CN104281251A - 立体输入设备及其输入方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种立体输入设备，包括一个拱形、管形、杯形的导向结构；所述导向结构的外侧面和/或内侧面为操作面，将人体部位或工具深入所述立体输入设备的方向称为轴向，将所述人体输入设备环绕人体部位或工具的方向称为环向，则所述操作面在环向上被划分为多个表面区域。所述导向结构为触控板或触摸屏；和/或：还包括至少一个摄影或摄像设备，其拍摄范围的总和包括了所述操作面及临近空间。本申请还公开了相应的输入方法。本申请立体输入设备及其输入方法为各类智能电子设备提供了一种全新的人机交互方式，而且操作直观便利。

Description

立体输入设备及其输入方法

技术领域

本申请涉及一种智能电子设备的输入设备及其实现输入的方法。

背景技术

智能电子设备所采用的输入设备大致分为如下几类：

第一类是按键或操纵杆，包括电脑键盘、游戏机手柄或手机上的按键、游戏机用的操纵杆等。

第二类是鼠标、触控板（touchpad）、指点杆（trackpoint）等，常用于电脑。

第三类是触摸屏（touchscreen），用于电脑、平板电脑、掌上型游戏机、手机等。

第四类是体感输入设备，包括陀螺仪、加速度传感器、重力传感器、基于摄像装置的动作捕捉（姿态捕捉）设备等。

在识别方式上，触控板是相对坐标定位，触摸屏是绝对坐标定位。

相对坐标定位是指触控板只能识别用户持续触控的运动轨迹，用户在触控板上的触控位置与光标在显示屏上的位置无关。例如，用户在触控板上进行两次运动轨迹的形状完全相同的持续触控操作，但第一次是从A点开始触控直至B点停止触控，第二次是从C点开始触控直至D点停止触控，那么显示屏上的光标所移动的路径是完全相同的。鼠标和指点杆也是相对坐标定位。

绝对坐标定位是指触摸屏既能识别用户的触控位置，也能识别用户持续触控的运动轨迹。

在硬件结构上，触控板不包括显示屏，触摸屏包括显示屏。因此，在触摸屏结构中去除显示屏部分，同时在触摸屏处理芯片中将绝对坐标定位改为相对坐标定位，即可将任意触摸屏技术应用于触控板。反之，也可将触控板技术应用于触摸屏。

根据实现原理不同，触摸屏可分为电阻式、电容式、压电式、电磁式、红外线式、表面声波式等。其中前四种已能实现柔性、可弯曲的结构。由于具有良好弯曲性能的ITO（氧化铟锡）、纳米管、石墨稀、PEDOT/PSS（聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)）等导电材料的出现，使曲面触摸屏的设计已经成为现实。例如，中国发明专利申请公布说明书CN101223494A（公布日2008年7月16日）公开了一种柔性、可弯曲的电阻式触摸屏。中国发明专利申请公布说明书CN102073428A（公布日2011年5月25日）公开了一种柔性、可弯曲的电容式触摸屏。中国发明专利申请公布说明书CN102339166A（公布日2012年2月1日）公开了一种柔性、可弯曲的压电式触摸屏。

现有的以触控板、触摸屏为代表的触控输入设备实现输入的方法包括以下几种：

第一种是识别点击操作，并可根据点击位置、点击次数、多次点击的时间间隔等区分为不同的输入操作。例如，在虚拟键盘上点击就执行相应的键盘字符输入。又如，在图标上点击就启动该图标所对应的程序。

第二种是识别滑动操作，即识别用户持续触控的运动轨迹，并可根据滑动方向和位置等区分为不同的输入操作。

在上述两种基本操作的基础上结合多点触控技术，便衍生出较为复杂的输入操作。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种新型的立体输入设备，跳出了传统的平面形态的输入设备的惯有思路。为此，本申请还要提供所述立体输入设备的输入方法。

为解决上述技术问题，本申请立体输入设备包括一个管形、杯形或拱形的导向结构；所述管形指在一个方向上呈360度闭合且具有两个开口的形状；所述杯形指在一个方向上呈360度闭合且仅具有一个开口的形状；所述拱形指管形或杯形的一部分；所述导向结构的外侧面和/或内侧面为操作面，所述操作面在轴向和／或环向上被划分为一个或多个区域；所述轴向指所述立体输入设备容纳人体部位或工具深入的方向，所述环向指所述立体输入设备环绕人体部位或工具的方向；

所述导向结构为触控板或触摸屏；和/或所述立体输入设备还包括至少一个摄影或摄像设备；其触控及图像感应范围的总和包括了所述操作面及临近空间；当所述导向结构的内侧面为操作面时，所述临近空间为由所述操作面围成的内部空间；当所述导向结构的外侧面为操作面时，所述临近空间为所述操作面向外的周边空间。

上述立体输入设备的输入方法为：当所述导向结构为触控板或触摸屏时，所述导向结构识别人体部位或工具的点击操作、单个区域内的滑行操作、跨越多个区域的滑行操作，并作为不同的输入；且滑行的总的角度、起始区域、终止区域的任何一项不同均作为不同的输入；

当所述立体输入设备包括摄影或摄像设备时，所述摄影或摄像设备用图像识别手段识别人体部位或工具的点击操作、单个区域内的滑行操作、跨越多个区域的滑行操作，并作为不同的输入；且滑行的总的角度、起始区域、终止区域的任何一项不同均作为不同的输入。

本申请立体输入设备及其输入方法提供了一种全新的人机交互方式，在优选的实施例中只需使用一根手指在类似指套的装置中点击、滑动即可实现对各类智能电子设备的输入及控制，操作直观便利。

附图说明

图1a、图1b是本申请立体输入设备的第一实施例之一的结构示意图；

图2a、图2b是本申请立体输入设备的第一实施例之二的结构示意图；

图3a、图3b是本申请立体输入设备的第一实施例之三的结构示意图；

图4a、图4b是本申请立体输入设备的第一实施例采用电阻式触摸屏技术的分层结构示意图；

图5a、图5b是本申请立体输入设备的第一实施例采用电容式触摸屏技术的分层结构示意图；

图6a、图6b是本申请立体输入设备的第一实施例的区域划分示意图；

图7a、图7b是本申请立体输入设备的第一实施例的电极形状示意图；

图8是本申请立体输入设备的第二实施例的结构示意图；

图9a、图9b是本申请立体输入设备的第二实施例的图像识别示意图；

图10a～图10d是本申请立体输入设备的成品外观示意图。

图中附图标记说明：

10为导向结构；10a、10b为操作面；100为基板；101、111为固定导电层；102、112为间隔点；103、113为弹性导电层；104、114为弹性薄膜；105、115为硬涂层；121、131为第一薄膜层；122、132为第一导电层；123、133为第二导电层；124、134为第二薄膜层；125、135为保护层；11为环向定位标记；12为轴向定位标记；20为摄影或摄像设备。

具体实施方式

本申请立体输入设备的第一实施例为：立体输入设备为一个导向结构，所述导向结构为触控板或触摸屏。

首先，该导向结构10可以是管形的，即在一个方向上呈360度闭合且具有两个开口。图1a所示的圆筒形（即圆柱体侧面形状）、图1b所示的圆台的侧面，还有任意柱体的侧面、棱台的侧面等，都是管形的特例。

其次，该导向结构10可以是杯形的，即在一个方向上呈360度闭合且只具有一个开口。图2a所示的椭球体的一半圆弧面、图2b所示的圆锥体的侧面，还有球体的一半圆弧面、棱锥体的侧面等，都是杯形的特例。

再次，该导向结构10可以是拱形的，即为管形的一部分、杯形的一部分。图3a所示的1/3圆筒形、图3b所示的椭球体的1/4圆弧面，都是拱形的特例。

本申请将人体触控部位（优选为手指）或触控工具（例如触控笔）深入到所述导向结构10的方向称为轴向，将所述导向结构10环绕人体触控部位或触控工具的方向称为环向，将垂直于所述导向结构10的表面的方向称为径向。对于管形或杯形的导向结构10而言，如果导向结构10的内侧面作为操作面10a，轴向、环向和径向都是非常容易理解的。如果导向结构10的外侧面作为操作面10a，轴向、环向等同于导向结构10的内侧面作为操作面10a时的轴向、环向，但径向恰好相反。对于拱形的导向结构10而言，由于拱形是管形或杯形的一部分，可以将其想象成完整的管形或杯形以确定其轴向、环向、径向。

在该第一实施例中，由于导向结构是触控板或触摸屏，因此操作面就是触控面，其可以在导向结构的内侧面和/或外侧面。当采用电容式、电磁式等类型的触控板或触摸屏时，人体触控部位或触控工具只要接近触控面、即使没有触碰上，也会被触控面识别并产生感应电信号。所述导向结构的触控感应范围为所述操作面及临近空间，具体而言：当操作面仅为导向结构的内侧面时，为优选方案，此时操作面的触控范围包括了操作面的表面及由操作面围成的内部空间。当操作面仅为导向结构的外侧面时，此时操作面的触控范围包括了操作面及向外延伸直至无法检测到人体触控部位或触控工具的周边空间。当操作面同时包括导向结构的内侧面和外侧面时，两个操作面的触控范围包括了这两个操作面的表面、及由内操作面围成的内部空间、及由外操作面向外延伸直至无法检测到人体触控部位或触控工具的周边空间。

请参阅图4a，这是图3a所示的拱形的导向结构10的A-A向剖面示意图。该导向结构10采用电阻式触摸屏技术，但不具有显示屏。如果将其内侧面作为操作面10a，则其由外向内包括：

——基板100，通常是玻璃（glass）或薄膜（film plate）等透明材质，也可选用塑料、木材等非透明材料，为其余各层提供支撑。

——固定导电层101，例如是ITO、纳米管、石墨稀、PEDOT/PSS薄膜，设置在基板100的一面；

——间隔点（dot spacer）102，位于固定导电层101和弹性导电层103之间；

——弹性导电层103，例如是ITO、纳米管、石墨稀、PEDOT/PSS薄膜，设置在弹性薄膜104的一面；

——弹性薄膜104，例如是PET（聚酯）薄膜；

——硬涂层（hard coat layer）105，设置在弹性薄膜104的另一面，具有硬涂层105的那一面就作为触控操作面10a。

当人体触控部位或触控工具按压操作面10a的某个位置时，该位置的硬涂层105、弹性薄膜104、弹性导电层103会弯曲变形，而使得该位置的弹性导电层103与固定导电层101相导通，而被触摸屏处理芯片所识别。

如果将导向结构10的外侧面作为触控操作面10a，那么上述各层结构的顺序变为相反即可。

如果将导向结构10的内侧面和外侧面同时作为两个独立的操作面10a、10b，那么该导向结构10的分层结构如图4b所示。即：在基板100的两侧分别具有两套如图4a所示的分层结构。

图4a、图4b仅是以拱形的、采用电阻式触摸屏技术的导向结构10为例，对各层结构进行了介绍。显然，该分层结构同样适用于管形、杯形的导向结构10。

请参阅图5a，这是图3a所示的拱形的触控结构10的A-A向剖面示意图。该触控结构10采用电容式触摸屏技术，但不具有显示屏。如果将其内侧面作为触控操作面10a，则其由外向内包括：

——基板100，通常是玻璃（glass）或薄膜（film plate）等透明材质，也可选用塑料、木材等非透明材料，为其余各层提供支撑。

——第一薄膜层121，例如是玻璃或PET（聚酯）薄膜；

——第一导电层122，例如ITO、纳米管、石墨稀、PEDOT/PSS薄膜，设置在第一薄膜层121背对基板100的一面；该第一导电层122具有沿第一方向排列的多根第一电极；

——第二导电层123，例如是ITO、纳米管、石墨稀、PEDOT/PSS薄膜，设置在第二薄膜层124面对第一薄膜层121的一面；该第二导电层123具有沿第二方向排列的多根第二电极；

——第二薄膜层124，例如是玻璃或PET薄膜；

——保护层（hard coat layer）125，通常是玻璃、薄膜或涂层等透明材质，也可选用塑料、木材等非透明材料，具有保护层125的那一面就作为触控操作面10a。

当人体触控部位或触控工具接近、触碰、乃至按压操作面10a的某个位置时，该位置的电容值会发生变化，而被触摸屏处理芯片所识别。

如果将导向结构10的外侧面作为操作面10a，那么上述各层结构的顺序变为相反即可。

如果将导向结构10的内侧面和外侧面同时作为两个独立的操作面10a、10b，那么该触控结构10的分层结构如图5b所示。即：在基板100的两侧分别具有两套如图5a所示的分层结构。

图5a、图5b仅是以拱形的、采用双层（薄膜层）双面（ITO薄膜）的电容式触摸屏技术的导向结构10为例，对各层结构进行了介绍。显然，该分层结构同样适用于管形、杯形结构的导向结构10。而双层双面的电容式触摸屏技术也可替换为单层单面、单层双面的电容式触摸屏技术等。

虽然图4a～图5b仅就常见的电阻式触摸屏技术、电容式触摸屏技术为例进行了介绍，然而本申请立体输入设备显然可以采用任何柔性的、可弯曲的触控板或触摸屏技术，例如压电式触摸屏技术、电磁式触摸屏技术等。为了制造出管形、杯形、拱形的导向结构10，可以直接将基板100制造为立体形状，其余各层相应地在基板100上粘结或以插槽等紧固结构相连接而形成；也可以将各层先制造为平面形状，再将其弯曲成立体形状。

如果导向结构为触控板或触摸屏、并且所述导向结构的外侧面和内侧面均为操作面时，优选地，在所述导向结构的外侧面和内侧面之间全部或部分地设置屏蔽层，所述屏蔽层为导电材料以避免内外两个独立触控应用的电磁干扰。

当所述导向结构为触控板或触摸屏时，将轴向方向在所述导向结构的投影称为第一方向，将环向方向在所述导向结构的投影称为第二方向。如图4a～图5b所示，无论采用哪一种触控板或触摸屏技术，所述导向结构均为多层结构。在至少一层结构上设置插槽，所述插槽的开口方向为第一方向和/或第二方向。将其余的一层或多层结构由所述插槽的开口插入，以直接固定、或以粘结剂固定于所述具有插槽的那一层结构。或者，所述导向结构为多层结构，例如有两层分别称为A层和B层。A层与B层以紧压方式将位于这两层结构之间的一层或多层结构紧固固定。进一步地，插槽式固定和内外两层紧压式固定还可以一起使用。

本申请立体输入设备的一个重要特征是对操作面进行区域划分。一种区域划分方式是，将操作面在轴向和／或环向上划分为一个或多个区域，此时的每个区域都在操作面上。例如在环向上划分两个以上的区域，也可同时在轴向上划分两个以上的区域。请参阅图6a，这是对管形的导向结构10的内侧操作面10a进行区域划分的一个示例。此时，环向划分为三段，环向相邻的各个区域在中央或边界处设置有环向定位标记11；轴向划分为四段，轴向相邻的各个区域在中央或边界处设置有轴向定位标记12；整个操作面10a被划分为12个全部位于操作面10a的表面的区域。所述环向定位标记11和轴向定位标记12例如为凹凸标记。如果导向结构10自然形成有棱线，那么可以以棱线为环向定位标记或轴向定位标记进行区域划分。

另一种区域划分方式是，将操作面及临近空间在环向和／或轴向和／或径向上划分为一个或多个区域，此时的每个区域都是立体的。请参阅图6b，这是对杯形的导向结构10的外侧操作面及临近空间进行区域划分的一个示例。此时，环向划分为四段，轴向划分为一段（即轴向未划分），径向划分为两段，整个操作面10a及其临近空间被划分为8个立体的区域。其中在径向方向上，操作面10a的表面及最接近的部分为径向方向的第一段，离操作面10a稍远的部分为径向方向的第二段。在这种立体区域划分方式下，也可以在操作面10a的表面设置环向定位标记和/或轴向定位标记，还可以在人体部位或工具跨越不同的立体区域时由所述立体输入设备以声、光、振动等方式进行提示。

优选地，当人体部位或工具跨越不同区域之间的边界时，为了避免测量精度和手指微动引起的来回跨边界，需要设定使用边界门槛值，只有当人体部位或工具被测量的位置值超过区域边界值和边界门槛值之和才认为人体部位或工具进入新的区域，否则人体部位或工具仍被认定保留在原区域。

当所述导向结构为触控板或触摸屏时，可能具有一层或两层电极。所述导向结构10如果只有一层电极，则电极设置为第一方向或第二方向。如果有两层电极，例如采用电容式触摸屏技术，则将两层导电层中的电极方向分别设置为第一方向和第二方向。如果某一层导电层呈360度闭合（如圆筒形）或者在某一位置汇聚为一点（如椎体侧面），则在闭合或汇聚处设置绝缘层进行隔离。两层导电层的电极的引线可从轴向方向引出、或从环向方向引出。

所述导向结构10的电极图案的设计与管形、杯形、拱形的立体形状相适应。以电容式触摸屏技术为例，每一电极均由多个图案组成。一种情况下，所有第一电极的组成图案为均等大小，所有第二电极的组成图案也为均等大小，例如在圆筒形的管状结构中，如图7a所示。另一种情况下，第一电极和第二电极的组成图案均沿着轴向方向呈现由小到大的渐变，例如圆台侧面的管状、或椎体侧面的杯状结构中，如图7b所示。

当所述导向结构为电容式、电磁式触控板或触摸屏时，只要导电的人体部位或工具接近操作面而不必触碰到，导向结构均会检测到感应电信号，该感应电信号随着人体部位或工具与操作面的距离变大而变小，反之亦然。同时，该感应电信号还随着人体部位或工具的面积越大而越大，反之亦然。此时，不论人体部位或工具是否接触到操作面，所述导向结构均报告检测到的感应电信号的大小，触摸屏处理芯片可以据此判断人体部位或手指在操作面的周边空间的空间位置。在人体部位或工具未接触所述导向结构时，由所述导向结构的各部分对人体部位或工具感应到的不同大小的电信号之间的比例关系来确定人体部位或工具的空间位置。例如，在管形的导向结构中，由于是360度闭合的触控板或触摸屏，那么距离手指最近的位置具有最大的感应电信号，其余位置的感应电信号则与手指的距离成反比。通过比较整个导向结构的各处位置的感应电信号的比例关系，就可以确定手指在该导向结构内部或外部的空间位置。

本申请立体输入设备的第一实施例实现输入的方法包括以下几种：

第一种是识别点击操作，包括单击、双击等。由于对操作面划分了多个区域，或者对操作面及其临近空间划分了多个立体区域，那么在不同区域进行的点击也代表了不同的输入操作。

第二种是识别滑动操作，即识别用户持续触控的运动轨迹。在单个区域内部进行的滑行、和跨越多个区域的滑行也代表了不同的输入操作。

如果采用了可以识别多点触控的触摸屏（例如电容式触摸屏技术），那么在点击和滑行操作的基础上结合多点触控技术，通过识别各项操作的位置、所属区域、起点的区域、终点的区域、次数、时间间隔、相对位置等可以区分为不同的输入操作。例如，将手指的中部或／和后端搭在导向结构10的入口区域，而以同一根手指的尖端进行触控的多点触控输入为一种优选方案。如果具有两个输入操作面，则对两个操作面各自进行的输入可以独立识别，也可以结合识别。多点的立体区域定位及还可以用于手势操作。

以图6b所示的杯形的导向结构10为例，其在任意区域的单击操作可以用作智能电子设备的选择、确认，如同鼠标的点击。在单个区域内的滑动操作可以用作智能电子设备的光标运动，如同鼠标的运动。而跨越多个区域的滑动操作根据跨越区域的数量或角度、起始的区域、终止的区域的不同，可以被识别为不同的含义。在一种典型的实现方式中，用户从某个区域环形滑动一周再回到该区域（不限定起点和终点的位置相同，只要在同一个区域即可），称为360度滑行。以此类推，就有90度滑行、180度滑行、270度滑行、450滑行、……，并呈90度递增。而360滑行根据起点和终点位置不同，又分为四种，例如起点和终点均为第一区域的360度滑行，起点和终点均为第二区域的360度滑行等。如果区域划分数量不同，则滑动操作的数量也会随之变化。除了环向方向的滑动操作，还有轴向方向的滑动操作、径向方向的滑动操作及其任意结合。

上述点击操作、单个区域的滑行操作、跨越多个区域的滑行操作等更可以与26个英文字母、10个阿拉伯数字、各种符号（例如中文拼音、中文字根、中英文标点符号等）等进行编码操作，从而实现英文、中文（拼音或笔画输入法）或任意字符输入、音符演奏等。

本申请立体输入设备的第二实施例为：立体输入设备包括一个拱形、管形或杯形的导向结构，还包括至少一个摄影或摄像设备。所述导向结构并不是触控板或触摸屏。所述摄影或摄像设备的拍摄范围的总和包括了所述操作面及临近空间。具体而言：当操作面仅为导向结构的内侧面时，为优选方案，此时摄影或摄像设备的拍摄范围包括了操作面的表面及由操作面围成的内部空间。当操作面仅为导向结构的外侧面时，此时摄影或摄像设备的拍摄范围包括了操作面及向外延伸直至摄影或摄像设备的最大拍摄范围。当操作面同时包括导向结构的内侧面和外侧面时，摄影或摄像设备的拍摄范围包括了这两个操作面的表面、及由内操作面围成的内部空间、及由外操作面向外延伸直至摄影或摄像设备的最大拍摄范围。

首先，该导向结构可以如第一实施例一样具有各种形状。图8给出了管形的导向结构10的一个示例，优选为塑料、玻璃等透光材料。该导向结构的外侧面和/或内侧面均可作为操作面10a。其次，该导向结构的操作面被划分为多个表面区域，或者该操作面及其临近空间被划分为多个立体区域，这些区域划分及定位标记都与第一实施例一样。再次，该第二实施例包括一个或多个摄影或摄像设备20，优选其中每一个摄影或摄像设备的拍摄范围都包括了所述操作面及临近空间。摄影或摄像设备20可以采用带有深度的摄像头，并采用编码光源等。在第二实施例中，摄影或摄像设备通过识别人体部位或工具的动作轨迹而进行输入操作。

本申请立体输入设备的第二实施例实现输入的方法为：由摄影或摄像设备20实时拍摄人体部位或工具在操作面10a及周边空间的运动轨迹，并传递给运动识别芯片。运动识别芯片以图像识别手段从中识别出人体部位或工具的运动轨迹，并转换为输入操作。请参阅图9a，人体部位或工具（例如手指）在摄影或摄像设备20的拍摄范围内，前后左右的二维运动是非常容易被识别的。请参阅图9b，人体部位或工具的上下运动可以通过识别摄影或摄像设备20所拍摄的图像中手指的面积而识别出来。距离摄影或摄像设备20越近，图像中的手指面积就越大，反之亦然。而通过增加摄影或摄像设备20的数量，调整摄影或摄像设备20的位置，可以更容易地识别人体部位或工具的运动轨迹。与第一实施例相仿，该第二实施例可以识别在操作面10a及临近空间的点击操作、单个区域内的滑行操作、跨越多个区域的滑行操作，并作为不同的输入。所述跨越多个区域的滑行操作中，滑行的总的角度、起始区域、终止区域的任何一项不同均作为不同的输入。

由于手指的差异性，为了更精确识别不同形状大小的手指，可以内设具有不同图象特征参数的模版。在使用之初让手指进行预设操作以便选择合适的模板，所述预设操作例如是在轴向特定位置划出左右上下四方向的十字来提取出手指在这些位置的边缘轮廓、几何形状、颜色、灰度、纹理等图象特征。该匹配模板的操作在使用过程中可不断自我优化以达到最佳使用效果，系统把最新的图像特征参数存储起来并可在下次启动时优先使用。同样，立体的位置定位及运动特征捕捉可以用于手势操作。

本申请立体输入设备的第三实施例为：立体输入设备包括一个拱形、管形或杯形的导向结构，还包括至少一个摄影或摄像设备。所述导向结构为触控板或触摸屏。同时，所述导向结构的触控感应范围及摄影或摄像设备的拍摄范围的总和包括了所述操作面及临近空间。

该第三实施例可以视为第一实施例和第二实施例的综合。触摸屏处理芯片负责处理操作面及临近空间的触控输入，运动识别芯片负责识别操作面及临近空间的运动轨迹输入，两种输入方式相结合共同作为智能电子设备的输入。

在提供了以上三种实施例的基础上，本申请立体输入设备可以制作成各种样式。请参阅图10a，这是手握式的立体输入设备的外观示意图，其中包括呈现为管形的导向结构10。其中的把手可以内置触摸屏控制电路、触摸屏处理芯片、电池或电源处理电路、数据通讯接口、摄像头、运动识别芯片等。请参阅图10b，这是鼠标式的立体输入设备的外观示意图，其中没有滚轮或光电定位或激光定位装置，而仅有呈现为管形的导向结构10。由于无需现有鼠标的操作平面，本设计可以在任意支撑面或悬空使用。请参阅图10c和图10d，这是本申请立体输入设备与智能电子设备（例如手机）相配合的外观示意图。本申请立体输入设备可以固定在智能电子设备的背面、顶面、底面和/或两个侧面。本申请立体输入设备与智能电子设备之间可采用有线或无线方式进行通信，还可以共享电源、摄像头、CPU等组件。

综上所述，本申请立体输入设备及其输入方法不仅为健全人士提供了一种全新的与智能电子设备之间的交互方式，更为残障人士使用智能电子设备提供了便利。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种立体输入设备，其特征是，包括一个管形、杯形或拱形的导向结构；所述管形指在一个方向上呈360度闭合且具有两个开口的形状；所述杯形指在一个方向上呈360度闭合且仅具有一个开口的形状；所述拱形指管形或杯形的一部分；所述导向结构的外侧面和/或内侧面为操作面，所述操作面在轴向和／或环向上被划分为一个或多个区域；所述轴向指所述立体输入设备容纳人体部位或工具深入的方向，所述环向指所述立体输入设备环绕人体部位或工具的方向；

所述导向结构为触控板或触摸屏；和/或所述立体输入设备还包括至少一个摄影或摄像设备；其触控及图像感应范围的总和包括了所述操作面及临近空间；当所述导向结构的内侧面为操作面时，所述临近空间为由所述操作面围成的内部空间；当所述导向结构的外侧面为操作面时，所述临近空间为所述操作面向外的周边空间。

2.根据权利要求1所述的立体输入设备，其特征是，当所述操作面在环向上被划分为多个区域时，环向相邻的各个区域在中央或边界处设置有环向定位标记；

当所述操作面在轴向上被划分为多个区域时，轴向相邻的各个区域在中央或边界处设置有轴向定位标记；

所述环向定位标记和轴向定位标记为凹凸标记和/或棱线。

3.根据权利要求1所述的立体输入设备，其特征是，当所述导向结构为触控板或触摸屏时，将轴向方向在所述导向结构的投影称为第一方向，将环向方向在所述导向结构的投影称为第二方向；如果所述导向结构只有一层电极，则电极设置为第一方向或第二方向；如果所述导向结构有两层电极，则分别设置为第一方向和第二方向；并且每个电极的组成图案均与所述导向结构的拱形、管形、或杯形的立体形状相适应而呈现均等大小或由小到大的渐变。

4.根据权利要求3所述的立体输入设备，其特征是，所述导向结构为多层结构；在至少一层结构上设置插槽，所述插槽的开口方向为第一方向和/或第二方向；将其余的一层或多层结构由所述插槽的开口插入，以直接固定、或以粘结剂固定于所述具有插槽的那一层结构；

或者，所述导向结构为多层结构，其一层与另一层以紧压方式将位于这两层结构之间的一层或多层结构紧固固定。

5.根据权利要求1所述的立体输入设备，其特征是，当所述导向结构为触控板或触摸屏、并且所述导向结构的外侧面和内侧面均为操作面时，在所述导向结构的外侧面和内侧面之间全部或部分地设置屏蔽层，所述屏蔽层为导电材料。

6.根据权利要求1所述的立体输入设备，其特征是，将垂直于导向结构表面的方向称为径向，将所述操作面及临近空间在环向和／或轴向和／或径向上划分为一个或多个立体的区域。

7.根据权利要求1所述的立体输入设备，其特征是，当所述导向结构为触控板或触摸屏时，在人体部位或工具未接触所述导向结构时，由所述导向结构的各部分对人体部位或工具感应到的不同大小的电信号之间的比例关系来确定人体部位或工具的空间位置。

8.一种立体输入设备的输入方法，其特征是，当所述导向结构为触控板或触摸屏时，所述导向结构识别人体部位或工具的点击操作、单个区域内的滑行操作、跨越多个区域的滑行操作，并作为不同的输入；且滑行的总的角度、起始区域、终止区域的任何一项不同均作为不同的输入；

当所述立体输入设备包括摄影或摄像设备时，所述摄影或摄像设备用图像识别手段识别人体部位或工具的点击操作、单个区域内的滑行操作、跨越多个区域的滑行操作，并作为不同的输入；且滑行的总的角度、起始区域、终止区域的任何一项不同均作为不同的输入。

9.根据权利要求8所述的立体输入设备的输入方法，其特征是，所述点击操作、单个区域内的滑行操作、跨越多个区域的滑行操作及其组合对应于英文字母、数字、中文拼音或字根、符号的输入，从而实现任意字符的输入。

10.根据权利要求8所述的立体输入设备的输入方法，其特征是，当人体部位或工具的中部和／或后端依靠在操作面上、而人体部位或工具的前端在所述操作面及临近空间的点击和滑行操作，被所述立体输入设备识别为多点触控。

11.根据权利要求8所述的立体输入设备的输入方法，其特征是，当人体部位或工具的滑行操作跨越不同区域时，所述立体输入设备用声音、振动和/或光线进行提示。

12.根据权利要求8所述的立体输入设备的输入方法，其特征是，当人体部位或工具跨越不同区域之间的边界时，所述立体输入设备具有边界门槛值，只有当人体部位或工具进入新的区域且超过边界门槛值后才认为进入新的区域，否则仍被认定在原区域。