CN1734406A - 多维座标输入控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多维座标输入控制器，其主要是在一控制器上装有一个以上的触控式感应器，能够在三维座标系统中提供直觉式的多个自由度的输入控制功能，且此一输入控制器进行输入操控的过程中并不须移动控制器本体，以可操控计算机中的光标或是所显示的物体；该输入控制器线性位置上的讯号将能够以手指的“压触”及“滑移”方式从输入控制器的各别面向来控制；至于旋转动作也可以利用不同面向手指的配合压触、捻转等不同手势来加以控制达成；由此以突破既有技术，提供更灵活、更人性化的输入控制模式。

Description

多维座标输入控制器

技术领域

本发明涉及一种输入控制器，特别是指一种具多面向输入而能控制计算机光标或显示物的立体三轴动向，达到直觉式、人性化优异操控性的创新设计。

背景技术

目前交谈式计算机图像系统所使用的二维输入工具如：鼠标、摇杆器、滚球和光笔等等；上述各输入工具皆有操作简单、使用容易的特点；另一种三维(3D)鼠标可以使光标及显示物体在X、Y、Z三轴上自由移动之外，还可以指使物体转动，所谓六个自由度的鼠标，是除了一般3D鼠标在三轴位置的指向功能之外，同时更能在X，Y，Z轴上选择任意一轴作旋转；然，目前3D及六个自由度的鼠标并不俱备精致、精确及如同2D鼠标般的简易操控性。

现有比较出名的3D及六个自由度的输入控制器，包摇杆器及滚球；其中Spaceball of Spatial System，Inc.所制造的球式输入装置，它包含压力开关及光学感应器，可以测量施加在无动力滚球上的力量及扭力；使用者可利用推、拉、旋转滚球来产生3D讯号；这种3D滚球是由John A.Hilton在1989.03.14美国专利4.811.608中所揭示者；类似的发明Dimension6/Geoball是由Gis Graphics Inc.所创造，该产品在球体内装有六个光学扭力感应器，由此机构来感测力量及旋转的扭力，但此产品的缺点包括：1.定位精度不高；2.须用手部的肌肉来控制，而非用较精确的手指控制；3.此装置所提供的为相对控制，无法提供绝对位置，因此上述案例机构无法在包容的空间里提供3D座标的立体操控；例如：它们不能做球面运动或柱状形的运动。

综合上述，目前存在的3D及六个自由度的输入机构仍具有下列缺点：

1、操作笨拙，不精确。

2、非直觉式，容易疲备。

3、操控物体的功能颇有局限。

是故，如何开发一种更具理想实用性的输入控制器，实为相关业者所需努力思索研发的目标与方向。

发明内容

本发明的主要目的，是在提供一种多维座标输入控制器，其主要是在一控制器上装有一个以上的触控式感应器，能够在X、Y、Z轴三维座标系统中提供一种直觉式的多自由度的输入控制功能，且此一输入控制器进行输入操控的过程中并不须移动控制器本体，以可操控计算机中的光标或是所显示的物体；该输入控制器线性位置上的讯号将能够以手指的”压触”及”滑移”方式从输入控制器的各别面向来控制；至于旋转动作也可以利用不同面向手指的配合压触、捻转等不同手势来加以控制达成；由此以突破既有输入控制器的技术问题，提供更灵活、更人性化的输入控制模式。

另外本发明指出一种多维座标输入控制器，该控制器为一鼠标控制器，该鼠标控制器装设有鼠标机构及按钮；且该鼠标控制器具有多个面向，其中三个面上设置有触控式感应器以及用以操控各触控式感应器的操控部，各面上的触控式感应器皆同时具有两个轴向的触控感应功能；配合各面向触控式感应器被触压的点及方向的不同，能产生X、Y、Z轴多维自由度的输入控制效果，进以能在鼠标控制器本身无须移动的前提下操控计算机中的光标或物体作立体式移动及旋转的输入控制模式。

本发明具有以下几点优点：

1、提供的一种具3D立体多元自由度简便操控性的多维座标输入控制器。

2、制造简单、价格低廉而利于大量生产。

3、操控精确度高。

4、直觉式的操控，更符合人性化设计。

5、不受电磁波及声波的干扰。

6、具弹性操控物体的能力。

附图说明

图1为显示控制器有X、Y、Z三轴位置及感应器。

图2为表示控制器的接口与位置的关系。

图3表示具六个自由度的控制器型态。

图4、图5、图6、图7、图8表示利用图3所示的控制器产生旋转指令的方法。

图9、图10、图11、图12、图13、图14为控制器的感应器操控部型式的实施例。

图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21、图22、图23、图24、图25为控制器的外观型态实施例图。

图26为用以说明控制器各种作动状态的简易图式。

符号说明

控制器10            感应器11、12、13

控制器20            感应器21、22、23、24、25、26

支架27              导线组28

控制器30            滚球31

手压式控制钮32

导杆部321           盘面部322

导引孔33            薄膜感应器34

圆盘35              十字形按钮36

压钮37

控制器40                握持部位41

按钮42

控制器50                支撑座51

按钮52

鼠标控制器60、60B、60C  本体61

按钮62                  鼠标机构63

感应器64                感应器65

按键66A                 滚球66B

摇杆66C                 滚球控制器70

本体71                  按钮72

滚球73                  感应器74

具体实施方式

首先，请参阅图1、图2所示，为本发明多维座标输入控制器的较佳实施例，根据本发明，将六个自由度的控制器赋与一个外形；该控制器10的外形可以是一个立方体，而且装了三个触控式感应器；第一触控式距阵感应器11装在控制器10的前面，根据施压的方向，该感应器11产生X及Y方向的讯号(请对照图2所示)，第二个感应器12是装在控制器10的右边，根据施压的方向，该感应器12产生Y及Z方向的模拟讯号；第三个感应器13装在控制器10的上面，根据施压的方向，该感应器12产生Z及X方向的讯号；在操作感应器11、12、13时，可以产生重复的控制讯号以控制计算机里的光标或显示物体等其X、Y、Z轴的位置，如此，Y轴的位置控制可由感应器11及12产生；X轴的位置控制可由感应器11及13产生；Z轴的位置控制可由感应器12及13产生。两个X讯号可以决定最终X轴的位置；两个Y讯号可以决定最终Y轴的位置；同理两个Z讯号也可以决定最终Z轴的位置；因此，施压在  不同位置的感应器上可以改变计算机中光标及物体的所在位置。

如图3所示，显示一个立方体外型且具有六个自由度的控制器20；其第一个感应器21是装在控制器20的前面；第二个感应器22装在控制器20的右边；第三个感应器23装在控制器20的上面，第四个感应器24装在控制器20的左边；第五个感应器25装在控制器20的背面；第六个感应器26装在控制器20的底部；并将一组支架27装在控制器20背面与底部之间，这个支架的作用是让操作者能接触及操控位于底部的第六个感应器26；导线组28是用以连接上述各感应器21、22、23、24、25及26，根据在每一个感应器施力的大小及方向将讯号传输出去；其X、Y、Z三轴方向的控制讯号可以参考前述图1、图2中的控制方式获得；亦即，该X轴方向的讯号可以由感应器21、23、25及26产生；Y轴方向的讯号可以由感应器21、22、24及25产生；Z轴方向的讯号可以由感应器22、23、24及26产生。

承上段，要让光标、物体旋转的指令也可以由该图3所示的六边形控制器20来产生；当要使一个物体旋转时，是将一个手指在一个面上移动，另一个手指则在相对面朝反向移动；举例说明，请参图4所示(该图为简示、故省略各感应器的立体框形线，于此先叙明)，使用者的拇指A在前面感应器21上朝Y轴方向往上移动，同时，使用者的食指B在后面感应器25上依Y轴方向往下移动；这样配合的动作会产生以X轴为轴心的正向旋转运动，亦即同该图右侧部所表示，其所控制的物体C会以X轴为轴心旋转；以另一种方式解释，位置讯号及改变位置讯号是由六个面个别输入，如果相对的两个边同时检测讯号，然后控制器会比对改变位置的讯号，如果控制器检测出两边的讯号刚好相反，则会产生一个旋转指令，旋转指令是根据我们所要求的轴心旋转，此外根据操控的力量，吾人将可以控制物体照比率作旋转。

如图5所示，为显示造成物体C随X轴做负向旋转的操控手势以及该显示物体C随着轴心旋转的状态。

如图6所示，同前述所揭操控原理，吾人若以拇指A及食指B在上、下面感应器23及26做出反向移动的手势，则可以产生对X轴旋转的指令。

如图7所示，若在X及Y平面上操控感应器22、23、24及26将可以产生对Z轴的旋转指令。

复如图8所示，若在X及Z平面上的感应器21、22、24及25就可以产生对Y轴的旋转指令。

如图9所示，为本发明控制器的感应器操控部型式的另一实施例；该感应器操控部可设制成滚球31型态装设于立方体外形的控制器30的不同面；由推转滚球31可达到触动内部感应器的相同功能。

如图10所示，为本发明控制器的感应器操控部型式的又一实施例；该感应器操控部亦可采用手压式控制钮32的结构型态，该控制钮32包括一伸入控制器30内的导杆部321以及凸露出外面上的盘面部322，控制器30的各个面则设有十字形的导引孔33以限制该控制钮32的作动路径。

如图11所示，为本发明控制器的感应器操控部型式的又一实施例；同样为立方体外形的控制器30，它的各面上装有区域性的压触式薄膜感应器34，操控部则可为盘形按钮，如设成一圆盘35，由按压该圆盘35的不同侧部即可触发到不同区域的薄膜感应器34。如图12所示，前述薄膜感应器34的操控方式，根据压力改变以及三个薄膜感应器的组合操作变化，可以产生X，Y，Z轴的转换讯号，以及X轴、Y轴及Z轴旋转的讯号。复如图13所示，应用上述薄膜感应器34原理的操控部亦可为一十字形按钮36的设计。又或是如图14所示，将不同区域的薄膜感应器外部皆配组一独立压钮37的结构型态。

进一步地，该感应器操控部亦可为一种触摸式的操控面板型式(图未绘)，此种操控方式则仅须由使用者手指触摸于操控面板上的不同位置即可达到操控内部感应器的目的，无须施以按压的作用力。

如图15所示，为本发明所揭多维座标输入控制器的外型具体实施例，该控制器40加装了一个握持部位41；这个握持部位是让使用者更能灵活操作控制器40；例如，使用者可以一手抓住该握持部位41，另一只手操作控制器40，该握持部位上可增设有其它按钮42用来增加其使用功能。

如图16所示，为本发明所揭多维座标输入控制器的外型另一具体实施例，该控制器50加装了一个支撑座51，使控制器50可在桌上稳定操作，同时，也可以将其它功能的铵钮52装设在该支撑座51上。

如图17所示，显示将本发明具体演进成鼠标控制器60的实施例；这个鼠标控制器60包含了一个本体61及按钮62；该鼠标控制器60包含了标准的鼠标机构63；这个机构用来控制计算机中的旋转位置以及产生X及Y讯号；该鼠标控制器60根据本发明的须要装置了感应器64；这些感应器的操作方式及原理与前述所揭相同，用来产生X轴、Y轴、Z轴的讯号。

如图18所示，显示本发明演进成另一种鼠标控制器的实施例；该鼠标控制器60B类似先前的鼠标控制器60，但是多装了两个感应器65来产生X，Y，Z轴讯号以及X轴、Y轴及Z轴的旋转讯号。

如图19所示，显示本发明演进成滚球控制器的实施例；该滚球控制器70包括了本体71、按钮72及滚球73来控制一般计算机系统中的光标，及产生X及Y轴的转换讯号；然后，这个滚球控制器70可以加装感应器74来产生Z轴讯号，以及X轴、Y轴及Z轴的旋转讯号。

如图20、图21所示，本发明演进成鼠标控制器之一种外观设计态样，其具有本体及按钮以及鼠标机构的特色相同于前述鼠标控制器，其主要是用以展现该鼠标控制器60C加装了本发明所揭多维座标输入用的感应器后，其外观仍可达到一种圆顺轻巧的产品风貌者，其中，该图22、图23所示的鼠标控制器60C的感应器的操控部设成按键66A型式；复如图24、图25所示，是外观型式相同于图19、图20所示的鼠标控制器60C，不同点在于该感应器的操控部设成滚球66B型式；再如图23、图24所示，是外观型式相同于图19、图20所示的鼠标控制器60C，不同点在于该感应器的操控部设成凸出的摇杆66C型式。

如图26所示，由该简易图标再度详细说明本发明的三轴感应器采用“单指操作”或“两指操作”时被控制的光标、物体的移动方向，如下：

“两指操作”

左边感应器：

单指在1-3方向滑动：Y轴方向移动。

单指在2-4方向滑动：Z轴方向移动。

右边感应器：

单指在5-7方向移动：Y轴方向移动。

单指在6-8方向移动：Z轴方向移动。

上面感应器：

单指在9-11方向移动：X轴方向移动。

单指在10-12方向移动：绕X轴旋转。

左、右边感应器：

两指在2-4方向及6-8方向做反方向滑动：绕Y轴旋转。

两指在1-3方向及5-7方向做反方向滑动：绕Z轴旋转。

“单指操作”

左边感应器：

单指在1-3方向滑动：绕Z轴方向旋转。

单指在2-4方向滑动：绕Y轴方向旋转。

右边感应器：

单指在5-7方向移动：Y轴方向移动。

单指在6-8方向移动：Z轴方向移动。

上面感应器：

单指在9-11方向移动：X轴方向移动。

单指在10-12方向移动：绕X轴旋转。

综上所述，本发明主要指一种输入控制器，其装有一个以上的触控式感应器，能够在3D座标的X、Y、Z三轴提供直觉式的多个自由度的输入控制功能，且此一输入控制器进行输入操控的过程中并不须移动控制器本体，因此可操控计算机中的光标或是计算机中所显示的物体；更精确地说，本发明为一种具多面向外形(如四方形、矩形)特征的输入控制器，其可于其中的数个面上或全部面上装设感应器，该等感应器对操控者的手指或外力得压触有灵敏的反应，是以，因应不同需求，计算机中被控制的光标或物体，将能够以手指压触及推移拖曳的方式从输入控制器的各别面向来控制；至于光标或物体的旋转动作也可以利用不同面向手指的配合压触、捻转等不同手势来加以控制达成。

Claims (13)

1、一种多维座标输入控制器，其特征在于：

该控制器具有多个面向，并于其中至少两个面上装有触控式感应器以及用以操控各触控式感应器的操控部，各面上的触控式感应器皆同时具有两个轴向的触控感应功能；配合各面向触控式感应器被触压的点及方向的不同，能产生X、Y、Z轴多维自由度的输入控制效果，进以能在控制器本身无须移动的前提下操控计算机中的光标或物体作立体式移动及旋转的输入控制模式。

2、如权利要求1所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该控制器可于多面向的其中三个面装设有触控式感应器，且该三个面上的触控式感应器分别位于三维座标的X、Y、Z轴其中一端。

3、如权利要求1所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该控制器可为一立方体而具有六个面向，以使其六个面皆装设有触控式感应器，构成该六个面上的触控式感应器分别位于三维座标的X、Y、Z轴的两端位置上。

4、如权利要求1所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该控制器相对两个面上的触控式感应器的相反轴向的触控感应同时被压触时，可产生不同方向的讯号，由此可造成该轴的旋转运动。

5、如权利要求1所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该控制器可为加装有握持部位的结构型态。

6、如权利要求1所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该控制器可为加装有支撑座部位的结构型态。

7、如权利要求1所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该控制器可为一滚球控制器，该滚球控制器另外装设有滚球及按钮。

8、如权利要求1所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该感应器操控部可为手压式控制钮，其包括一伸入控制器内的导杆部及凸露出外面上的盘面部，控制器的各个面则设有十字形导引孔以限制控制钮的作动路径。

9、如权利要求1所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该感应器操控部亦可为按钮，且使控制器各面上装有区域性的压触式薄膜感应器，由按压该按钮的不同侧部可触发不同区域的薄膜感应器，根据不同薄膜感应器的组合操作变化可产生X，Y，Z轴的转换讯号，以及X、Y、Z轴的旋转讯号。

10、如权利要求9所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该按钮可为圆盘形按钮、十字形按钮或是不同区域的薄膜感应器外部皆配组有一独立按钮的结构型态。

11、如权利要求1所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该感应器操控部亦可为触摸式的操控面板。

12、一种多维座标输入控制器，其特征在于：

该控制器为一鼠标控制器，该鼠标控制器装设有鼠标机构及按钮；且该鼠标控制器具有多个面向，其中三个面上设置有触控式感应器以及用以操控各触控式感应器的操控部，各面上的触控式感应器皆同时具有两个轴向的触控感应功能；配合各面向触控式感应器被触压的点及方向的不同，能产生X、Y、Z轴多维自由度的输入控制效果，进以能在鼠标控制器本身无须移动的前提下操控计算机中的光标或物体作立体式移动及旋转的输入控制模式。

13、如权利要求12所述的多维座标输入控制器，其特征在于，该鼠标控制器的触控式感应器的操控部可为按键、滚球、摇杆、触摸式操控面板型式。

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