CN1740957A

CN1740957A - 用于数据处理系统的可佩戴的信号输入装置

Info

Publication number: CN1740957A
Application number: CNA2004100571644A
Authority: CN
Inventors: 李众庆; 王晓文
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: CN100419652C; US7839383B2; DE112005001922T5; JP2008509488A; WO2006021135A1; US20080042995A1

Abstract

本发明公开了一种用于数据处理系统的可佩戴的信号输入装置，包括：佩戴单元，至少具有食指套和中指套；位置感知单元，位于所述佩戴单元，用于检测食指的移动并相应产生位移信号；第一和第二按键，分别位于所述佩戴单元的食指套和中指套，用于产生按键信号；信号处理单元，设置于所述佩戴单元，用于接收所述位移信号和按键信号，并将所述信号转换为所述数据处理系统可识别的信号；信号发射单元，连接所述信号处理单元，用于将前述可识别的信号发送至所述数据处理系统；输入开关单元，设置于所述佩戴单元并连接所述信号处理单元，用于开启和关闭所述信号输入装置。本发明可以便捷地实现和其他输入设备的切换配合，提高信号输入的效率。

Description

用于数据处理系统的可佩戴的信号输入装置

技术领域

本发明涉及信号传输及处理技术，尤其是涉及一种用于数据处理系统的可佩戴的信号输入装置。

背景技术

通常，数据处理系统(如台式计算机、便携式计算机、服务器、大型机等)都需要配备人机交互信号输入输出装置，如鼠标、键盘、显示屏等。鼠标诞生于1964年，主要用于实现一个X、Y轴的位置输入(有的增加了Z轴)，通过和键盘的结合，加上显示屏的对光标和字符图形等的显示，可以方便地完成位置和字符信息的输入。

请参阅图1，目前普通的台式计算机包括主机110、用于向用户显示各种信息的显示屏120、用于实现信号输入的鼠标130和键盘140；其中，鼠标130和键盘140可以采用有线或无线方式和主机110相连。

但是，通过观察计算机使用者使用键盘140和鼠标130的过程，可以发现现有技术的信号输入装置存在一些缺陷。由于键盘140和鼠标130不能很好地在一起同时工作，往往需要使用者的手从键盘140移开，找到鼠标130，然后进行位移信号输入操作，这个移动的距离有近有远；鼠标130操作结束后，需要使用者将手从鼠标130移回到键盘140，其中需要食指先找到键盘140的定位键(通常是F键和J键)，或者直接由眼睛的辅助下，直接找到按键，然后才能进行下一步的字符输入操作。在实际操作中，字符输入和位置输入的切换非常频繁，这就需要使用者的手在键盘140和鼠标130之间频繁切换，但是经常会因为手一下子没有抓到鼠标而导致眼睛不得不离开屏幕去找鼠标或者按键，在切换的过程中有个停顿，从而导致输入的效率下降。

参考图2，对于笔记本型或便携式计算机来说，键盘140、鼠标的变形轨迹杆(Track Point)150和触摸板(Touch Panel)160等都集成在主机111上。虽然由于轨迹杆150直接嵌套在键盘140中，从而可以在操作时缩短手移动的距离，但是由于与轨迹杆150配合的两个按键(未标示)距离键盘较远，因此在食指操作轨迹杆150的时候，需要大拇指来配合操作按键，输入效率依然有待提高。触摸板160距离键盘较远，切换时，需要手指完全从键盘140上移开才能在触摸板(Touch Panel)160上操作，反之亦然。因此切换效率较轨迹杆150更低。大部分操作者还是对普通鼠标更加习惯一些，所以很多操作者在使用笔记本型电脑的时候，喜欢外插一个鼠标来使用。不管采用何种方式，现有的方案都会影响到切换效率。

此外，经过多年的发展，现有技术中还出现了多种不同形式的鼠标。如中国专利申请第02137574.7号公开了一种指戴的压力感应式光学鼠标；中国专利第02229039.7号公开了一种将鼠标的滚轮设在指套上由拇指撮动的技术方案；美国专利第US 2004012564号公开的技术方案中，则将X-Y输入传感器设置在一个类似手套的装置上；美国专利第US 2003174124号和第US2002101401号的技术方案将鼠标的按键集中在一个大拇指上，借助其他手指完成所有的操作；美国专利第US 5706026号的公开的技术方案中，将按键设置在手指关节上；美国专利第US 2003038783号的技术方案则巧妙地将滚轮放置在手掌边，将按键设在食指和中指上；德国专利第DE 10040812号则将鼠标的传感器集中在两个指头上。

但是，综观以上专利申请或其他类似的专利申请，都存在一个类似的缺陷：就是在设计鼠标的时候，仍然没有和键盘的按键输入操作一起综合考虑，因此无法有效提高使用者在鼠标和键盘输入之间进行切换的效率。例如，美国专利第US 2003174124号和第US 2002101401号几乎不可能实现切换，因为至少有一个手指的整体被鼠标完全占据，从而导致该手指不能参加键盘输入；德国专利第DE10040812号公开的技术方案利用在手指头设置指环传感器，指尖部分裸露，还可以进行正常的键盘输入操作，移开键盘时，不用另行去找鼠标，因为鼠标就在指头上。但想避免位置和字符输入的误操作，还是要将整只手掌移开键盘，移到操作台上来进行鼠标的位置输入操作，其输入效率也有待改进；美国专利第US 5706026号中，使用者的手只能用作鼠标，再用来进行键盘操作时容易引起误操作，因为在想进行字符输入时，容易产生位置输入误动作，导致光标游走偏离原来预定的位置。

一种现有技术的输入装置可以参阅加拿大专利第CA 2450494号(参照图3)。该输入装置200包括位于食指尖的用于产生位移信号的轨迹装置210；位于中指和无名指的用于产生按键信号的压力板220；以及用于将位移信号和按键信号传输到计算机的发射器230；还包括位于食指边缘的滚动/翻页按钮240。该现有技术的缺陷在于：首先，使用者的手只能用作鼠标，再用来进行键盘操作时容易引起误操作，这是因为在想进行字符输入时，由于食指在键盘上的移动，轨迹装置210容易产生位置输入误动作，导致光标游走偏离原来预定的位置；其次，中指和无名指敲击键盘时，也容易使压力板220产生错误的鼠标按键信号；再次，由于传统的鼠标操作中，使用者已经习惯采用食指来操纵左键，用中指来操纵右键；而该专利技术则将压力板设置在中指和无名指，会造成使用者的误操作而影响工作效率；最后，该专利技术中，采用设置在食指边缘的滚动/翻页按钮240来实现翻页操作，也与传统的滚轮工作方式不同，使用者的操作因不符合习惯而较不便捷。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种用于数据处理系统的信号输入装置，可以便捷地实现和其他输入设备的切换配合，提高信号输入的效率。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：提供一种用于数据处理系统的可佩戴的信号输入装置，包括：

佩戴单元，至少具有食指套和中指套；

位置感知单元，位于所述佩戴单元，用于检测食指的移动并相应产生位移信号；

第一和第二按键，分别位于所述佩戴单元的食指套和中指套，用于产生按键信号；

信号处理单元，设置于所述佩戴单元，用于接收所述位移信号和按键信号，并将所述信号转换为所述数据处理系统可识别的信号；

信号发射单元，连接所述信号处理单元，用于将前述可识别的信号发送至所述数据处理系统；

输入开关单元，设置于所述佩戴单元并连接所述信号处理单元，用于开启和关闭所述信号输入装置。

优选地，所述输入开关单元位于所述佩戴单元的食指套一侧，供大拇指按压该输入开关单元。

优选地，所述位置感知单元位于佩戴单元的食指套，包括：光源，用于产生原始光信号；透镜，用于获取反射的光信号；传感器，用于根据前述反射的光信号产生位置信号；其中，光源射出方向和角度正好位于透镜最佳获取反射光的位置上。

优选地，所述位置感知单元与第一按键集成封装。

优选地，所述位置感知单元包括：集成在信号处理单元的光源和传感器；位于佩戴单元的食指套的透镜；光纤，用于将光源产生的原始光信号传送到食指并且将透镜获取的反射的光信号传送到传感器。

优选地，所述位置感知单元是磁感应器件、或光扫描感应器件或电容感应器件。

优选地，还包括设置于所述佩戴单元的食指套或中指套并连接所述信号处理单元的翻页单元，用于产生页面上下翻滚操作信号。

优选地，所述翻页单元包括光源、滚轮、第三按键、集成的光学编码器和第一支架、集成的光源和第二支架。

优选地，所述第一、第二和第三按键是接触式或感应式按键。

优选地，所述信号发射单元集成在信号处理单元内。

优选地，所述信号发射单元是无线或红外发射单元。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：首先，由于本发明的信号输入装置具有输入开关单元，可以通过操作实现信号输入装置的开启和关闭，在需要输入位置信号时开启，在需要进行键盘操作时关闭，因此可以减少误操作的几率，方便提高使用者在鼠标和键盘输入之间进行切换的效率。其次，由于本发明将第一按键和第二按键分别设置于食指套和中指套，较为符合使用者的使用习惯，即食指和中指分别用于实现确定和取消等操作。再次，由于所述信号输入装置通过采用佩戴单元的形式设置在手上，使得在进行字符输入和位置输入的切换时，手指头移动的距离最短，切换速度最快，而且任何情况下都不需要借助于眼睛来进行辅助操作，眼睛只需要注视屏幕或其他需要注视的地方，完全不需要看键盘和信号输入装置。因此本发明的切换速度快，切换移动距离短，可以提高工作效率，尤其是在图文共同输入的需要频繁切换的场合。

此外，可以方便地添加滚轮，进一步实现翻页等操作，从而拓展信号输入装置的功能，也符合目前大多数使用者的习惯。

此外，可以更方便地保持信号输入装置的卫生干净，而且可以保护手指免接触共用计算机，减少因使用共用计算机而造成的细菌病毒的交叉传染，这是因为相对于现有技术本发明的缝隙少，灰尘和水不易进入，因此细菌繁殖减少而减少传染疾病的可能性；本发明的体积小，携带方便；佩戴单元可以采用软性材料，易于折叠；并且手指即鼠标，移动和输入都比较灵活，从而解放手腕，免除鼠标劳损病。

附图说明

图1是一种现有技术的信号输入装置的示意图；

图2是另一种现有技术的信号输入装置的示意图；

图3是又一种现有技术的信号输入装置的示意图；

图4是本发明信号输入装置一个角度的示意图；

图5是本发明信号输入装置另一个角度的示意图；

图6和图7是本发明在食指套设置滚轮的示意图；

图8是本发明第一实施例的信号输入装置的框图；

图9是图8所示位置感知单元的内部框图；

图10是图8所示位置感知单元的结构示意图；

图11是图8所示翻页单元的结构示意图；

图12是滚轮的正面示意图；

图13是滚轮及支架和编码器的结构示意图；

图14是配合本发明第一实施例的无线接收装置示意图；

图15是本发明第二实施例在中指套设置滚轮的示意图；

图16是本发明第三实施例的信号输入装置的框图；

图17是本发明第三实施例中食指套的示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案是采用非机械接触的方法(比如利用光学、磁场等信息)来感知位移，同时利用手指中最灵活的食指和中指来替代目前的鼠标实体，既可以放在左手手指上，也可以放在右手手指上。

请一并参阅图4和图5，本发明信号输入装置包括佩戴单元310、位置感知单元320、第一按键330、第二按键340、输入开关单元350以及信号处理发射部分400。位置感知单元320、第一按键330、第二按键340、输入开关单元350分别通过连线(未标号)与信号处理发射部分400连接。

其中，所述佩戴单元310包括食指套311、中指套312和手腕部313，采用软性材料制成，使得信号输入装置可以方便地佩戴在使用者的操作手上。

所述位置感知单元320位于所述佩戴单元的食指套311上，用于采用非机械接触的方式检测食指的移动并相应产生位置信号；其可以应用光学扫描的原理，也可以采用磁场感应的原理来实现，也就是说，可以采用磁感应器件或光扫描感应器件或电容感应器件。

所述第一和第二按键330、340分别位于食指套311和中指套312上，第一按键330可以替代鼠标的输入左键，通常作确认、选中等操作；第二按键340则充当鼠标的输入右键，通常作取消、释放等操作。所述第一按键330和第二按键340可以采用普通的接触式或感应式按键。

所述输入开关单元350设置于所述佩戴单元的食指套311的边缘，并且连接到所述信号处理发射部分400，用于开启和关闭所述信号输入装置。

所述信号处理发射部分400位于佩戴单元的手腕部313，用于处理通过连线传输过来的数据并发射。

本发明信号输入装置的操作过程是：当手指头在桌面上或其它平台上移动时，食指套311上的位置感知单元320感知到手指移动，产生X-Y轴的相对位移，传输给信号处理发射部分400；信号处理发射部分400将位移信号发送给计算机内部的无线接收装置910；所述无线接收装置将信号转发给键盘控制器920；键盘控制器920通知由中央处理器930运行的操作系统处理光标位移并在屏幕940上显示。

当食指敲击第一按键330时，信号处理发射部分400将按键信号发送到计算机；通常，第一按键330作为鼠标的输入左键，通常作确认，选中等操作。当中指敲击第二按键340时，信号处理发射部分400将按键信号发送到计算机；通常，第二按键340作为鼠标的输入右键，通常作取消，释放等操作。

需要进一步说明的是，本发明信号输入装置只有在食指套311上的信号输入开关单元350处在开通的情况下，才能进行正常的鼠标操作。在使用完信号输入装置后，需要关闭该信号输入开关单元350，否则容易在手接触到其他表面的时候产生鼠标光标的误动作，比如拿杯子喝水的时候、接听电话的时候等。该信号输入开关单元350可以是切换开关，即按一下开通信号输入装置，再按一下关闭信号输入装置，并且可以和别的输入设备联动切换，该信号输入开关单元350由距离最近的大拇指操作。

请一并参阅图6和图7，根据需要食指套311内还可以设置一个前后翻滚运动的翻页单元360，作为上下的翻页操作键。

翻页单元360设置在食指套311的侧部，在进行位移操作或左右键操作时，翻页单元360悬空，不会引起翻页单元360的滚动；当需要使用翻页单元360时，食指稍微向一边侧倾就可以进行滚轮操作，当侧倾时，由于位置感知单元320偏离桌面从而自动停止位置感知动作，这样在进行滚轮操作时，不会引起鼠标光标的误动作。可以理解的是，翻页单元360也可以装在其他手指比如中指上或无名指，这样可以减轻食指的负担。

为了便于对本发明的理解，下面结合实施例对本发明进行详细描述。

实施例一

请参阅图8，在本实施例中，信号输入装置包括位于手腕部的信号处理发射部分400和位于手指部分的第一按键330、信号输入开关单元350、第二按键340、翻页单元360和位置感知单元320；还包括连接这些元件的连线(未标示)。

所述信号处理发射部分400包括信号处理单元410、信号发射单元420和电池430。所述信号发射单元420采用无线或红外信号。

所述第一按键330、第二按键340和信号输入开关单元350可以采用欧姆龙的按键，且分别通过连线连接到信号处理单元410。

所述位置感知单元320包括发光管321、传感器322和透镜323。

其中，透镜323可以采用安捷伦(Agilent)推荐的HDNS2100，给传感器322照明用的发光管321可以采用HLMPED800-XX000LED。

本实施例中，传感器322采用目前常用的光电鼠标位移传感器，比如采用Agilent的S2030，可以准确地感知X-Y的位移，还自带LED的驱动；无线部分可以采用Agilent(安捷伦)的芯片和ADNS-2030配套的芯片。

因为Agilent的传统的光电鼠标芯片，如S2599都是将传感器(SENSOR)和处理芯片做在一起，如果放在指头尖上会显得体积很大。因此本实施例采用Agilent的S2030，将传感器和处理芯片分开：将传感器放在指尖上，处理芯片即手腕上的信号处理单元410，传感器和处理芯片之间用连线连接。

请参阅图9，是Agilent的芯片ADNS-2030的内部框图。包括电源输入管脚、光源输出管脚、图像处理单元、串口输出管脚、四象限输出管脚、振荡器和上电复位单元。

在图9所示芯片的内部框图的基础上，本实施例采取了一些措施来减小传感器322的体积：删除在传感器芯片中四象限输出部分电路，再删除两个内部参考管脚，只保留串口输出管脚，这样可以使芯片的管脚总数在九个左右，即电源Vdd、地Gnd、串口输出两个、震荡器两个、LED电阻接线脚一个、LED输出控制一个、电源控制脚一个。

请参阅图10，本实施例中，将位于食指套311的第一按键330以及发光管321、透镜323也集成在传感器322芯片的封装中，电阻和晶振放在芯片的上面四周的位置，中间供食指尖操作。

请参阅图11和图12，翻页单元360包括滚轮轴361、滚轮362、支撑滚轮轴361和滚轮362的支架363和364、圆形的光学编码器365、光源366、第三按键367和线路板368。基本原理是由滚轮362因摩擦桌面产生滚动带动滚轮上的通孔371转动，当光束通过通孔371时，光学编码器365接收到光而产生信号，当滚轮362转过一个角度时，光源366被滚轮362挡住，由此在光学编码器365上产生脉冲信号，微处理器即可由此脉冲信号的个数及其相位差算出滚轮360移动的距离或滚动角度及方向。

请参阅图13，本实施例中，为了缩小翻页单元360及其附件的体积，将滚轮的支架363和编码器365直接做在一起，翻页单元360的另一侧支架364和光源366做在一起，支架363和364上方开口，适合滚轮轴361卡入，既能灵活转动，也不会轻易脱出。

请参阅图14，计算机内的无线接收装置910包括无线接收电路911、转换器912和计算机键盘接口913；其中，转换器可以采用CYPRESSCY7C63723A-FC。

工作时，传感器322会自动监控发光管321的工作，在传感器322没有检测到位移时，发光管321处在低亮度工作状态，当有位移发生时，传感器322触发发光管321高亮，会去照亮其所在的表面，传感器322会每隔一定时间做一次扫描，然后由信号处理单元410对两次扫描的图像进行比较，从而得出信号输入装置移动的方向和速度。毫无疑问，如果扫描信号频率越高，那么信号输入装置对于运动的表现能力将越细腻，尤其在做变速运动时的反应更为明显。当手指停止移动或离开反射表面一定距离后，传感器322不能感知到位移时，自动控制发光管321处在低亮状态，这样比较省电，也可以延长器件的寿命。

一般来说，每移动一英寸，就向电脑传回400次坐标值。因此其精度是相当高的。由于不再是通过机械摩擦而产生移动数据，因此，摆脱了操作面的约束，可以在几乎所有的操作面上使用，比如腿上、床上等等，没有机械磨损，寿命也有很大提高。

实施例二

请参阅图13，实施例二与实施例一大致相同，不同之处在于：在实施例二中，翻页单元360设置在佩戴单元的中指套312上；同时导致接线的安排有所不同，食指套311总共有三根线(一根接地、一根第一按键、一根开关。)，中指套312总共七根线(分别是一根第二按键和六根翻页单元)。所述六根翻页单元线包括接地、第三按键、光源、编码A、电源、编码B。

和实施例一类似，在中指套312上的翻页单元360也有一定的倾斜角，在平时做按键操作时，不会碰到，只有在中指微微倾斜时，才会让滚轮362碰到桌面进行上下滚轮操作。

本实施例二的优点在于：由于食指承担移动鼠标和点击左键的作用，中指承担上下滚动和点击右键的作用。这样可以减轻食指的工作量，使得食指和中指的工作量稍稍平均一些，有利于提高工作效率。因为如果翻页单元360也设置在食指套311上，那么鼠标的移动、左键点击、上下翻滚这三大功能都集中在食指上，工作量太大。当然，想要减轻食指的工作量，就需要牺牲习惯的继承性，即需要使用者改变一定的使用习惯，按照目前的鼠标使用传统，滚轮设置在鼠标的中间位置，一般使用食指来操作，现在改为中指略微有些不习惯。

实施例三

请参阅图14，本实施例中，将发光管321、透镜323和传感器322集成在手腕部分。位移感知单元中增加两根光纤324，一根作光源，一根做信号回传，两根光线放置在食指上，并连到手腕上。

工作时，光纤324将发光管321上的光束引到手指头尖上，再将桌面反射的信号经过光纤324传回到芯片的传感器322中。

请参阅图15，为了增加聚光，还可以在食指套311设置一个透镜325。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于数据处理系统的可佩戴的信号输入装置，其特征在于，包括：

佩戴单元，至少具有食指套和中指套；

2.根据权利要求1所述的信号输入装置，其特征在于：所述输入开关单元位于所述佩戴单元的食指套一侧，供大拇指按压该输入开关单元。

3.根据权利要求1所述的信号输入装置，其特征在于，所述位置感知单元位于佩戴单元的食指套，包括：光源，用于产生原始光信号；透镜，用于获取反射的光信号；传感器，用于根据前述反射的光信号产生位置信号；其中，光源射出方向和角度正好位于透镜最佳获取反射光的位置上。

4.根据权利要求3所述的信号输入装置，其特征在于，所述位置感知单元与第一按键集成封装。

5.根据权利要求1所述的信号输入装置，其特征在于，所述位置感知单元包括：集成在信号处理单元的光源和传感器；位于佩戴单元的食指套的透镜；光纤，用于将光源产生的原始光信号传送到食指并且将透镜获取的反射的光信号传送到传感器。

6.根据权利要求1所述的信号输入装置，其特征在于：所述位置感知单元是磁感应器件、或光扫描感应器件或电容感应器件。

7.根据权利要求1所述的信号输入装置，其特征在于：还包括设置于所述佩戴单元的食指套或中指套并连接所述信号处理单元的翻页单元，用于产生页面上下翻滚操作信号。

8.根据权利要求7所述的信号输入装置，其特征在于：所述翻页单元包括光源、滚轮、第三按键、集成的光学编码器和第一支架、集成的光源和第二支架。

9.根据权利要求7所述的信号输入装置，其特征在于：所述第一、第二和第三按键是接触式或感应式按键。

10.根据权利要求1所述的信号输入装置，其特征在于：所述信号发射单元集成在信号处理单元内。

11.根据权利要求1或10所述的信号输入装置，其特征在于：所述信号发射单元是无线或红外发射单元。