CN1755604A

CN1755604A - 输入设备、微型计算机以及信息处理方法

Info

Publication number: CN1755604A
Application number: CNA2005101076102A
Authority: CN
Inventors: 小泽正则; 久野胜美; 古川亮; 向井稔
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: CN100432909C; US20060066589A1

Abstract

一种输入设备，包括：显示单元，用于指示输入位置的图像；接触位置检测单元，用于检测与接触检测层接触的对象的位置，其中所述接触检测层设置在显示单元的显示层上；接触强度检测单元，用于检测与所述接触检测层接触的对象的接触强度；特征量提取单元，用于提取与检测到的接触强度相关的特征量；以及特殊处理执行单元，用于把提取出的特征量与预定阈值进行比较，并且执行特殊处理。

Description

输入设备、微型计算机以及信息处理方法

相关申请的交叉引用

这个申请基于并且要求了于2004年9月29日申请的在先日本专利申请2004-285445的优先权，将该篇申请的全部内容引入于此，以供参考。

技术领域

本发明涉及一种用于把信息馈送到微型计算机等中的输入设备，装备有所述输入设备的微型计算机以及信息处理方法。

背景技术

通常，计算机终端的接口包括键盘以及鼠标作为输入设备，并且包括阴极射线管(CRT)或者液晶显示器(LCD)作为显示单元。

此外，其中显示单元和输入设备一个层叠在另一个之上的所谓的触摸板也作为计算机终端、小型便携式图形输入板类型的计算器等的接口而广泛使用。

公开号为2003-196,007的已公开日本专利(称为“参考文献”)公开了一种用于把字符输入具有较小前端表面的移动式电话或者个人数字助理(PDA)的触摸板。(参见参考文献的0037列和图2)

然而到目前为止，获知诸如用户手指或者输入笔之类的对象是否仅仅放置在触摸板上，或者触摸板是否被这种对象按压，这仍然是很难的事情。这势必会导致输入错误。

本发明的目的在于克服相关领域的先前的问题，并且提供一种可以适当地检测输入设备的接触状态的输入设备、包括这种输入设备的计算机、以及信息处理方法和程序。

发明内容

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种输入设备，包括：显示单元，用于指示输入位置的图像；接触位置检测单元，用于检测与接触检测层接触的对象的位置，其中所述接触检测层提供在显示单元的显示层上；接触强度检测单元，用于检测与所述接触检测层接触的对象的接触强度；特征量提取单元，用于提取与检测到的接触强度相关的特征量；以及特殊处理执行单元，用于把提取出的特征量与预定阈值进行比较，并且执行特殊处理。

根据本发明的第二个方面，提供了一种微型计算机，包括：显示单元，用于指示输入位置的图像；接触位置检测单元，用于检测与接触检测层接触的对象的位置，其中所述接触检测层提供在显示单元的显示层上；接触强度检测单元，用于检测与所述接触检测层接触的对象的接触强度；特征量提取单元，用于提取与检测到的接触强度相关的特征量；以及特殊处理执行单元，用于把提取出的特征量与预定阈值进行比较，并且执行特殊处理。

依照本发明的第三个方面，提供了一种信息处理方法，包括：在显示单元上指示输入位置的图像；检测与显示单元的接触检测层相接触的对象的接触位置；检测所述对象的接触强度；提取与检测到的接触强度相关的特征量；并且把提取出的特征量与预定阈值进行比较，并且基于比较结果来执行特殊处理。

依照本发明的最后一个方面，提供了一种信息处理程序，包括：在显示单元上指示输入位置的图像；检测与显示单元的接触检测层相接触的对象的接触位置；检测所述对象的接触强度；提取与检测到的接触强度相关的特征量；并且把提取出的特征量与预定阈值进行比较，并且基于比较结果来执行特殊处理。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的便携式微型计算机的透视图；

图2是便携式微型计算机的输入部分的透视图；

图3A是便携式微型计算机的触摸板的透视图；

图3B是图3A的触摸板的俯视图；

图3C是图3A的触摸板的横截面；

图4是示出了所述便携式微型计算机的输入设备的结构的框图；

图5是便携式微型计算机的框图；

图6是示出了与触摸板接触的对象的接触区域的尺寸变化的图表；

图7是示出了与触摸板接触以便输入信息的对象的接触区域的尺寸变化的图表；

图8A是把压力转换为电信号的触摸板的透视图；

图8B是图8A示出的触摸板的俯视图；

图8C是所述触摸板的横截面；

图9是示出了触摸板的接触检测器的布置的示意图；

图10是示出了当通过轻度压力按压它们时检测到的接触检测器的示意图；

图11是示出了当通过中等压力按压它们时检测到的接触检测器的示意图；

图12是示出了当通过中等压力按压它们时检测到的接触检测器的示意图；

图13是示出了当通过较大压力按压它们时检测到的接触检测器的示意图；

图14是示出了当通过最大压力按压它们时检测到的接触检测器的示意图；

图15是便携式微型计算机的下部壳体的透视图；

图16是便携式微型计算机的输入设备的俯视图；

图17是输入设备的俯视图；

图18是由所述输入设备进行的信息处理步骤的流程图；

图19是示出图18中示出的步骤S106的细节的流程图；

图20是由所述输入设备进行的进一步的信息处理步骤的流程图；

图21是示出了图20中示出的步骤S210的细节的流程图；

图22示出了输入设备的键顶的敲击部分；

图23示出了输入设备的键顶敲击部分的另一个例子；

图24是示出了用户验证处理的流程图；

图25是示出图24中的步骤S502的细节的流程图；

图26示出了接触区域A的尺寸；

图27A是示出了当对象在按键上逗留时、接触区域的尺寸变化的图表；

图27B是示出了当敲击按键时、接触区域的尺寸变化的图表；

图28是示出了设备保护处理的流程图；

图29是示出了用户保护处理的流程图；

图30是示出了按键转换处理的流程图；

图31是在进一步的实施例中的输入设备的透视图；

图32是在又一实施例中的输入设备的框图；

图33是又一实施例的框图；

图34是又一实施例的框图；并且

图35是在进一步的实施例中的触摸板的透视图。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明的各种实施例。应当注意，相同或者类似的参考标记在整个附图中应用于相同或者类似的部件和元件，并且省略或者简化了对相同或者类似部件和元件的描述。

第一实施例

在此实施例中，本发明涉及一种输入设备，其是一种用于计算机的终端单元的输入一输出设备。

参照图1，便携式微型计算机1(称为“微型计算机1”)包括计算机主要单元30、下部壳体2A和上部壳体2B。计算机主要单元30包括诸如中央处理单元之类的运算和逻辑单元。所述下部壳体2A容纳作为计算机主要单元30的用户接口的输入单元3。上部壳体2B容纳具有液晶显示板29(称为“显示板29”)的显示单元4。

计算机主要单元30使用中央处理单元以便处理经由输入单元3接收的信息。处理过的信息在上部壳体2B中的显示单元4上被指示出来。

下部壳体2A中的输入单元3包括显示单元5和检测单元，所述检测单元用于检测对象(诸如用户手指或者输入笔)在显示单元5的显示板上的接触状态，并且指示表示用于输入信息的虚拟键盘5a、按键、虚拟鼠标5b等的图像。

所述输入单元3还包括具有发光区域的背光6，并且还包括在显示单元5上层叠的触摸板10，如图2所示。具体来讲，所述显示单元5是层叠在背光6的发光区域上的。

背光6可以由荧光灯管和广泛用于微型计算机显示器的光波导管组合而成，或者可以通过设置于一个平面上的多个白光发射二极管(LED)来实现。这种LED最近已经投入了实际使用。

背光6和显示单元5两者可以类似于用于常规微型计算机显示单元的那些单元或者用于台式计算机的外部LCD显示器的那些单元来构造。如果显示单元5是光发射类型的，那么可以省去背光6。

显示单元5包括沿x和y轴方向设置并且具有矩阵形状的若干像素5c，通过显示驱动器22(图4中示出)来启动，并且显示诸如键盘等的输入位置的图像。

触摸板10位于输入单元3的顶层，暴露于下部壳体2A上，并且被启动以便接收信息。所述触摸板10检测与检测层10a接触的对象(用户手指或者输入笔)。

在第一实施例中，触摸板10是阻抗薄膜类型的。模拟和数字阻抗薄膜类型的触摸板目前是可得到的。使用四至八线类型的模拟触摸板。基本上，使用平行电极，检测对象和电极接触的点的电势，并且基于检测到的电势来推导接触点坐标。所述平行电极是沿X和Y方向独立地堆叠的，这将允许能够检测到接触点的X和Y坐标。然而，采用模拟类型，很难同时检测到多个接触点。此外，模拟触摸板不适合用于检测接触区域的面积(dimensions)。因此，在第一实施例中使用了数字触摸板，以便既可检测接触点又可检测接触区域的面积。在任何情况下，所述接触检测层10a是透明的，因此显示单元5从前侧是可见的。

参照图3A和3B，所述触摸板10包括基座11和基座13。基座11包括多个(n)带状X电极12，其按照规则的间隔沿X方向设置。另一方面，基座13包括多个(m)带状Y电极14，其按照规则的间隔沿Y方向设置。基座11和13被堆叠，且它们的电极彼此面对。简而言之，X电极12和Y电极14彼此相互垂直。因此，在X电极12和Y电极14的交叉点处以矩阵的形状设置了(n×m)个接触检测器10b。

在基座11上的X电极之间提供了多个凸起弯曲的点间隔物(dotspacer)15。所述点间隔物15用绝缘材料制成，并且以规则的间隔设置。所述点间隔物15具有大于X和Y电极12和14的总厚度的高度。所述点间隔物15的顶部与Y电极14之间的基座13的裸露区域13A接触。如图3C所示，所述点间隔物15夹在基座11和13之间，并且不与X和Y电极12和14接触。简而言之，所述X和Y电极12和14因点间隔物15而彼此不接触。当基座13被按压至先前状态时，所述X和Y电极12和14彼此接触。

基座13的与安装有Y电极的表面相对的表面13B暴露于下部壳体2A之上，并且用来输入信息。换言之，当表面13B被用户的手指或者输入笔按压时，所述Y电极14与X电极12接触。

如果由用户手指或者输入笔施加的压力等于或者小于预定压力，则基座13不足以弯曲，这样防止Y电极14和X电极12彼此接触。只有当施加的压力超出预定值时，基座13才完全地弯曲，以便使Y电极14和X电极12彼此接触，并且变为导电。

所述Y和X电极14和12的接触点由输入单元3的接触检测单元21(图4中示出)进行检测。

采用微型计算机1，所述下部壳体2A不仅容纳输入单元3，而且容纳输入设备20，其中输入设备20包括用于检测触摸板10的X和Y电极12和14的接触点的接触检测单元21。

参照图2和图4，所述输入设备20包括输入单元3、接触检测单元21、设备控制IC 23、存储器24、扬声器驱动器25和扬声器26。所述设备控制IC 23把检测到的接触位置数据转换为数字信号，并且执行与各种处理(将稍后描述)相关的输入/输出控制，并且往返于计算机主要单元30进行通信。扬声器驱动器25和扬声器26用于发出各种口头通知或者用于通知的嘟嘟声。

所述接触检测单元21相继向X电极12施加电压，测量Y电极14处的电压，并且检测特殊的Y电极14，所述特殊的Y电极14用于产生等于施加到X电极的电压的电压。

所述触摸板10包括电压施加单元11a，其是由电源和开关部件构成的。响应于来自于接触检测单元21的电极选择信号，所述开关部件顺序地选择X电极12，并且电压施加单元11a把基准电压从电源施加到所选择的X电极12。

此外，所述触摸板10包括电压表11b，其有选择地测量由来自于接触检测单元21的电极选择信号指定的Y电极14的电压，并且把测量结果返回到接触检测单元21。

当用户手指或者输入笔按下触摸板10时，X和Y电极12和14在按下的位置处彼此接触，并且变为导电。施加到X电极12的基准电压是经由在其处按下触摸板10的Y电极14测量的。因此，当把基准电压检测为Y电极14的输出电压时，接触检测单元21可以标识出Y电极14，以及被施加基准电压的X电极12。此外，接触检测单元21可以基于X电极12和Y电极14的组合来标识出由用户手指或者输入笔已经按下的接触检测器10b。

根据设置的X和Y电极12和14的间隔，所述接触检测单元21重复地并且迅速地检测X和Y电极12和14的接触状态，并且正确地检测被同时按下的多个X和Y电极12和14。

举例来说，如果触摸板20被用户手指用力按下，那么接触区域扩大了。扩大的接触区域意味着多个接触检测器10b被按下。在这种情况下，接触检测单元21重复地并且迅速地把基准电压施加至X电极12，且重复地并且迅速地测量Y电极14处的电压。因此，能够检测每次按下的接触检测器10b。接触检测单元21可以基于检测到的接触检测器10b来检测接触区域的尺寸。

响应于来自于设备控制IC23的命令，显示驱动器22指示用作输入设备、即用户接口的按钮、图标、键盘、十位小键盘(ten-keypad)、鼠标等的一个或多个图像。由背光6发射的光从其背面穿过LCD，从而使显示单元5上的图像可以从前侧看到。

所述设备控制IC23基于虚拟键盘(显示单元5上指示的)上的按键位置以及由接触检测单元21检测到的接触位置和接触区域，来标识接触点处的按键图像。标识出的按键的信息被通知给计算机主要单元30。

计算机主要单元30控制对从设备控制IC23接收的信息的操作。

参照图5，在母板30a(起计算机主要单元30的作用)中，北桥31和南桥32使用专用高速总线B1连接。北桥31经由系统总线B2与中央处理单元33(称为“CPU33”)连接，经由存储器总线B3与主存储器34连接，并且经由加速图形端口总线B4(称为“AGP总线B4”)与图形电路35连接。

图形电路35向上部壳体2B中的显示板4的显示驱动器28输出数字图像信号。响应于所接收的信号，显示驱动器28启动显示板29。所述显示板29在其显示板(LCD)上显示图像。

此外，南桥32经由PCI总线B5与外围部件互连设备37(称为“PCI设备37”)连接，并且经由USB总线B6与通用串行总线设备38(称为“USB设备38”)连接。南桥32可以把各种单元经由PCI设备37连接至PCI总线35，并且把各种单元经由USB总线B6连接至USB设备38。

更进一步讲，南桥32经由集成驱动器电子电路接口39(称为“IDE接口39”)并且经由AT附属总线B7(称为“ATA总线37”)与硬盘设备41(称为“HDD41”)连接。另外，南桥32经由低管脚计数(low pincount)总线B8(称为“LCP总线B8”)连接至可移动介质设备(磁盘设备)44、串行/并行端口45和键盘/鼠标端口46。所述键盘/鼠标端口46向南桥32提供从输入设备20接收的并且指示键盘或者鼠标操作的信号。因此，所述信号经由北桥31被传送到CPU33。所述CPU33响应于所接收的信号执行处理。

南桥32还经由专用总线与音频信号输出电路47连接。所述音频信号输出电路47向计算机主要单元30中容纳的扬声器48提供音频信号。因此，扬声器48输出多种声音。

所述CPU33执行HDD41的硬盘和主存储器34中存储的各种程序，以便将图像显示在显示单元4的显示板29上(在上部壳体2B中)，并且经由扬声器48(在下部壳体2A中)输出声音。此后，所述CPU33根据来自于输入设备20的指示键盘或者鼠标操作的信号来执行操作。具体来讲，所述CPU33响应于涉及键盘或者鼠标操作的信号来控制图形电路35。因此，所述图形电路35向显示单元5输出数字图像信号，其指示对应于键盘或者鼠标操作的图像。此外，CPU33控制音频信号输出电路47，其向扬声器48提供音频信号。扬声器48输出指示键盘或者鼠标操作的声音。

接下来描述输入设备20如何操作以便检测手指或者输入笔在接触检测层10a上的接触状态。

所述接触检测单元21(作为接触位置检测器)定期检测对象与触摸板10的接触检测层10a相接触的位置，并且向设备控制IC23提供检测到的结果。

所述接触检测单元21(作为接触强度检测器)检测对象在接触检测层10a上的接触强度。所述接触强度可以由两个、三个或更多不连续的值或者一个连续的值来表示。所述接触检测单元21定期向设备控制IC23提供检测到的强度。

所述接触强度可以基于对象在接触检测层10a上的接触区域尺寸来检测，或者基于接触区域的随时间的变化来检测。图6和图7示出了检测到的接触区域的尺寸变化。在这些图中，纵坐标和横坐标是无量纲的，并且没有示出单位和比例。在设计实际产品时可以使用实际值。

接触区域的变化将通过使用预定扫描频率、定期地检测对象和接触检测器10b之间的接触尺寸数据来推导。扫描频率越高，在预定时间段中将会检测到更多的信号。分辩率可以随时间得以更加精确地改善。为此目的，设备和处理电路的反应速度和性能必须被改善。因此，将采用适当的扫描频率。

具体来讲，图6示出了一个例子，其中对象仅仅与接触检测层10a接触，即用户仅仅放置他或者她的手指而没有按键的意图。接触区域A的尺寸不会发生形状的改变。

相反地，图7示出了另一例子，其中当在触摸板10上的键盘上敲击按键时，接触区域A的尺寸发生改变。在该情况下，接触区域A的尺寸迅速从0或者基本上是0增大到最大，然后迅速地减少。

接触强度可以基于对象在接触检测层10a上的接触压力或者接触压力随时间的变化而被检测。在该情况下，把压力转换为电信号的传感器可以用作接触检测层10a。

图8A和图8B示出了作为把压力转换为电信号的传感器的触摸板210(称为接触强度检测器)。

参照这些图，触摸板210包括基座211和基座213。基座211装备有多个(即，n)透明的电极条212，其用作X电极(称为“X电极212”)并且沿方向X是等间隔的。基座213装备有多个(即，m)透明的电极条214，其用作Y电极(称为“Y电极214”)并且沿方向Y是等间隔的。基座211和213被堆叠，且X和Y电极212和214彼此面对。因此，在X和Y电极212和214的交叉点处以矩阵的形状提供(n×m)个接触检测器210b至210d。

此外，在基座211上的X电极212之间提供有多个凸起间隔物215，并且具有大于X和Y电极212和214的总厚度的高度。凸起间隔物215的顶部与暴露在Y电极214之间的基座213相接触。

参照图8A，在点间隔物215中，四个高的点间隔物215a构成一组，并且四个短的点间隔物215b构成一组。四个高的点间隔物215a的组和四个短的点间隔物215b的组依照网状的模式设置，如图8B所示。每一组中高的点间隔物215a的数目和每一组中短的点间隔物215b的数目可以根据需要进行确定。

参照图8C，点间隔物215被夹在基座211和213之间。因此，X和Y电极212和214不相互接触。因此，接触检测器210b至210e处于电学上的断开状态。

当基座213被弯曲且先前电极不相互接触时，X和Y电极212和214处于接通状态。

采用触摸板210，与其中放置Y电极214的基座213的表面相对的表面213A被暴露作为输入表面。当表面213A被用户手指按下时，基座213弯曲，由此使Y电极214与X电极212接触。

如果由用户手指施加的压力等于或者小于第一预定压力，那么基座213不足以弯曲，这样防止X和Y电极214和212彼此接触。

反之，当施加的压力超出第一预定压力时，基座213足以弯曲，从而使由四个低的点间隔物215b(其彼此靠近而无需经由Y和X电极214和212)围绕的接触检测器210b保持接通状态。由两个或更多高的点间隔物215a围绕的接触检测器210c和210d保持断开状态。

如果施加的压力大于第二预定压力，那么基座213被进一步弯曲，由两个低的点间隔物215b围绕的接触检测器210c处于接通状态。然而，由四个高的点间隔物215a围绕的接触检测器210d保持断开状态。

此外，如果施加的压力大于第三预定压力，其中所述第三预定压力大于所述第二压力，那么基座213更加大程度地弯曲，从而使由四个高的点间隔物215a围绕的接触检测器210d处于接通状态。

三个接触检测器210b至210d存在于由用户手指按下的区域中，并且起到把检测到的压力转换为三种电信号的传感器的作用。

采用包括触摸板210的便携式微型计算机，接触检测单元21检测哪个接触检测器处于接通状态。

举例来说，所述接触检测单元21将存在于一组处于接通状态的相邻接触检测器的中心的接触检测器检测作为接触检测表面10a被按下的位置。

此外，所述接触检测单元21把接触检测器210b至210d分为三个等级，并且在处于接通状态的一组相邻接触检测器中，输出最大等级作为压力。

所述接触检测单元21如下所述检测接触区域和压力分布。

当图8B中示出的低和高的点间隔物215b和215a被如图9所示那样来设置时，每个接触检测器210由四个点间隔物围绕。在图9中，数字表示在对应于接触检测器210a至210d的位置处、高的点间隔物215a的数目。

在图10中，椭圆示出了用户手指接触的区域，并且将其称为“外部椭圆”。

当接触区域的表面压力(即单位面积的压力)仅仅足以按下由“0”示出的接触检测器时，接触检测单元21检测到只有接触检测器“0”(即图8B中示出的接触检测器210b)被按下。

与图9中示出的压力相比，如果把更加强大的压力施加到其尺寸与外部椭圆的尺寸相同的区域，那么接触检测单元21检测到存在于外部椭圆内部的椭圆(称为“内部椭圆”)中的接触检测器“2”、即图8B中示出的接触检测器210c被按下。

参照所述实施例的操作原理，压力越大，如上所述的外部椭圆越大。然而，假设外部椭圆具有恒定尺寸，以便易于解释。

然而，表面压力实际上并不总是以图11中所示的椭圆的形状来分布。在图12中，可能检测到外部椭圆之外的一些接触检测器被按下，而且也许没有检测到内部椭圆之内的一些接触检测器“0”或者“2”被按下。在图12中用斜体数字描述了那些例外。简而言之，在外部和内部椭圆的边界附近，接触检测器“0”和“2”是混合的。外部和内部椭圆的边界、尺寸、形状或者位置可以被确定以便减少由这些因素引起的错误。在这种情况下，外部和内部椭圆的边界可以是复杂的，以便保证灵活性。然而，边界实际上是依照适当的曲率半径来构成形状的。这使得所述边界能平滑地改变轮廓并且相对无误差。曲率半径通过实验、机器学习算法等来确定。目标函数是在键输入时由外部椭圆和内部椭圆围绕的区域尺寸，由内部椭圆以及最内部的椭圆围绕的区域尺寸，以及随时间改变的键输入识别错误率。确定最小的曲率半径，以便最小化先前的参数。

上述的边界确定方法适用于图10、图11、图13和图14示出的情况。在图13和图11中，没有示出接触检测器的边界交叉或者跨越边界存在的接触检测器。

图13示出了施加了比图11中示出的压力更加强大的压力。在该情况下，最内部的椭圆出现于内部椭圆的内部。在第二内部椭圆中，检测到由“0”、“2”和“4”示出的接触检测器被按下，即图8B中示出的接触检测器210b、210c和210d被按下。

参照图14，内部椭圆和最内部椭圆的尺寸被扩大了。这意味着施加了远大于图13中压力的压力。

如图10、图11、图13和图14所示，通过检测椭圆尺寸随时间的变化和椭圆尺寸比例随时间的变化，能够可靠地检测用户是有意还是无意地按下一个或多个按键。

举例来说，把压力转换为电信号的传感器用于检测对象在接触检测表面10a上的接触压力，或者基于接触压力随时间的变化检测接触强度。如果图6和图7中的纵坐标被改变为“接触压力”，那么就“仅仅放置对象”和“按键敲击”而言，将获得相同的结果。

所述设备控制IC23(作为确定部分)接收由接触检测单元21检测到的接触强度，提取与接触强度相关的特征量，把所提取的特征量或者根据所提取的特征量计算的值与预定阈值进行比较，并且确定对象的接触状态。所述接触状态可以分类为“未接触”、“接触”或者“按键敲击”。“未接触”表示没有东西与显示单元5上的图像接触；“接触”表示对象与显示单元5上的图像接触；而“按键敲击”表示显示单元5上的图像被对象敲击。稍后将参照图18和图19详细地描述接触状态的确定。

用于确定接触状态的阈值是可调节的。举例来说，设备控制IC 23指示了按键20b(弱)、按键20c(强)、以及等级计(level meter)20a，其中等级计20a示出了阈值的级别。参见图15。此处可以认为等级计20a已经为状态“接触”以及“按键敲击”预先设定了某些阈值。如果用户轻轻地敲击图像，那么这种按键敲击往往无法被识别。在这种情况下，“弱”按钮20b被按下。设备控制IC23基于按钮20b在显示板5上的位置以及由接触检测单元21检测的接触位置，确定“弱”按钮20b是否被按下。当按钮20b被识别出被按下时，显示驱动器22被启动，以便把等级计20a上指示的值移到左侧，由此降低阈值。在此状态中，图像实际上没有被按下，而仅仅是把压力施加到图像上。为了简化起见，术语“按键敲击”表示用户有意按下图像。作为选择，等级计20a上的指示可以通过在等级计20a附近拖动滑块20d来改变。

所述设备控制IC23(作为通知部分)向母板30a(图5中示出)通知作为输入设备被操作的键盘或者鼠标以及从接触检测单元21接收的接触状态。简而言之，被按下以便输入信息的按键位置、仅仅在其上放置对象的按键位置被通知给母板30a。

所述设备控制IC23(作为特征量提取器)基于由接触检测单元21检测到的接触状态来提取与对象接触强度相关的特征量。所述特征量表示对象的接触强度、接触强度的变化、接触时段的长度、接触位置等等。

此外，设备控制IC23(作为特殊处理执行单元)把提取出的特征量与预定阈值进行比较，并且执行特殊处理。所述预定阈值涉及接触强度等等，其会对接触检测层10a产生不利影响。

举例来说，设备控制IC23通过比较特征量与预定阈值来验证所述对象(即，用户)。如果特征量超出预定阈值(其会对接触检测层10a产生不利影响)，那么设备控制IC23发出警告，或者使输入设备20不起作用。此外，如果特征量超出预定阈值，其可以对应于向对象施加了不必要负担的接触强度，那么设备控制IC23经由扬声器26发出口头通知或者嘟嘟声用于进行通知。警告可以在显示单元上进行指示，或者使输入设备20不起作用。更进一步，设备控制IC23根据特征量是否超出预定阈值来改变显示单元5的虚拟键盘上的字符模式。举例来说，小写字母将被改变为大写字母，反之亦然。

图4中示出的设备控制IC23(作为显示控制器)根据对象在接触检测层10a上的接触状态(“未接触”、“接触”或者“按键敲击”)来改变显示单元5上的图像的指示模式。具体来讲，设备控制IC23根据所述接触状态改变亮度、色彩配置文件、轮廓线的模式和厚度、闪烁/稳定发光、图像的闪烁间隔。

此处可以假定显示单元5指示虚拟键盘5a，并且用户将要输入信息。参见图16。用户把他或者她的手指放在初始位置(home position)，以便开始按键敲击。在此状态中，用户的手指在按键“S”、“D”、“F”、“J”、“K”和“L”上。设备控制IC23例如以黄色来高亮显示上述按键。设备控制IC23例如以蓝色来高亮显示其余没有接触的按键。在图17中，当用户敲击按键“0”时，设备控制IC23例如以红色来高亮显示按键“O”。按键“S”、“D”、“F”和“J”保持黄色，这意味着用户的手指在这些按键上。

如果不总是需要标识“未接触”、“接触”和“按键敲击”，那么用户可以选择接触状态以便改变指示模式。

此外，所述设备控制IC23起声音产生部分的作用，基于由接触检测部21检测到的位置和虚拟键盘或者鼠标的图像位置之间的关系、根据接触状态来决定预定的识别声音，控制扬声器驱动器25，并且经由扬声器26发出识别声音。举例来说，假设虚拟键盘5a在显示单元5上被指示出来，并且用户敲击按键。在这种状态中，设备控制IC23计算由接触检测单元21检测的按键的相对位置以及显示单元5上指示的按键中心。稍后将参照图21至图23详细说明这种计算。

当进行按键敲击并且发现所指示的敲击按键的位置和其中心之间的相对距离大于预定值时，设备控制IC23启动扬声器驱动器25，由此产生通知声音。所述通知声音可以具有与为普通“按键敲击”发出的识别声音不同的音调、时间间隔、模式等等。

此处可以假定用户使用显示单元5上的虚拟键盘输入信息。用户将初始位置预先记录下来。如果用户把他或者她的手指放在不同于初始位置按键的按键上，那么设备控制IC23识别出与用户手指接触的是不同于初始位置按键的按键，并且可以发出不同于当用户触摸初始位置按键时发出的声音的另一通知声音(例如音调、时间间隔或者模式)。

在下部壳体2A中设置有光发射单元27，并且它根据由设备控制IC23确定的接触状态而发光。举例来说，当识别出用户把他或者她的放在初始位置按键上时，设备控制IC23使光发射单元27发光。

存储器24存储对象在预定时间段内的接触位置和接触强度的历史记录。存储器24可以是随机存取存储器(RAM)、诸如闪存之类的非易失存储器、诸如硬盘或者软盘之类的磁盘、诸如压缩光盘之类的光盘、IC芯片、盒式磁带等等。

接下来描述如何存储各种信息处理程序。所述输入设备20在存储器24中存储信息处理程序，该程序使接触位置检测单元21和设备控制IC23能检测接触位置和接触强度，能确定接触状态并且能执行特殊处理(将稍后描述)。所述输入设备20包括信息读取器(未示出)，以便在存储器24中存储上述程序。所述信息读取器从诸如软盘之类的磁盘、光盘、IC芯片或者诸如盒式磁带之类的记录介质获得信息，或者从网络下载程序。当使用记录介质时，所述程序可以被容易地存储、携带或者销售。

输入信息由设备控制IC23等进行处理，所述设备控制IC23等用于执行在存储器24中存储的程序。参见图18至图23。根据信息处理程序执行信息处理步骤。

此处可以假定用户使用输入单元3的显示单元5上显示的虚拟键盘输入信息。

所述信息依照图18中示出的步骤来加以处理。在步骤S101，输入设备20在显示单元5上示出了输入设备(即，虚拟键盘)的图像。在步骤S102，所述输入设备20接收触摸板10的接触检测层10a上的检测区的数据，并且确定是否存在与诸如用户手指之类的对象相接触的检测区。当没有与所述对象相接触的区域时，所述输入设备20返回到步骤S102。否则，输入设备20前进到步骤S104。

在步骤S104，所述输入设备20检测对象与接触检测层10a接触的位置，并且在步骤S105检测接触强度。

在步骤S106，输入设备20提取对应于检测到的接触强度的特征量，把提取出的特征量或者使用特征量计算的值与预定阈值进行比较，并且标识虚拟键盘上的对象的接触状态。如上所述，所述接触状态可以分类为“未接触”、“接触”或者“按键敲击”。图7示出了“按键敲击”，即，接触区域A最初基本上是零、但是突然增加。这种状态被识别为“按键敲击”。具体来讲，提取接触区域的尺寸作为特征量，如图6和图7所示。使用接触区域的尺寸来推导区域速度或者区域加速度，即，计算特征量ΔA/Δt或者Δ2A/Δt²。当此特征量超出阈值时，接触状态被确定为“按键敲击”。

特征量ΔA/Δt或者Δ2A/Δt²的阈值取决于使用中的用户或者应用程序，或者即使同一用户重复地操作所述输入单元也可以随时间逐渐改变。所述阈值将在适当的时间被学习和重新校准而不是使用预定的并且固定的阈值，以便改善接触状态的精确识别。

在步骤S107，所述输入设备20确定是否进行了按键敲击。如果没有，那么输入设备20返回到步骤S102，并且获得检测区的数据。在“按键敲击”的情况下，输入设备20前进到步骤S108，并且通知计算机主要单元30是“按键敲击”。在此状态中，输入设备20还返回到步骤S102，并且获得检测区的数据以便用于后续的接触状态检测。并行执行上述处理。

在步骤S109，所述输入设备20改变虚拟键盘上的指示模式，以便指示“按键敲击”，例如改变敲击按键的亮度、色彩、形状、轮廓线的模式或者厚度，或者按键的闪烁/稳定发光，或者闪烁/稳定发光间隔。此外，输入设备20检查预定时间段是否过去。如果没有，则输入设备20保留当前指示模式。否则，输入设备20把虚拟键盘的指示模式返回至正常状态。作为选择，输入设备20可以判断敲击按键是否闪烁了预定次数。

在步骤S110，输入设备20发出识别声音(即，警报)。稍后将参照图21详细地描述这一步骤。

图19示出了在步骤S106的“按键敲击”的处理。

首先，在步骤S1061，输入设备20提取多元数据(特征量)。举例来说，基于图7中示出的图表提取如下内容：接触区域的最大尺寸A_max、通过对接触区域A求积分而推导的接触区域A的瞬态尺寸S_A、实现接触区域的最大尺寸A_max的最大时间T_P以及按键敲击从开始到结束的总时间段T_e。上升斜度k＝A_max/T_P等是基于上述特征量来计算的。

特征量的上述定性和物理特性示出了如下倾向。用户手指越厚并且按键敲击越强，接触区域的最大尺寸A_max越大。按键敲击越强，接触区域A的瞬态尺寸S_A越大。用户手指越软并且按键敲击越强和越慢，接触区域达到最大尺寸的时间T_P越长。按键敲击越慢并且用户手指越软，总时间段T_e越长。此外，按键敲击得越快和越强，并且用户手指越硬，上升斜度k＝A_max/T_P越大。

通过平均各个用户的多次按键敲击的值来推导特征量，并且将其用于识别按键敲击。只有识别出的按键敲击的数据才被累积并且分析。此后，设定阈值以便识别按键敲击。在该情况下，由用户取消的按键敲击不计在内。

可以对所有按键测量特征量。有时，识别按键敲击的准确度可以通过对每个手指、每个按键或者每组按键测量特征量来加以改善。

可以为上述变量确定单独的阈值。所述按键敲击可以基于条件分支(例如，当一个或多个变量超出预定阈值时)来加以识别。作为选择，所述按键敲击可以使用更加复杂的技术、诸如多元分析技术来识别。

例如，记录多次按键敲击。基于规定的多元数据集来学习马哈拉诺比斯(Mahalanobis)空间。按键敲击的马哈拉诺比斯距离是使用马哈拉诺比斯空间计算的。马哈拉诺比斯距离越短，按键敲击被识别得越准确。参见McGraw-Hill出版公司出版的ISBN号为0-07-136263-0的“The Mahalanobis-Taguchi System”等等。

具体来讲，在图19中示出的步骤S1062中，为多元数据的每个变量计算平均值和标准偏差。原始数据须经过使用平均值和标准偏差的z-变换(此过程称作“标准化”)。然后，变量之间的相关系数被计算以便推导相关矩阵。有时，此学习过程在收集初始按键敲击数据时只被执行一次，并且不进行更新。然而，如果用户的按键敲击习惯改变，如果输入设备机械地或者电气老化，或者如果按键敲击的识别准确度由于某种原因而下降，那么将执行重新学习，以便改善识别准确度。当多个用户登录时，可以为每个用户改善识别准确度。

在步骤S1063，使用平均值、标准偏差和一组相关矩阵来计算待识别的按键敲击数据的马哈拉诺比斯距离。

在步骤S1064，识别所述多元数据(特征量)。举例来说，当马哈拉诺比斯距离小于预定阈值时，将所述对象识别为处于“按键敲击”状态。

当使用马哈拉诺比斯距离越短识别按键敲击越可靠的算法时，与像用于用户识别那样使用特征量的情况相比较，可以进一步改善用户识别。这是因为当使用马哈拉诺比斯距离时，是在考虑到学习的变量之间的相关性的情况下来进行识别、即模式识别的。即使峰值A_max基本上接近按键敲击数据的平均值，而最大时间T_P很长，也将准确地识别出不同于按键敲击的接触状态。

在此实施例中，按键敲击是基于使用马哈拉诺比斯空间的算法来识别的。不用说，使用其它多元分析算法也可以识别多个变量。

接下来参照图20描述改变用于指示“未接触”和“接触”状态的指示模式的过程。

步骤S201和S202与图18中示出的步骤S101和S102相同，并且将不再提及。

在步骤203，输入设备20确定接触检测层10a是否被对象触摸。如果没有，输入设备20前进到步骤S212。否则，输入设备20转到步骤S204。在步骤S212，输入设备20识别出所述按键在虚拟键盘上处于“未接触”状态，并且改变按键指示模式(以便指示“待机状态”)。具体来讲，通过改变不同于“接触”或者“按键敲击”状态的亮度、色彩、形状、轮廓线的模式或者厚度来指示未接触状态。输入设备20返回到步骤S202，并且获得检测区的数据。

步骤S204至S206与步骤S104至S106相同，并且此处不会再描述。

当在步骤S207没有识别出按键敲击时，输入设备20前进到步骤S213。在步骤S213，所述输入设备20识别出对象与虚拟键盘上的按键接触，并且把指示模式改变为用于“接触”状态的指示模式。输入设备20返回到步骤S202，并且获得所检测到的区域的数据。当识别出按键敲击时，输入设备20前进到步骤S208，然后返回到步骤S202以便识别后继状态，并且接收检测区域的数据。

步骤S208至S211与步骤S108至S111相同，并且此处不会再进行描述。

在步骤S110(图18中示出)，如果实际敲击按键的位置不同于输入设备上指示的图像(即，虚拟键盘)，那么产生警报。

参见图21，在步骤S301，输入设备20获取按键敲击标准坐标(例如，基于敲击按键的接触检测器10b的坐标组近似表示的重心坐标)。

接下来，在步骤S302，所述输入设备20把按键敲击标准坐标和虚拟键盘上敲击的按键的标准坐标(例如，中心坐标)进行比较。计算如下内容：按键敲击标准坐标和标准坐标之间的偏差(称为“按键敲击偏差向量”)，即，在按键敲击标准坐标和敲击按键的标准坐标之间延伸的x和y平面上的方向和长度。

在步骤S303，所述输入设备20标识敲击按键的坐标存在于虚拟键盘上的每个按键顶端的哪个部分。所述键顶可以被分为两个或者五个部分，如图22和图23所示。用户可以确定键顶上的各部分。图22和图23中示出的部分55是准确敲击按键的地方。

输入设备20基于识别出的部分来确定识别声音。具有各种音调、时间间隔或者模式的识别声音用于图22和图23中示出的部分51至55。

作为选择，输入设备20可以基于按键敲击偏差向量的长度来改变所述识别声音。举例来说，按键敲击偏差向量越长，识别声音具有的音调越高。间隔或者音调可以根据按键敲击偏差向量的方向而改变。

如果用户跨越一个键顶的两个部分来进行触摸，那么可以产生中级声音以便表示两个部分。作为选择，中级声音可以根据接触部分的相对尺寸来产生。可以为较大的部分产生声音。

在步骤S305，输入设备20以预定音量产生所选择的识别声音。输入设备20检查预定时间段是否过去。如果没有，则将连续地产生识别声音。否则，输入设备20停止所述识别声音。

就步骤S304而论，为部分51至55提供了不同的识别声音。作为选择，用于部分55的识别声音可以不同于用于部分51至54的识别声音。举例来说，当敲击部分55时，输入设备20识别适当的按键敲击，并且产生不同于用于其他部分的识别声音的识别声音。作为选择，在该情况下将不产生声音。

用户可以根据部分55在键顶上的百分比或者比例来根据需要确定部分55的尺寸或者形状。此外，部分55可以基于击中率或者按键敲击偏差向量的x和y分量的分布来自动地加以确定。

作为选择，可以根据敲击部分是处于部分55中还是处于部分55之外来为部分51至54产生不同的识别声音。

所有按键的部分55可以独立地或者同时被调节，或者所述按键可以被分为多个组，其中每个组将分别地被调节。举例来说，主要按键的按键敲击偏差向量可以一次全部地被累积。这种按键的形状和尺寸可以同时被改变。

输入设备20使用信息处理方法和程序，并且执行用于验证用户、保护设备、保护用户和选择字符模式的特殊处理。假定用户使用虚拟键盘输入信息。

当用户敲击按键以便输入一串特殊的字符(构成“密码”)时执行用户验证。参见图24和图25。只有当用户的按键敲击特性数据(诸如按键敲击压力、接触区域的尺寸变化或者按键敲击时间的历史记录)和字符串数据与预定的数据一致时，才对用户进行验证。密码和按键敲击特性数据已经存储在存储器24(图4中示出)中。

在步骤S501，所述输入设备20基于输入的密码来识别按键敲击。

然后，在步骤S502，输入设备20标识字符串，如稍后描述的那样。

在步骤S503，输入设备20检查输入的密码是否与存储的密码一致。当它们相同时，输入设备20前进到步骤S503。否则，输入设备20跳转到步骤S507，以便执行不一致的处理，例如使输入设备20无法操作。

输入设备20提取与按键敲击特性数据(即，按键敲击压力、接触区域的尺寸变化或者按键敲击时间的历史记录)相关的特征量。把提取出的特征量与预定的特征量进行比较，并且当它们相同时对其进行识别。

平均按键敲击压力势必随各个用户而改变，并且势必会发生波动。此外，按键敲击强度随各个按键和用户手指而改变。对每个用户分析这些特性，存储用于精确定位(pinpoint)用户的特征量，并且把所存储的特征量与按键敲击数据比较。因此，执行用户验证。

接触区域的尺寸变化取决于用户手指的厚度和灵活性、按键敲击强度和用于按键敲击的手指。因此，接触区域的尺寸以及接触区域尺寸随时间变化的历史记录也势必改变。参照图26，用户手指经由区域A(称为“接触区域A”)和键顶接触。如图27A所示，当用户手指在敲击的按键上逗留时，接触区域A的尺寸改变。当按键敲击之后立即把手指远离按键时，接触区域A改变其尺寸，如图27B所示。在后者情况中，用户轻轻地敲击按键。按键敲击时段取决于用户。接触区域A的尺寸不同地改变，如通过图27A中示出的曲线a、b、c和d示出的那样。在图27A和图27B中，没有示出比例或者单位。当安装部件时可以使用实际值。

特征量是如参照图19中示出的步骤1061至1064所描述的那样而提取的，并且此处不再描述。

在步骤S506，输入设备20检查提取出的特征量是否与预定的特征量一致。当它们相同时，输入设备20前进到步骤S509。否则，输入设备20转到步骤S508，并且停止起作用。

当在步骤S509验证用户时，将执行起动处理。作为选择，将激活电源开关。在确保微型计算机的安全性、降低功耗或防止当微型计算机被错误启动同时被携带时造成的单元损坏、以及防止如果微型计算机在手提袋或外壳中因受热或其它情况而产生的问题等方面，这种措施是十分有效的。

诸如验证错误的次数和时段之类的预定条件被存储。当重复地检测到验证错误时，将它们与存储的数据进行比较。如果它们与所存储的数据冲突，那么可能由于密码被第三方故意误用而使得微型计算机不能工作，或者没有数据可以被读取。

参照图25详细说明步骤S502(图24中)。在步骤S5021，输入设备20获得由用户敲击的按键的坐标数据，并且把获得的坐标与字符的预定坐标进行比较。

在步骤S5023，推导表示敲击按键的坐标和字符的预定坐标之间的差异的差量向量组。所述差量向量组包括对应于输入字符(构成密码)的向量。基于只由各个差量向量的起点组成的起点组和只由各个差量向量的终点组成的终点组，使用最小二乘法来创建初级(primary)直线。

y＝a₁x+b₁

y＝a₂x+b₂

在步骤S5024，将a₁和a₂进行比较。因此，检查当敲击按键时从xy平面中的基准点的旋转角度是多少。计算角度校正量。否则，密码中的字符被分成其中字符在一条线中可以具有相同y坐标的组。因此，沿x轴方向的角度被平均。使用所述平均角度作为角度校正量，就像当密码字符处于一条线时那样。

接下来，在步骤S5025，将起点组的键盘标准位置与基于终点组估计的键盘标准位置进行比较，由此计算用于校正x间距和y间距的量。对于此计算可以想到各种方法。举例来说，可以仅仅比较起点组坐标的中点和终点组坐标的中点，由此导出x轴方向和y轴方向之间的差异。

在步骤S5026，独立地调节沿x方向的扩展的进度(pace ofexpansion)(kx)以及沿y方向扩展的进度(ky)，以便最小化起点组和终点组的x坐标和y坐标之间的误差。此外，用于校正标准原点的量可以说明式地推导(使用数值计算方法)，以便最小化误差的平方和，或者算术上使用最小二乘法。

在步骤S5027，输入设备20验证密码的字符串，即，确定输入的密码是否与预先存储的密码一致。

在步骤S5028，所述输入设备20根据在步骤S5024至S5026计算的角度校正量、x间距以及y间距校正量以及标准原点校正量来指示校正的输入范围(即，虚拟键盘25)。

在步骤S5024、S5025以及S2056的计算是分别进行的，以便把适当的变换T应用于当前键盘布局，从而将向用户提供优选的键盘布局。当前键盘布局可以是当微型计算机发货时提供的键盘布局或者是过去校正的键盘布局。

作为选择，变换T可以如下被导出。首先，请求用户敲击由N个字符组成的字符串S。把触摸板上的N个二维坐标的集合U(其与键顶中心坐标偏离)与用于字符串S的按键的键顶中心坐标C相比较。确定变换T，以便最小化上述坐标之间的差异，如以下将描述的那样。对于此计算将使用任意方法。二维坐标或者二维向量由[x，y]表示。

由N个二维坐标组成的集合U可以表示为[xi，yi](i＝1，2，...，N)。变换T之后的中心坐标C′可以表示为[ξi，ηi](i＝1，2，...，N)。总体上，变换T通过坐标组的平行位移、旋转、扩展或者收缩来实现，[e，f]表示用于代表平行位移的向量。θ表示旋转角度。λ表示放大/收缩系数，可以基于作为整体的当前键盘布局的中点[a，b]以及平均坐标U[c，d]＝[(x1+x2...+xN)/N，(y1+y2...+yN)/N]来计算[e，f]＝[c-a，d-b]。当所述当前键盘布局根据旋转角度θ以及放大/收缩系数λ变换时，变换后的坐标将是[ξi，ηi]＝[λ{(Xi-e)cosθ-(Yi-f)sinθ}，λ{(Xi-e)sinθ+(Yi-f)cosθ}]，(i＝1，2，...，N)。假定θ和λ的初始项被分别设置为0和1。参数θ和λ(其最小化平方的距离Δi＝(ξi-xi)^2+(ηi-yi)^2的和Δ1+Δ2+...，ΔN)是使用顺序二次规划(SQP)方法数学推导出来的。通过应用计算的θ和λ推导的已变换坐标集[ξi，ηi](i＝1，2，...，N)表示新的键盘布局。当变换后的坐标集C′由于错误键入等而具有较大误差量时，可以不必集中θ和λ。在这种情况下，不执行字母串的验证，并且不应该调节键盘布局。因此，再次请求用户敲击字母串S的按键。

作为选择，有时当分别沿x和y方向调节λ时，可以实现更加合适的结果，从而可以优化横截间距和垂直间距。

此外，当适当地设计变换T时，可以在其中依照弯曲状态设置有按键的键盘上、在其中可以在独立的地方设置由左手敲击的一组按键和由右手敲击的一组按键的键盘上调节键盘布局。

可以把上述布局调节独立地应用于由左右手敲击的按键。可以采用上述算法，以便像市场上的一些计算机中那样，以扇形形状不规则地设置左手和右手的按键。

上述校正只有在验证时才使用。校正后的按键布局半不会被指示在显示单元上，或者部分校正或者修改的键盘布局只有当进行间距调节时才被指示。当把按键偏离下部壳体的边缘而设置时，或者当不对称地设置它们时，使用键盘会感到不舒服。在这种情况下，不再设置旋转角度，或者将对称地设置按键。

就其便利性和外观而论，通过如上所述运用各种几何限制将改善键盘布局。

参照图28，检测接触到触摸板的对象的接触强度，并且当接触强度对触摸板产生不利影响时，发出警告或者使输入设备20不能工作。根据存储在存储器24中的接触强度或者接触位置的历史记录来计算接触强度影响触摸板的指标。当所述指标超出预定阈值时，将发出警告，或者使输入设备20不能工作。

在步骤S601，输入设备20识别用户在虚拟键盘25上敲击按键。

在步骤S602，输入设备20提取与接触强度相关的特征量。举例来说，基于图7中示出的图表提取如下内容：接触区域的最大尺寸A_max、接触区域A的瞬态尺寸S_A、实现接触区域的最大尺寸A_max的达到接触区域最大尺寸的时间T_P、以及总时间段T_e、上升斜度k、按键敲击次数、微型计算机的操作长度等等。在步骤S603，输入设备20在存储器24中存储特征量的历史记录。

在步骤S604，输入设备20使用一个或者多个特征量来计算所述指标，所述特征量即：接触区域A的最大尺寸A_max、接触区域A的瞬态尺寸S_A、实现接触区域A的最大尺寸A_max的最大时间T_P、以及总时间段T_e、上升斜度k、按键敲击次数、微型计算机的操作长度等等。所述指标可以取决于上述特征量的最大值，或者可以基于微型计算机的物理特性来确定。对于所计算的指标设置警告阈值，并且它是可能损坏触摸板的最小值。

在步骤S605，输入设备20检查特征量是否超出警告阈值。如果没有，输入设备20返回到步骤S601。否则，输入设备20前进到步骤S606。

在步骤S606，输入设备20检查所述指标是否超出警告阈值达预定倍数。如果没有，输入设备20前进到步骤S608。否则，输入设备20转到步骤S607。

在步骤S608，输入设备20发出警告，所述警告例如是“你的按键触摸过强，请轻轻地敲击按键以便保护输入设备”之类的消息，并将其指示在微型计算机的显示单元上。

在步骤S607，输入设备20进行设备保护处理。举例来说，显示单元示出另一消息“你的按键触摸过强。由于微型计算机会被损坏，所以将启动按键敲击限制器”。然后，在预定时间段内将无法输入任何信息。

在警告的情况下，用户可以继续敲击按键。另一方面，在微型计算机保护处理期间，输入设备20可被强制地暂停。在要求用户轻轻地敲击按键的过程中这是十分有效的。

图29示出了被执行以便提取用户敲击触摸板上的按键的强度的处理。如果接触强度为用户施加了不必要的负担，那么将发出警告，或者将使输入设备20不能工作。具体来讲，会令用户背负不必要负担的接触强度的指标是基于存储在存储器24中的接触强度和接触位置的历史记录来计算的。

在步骤S701，输入设备20识别用户在虚拟键盘上敲击按键。

在步骤S702，输入设备20使用与所述接触强度相关的特征量来计算所述指标，所述特殊量即：接触区域的最大尺寸A_max、接触区域A的瞬态尺寸S_A、实现接触区域最大尺寸A_max的最大时间T_P、以及总时间段T_e、上升斜度k、按键敲击次数、微型计算机的操作长度等等。在步骤S703，输入设备20在存储器5中存储特征量的历史记录。

在步骤S704，输入设备20使用与所述接触强度相关的特征量来计算所述指标，所述特殊量即：接触区域的最大尺寸A_max、接触区域A的瞬态尺寸S_A、实现接触区域最大尺寸A_max的最大时间T_P、以及总时间段T_e、上升斜度k、按键敲击次数、微型计算机的操作长度等等。所述指标可以取决于上述特征量的最大值，或者可以基于微型计算机的物理特性来确定。对于所计算的指标设置警告阈值，并且它是所述接触强度令用户背负不必要负担的最小值。

在步骤S705，输入设备20检查特征量是否变得大于警告阈值。如果没有，输入设备20返回到步骤S701。否则，输入设备20前进到步骤S706。

在步骤S706，输入设备20检查所述指标是否超出警告阈值达预定倍数。如果没有，输入设备20前进到步骤S708。否则，输入设备20转到步骤S707。

在步骤S708，所述输入设备20发出警告。举例来说，将指示消息“你的按键触摸过强。请轻轻地敲击按键或者给你带来不必要的负担”。

在步骤S707，输入设备20执行用户保护处理。举例来说，将指示诸如“你的按键触摸过强。将启动按键敲击限制器”之类的消息。此后，当识别出非常强的按键敲击时，将在一定的时间段内使输入设备20不能工作。

在警告的情况下，用户可以继续敲击按键。另一方面，在用户保护处理期间，输入设备20可被强制地中断。在要求用户轻轻地敲击按键的过程中这是十分有效的。

在先前的描述中，假设用户使用他或者她的手指作为对象来敲击按键。此外，通过执行警告处理还将保护诸如输入笔之类的对象。

在图30中示出的处理中，根据接触强度把字符从大写字母转换为小写字母，反之亦然。为了使第一个字符大写，只要求用户强烈地敲击按键。输入设备20根据接触强度使第一个字符的按键大写。通常，还会在键盘或者输入/单词转换程序的模式上敲击诸如“Crtl”键之类的特殊按键，为此目的改变所谓的前端处理器。具体来讲，用户强烈地敲击应该被大写的按键，并且以正常强度敲击其它的按键。

在步骤S801，输入设备20识别出用户敲击虚拟键盘25上的按键，并且如参照图28中示出的步骤S602和S603所述的那样提取特征量。

在步骤S802，输入设备20使用一个或者多个特征量来计算按键敲击强度指标，所述特征量即：接触区域的最大尺寸A_max、接触区域A的瞬态尺寸S_A、实现接触区域最大尺寸A_max的最大时间T_P、以及总时间段T_e、上升斜度k、按键敲击次数、微型计算机的操作长度等等。所述指标可以取决于上述特征量的最大值，或者可以使用由多个特征量组成的指标计算公式来加以确定。为所计算的指标设置阈值。

在步骤S803，输入设备20把所计算的指标与阈值进行比较。当所述指标大于阈值时，输入设备20前进到步骤S804。否则，输入设备20转到步骤S805。

在步骤S804，输入设备20识别出强烈地敲击按键表示特殊字符，即大写字母字符。

所述输入设备20识别出以普通强度敲击的按键表示普通字符(小写字母字符)。

采用微型计算机，所述输入设备20包括接触检测单元21(起接触位置检测器和接触强度检测器的作用)和设备控制IC 23(作为确定单元)，并且可以检测用户手指是仅仅放置在触摸板的接触检测层10a上，还是有意放置在接触检测层10a上以便输入信息。为此目的，使用了与接触强度相关的特征量。此外，使用了信息处理方法和程序。

所述接触强度可以根据接触区域的尺寸或者接触压力来进行检测。此外，与在使用常规压力传感器类型的触摸板时根据敲击按键的压力和强度检测到接触状态的情况相比较，根据接触区域的尺寸准确地检测接触强度是可能的。

当使用相关领域的红外线类型或者图像传感器类型的触摸板时，只检测接触区域的尺寸或者形状，从而会难以区别“按键敲击”和“接触”。上述实施例的输入设备20可以非常容易并且准确地检测到对象的接触状态。

此处可以假定相对硬并且小于手指的输入笔与接触检测层接触。在该情况下，接触区域的尺寸非常小，并且不管接触压力如何，保持基本不变。然而，通过估计接触区域尺寸随时间的变化可以可靠地检测到输入笔的接触强度。

到目前为止，很难迅速地识别多个敲击的按键。上述实施例的输入设备20可以准确地识别敲击的按键以及用户手指仅仅放置在其上面的按键。因此，即使当娴熟的用户非常快速地敲击按键时，即，在细微的时间间隔内依照重叠方式敲击多个按键时，也可准确识别出所敲击的按键的接触状态。

设备控制IC23(作为确定部分)把与接触强度或者值(基于特征量计算的)相关的特征量与预定阈值进行比较，借此能够使接触状态被识别。用户可以根据他或者她的按键敲击习惯来调节阈值。如果多个用户操作同一机器，那么设备控制IC23可以考虑到用户的按键敲击习惯来准确地识别接触状态。此外，如果用户一时持续操作按键，那么按键敲击强度将被改变。在这种情况下，用户可以根据需要调节阈值以便保持舒适的使用环境。更进一步讲，为单个登录用户存储阈值，然后把所述阈值作为初始值用于各个用户。

在图4中，显示驱动器22(作为显示控制器)和显示单元5可以根据接触状态改变输入设备的指示模式。举例来说，当指示虚拟键盘时，可以容易地识别用户手指的“未接触”、“接触”或者“按键敲击”状态。在帮助用户习惯于输入设备20的过程中，这是十分有效的。依照不同于“未接触”和“按键敲击”状态的方式来示出“接触”状态，这使用户能知道用户手指是否位于初始位置按键上，并且总是把手指放置在初始位置上。

按键的亮度可随着接触状态改变，这使得输入设备20能够在昏暗的地方使用。此外，输入设备上的生动和动态指示将为用户提供附带好处，例如使用输入设备20的乐趣、有趣的感觉、对所有物的爱好、满足感等等。

输入设备20、设备控制IC23(作为通告部分)和扬声器26的组合可以根据对象接触位置和输入设备20上的图像位置之间的关系来发出识别声音。这使用户能知道重复的打字错误或者偏离每个按键中心的量。用户可以练习以便减少打字错误并且变得熟练。

输入设备20和设备控制IC23(作为通信部分)向设备通知所述接触状态，其中所述设备响应于来自输入设备的信号实际处理所述信息。举例来说，当用户手指位于初始位置上时，此状态将被通知给终端设备。

输入设备20的光发射单元27根据接触检测层10a(图2)上的对象的接触状态来发光。举例来说，用户可以看见并且识别出他或者她的手指位于按键发光的初始位置。

设备控制IC23(起特殊处理执行单元的作用)可以准确地确定输入设备上的对象的接触状态，并且执行诸如对象验证、设备保护、用户保护和字符转换之类的特殊处理。所述设备控制IC23作为特殊处理部分在如下方面是有利的。

设备控制IC23可以通过比较特征量与预定阈值来验证所述对象。这在防止用户的保密信息被泄漏给除指定当事人之外的任何人的方面是有效的。

所述接触强度阈值被设置，以便当对象(即，用户)以可能对接触检测层10a产生不利影响的强度与接触检测层10a接触时，发出警告，或者使输入设备20不能工作。如果用户过度地或者过于强烈地敲击按键或者初学者以不必要的强度敲击按键，那么这在保护微型计算机免于诸如耗损、故障以及损坏之类的问题方面十分有效。

所述接触强度阈值被设置，以便当对象(即，用户)以可能会向用户施加不必要负担的强度敲击按键时，发出警告或者使输入设备20不能工作。这在保护用户方面十分有效。

此外，根据特征量是否超出预定阈值来进行字符转换。举例来说，为了使英文单词的第一个字符大写，要求用户只要强烈地敲击按键。输入设备20根据接触强度来将其大写。通常，还会在键盘或者输入/单词转换程序的模式上敲击换档键，为此目的改变所谓的前端处理器。具体来讲，用户强烈地敲击应该被大写的按键，并且以普通强度敲击其它的按键。

其它实施例

虽然上文已经参照某些实施例描述了本发明，但是本发明不局限于上述实施例。根据上述教导，本领域技术人员将想到如上所述的实施例的修改以及变化。

例如，在先前的实施例中，把输入单元3与计算机主要单元30集成。作为选择，可以依照现有的连接规范、使用通用串行总线(USB)等把外部输入设备连接至计算机主要单元30。

图31示出了这样的例子，其中外部输入设备20与微型计算机主要单元相连，并且输入设备的图像(例如，虚拟键盘25以及虚拟鼠标23)被显示在显示单元(LCD)5上。USB电缆7用于把输入设备20连接至微型计算机主要单元。与键盘上敲击的按键有关的信息从输入设备20被传输给微型计算机主要单元。处理后的数据被显示在连接至计算机主要单元的显示单元上。

图31的输入设备20处理所述信息，并且在显示单元5上示出作为输入单元3的虚拟键盘5a(如图18至图21所示)、虚拟鼠标5b等，与图1的输入设备20类似。此外，输入设备20执行图24、图25和图28至图30中示出的特殊处理。这些操作可以在微型计算机主要单元的控制下执行。

参照图32，微型计算机主要单元130与装备有输入设备141的外部输入单元140相连。所述输入设备141从图形电路35(微型计算机主要单元130的)经由显示驱动器22接收虚拟键盘等的数字图像信号。所述显示驱动器22使显示单元5示出虚拟键盘5a等的图像。

按键敲击/接触位置检测单元142检测触摸板10的接触检测层10a上的对象的接触位置和接触状态，如上参照图18至图21所述那样。检测到的虚拟键盘或者鼠标的操作结果经由键盘连接电缆(PS/2电缆)或者鼠标连接电缆(PS/2电缆)传输给计算机主要单元130的键盘/鼠标端口46。

所述微型计算机主要单元130处理接收到的虚拟键盘或者鼠标的操作结果，使图形电路35把代表操作结果的数字图像信号发送至显示单元150的显示驱动器28。所述显示单元29响应于所述数字图像信号来指示图像。此外，所述微型计算机主要单元130把数字图像信号从图形电路35发送到显示驱动器22。因此，显示单元5上显示的色彩等(如图16和图17所示)将被改变。在上述情况中，计算机主要单元130起显示控制器、接触强度检测器、特征量提取单元和特殊处理执行单元的作用。此外，响应于键盘或者鼠标的操作结果，所述微型计算机主要单元130执行图24、图25和图28至图30中示出的特殊处理。在该情况下，所述微型计算机主要单元130在主存储器34中存储如下信息：用于用户验证的密码；基准按键敲击压力；接触区域尺寸的变化或者按键敲击时间的历史记录。把从输入单元140接收的键盘或者鼠标的操作结果与存储在主存储器34中的信息进行比较。根据比较结果，所述微型计算机主要单元130执行图24、图25或者图28至图30中示出的用户验证、设备或者用户保护、或者按键转换。必要时，将经由音频信号输出电路47从扬声器48发出警报，或者将从图形电路35向输入单元140的显示驱动器22或者向显示单元150的显示驱动器28传输数字可视信号。代表用户验证、设备或者用户保护、或者按键转换的图像被显示在显示单元150的显示板29上，或者显示在输入单元140的显示板5上。此外，将从扬声器48发出音频警告。

作为选择，虚拟键盘和鼠标的操作结果可以经由USB电缆7a和7b、而不是键盘连接电缆和鼠标连接电缆发送给微型计算机主要单元130的USB设备38，如图32中的虚线所示。

图33示出了用于微型计算机主要单元130的外部输入单元140的另一个例子。在外部输入单元140中，触摸板控制/处理单元143检测在触摸板10上敲击的按键，并且把检测结果经由串行连接电缆9发送至微型计算机主要单元130的串行/并行端口45。

所述微型计算机主要单元130使用触摸板驱动器将触摸板识别作为输入单元140，并且执行必要的处理，诸如改变显示单元5上显示的键盘图像的色彩，如图16和图17所示。此外，所述微型计算机主要单元130执行图24、图25或者图28至图30中示出的用户验证、设备或者用户保护、或者按键转换。在上述情况中，计算机主要单元130起显示控制器、接触强度检测器、特征量提取单元和特殊处理执行单元的作用。

在图33所示出的例子中，可以把触摸板的操作状态经由USB连接电缆7而不是串行连接电缆9发送给USB设备38。

在上述实施例中，只在输入单元3中提供触摸板10。作为选择，可以在显示单元中提供额外的触摸板10。

参照图34，可以在上部壳体2B中安装额外的触摸板10。把上部壳体2B的触摸板10的检测结果传输给触摸板控制/处理单元143，其把检测结果经由串行连接电缆9转送至串行/并行端口45。

所述微型计算机主要单元130使用触摸板驱动器识别出上部壳体2B的触摸板，并且执行必要的处理。

此外，所述微型计算机主要单元130把数字图像信号经由图形电路35发送至上部壳体2B的显示驱动器28。然后，上部壳体2B的显示单元29指示各种图像。所述上部壳体2B经由图1中示出的铰链19使用信号线与微型计算机主要单元130相连。

所述下部壳体2A包括按键敲击/接触位置检测单元142，用于如图18至图21所示检测触摸板10的检测层10b上对象的接触位置和状态，并且把检测到的键盘或者鼠标的状态经由键盘连接电缆8a(PS/2电缆)或者鼠标连接电缆8b(PS/2电缆)提供给键盘/鼠标端口46。

所述微型计算机主要单元130根据键盘或者鼠标的操作状态经由图形电路35向显示驱动器22(输入设备140的)提供数字图像信号。图16和图17中示出的显示单元5的指示模式将相对于色彩等进行改变。

在上述情况中，计算机主要单元130起显示控制器、接触强度检测器、特征量提取单元和特殊处理执行单元的作用。键盘或者鼠标的操作结果可以经由串行连接电缆9a而不是键盘或者鼠标连接电缆传输给串行/并行端口45，如图34中虚线所示。

在下部壳体2A中，按键敲击/接触位置检测单元142可以被替换为图34中所示的触摸板控制/处理单元143。所述微型计算机主要单元130可以使用触摸板驱动器识别出键盘或者鼠标的操作结果，并且执行必要的处理。

在上述实施例中采用了阻抗薄膜类型的触摸板10。作为选择，还能够使用如图35所示的光学触摸板。举例来说，红外线扫描器类型的传感器阵列也是可用的。在红外线扫描器类型的传感器阵列中，光线从光发射X轴阵列151e至光接收X轴阵列151c进行扫描，并且从光发射Y轴阵列151d至光接收Y轴阵列151b进行扫描。其中光路以矩阵形状相交的空间是接触检测区域，而不是触摸板10。当用户试图按压显示单元5的显示层时，用户手指首先经过接触检测区域，并且打断光路151f。光接收X轴传感器阵列151c和光接收Y轴传感器阵列151b都无法接收到任何光线。因此，所述接触检测单元21(图4中示出)可以根据X和Y坐标来检测对象的位置。所述接触检测单元21检测经过接触检测区域的对象的强度(即，对象和显示单元5接触的强度)以及根据所述强度的特征量。因此，将识别出所述接触状态。举例来说，当具有某一横截面积的指尖经过接触检测层时，多条红外线被中断。每单位时间中断的红外线的增加比例取决于指尖经过接触检测层的速度。换句话说，如果强烈地按在显示板上，那么手指迅速地通过接触检测层。因此，这能够根据中断的红外线数目来检查是否强烈地敲击了按键。因此，根据检查结果，将把警告显示在输入单元3的显示单元5上。

将便携式微型计算机作为终端设备来举例说明。作为选择，所述终端设备可以是电子数据书、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话等。

在图18的流程图中，首先检测接触位置(步骤S104)，然后检测(步骤S105)接触强度。步骤S104和S105可以以相反的顺序来执行。步骤S108(通知按键敲击)、步骤S109(指示按键敲击)和步骤S110(产生识别声音)也可以以相反的顺序来执行。对于图20中示出的处理，同样如此。

Claims

1.一种输入设备，包括：

显示单元，用于指示输入位置的图像；

接触位置检测单元，用于检测与接触检测层接触的对象的位置，其中所述接触检测层设置在显示单元的显示层上；

接触强度检测单元，用于检测与所述接触检测层接触的对象的接触强度；

特征量提取单元，用于提取与检测到的接触强度相关的特征量；以及

特殊处理执行单元，用于把提取出的特征量与预定阈值进行比较，并且执行特殊处理。

2.如权利要求1所述的输入设备，其中所述特征量涉及接触强度、接触强度的变化或者接触时间的时段，并且所述特殊处理执行单元在把所提取的特征量与预定阈值进行比较之后验证所述对象。

3.如权利要求1所述的输入设备，其中：所述特征量涉及所述对象的接触强度或者接触位置；所述预定阈值对应于对接触检测层产生不利影响的接触强度；并且当特征量大于预定阈值时，所述特殊处理执行单元发出警告或者使输入设备不起作用。

4.如权利要求1所述的输入设备，其中：所述特征量涉及所述对象的接触强度或者接触位置；所述预定阈值对应于向对象施加不必要负担的接触强度；并且当特征量大于预定阈值时，所述特殊处理执行单元发出警告或者使输入设备不起作用。

5.如权利要求1所述的输入设备，其中：所述输入位置被显示为键盘；所述特征量涉及接触强度、接触强度的变化或者接触时间的时段；并且所述特殊处理执行单元根据特征量是否大于预定阈值来转换按键。

6.如权利要求1所述的输入设备，还包括接触强度检测器，其包括第一和第二基座，所述基座包括设置在其相对表面上的电极层、以及具有不同高度级别的点间隔物，并且所述接触强度检测器用于检测相接触的对象的接触强度。

7.一种微型计算机，包括：

显示单元，用于指示输入位置的图像；

8.如权利要求7所述的微型计算机，其中所述特征量涉及接触强度、接触强度的变化或者接触时间的时段，并且所述特殊处理执行单元在把所提取的特征量与预定阈值进行比较之后验证所述对象。

9.如权利要求7所述的微型计算机，其中：所述特征量涉及所述对象的接触强度或者接触位置；所述预定阈值对应于对接触检测层产生不利影响的接触强度；并且当特征量大于预定阈值时，所述特殊处理执行单元发出警告或者使微型计算机不起作用。

10.如权利要求7所述的微型计算机，其中：所述特征量涉及所述对象的接触强度或者接触位置；所述预定阈值对应于向对象施加不必要负担的接触强度；并且当特征量大于预定阈值时，所述特殊处理执行单元发出警告或者使微型计算机不起作用。

11.如权利要求7所述的微型计算机，其中：所述输入位置被显示为键盘；所述特征量涉及接触强度、接触强度的变化或者接触时间的时段；并且所述特殊处理执行单元根据特征量是否大于预定阈值来转换按键。

12.一种信息处理方法，包括：

在显示单元上指示输入位置的图像；

检测与显示单元的接触检测层相接触的对象的接触位置；

检测所述对象的接触强度；

提取与检测到的接触强度相关的特征量；以及

把提取出的特征量与预定阈值进行比较，并且基于比较结果来执行特殊处理。

13.如权利要求12所述的信息处理方法，其中所述特征量涉及接触强度、接触强度的变化或者接触时间的时段，并且通过把所提取的特征量与预定阈值进行比较来执行对象的验证。

14.如权利要求12所述的信息处理方法，其中：所述特征量涉及所述对象的接触强度或者接触位置；所述预定阈值涉及对接触检测层产生不利影响的接触强度；并且当特征量大于预定阈值时，发出警告或者暂停响应于对象接触的处理。

15.如权利要求12所述的信息处理方法，其中：所述特征量涉及所述对象的接触强度或者接触位置；所述预定阈值涉及向对象施加不必要负担的接触强度；并且当特征量大于预定阈值时，发出警告或者暂停响应于对象接触的处理。

16.如权利要求12所述的信息处理方法，其中：所述输入位置被指示为键盘；所述特征量涉及接触强度、接触强度的变化或者接触时间的时段；并且当所述特征量大于预定阈值时，进行字符转换。