标光标，并通过点击来选择网页上的项目，且键可以用来实现键入、拷贝、粘贴和其他更多的功能。
图45通过680示出了如何用经过适当配置的活动键盘系统来实现袖珍办公室、通过拇指操纵杆选择器控制光标、通过键控制键入、拷贝、粘贴和更多功能，以及如何通过运动传感器控制侧条。图46通过690示出了如何用经过适当配置的活动键盘系统通过使用拇指操纵杆实现瞄准和开火来玩游戏，以及如何通过将系统进行倾斜以向左、右、前、后移动以及放大和缩小来移动上述部位的位置。
根据本发明的活动键盘系统提供了具有字母表以及摇滚、上、下、左、右运动的三维呈现的网格，用于网络访问、消息查看和游戏的双指示设备。可以将具有活动键盘系统输入装置与可选的微控制器的套用作传统的手持式设备的插件，以便为其配备活动键盘系统功能。活动键盘系统能够提供双手操作、外部运动补偿功能(通过手镯、皮套、内部的双传感器，等等)，且活动键盘系统软件包含自适应阈值码、滑零码、步进运动码、校准码、步进运动或滚动分辨率码、网格呈现码、网格填充码、应用适配器码和/或声音码。
根据本发明的活动键盘系统提供了选择器(如5路操纵杆选择器，配置成感测运动的三个基本正交的分量的运动传感器，以及四个键)形式的简单和直观的控制。在不移动手指位置的情况下，用一只手可以实现120种组合(与仅需完全尺寸的QWERTY键盘的情形相同，你无需使用两只手以及桌子和凳子)。可通过拇指和手腕独立地控制两个指示设备的无可比拟的功能，以用于游戏和屏幕浏览。在所有应用中，控制是一致的。
本发明的活动键盘系统的优点包括：使用一只手持握和操作系统、舒适的无遮挡的持握、提供自然的手腕/拇指/手指运动、直观和一致的控制以及快速接入各种功能和数据。活动键盘系统的屏幕使用整个前表面，且小键盘被缩减为位于侧面的四个按钮，手指不发生变动且总是在键上，且拇指操纵杆和运动传感器由手腕控制。
本发明的活动键盘系统在显示器上动态地呈现成组的可用选项，以通过使用输入装置来实现对这些可用选项的明确选择，从而为活动键盘系统的用户提供一组相容的技术来执行所有常用的功能，包括仅使用一只手将字母数字的文本与数据输入上述设备。
尽管参考本发明的优选实施例对其进行了描述，但是，本领域技术人员将懂得，可以进行各种更改和用等同物来代替本发明的各种元件，而不至于背离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种活动键盘系统，包含：
处理器；
以通信方式连接到所述处理器的存储器；
以通信方式连接到所述处理器的显示器；
用于将数据输入所述系统的第一输入装置，所述第一输入装置包括设置成用于感测不同维度上的运动的运动传感器；
存储在所述存储器上的活动键盘系统软件，当由所述处理器执行时，所述活动键盘系统软件导致所述处理器执行以下步骤：
处理由所述系统的位置变化导致的、来自所述运动传感器的数据；以及
过滤出来自外力和不期望的用户运动的干扰；
以及
作为所述第一输入装置的复制品的第二输入装置，所述第二输入装置设置成通过所述第一输入装置的功能的对称复制以便让两只手均能使用，其中所述输入装置的所述复制品从由部分复制品和完全复制品组成的组中选出。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述输入装置具有配置成由手指操作时不遮挡所述显示器的多个键。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述输入装置具有至少一个选择器，其中，所述选择器从由轮、跟踪球、操纵杆、摇杆板、触控板、选择器开关、拨动开关、按钮、N-状态按钮或N-状态选择器组成的组中选出。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统配置成实现在因特网上进行浏览，或是配置成用两个选择器与应用程序一起工作。
5.如权利要求1或3所述的系统，其中，所述活动键盘系统软件包含呈现码与过滤器码。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述呈现码显示由所述选择器之一控制的选择指示器。
7.如权利要求5所述的系统，其中，所述呈现码包含网格呈现码，以在可视网格上组织可用选项，并将所述可视网格提供给所述显示器。
8.如权利要求5所述的系统，其中，所述过滤器码包含步进运动码，所述步进运动码配置成将用户的意图转换成所述选择指示器在网格上的精确运动，并配置成允许在各步之间重新调节所述系统。
9.如权利要求1或3所述的系统，其中，所述输入装置具有至少一个配置和设定成由拇指进行操作的选择器。
10.一种活动键盘系统，包含：
处理器；
以通信方式连接到所述处理器的存储器；
以通信方式连接到所述处理器的显示器；
用于将数据输入所述系统的输入装置，所述输入装置包括设置成用于感测不同维度上的运动的运动传感器；以及
存储在所述存储器中的活动键盘系统软件，当由所述处理器执行时，所述活动键盘系统软件导致所述处理器执行以下步骤：
处理由所述系统的位置上的旋转变化导致的、来自所述运动传感器的数据；以及
过滤出来自外力和不期望的用户运动的干扰；
其中，所述活动键盘系统软件包含：呈现码，所述呈现码显示由所述输入装置控制的指示器；
步进运动码，配置成将用户的运动意图转换成所述选择指示器在所述显示器上的精确移动，并允许在各步之间重新调节系统；以及
滑零码，用于对参考零位置进行复位。
11.如权利要求10所述的系统，其中，通过允许从由旋转、再附设、滑动和移动各部分组成的组中选出的用户动作将所述系统配置成两只手均可使用。
12.一种活动键盘系统，包含：
处理器；
以通信方式连接到所述处理器的存储器；
以通信方式连接到所述处理器的显示器；
用于将数据输入所述系统的输入装置，所述输入装置包括至少两组在空间上分离的功能相同的运动传感器，每一个运动传感器设置成用于感测它们每一个在所述系统中各自位置处的运动加速度；以及
存储在所述存储器上的活动键盘系统软件，当由所述处理器执行时，所述活动键盘系统软件导致所述处理器执行以下步骤：处理由所述系统的位置上的旋转变化导致的、来自所述至少两组运动传感器的数据；以及过滤出来自外力和不期望的用户运动的干扰。
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