TW200947266A - Pointing device for use on an interactive surface - Google Patents

Description

200947266 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種指向裝置 動桌面系統的指向裝置。該指 許由一使用者操控到不同位置 本發明進一步關於一種包括 之互動系統。 ’特定言之係一種用於一互 向裝置包括一握把部分以允 0 互動表面與此一指向裝置 指向裝置之該握 最後’本發明係關於一種用於決定此 把部分的一位置之方法。 【先前技術】 互動桌面系統上的有形物件偏於向此㈣統提供輸入 之一習知構件。例如，在來自如㈣嶋市pGmpeu Fabra大 學音樂技術小組（Music Technology Group)的 Reactable (huP://mtg_upf.edu/reactable/)上面，各種有形物件之大小 係用於識別不同的聲音產生器/修飾器，而此等有形物件 之方位係用於控制一輸入參數（例如，對最終結果之貢獻 量）。從該桌子下面經由電腦視覺進行追蹤。對於 Reactabk而言，只有該等物件之識別碼、位置與方位係可 基於使用者與該系統互動之目的來操控的輸入參數。 來自MIT之SenseTable係在一互動表面上形成—輸入方 法之物件亦在該等物件本身上具有一第二輸入方法之一範 例。SenseTable之物件具有一撥號控制器在其頂部上，以 機電方式追蹤該物件之狀態以及位置。亦習知其他輸入構 件，例如在WO 2006/082547-A2中所說明的該些構件：具 139042.doc 200947266 有可觸發子部分(如觸控感應區域)之有形物件。此等物件 與一互動桌面之連通係描述為經由電極接點、電荷（電容 性觸控螢幕）、無線1^或111光來完成。 此類習知有形物件报適合用於提供該等有形物件與該互 . 自系統之互動°該等物件本身及其位置與其方位可用^針 對該互動系統之輸入。該撥號控制器或可觸發子部分可提 、 #與該物件相關之額外功能性。然:而’此類有形物件對於 〇 提供—般指向裝置之功能性而言並不很有用。指向裝置 (如操縱桿、滑鼠與軌跡球）為眾人所熟知。替代性指向裝 置（如觸控板、繪圖板或光筆）亦為眾人所知。此類指向裝 置允許一使用者向一電腦輸入空間（即連續且多維的）資 料例如，扣向裝置可用於移動一游標穿過一圖形使用者 介面（GUI)。此類指向裝置亦可結合互動表面使用，例 如，藉由將該等指向裝置插入至一用於操作該互動顯示器 電胳中此類心向裝置可以係有線或無線，但總會需要 〇 某一額外能量源以允許與該系統連通。 W〇 2〇〇6/103676 A2說明一種在一互動表面上使用有形 物件提供一指向裝置之某一功能性的方法。在WO ， 2006/103676 A2中，提供一很大的互動表面。該互動表面 ' 上之一使用者或物件可具有—指向裝置之功能。揭示兩種 技術。第一，可將顯示器矩形映射至在該互動表面上之一 對應區域。在該映射區域上該使用者之位置則對應於在該 …頁示器上之一位置。此與使用一綠圖板十分類似。第二， 忒使用者相對於一平衡點之位置可用來指示一方向。此技 139042.doc 200947266 術與使用-操縱桿十分類似。.若_操縱桿之頂部係移動至 ’、中“立置的左側’則一游標將移動至左側。當該操縱桿 頂部回到其中心位置時該游標停止移動。因為初 2006/103676 A2僅使用斟大兮方去士 用對在该互動表Φ上該使用者或物件 之位置的操控以提供特殊資料，所以本文所揭示之該系统 並不非常剌於（例如）進行需要快速而精確操控該指向裝 置之遊戲。 本發明之一目的係提供一種用於一互動表面的指向裝 置該才曰向裝置允许快速且精確的操控而無需一額外能量 源以與該系統連通。 【發明内容】 依據本發明之一第_能接 心樣’此目的係藉由提供用於一互 動表面之-指向裝置而實現，該指向裝置包括一握把部 为，其用於允許由一使用者操控到不同位置之；以及一可 2部分’其具有一接觸表面用於與該互動表面接觸，該 .σ至該可成形部分使得將該握把部 U控到$等不同位置中之一個位置造成該接觸表面在該 互動表面上之—覆蓋區取得對應於該握把部分的各別位置 之一形狀。 _正如I操縱桿—樣，該使用者將該握把部分操控到不 2置以提供方向指令。依據本發明，藉由該等使用者之 Γ造成該接觸表面在該互動表面上之該覆蓋區改變形 统（其能夠偵測該覆蓋區）接著從該覆蓋區之 ㈣推斷出該指向I置之當前位置’以及該使用者之方向 139042.doc 200947266

指令。當該握把部分在一中性位置時，該覆蓋區具有一對 應的中間形狀。該可成形部分係耦合至該握把部分。當該 可成形部分與該互動表面接觸時，改變該握把部分之位置 將導致針對該可成形部分之一不同形狀及在該接觸表面上 之一不同覆蓋區。該覆蓋區形狀係藉由該使用者所施加之 機械力而改變，而該覆蓋區代表該握把部分之位置。改變 的覆蓋區形狀係藉由該互動表面解譯以（例如）以一特定速 度在該螢幕上將一游標移動於一特定方向上。依據本發 明，該指向裝置無需一能量源以提供方向指令至該互動系 統。與3亥互動系統連通無需有線或無線通信單元。 該可成形部分之一些較佳實施方案係在隨附申請專利範 圍中予以說H實施方案中，該可成形部分包括捷性 材料。藉由將該握把部分操控到另—位置，f曲該挽性材 料並改變該覆蓋區之形狀。 在另一種較佳實施 * '外Y D丨刀王7 a栝兩個 剛性部件，該等剛性部件至少包括該接觸表面之_部分並 :藉由撓性連桿耦合至該握把部分。藉由操控該握把部 为，该等剛性部件之表面接觸點 應地改變。 ^及如狀可能相 【實施方式】 該产向1據本發明之該指向裝置1G的—具體實施例。 10包括-握㈣分11以允㈣㈣不同位置。 分11可具有-手輪廊以改善該指向裝置丨。之人雜 該握把部分11較佳地由很堅硬的材料製成。一 J39042.doc 200947266 般用於指向裝置（如操控桿、軌跡球或電腦滑鼠）之塑膠可 非常適合用作該握把部分u之材料。該指向裝置1〇進一步 包括由撓性材料製成的四個彎曲支架12。例如，該等支架 12可由可彎曲軟發泡體製成。可彎曲軟發泡體可1係（例 如）聚乙烯或聚胺酯。該等四個彎曲支架12一起形成該指 向裝置10之該可成形部分。該等四個支架12係附接至該握 把部分11。#該指向裝置10係置於一表面上時，該等支架 12的部分與該表面接觸並藉此形成一覆蓋區。若接著該使 用者握住該握把部分U並將其推到某一方向，則將使得該 等撓性支架12彎曲且該覆蓋區之形狀將相應地改變。將參 考圖2、3及4來闡述此點。 圖2不意性顯示依據本發明之一系統2〇。該指向裝置】〇 係置於該互動系統20之一互動表面21上。該互動系統2〇能 夠偵測在該互動表面21上物件之存在。吾等習知，用於债 測該等物件存在之熟知技術係來自（例如）電阻、電容或紅 外線（多）觸控螢幕面板以及基於照相機的光學成像解決方 式。該互動系統20進一步包括電子電路、一處理器22或一 電腦，用於實行與該互動系統20之操作相關的處理任務。 該互動系統20可進一步包括使用者介面元件23，用於致使 該使用者與該互動系統20之間的互動。該處理器22係耦合 至該互動表面21與該等使用者介面元件23。 較佳地，該互動表面21亦具有一顯示螢幕之功能。例 如，該互動系統20可以係具有全部pc功能性之一互動系 統’而該互動表面係該PC之一顯示螢幕。正常PC功能性 139042.doc 200947266 與該互動表面21之該觸控螢幕功能性的結合提供很多新鮮 而有趣的應用。或者，該互動系統可以係一膝上SPC之一 觸控墊或類似物。依據本發明之該指向裝置1〇可以係用於 此一膝上型電腦之一非常實用的無線指向裝置。其功能確 實僅依賴於機械力，而無需任何電源供應或電連通手段。 圖3顯示圖1之該指向裝置1〇處於一中性位置之一斷面圖 及一對應覆蓋區30。該四個彎曲支架12靜置於該互動表面 ❹ ❹ 21上。該等支架12觸碰該互動表㈣之位置形成藉由該互 動系統20痛測到的覆蓋區3〇。較佳地如此圖中，該覆蓋 區30並非旋轉對稱。該等支架12中之—個支架比其他支架 12小’且因此導致在該互動表面21處之—較小接觸區域 此致使》亥互動系統2〇決定該指向裝置〗〇之方位，並因 此允許該使用者將該指向裝置嫩在該互動表面21上之任 何所需方位。在圖3 φ，4 Λ — 圖中β亥較小支架12之該接觸區域3 1界 疋《亥正向方向。無論該指向裝置Μ在該互動表面h上之方 4如何纟騎小支架12之方向上推動該握把部分Η皆將 導致-正向方向指令。尤其當該握把部分u包括一手輪廓 時，，要的係相對於該指向裝置1〇而非相對於該互動表面 界疋所有方向。而且，若該操縱桿係用在—互動桌面表 面的不同側，則番β* / 要的係該糸統根據該使用者的位置與透 視做出有意義的反應。在圖3所示之中性位置，該指向裝 置10不提供方向指令。 圖4顯示圖！之該指向裝置1〇處於—非中性位置之一斷面 圖及一對應覆蓋㈣。在此，已向後拉動該握把部分n。 139042.doc 200947266 因此’使付δ亥等撓性支架12幫曲並變形。由於該指向裝置 10之該可成形部分12已變形，則該接觸表面21之該覆蓋區 30相應地改變。前支架12鬆開與該接觸表面21之接觸而該 接觸區域31消失。後支架12之變形導致該後支架12與該接 觸表面21之接觸區域33變得比在圖3的中性位置時更大。 在圖4之情況下，該握把部分u係已向後拉動，側支架 之接觸區域32或多或少與在圖3的中性位置時相同。然 而，若向左或向右推動或拉動該握把部分〖丨，則該些接觸 區域32將明顯改變或者甚至消失。此指向裝置⑺不僅適用 於偵測至向前、向後、左及右方向而且亦適用於在該些四 個方向之間的所有方向上對該握把部分u的操控。每個方 向導致可藉由該互動系、統2(H貞測之另—特徵覆蓋區％。應 注意該覆I區30之特徵不僅取決於對該握把部分u之操控 %厌於縣徑範 、 ， -----么紙％ 口卩’刀' 食動或拉動得越遠，對該覆蓋區3G的形狀之影響越大。 外’該系統亦可記較否將該整個操縱桿向下㈣至該 面上（例如用於選擇一物件）(在此情況下所有四個接觸表1 將變形）’或者何時將該操縱桿（暫時地）從該表面上抬起 =互動系統2〇可使用—或多個不同方法來決定該使心 ^給出的哪—方向指令°為了決定該方向指令，該互！ 系統20偵測該覆蓋區3〇的一此 蓋區30之準確㈣，計算4㈣可決定該！ 兮滂金 异該覆蓋區30之總面積及/或決马 ㈣不同接觸區域3卜32、33之間的距離。較信 ’使用此等方法之'组合來達到最佳精確度。 139042.doc 200947266 圖5顯示依據本發明之指向裝置5〇 例。此指向裝置50亦包括 Θ具體實施 。該握把部分51係經由—磾H輪廓之-握把部分 52、53。由撓性材料製 ^54輕合至該可成形部分 周。在該碟片54之中2 = ⑽之圓 吵互動#面？ 、圓柱形支撐部件53，其用於在 n 指向裝置5G。該支撐部件5;可由與 ^同之材料製成，W用其他㈣。如以下參 '與6b進一步闡述，重要的係該支撐部件53俜可f

曲。該支撐部件53可進—牛—， W 步I括一彈簧用於給予該指向裝 置5〇 一更自然的彈簧桿感覺。當不向該握把部分51施加任 何力時此冑簧將自動使得該指向裝置5〇回到一中性位 置該支撐部件53之該接觸表面可包括某一特殊材料或一 吸附絨以防止該支撑部件在該互動表面21上滑動。 圖6a與6b顯不圖5之該指向裝置5〇處於不同位置之斷面 圖及覆蓋區60 °如该覆蓋區6〇中所示’該支撑部件53並非

完全旋轉對稱以便致能該系統20偵測該指向裝置50之方 位。在圖6a中，該指向裝置5〇處於一中性位置。該指向裝 置50靜置於該支撐部件53上。該環52之高度使得該環52觸 石亚不到該互動表面2 1。因此，該覆蓋區60係僅藉由該支撐 部件53之該接觸表面形成。 在圖6b中，已將該握把部分5 1推到（或拉到）某一方向 上。該撓性支撐部件53在與推動該握把部分51受推動的方 向相同之方向上彎曲。因此，該環52觸碰到該互動表面 21 ° —旦該環52觸碰到該互動表面21，該環52便受到壓 139042.doc -11 - 200947266 縮。當進一步推動該握把部分5 1遠離該中性位置時，該環 52將受到更多壓縮，且該環52在該表面21上之該接觸區域 62將更大。因此該覆蓋區60之面積係對離該中性位置的距 離之一測量。穿過該支撐部件的該接觸區域61與該環的該 接觸區域62之中心的一直線63界定由該使用者推動該握把 部分51所至之方向。

圖7顯不依據本發明之該指向裝置7〇的另一項具體實施 例。此具體實施例可包括與圖5所示具體實施例中所包括 之類似之一握把部分71與碟片74。圖7之該指向裝置川的 該可成形部分由撓性材料製成之一半球形圓頂72構成。可 提供一吸附絨73或其他構件用於防止滑動離開。 圖8a與8b顯示圖7之該指向裝置7〇處於不同位置之斷廷 圖及覆蓋區80。在所有位置，該覆蓋區⑽包括一單一接席 區賴。該接觸區域81之形狀、位置、方㈣面積㈣^ ㈣把部分71之位置。當然，該吸附絨听具有像（例如 已在圖6中顯示之一非旋轉對稱形狀。該覆蓋區80之總$

積特徵化離該中性位置之距離。推動或拉動該握把部分7 之方向83係藉由分析該覆蓋區8〇之形狀(箭頭以之兩側處 面積相同）而獲得。 圆y顯示依據本發明 m 衣直川的一具體實施令 /、使用剛性部件92與撓性連桿

W ^ 1( 疋仟W此具體實施例不需J 性、軟性材料用於該可成形 1刀在此，該可成形部4 括數個剛性部件92，贫蓉 緩由^“ 彼此相對移動，因為多 ，· 撓陡連桿95(例如絞鏈;)耦合。+ σ °亥私向裝置90包括一 139042.doc •12· 200947266 把部分91，該部分可能具有—手輪廟。該握把部分91係耦 合Ί#部件93歸在該互動表面21上支料指向裝置 9〇。該握把部分91與該支揮部件93之間的搞合使得可將該 握把部㈣操控到不同方向與位置。例如，該握把部分91 ”孩支撐邛件93之間的耦合係藉由一球形接頭與一彈簧94 之-組合提供。此指向裝置中之彈料可使得每當該使用

❹ 者不向該握把部分91施加任何力時該握把部分9 便返回到 該中性位置。 圖10埃l〇b顯示圖9之該指向i置處於不同纟置之斷面 圖及覆蓋區100。在圖1 〇a之中性位置，所有四個剛性部件 在離該支料件93之巾W目㈣離處與該互動表面21接 觸如在覆蓋區100中所見，該支擇部件93之該接觸區域 ιοί使得可決定該指向裝置90相對於該互動表面21之方 位。當已推動或拉動該握把部分91時（圖1〇b)，該支撐部件 93保持在該互動表面21上之相同位置而該等剛性部件μ在 δ亥表面上滑動以取得新位置。藉由分析該等剛性部件Μ之 接觸區域102至105的位置，可決定該握把部分之位置。例 如，連接相對接觸區域1〇2、1〇4與1〇3、1〇5的線之交點特 徵化该握把部分91之位置。或者，可使用至該支撐部件中 心之距離。應注意，當推動或拉動該握把部分時該等剛性 邓件9 2與δ亥互動表面21之間的接點之面積亦會改變.。 如圖9中之一指向裝置亦可具備多於或少於四個剛性部 件92。具有一個剛性部件92之一指向裝置可用於偵測一維 的方向私令。針對2D(二維）偵測，至少需要兩個剛性部件 139042.doc 200947266 92 應注意上述具體實施麟說而非_本發明，而熟習此 項技術者將能設計出多項替代性具體實施例，而不致背離 隨附申請專利範圍之料。在該等申請專利範圍中，任何 置於括弧之間的參考標記不應理解為限制該巾請專利範 圍。動列「包括」及其詞性變化的使用並不排除出現請求 項中未提及的元件或步驟。元件前之冠詞「_」或「_ 個」並不排除出現複數個此類元件。本發明可藉」由包括若 ❹ 干不W件的硬體並藉由-適當程式化的電腦來加以實 施。在列舉數個構件之本裝置請求項中，此等構件中 個可以係藉由同-項硬體來體現。在互不相同的中請專利 範圍附屬射敍述特定措施的僅有事實並不指示不 地使用此等措施之—組合。 〜 【圖式簡單說明】 參考上文說明的具體實施例，將闡明並 等及其它n樣。 〇 在圖式中： 圖1顯示依據本發明夕与r 4t & # β 承个I乃之5亥指向裝置的一具體實施例； 圖2示意性顯示依據本發明之一系統； 圖3顯示圖1之該指向梦 巾性位4之—斷面圖及 對應覆蓋區， 圖4顯示圖1之該指仓姑 白裝置處於一非中性位置之一斷 及一對應覆蓋區； _面圖 圖5顯示依據本發明之該指向裝置的一不同具體實施 139042.doc • 14- 200947266 例； 圖6a與6b顯示圖5之該指向裝置處於不同位置之斷面圖 及覆蓋區； 圖7顯示依據本發明之該指向裝置的另一不同具體實施 例； 圖8a與8b顯示圖7之該指向裝置處於不同位置之斷面圖 * 及覆蓋區； 圖9顯示依據本發明之該指向裝置的一具體實施例，其 ❹ 使用剛性部件與撓性連桿；以及 圖10a與10b顯示圖9之該指向裝置處於不同位置之斷面 圖及覆蓋區。 【主要元件符號說明】 10 指向裝置 11 握把部分 12 可成形部分/彎曲支架 Q 20 互動系統 21 互動表面/接觸表面 22 處理器 ' 23 使用者介面元件 - 30 覆蓋區 31 較小接觸區域 32 接觸區域 33 接觸區域 50 指向裝置 139042.doc -15- 200947266 51 握把部分 52 可成形部分/環 53 可成形部分/支撐部件 54 碟片 60 覆蓋區 61 接觸區域 62 接觸區域 63 直線 70 指向裝置 71 握把部分 72 可成形部分/半球形圓頂 73 吸附絨 74 碟片 80 覆蓋區 81 接觸區域 83 方向/箭頭 90 指向裝置 91 握把部分 92 可成形部分/剛性部件 93 支撐部件 94 彈簧 95 撓性連桿 100 覆蓋區 101 接觸區域 139042.doc - 16· 200947266 102 接觸區域 103 接觸區域 104 接觸區域 105 接觸區域 ❹ 139042.doc -17-

Claims (1)

1. 200947266 七、申請專利範圍： 1· 一種用於一互動表面（21)之指向裝置（10、50、70、 9〇)，該指向裝置（1〇、50、70、9〇)包括： —握把部分（U、51、71、91)，其用於允許由一使用 者操控到不同位置，以及 一可成形部分（12、52、72、92)，其具有一接觸表面 用於與該互動表面（21)接觸， ❹ φ 。亥握把部分（11、5〗、7丨、9丨）係以一方式麵合至該可 成形部分（12、52、72、92)使得對該握把部分（11、51、 71 91)之該操控到該等不同位置中之一個位置造成該接 觸表面在該互動表面（21)上之一覆蓋區（3〇、6〇、8〇、 1〇〇)取得對應於該握把部分⑴、51、71、91)之該各別 位置之一形狀。 其中該接觸表面並 2_如請求項1之指向裝置（10、50、90) 非旋轉對稱。 '二奮求们之指向裝置⑽⑺^”其中該可成形部分 52、72、92)包括撓性材料。 由3之指向裝置⑽’其中該可成形部分（12)包招 =性材料製成之至少三„曲支架（12)，每個支弈 Ur係附接至該握把部分⑴），每個支架⑽的另 碥包括該接觸表面之—部分。 5·(::項3之一指向襄置(5〇)，其進-步包括-支律元件 (53)用於靜置於該互動表 牛 分(叫包括由該撓性材料上广、中該可成形部 叶版成之一娘，該支撐元件（53: 139042.doc 200947266 =位於θ %内部且該環係以—方式配置成使得該接觸表 面： 當该指向裝置. 罝（50)係於一中性位置時其剛好係於 動表面（21)上方， :該心向裝置（5G)係於―非中性位置時其部分接觸該 互動表面（21)。 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. ^求項3之指向|置（7())，其中該可成形部分⑽係由 錢性材料製成之—半球形圓頂。 ❹ =項3之指向裝置(1〇、5〇、7。)，其中該 可彎曲發泡體。 ^項1之&向裝置（9G)，其中該可成形部分㈣包括 广剛性部件(92)’該剛性部件(92)包括該接觸表面 分部分並係藉由—撓性連桿（95)M合至該握把部 = 置（9G)’其中該等撓性連桿（95)係绞 〇 裝置㈤、5()、7G、9g)，其中該接觸表 r —部分包㈣於防止該接觸表面在該互動表面 U1)上滑動的附接構件。 如請求項10之指向梦^μλ H么 裝置（1〇、5〇、7〇、90)，其中該附接 構件係一橡膠條❶ 如&求項10之指向褒置（10、7Λ 構 衷置（10、50、70、90)，其中該附接 傅仟係—吸附絨。 至12中任一項之一 -種互動系統(20)，其包括如請求項1 139042.doc 200947266 才曰向裝置（1〇、50、70、9〇)及一互動表面（21)，該互動 系統（20)包括：用於決定該指向裴置（1〇、5〇、7〇、9〇) 之該可成形部分（12、52、72、92)之該接觸表面在該互 動表面（21)上的該覆蓋區（3〇、60、80、1〇〇)之特徵之構 件（22);以及用於基於該覆蓋區（3〇、6〇、8〇、1〇〇)的該 專特徵來決定该握把部分（11、51、71、91)之該位置之 構件（22)。 14. Ο 15. 16. ❹ 17. 如μ求項13之互動系統（2〇)，其中用於決定該覆蓋區 (3〇 6〇、80、1〇〇)的特徵之該等構件（22)係配置用以決 疋"玄覆蓋區（3 0、60、80、1〇〇)的分離部分之間的一距 離。 如叫求項13之互動系統（2〇),其中用於決定該覆蓋區 (3〇 60、80、100)的特徵之該等構件（22)係配置用以決 疋該覆蓋區（30、60、80、1〇〇)之一面積。 如4求項13之互動系統（20)，其中用於決定該覆蓋區 (3〇、60、80、1〇〇)的特徵之該等構件（22)係配置用以決 疋該覆蓋區（30、60、80、1〇〇)之該形狀。 一種用於決定如請求項丨至12中任一項之一指向裝置 (10、50、70、90)之一握把部分（11、51、71、91)的一 位置之方法，該方法包括： 決定該指向裝置（1〇、5〇、7〇、9〇)之該可成形部分 (12 52、72、92)之該接觸表面在該互動表面（21)上的 §玄覆蓋區（30、60、80、1〇〇)之特徵， 基於該覆蓋區（30、60、80、1〇〇)的該等特徵來決定該 握把部分（U、51、71、91)之該位置。 139042.doc