TW525092B - A method of touch control of an input device and such a device - Google Patents

A method of touch control of an input device and such a device Download PDF

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Description

525092 五、發明說明（1) * . 發明領域： 本發明一般有關一種使用者介面領域，供電子裝置 (如電腦及機器控制件）之用。更明確言之，本發明有關觸 摸靈敏使用者介面及方法，用以實現如電腦螢幕上之游標 的移動控制，或指引機器或機械手之目標移動。 發明背景： 現今，使用者操縱之裝置通常被用來與電子裝置連 結，以控制在一圖示螢幕上之游標或指標器之移動，或直 接控制一種如機器或機械手之設備的目標移動。這些裝置 某些之特徵可能是等滲壓（isotonic)裝置，可將對裝置之 使用者操縱直接在目標（如游標）上標記。這些等滲壓裝置 之某些實例如電腦滑鼠、執跡球、觸摸墊及數位轉換器平 板（digitizer tablets)。這些裝置之其它類之特徵可能 是同容積的（i s 〇 m e t r i c )，意即它們使使用者施加之力量 或力矩之方向及量與游標或目標移動之裝置相關。一種同 容積裝置之實例為操縱桿。 以輸入裝置（如電腦滑鼠）操作之兩種基本操作為π指 向π及π拖曳π 。在指向中，使用者操縱滑鼠以使游標移到 標的。在拖曳中，使用者使目標移到一目標區。人-電腦 交互學習顯示：滑鼠移動一般之特徵是較小之次移動跟在 大的主要移動之後。這些移動對應粗定位（gross p〇s i t i ο n i n g )，且之後經由使用者操縱滑鼠而細定位以使 目標或游標對準標的。
第4頁 525092 五、發明說明（2) · , 移動控制或增益（g a i η )之靈敏度是距離之間的比率， · 等滲壓裝置必須被移動以產生目標（如顯示器上之游標）之 給定移動。此也已知為在顯示器之解析度（像素）及等滲壓 ， 輸入裝置之解析度（每英吋幾點（dpi ))之間的控制-顯示比 (Control-Display ratio) 〇 一般而言，高增益裝置在初始粗定位中是快速的，但 當需要形成小精確移動時則很難控制。低增益裝置允許目 標之小精確移動且因而容易（及較快）之細定位，但在粗定 位則為無效率地緩慢。對一固定增易輸入裝置而言，於初 始粗定位對最終細調整之間的權衡典型地產生一 U形增益 成效曲線，其在適當的增益水準上有最好之成效。 · 對控制靈敏度之需求乃隨著應用而變化。對圖表使用 者介面（G U I )(如微軟之視窗）之一般應用而言，游標一般 用以選擇在中等解析顯示器上之中等大小圖誌（i c ο η )，且 此一般適合使用固定增益輸入裝置。在另一方面，經常在 CAD或圖表工作中，使用者必須從非常多的、緊密間隔 的、均勻的像素寬度標的區（如兩條線之相交處）選擇一標 的。此種細定位於使用有太高增益之裝置時會非常困難， 且對使用者會形成很大的壓迫感。因此需要一種低的或適 度增益裝置以進行精細控制。但是，C A D或圖表作業用之 顯示器解析度經常是較高的，使得以一較低或適度增益輸 入裝置移動游標橫過高解析顯示器乃需要太多的手動作且W 令人生厭的。 過去已有幾個嚐試提供更對使用者友善的裝置。
第5頁 525092 五、發明說明（3) · .
Chien之美國專利第4, 963, 858號揭示一種使用加速運動開 關之滑鼠以選擇預定增益。另一方式是Kaplan之美國專利 第5，7 9 3，3 5 4號所教示的。使用一種分開之增益控制按鈕 或腳踏板以改變使用電子電路之增益以回應按鈕或踏板壓 下的量。另一方式是Even之加拿大專利第2,2〇3,387號所 教不者，其中一種可變的傳遞元件被插入傳統滑鼠之旋轉 球及數位化編碼器系統之間，且由一桿啟動。但是，使用 分開的控制按鈕、或踏板或桿，需要使用者在同一時間統 3使用不同手足，此方式是笨拙的且很難掌握。 典型的同容積操縱桿對應使用者之手所施加之力量， 發現埋設在膝上型或筆記型電腦之鍵盤中。游標 ί ίΐίί傾ί*向*移動m涛標速度是由所施 操縱；I：曰t 1 ΐ疋。對控制能力之增益相同之窘境也發生在 期'望^处 者已發現私標時間（ρ 〇 i n t i n g t i m e s )會被 ΐ t二執γ Γ作之滑鼠慢m。另-個關心的事 施A赴\見 或疋缺乏肌肉運動知覺之回饋，因為在力量 用^ ^ 5，使用者之手足極少移動。例如，為了減慢，使 則Μ湃，t剛好之正確數量釋放操縱桿上之壓力。太少， 地/，Γ二接近其S標處。太多，則游標飛過g標。再次 θ# Μ > =要好的手眼統合，而變得難以掌握，因任何延長 ' =用而令人厭煩，且實際上令人感到挫折。 G虛已Λ7有各種嘴試想要改善同容積操縱桿之肌肉運動知覺 入二I ^SUtake之美國專利第5, 8 0 5, 1 3 7號描述一種3D輸 玉1益’且建議在給定方向中游標或目標移動（〇 b〗e c t
525092 敏感墊上之力量 人機工程方式達 移動及力量的決 算之需求，從力 動作與目標回應 令人無法接受。 3 9號描述一種觸 -敏感觸摸塾上 由將力量分割成 了使用瞬間力量 雜性。但是，此 按鈕，且沒有等 為這些操作是分 五、發明說明（4) movement)速度會回應施力口於對應的力量— 的大小。但是，沒有教示任何有關如何以 成之結構或方法。相反地，該專利教示： 定在觸摸墊上是兩個分離的操作。由於計 量之施加，游標回應經歷了時間延遲。於 之間的時間遲延是令人失去方向知覺的且 Yoshikawa等人之美國專利第5,815，1 摸啟動輸入裝置，其教示：可使用在力量· 所施加之力量來改變目標之移動速度。藉 數個水準及使用速度因數之查閱表，簡化 作為變數（其被計算且有隨行的遲延）之複 裝置基本上是在觸摸墊之頂面上的操縱桿 滲壓裝置之直覺的肌肉運動知覺回饋，因 離的，且因此仍然是支離破碎的。 發明概要： 所想要的是簡單使用人機工程學裝置，其允許經由觸 摸控制輸入方法，依一種適當的速度範圍（包括平順的加 速及減速），於操縱指標器之單一作業中實現游標或目標 移動。因此，在一觀點中，本發明之輸入裝置為觸摸控制 裝置，可由使用者之觸摸來操縱，允許控制電腦或機器。 人的手足能經由力量/力矩和位移/旋轉送出及接受資訊。 所想要的是使用者觸摸控制（其可人機工程學地回應，即 以一種更像人類手足般的方式回應）。所想要的是克服單
第7頁 525092 五、發明說明（5) 一輸入控制 以同容積裝 方法及裝置 積）在一起， 用容易性。 置，其提供 易及平順地 可克服上述 因此， 置之觸摸控 提供一 上，且具有 感測使用者 接觸該 出訊號； 使用該 表面之切線 使用該 者與該接觸 依據本 制輸入裝置 一手動 一支撐 一力量 模式（如僅以等滲壓裝置之移動所提供者，或 置之力量所提供者）之限制。所想要的是一種 ，可平順地混和兩種控制模式（等滲壓及等容 使其彼此協調以改良觸摸啟動輸入控制之使 因此需要一種改良的觸摸控制輸入方法及裝 具有肌肉運動知覺及觸覺回饋，允許使用者輕 改變增益，且提供一種機械上簡單之設備，其 習知方法及裝置之缺點。 依據本發明之一觀點，提供一種使用者輸入裝 制方法，該方法包括下列步驟： 具有已知構形之接觸表面，其安裝於一支撐件 一力量感測機構，可操作地連接該接觸表面以 接觸該接觸表面； 接觸表面以使該感測機構產生對應該接觸之輸 輸出訊號以提供因使用者接觸而施加至該接觸 方向力量的相對量度；及 切線方向力量之相對量度以控制因回應該使用 表面之接觸之目標移動。 發明之另一觀點，提供一種人機工程學觸摸控 ，該裝置包括： 操作構件，具有已知構形之一接觸表面； 件，其内安裝有該手動操作構件；及 感測機構，可操作地連接於該手動操作構件，
第8頁 525092 五、發明說明（6) . 以感測使用者與該接觸表面之接觸；該感測機構感測在該 接觸表面不同於法線力量之接觸力量，且產生與該接觸力 量相關之輸出訊號，以用於控制目標之移動及用於控制此 裝置之增益以實現全部回應該使用者接觸之移動控制。 較佳實施例之詳細說明： 圖1示出傳統習知等滲壓輸入裝置如何操作。於圖1 中，使用者接觸或控制表面為3 0。輸入裝置變換控制表面 30上之移動成為電腦顯示器32上之游標或其它目標之移 動。迅號經由鏈結3 4而傳送。如所示，在控制表面3 0上之 使用者所操縱之移動3 6被變換成電腦顯示器3 2上之對應的 目標移動3 8。 如熟悉此技藝者所了解的，當典型固定增益裝置在控 制表面30上自點A(Xi，yi)移動矩離△(!輸人至點B (x2，y2)，在 顯示器3 2上之游標或目標會移動距離Ad目標（=A ’ B ’），其係 由下述變換函數所定義： △ d G Δά 輸入 G ( χ2- Xi)，G ( y2-yi 此處△(!為矩離之改變，且G為對應一特定之增益量的 常數。 因此，在習用裝置中，增益是固定的。使用者不能改 變目標移動之速度，除非經由一分開的開關或經由改變軟 體以指派新的增益值給上述之變換函數。在此觀念中，此 種習用等滲壓裝置僅偵測皐一的使用者操縱輸入變數，其 為滑鼠被移動距離型式之移動，或是觸摸墊之接觸位置之
第9頁 525092 五、發明說明（7) , 改變。一般而言，這些裝置未被配備以偵測如圖1在點 Abi，：^)之任何接觸力，或是在點B (x2，y2)之接觸力 量F2。本發明之一觀點是經由觸摸控制輸入裝置將接觸力 量用作控制目標移動之元素，如下文將詳細說明者。 圖2示出習知技術及本發明之目標移動之間的比較。 在圖2a，示出接觸或控制表面30具有使用者於點A，B及C之 接觸移動。如所可知者，接觸點被移動了 A及B之間的短矩 離，及B及C之間的長矩離。一固定力量Fab被施加於點A及B 之間，且一固定力量Fb。被施加於點B及C之間$ 圖2 c示出依習知技術在電腦顯示器3 2上之目標的使用 者操縱輸入移動之變換。基本上，因為典型的滑鼠僅與變 換移動有關，目標移動反映出使用者操縱輸入移動，且有 一短部份Απ Βπ及一較長的Bn Cn 。 圖2 b示出依本發明之一觀點的想要的目標移動。在本 發明中，使用者接觸力量被測量且被用以（例如）改變增 益，此增益控制自使用者與控制表面接觸變換之目標移動 程度。在圖2 b中，可變增益G被設計以直接與所施加之力 量F之大小成比例回應。換句話說，G = G ( F ) = K F，此處K為 由使輸出控制訊號與所施加之力量相關之硬體所提供之變 換函數。在此例中，此硬體變換函數K可被視為常數。實 際上，硬體變換函數K也可利用其它控制因素而改變以進 一步改良人機工程學。因此，在圖2b中之螢幕32上之目標 移動係是下述關係所給定的：
A，B’ =G(F) AB = KFabAB
第10頁 525092 五、發明說明（8)
KFbcBC
B’ C’ =G(F)BC 因此，依據本發明，小移動AB由較高力量Fab所修正而 產生電腦螢幕3 2上之目標延A ’ B ’之較大粗定位位移。相對 地，較輕力量Fbc允許輸入裝置之較大移動BC，此係較易控 制且對游標或目標延B ’ C ’（其相對地較小）之細定位而言更 易操縱。因此，圖2示出本發明之較佳實施，其中增益， 或控制之靈敏度依輸入裝置之使用者操作而變化。依此方 式，更有力之觸摸是與較大之粗移動相關，而柔和觸摸是 與較小之細定位相關。 · 也可覺查到：接觸力量F經常是由使用者以手在控制 表面上之移動而施加的。此觸摸提供觸覺回饋給使用者， 其與來自控制表面之移動之肌肉運動知覺回饋一起便於操 縱目標。在人-電腦之交互動作名詞中，於控制表面之移 動執線之肌肉運動知覺回饋提供回饋控制之第一模式或管 道，且對應控制表面之接觸力量之觸覺接觸提供與第一模 式無關之回讀控制的第二模式或管道。因此可覺查到：輸 入之第二模式，即所施加之力量，可經由觸摸控制輸入裝 置被用以大大增強控制及操縱目標移動。因此，依據本發 明，觸摸控制使目標以一種像在自然世界中之自然及直覺 方式來反應，其中力量係施加於目標上以加速或減速目標 移動且操縱移動執線。本發明另包含一輸入結構以提供一 人機工程學直覺輸入裝置。此結構於下文中更詳細描述。 於實際使用期間，所施加之力量F典型地會延著使用 者操縱之移動3 6之路徑變化。以使用習用之觸摸墊為例，
第11頁 525092 五、發明說明（9) * · 需要在監視瞬時所施加之力量F的同時監視位置之瞬時變 化（△(!輸人），以計算且指引對應的目標移動△(! a標。因此， 在控制移動3 6任何給定之啟始位置處之力量F i可能與兩個 在增量移動的任何給定結束位置之力量不同。為了能作 業，此需要實施某些決定規則型式，以決定那一個力量參 數？1 &F2會適用可變的增益函數及經歷何種時框（time frame)。此在人機工程學方式中是複雜的、時間集中的、 笨拙的且困難實現的。 本發明經由簡化最適宜整合成一整體觸摸敏感元件之 等滲壓及等容積控制模式之整合而克服此問題。此顯示於 圖3 a及3 b，其中手指4 0顯示於一使用者操縱之觸摸敏感接 觸或控制表面30上之移動。表面30為已知如彎曲3D表面之 構形，且為了圖式僅示出部分球面狀。以此方式，一滑動 接觸之切線方向之力量F切線與法線力量F *線（由接觸表面之 摩擦係數μ決定）呈固定關係，此處F切線=// F法線。因此，接 觸力量F之切線分量代表在大小程度及目標運動方向中 之觸覺感受。以此方式，可覺查到切線方向之力量F t刀線總 是與瞬時移動△(!輸人之方向一致，如圖3b所示。 因此，依據本發明，目標移動Ad a標可表示成切線方 向力量F %線之函數。經由決定在控制表面之使用者接觸之 瞬時切線方向力量F β線，目標移動可被導向遵循接觸執線 且目標速度可依所施加及被測量之切線方向力量而變化。 接著所施加之力量可由使用者立即及輕易地控制。 用此可覺查到，在已知構形之表面上，使用者接觸壓
第12頁 525092 五、發明說明（ίο) 力可依本發明在單一人機工程學有效的觸摸控制輸入裝置 今 中提供速度控制及方向控制。在此觀念中，「人機工程學 有效」意即使用者操縱是直覺的，即愈多的力量施加於控 -制表面，則電腦螢幕上之目標或游標之對應的移動愈快。 因此，在控制表面上之較輕觸摸減少電腦螢幕上目標或游 標之移動速度。並且，可以具有有力的接觸之相當小的使 用者移動實現粗定位，而以具有輕接觸之相當大的移動來 實現細定位。現在可察查到，切線方向之力量，當被測量 時，可用以即時改變輸入裝置之回應靈敏度，而為輸入裝 置之使用者接觸或觸摸之函數。 在自然世界中，回應所施加力量之目標移動也與目標 之質量有關-目標愈重則加速愈慢。同樣地，依本發明， 觸摸控制輸入方法之觸覺回饋可經由引入一虛擬質量給目 標而進一步改良。將力量轉換成輸出訊號之硬體轉換函數 K可以因一指定值而改變，該指定值係依所選目標之特性 代表使用者介面中之目標的虛擬質量。之後目標移動回應 所施加至控制表面上之接觸力量，如同有一質量與該目標 相關聯一般。因此，對於被指定有一較高虛擬質量之目標 而言，則需要較大力量來移動該目標。當有幾個目標被操 縱時，此交作增益控制對於區別是特別有效的。 但是，仍然提供的是使用者操縱控制表面，其允許使 用者接觸力量以此方式測量。熟悉此技藝者會覺查到，任 何可用數學呈現的具有已知構形之表面，可用以實現本發 明之目的。基本上，一般原理是人需要決定接觸力量，且
第13頁 525092 五、發明說明（11) 依據接觸力量之切線方向的分量實現目標移動控制。但 是，本發明之又一觀點是指供容易使用及有效構形之控制 表面，其可便於計算且因此實現所想要的目，標移動控制。 雖然可使用任何可以數學呈現之具有已知構形之表 面，由於容易計算，一些表面仍較其它表面較佳。決定接 觸力量的一般原理將於下文說明。請參閱圖4及5。為此實 例，使用者操縱本體上之控制表面是以局部球面來顯示。 一施加於摩擦表面上之點力量F可延著x，y及z軸被分解成 分量（F x，F y，F z)。經由在外部控制表面上之點接觸而施加 於使用者操縱本體上之接觸力量F會引起在球面中心處之 力量和力矩系統： ai = Fx a2 = F y a3 = Fz a4-Mx-y1Fz-z1Fy afM^XiFy-yJx 此處（x i，y i，z i)為自感測系統之原點到力量的作用 線，垂直於力量的作用線之向量的分量。使用上述方程 式，可決定點（xM y” zD。現在可用幾何學決定接觸的位 置。作用線通過點（xl5 yn zD及球表面。延著力量線之任 意點之座標會是： d^Xi + nFx/F .
d^yi + nFy/F
第14頁 525092 五、發明說明（12)
d3 = z1 + nFz/F 此處F為力量之大小程度，/"aiHa^ + a^及η是任意數字。點 (x2, y2, ζ2)位在球表面上，由x2 + y2 + z2 = R2所界定。如果點（X μ Yi，zd位在球内，x2 + y2 + z2<R2，則力量之作用線與球相交 於兩點。經由將作用線之方程式替換成球之方程式，dj + d22 + d32 = R2，發現點（x2，y2，z2)之座標。解決未知之變數η， 且代入回方程式，將得到相交之兩點。如果力量假設施用 於球内，而非在球上拉動，則點之一可以被忽略。其餘點 會是x2, y2, ζ2之座標。 因此，經由偵測作用在已知構形之控制表面本體上之 力量及力矩，可決定經由一點接觸而施加之力量的位置、 大小及方向。切線方向之力量F切缘可使用幾何學轉換而得 到。 因此，本發明提供一種機械上簡單的力量感測裝置， 其能被建構以提供一對應切線方向力量F切、綠之輸出，其能 被用以同時控制回應或增益之速度、移動方向及靈敏度。 也可覺查到，實際接觸力量可以在任何不與表面垂直之平 面中被測量，從該表面可得到切線方向之力量F t刀線。因 此，當下述不同之實施例直接測量一切線方向之力量F切線 時，所有需要的是測量具有一切線方向之分量的力量 (即，不同於垂直力量之任何力量），且分解為切線方向之 力量F切線。 設計以依據上述之觸摸控制輸入方法來執行之輸入裝 置之第一實施例將參考圖6至1 1加以說明。圖6示出第一實
第15頁 525092 五、發明說明（13) 之分解圖。輸入設備50 —般包括一使用者操縱可移動 構件2 ’ 一力量轉換器或力量轉換構件6 〇及一支撑件8 〇。 圖7示出一剖面圖，且圖8示出力量轉換構件6〇之立體圖。 可移動構件52包括一具有已知構形（意即其可用數學界定 之外4接觸表面54。接觸表面提供一與使用者手指々〇(圖 7)或尖筆（未示出）之自然接觸。為圖式之目的，所示之接 觸表面54為局部球面。使用者操縱構件52包括一自内部延 伸之柱56，且柱56之肩部端58固定於力量轉換構件6〇 心輪轂6 2。 在此實施例中，力量轉換構件60較佳有整體輻輪狀， 括一堅硬的中心輪較62及連接至少三個（但最好為四修 個）置於與輪子之中心軸垂直之平面内之輻條66之堅硬之 【輪緣6 4。來自使用者操縱構件5 2之肩部端5 8被安裝在力 ^轉換構件60之中央輪轂62之中心孔68内。藉由緊安裝、 焊接或其它固定手段，其可被機械地固定。任何型^ 裝皆可以接受的，只要在接觸表面54上之使 可被傳送到力量轉換構㈣之_細。並且，#圖7蜀所力 :碑輪，之外輪緣具有多數孔78，*力量轉換構件6〇可經 由螺絲84、黏膠或其它固定手段固定於-支樓侧上 轄輪60,好由彈性材料（如金屬或聚合物）製成，其尺 接^ ^1侍^ , 6會回應施加於使用者可操縱構件5 2之 接觸表面54之力！而撓曲。多數力量感測器或張力計 、strain gauges)70 輕伟立壯丄也 , n ^ 之内端部74之輕條表面上女气在罪近中心輪數62之輕條66 上。最好，張力計7 0係成對供應在
第16頁 525092 與輪子60 靠近中心 ，位於被 所有對置 輪緣6 4之 之輻輪6 0 四個張力 用兩個張 示之張力 用而具有 線規、壓 其它可產 之中央 輪轂62 置於與 表面上 輻條6 6 之總數 計。在 力計。 計來執 相同效 電式測 生回應 五、發明說明（14) 輻條之所有對置表面上且置於 面中。另一組張力計72安裝於 端部7 4上，在各例中係.成對的 軸延伸平行之平面中之輻條的 計之另外較佳位置是在靠近外 上。因此，對較佳為四個輻條 計而言，每一輻條具有兩對或 更簡化型式中，每個輻條可使 者可覺查到，力量感測可以所 型式之力量感測器也可以被使 性或電阻性力量感測裝置，如 或厚膜力量感測電阻器或任何 改變之訊號之機構。 一旦訊號自這些儀器之輸 換器而至一微控制器（未示出） 微控制器（未示出），其計算接 向。圖9 a至9 f示出在各輻條中 這些彎曲力矩產生在輻條表面 了解，接觸點之位置及接觸力 而測量之張力總合及差異而得 、線之後可由幾何轉換而得。 圖1 0圖示本發明之2 D應用 維表面，其操作是類似的，因 向之分量可被用以改變輸入轉 軸垂直之平 之輻條6 6之 輪子之中心 。安置張力 之外端部7 6 為1 6個張力 此實施例之 熟悉此技藝 行，但許多 果，如電容 量器、薄膜 張力或力量 出而產生，其被饋經A/D轉 ，或一具有A/D作用之單一 觸力量F之位置、大小及方 以示意圖表現之彎曲力矩。 上之張力。熟悉此技藝者會 量F可自使用上述之方程式 到。切線方向之力量分量F切 。如果接觸表面5 4為一個二 為任何被施加力量之切線方 換器之增益。如果接觸表面 «
第17頁 525092 五、發明說明（15) 54為3D表面，使用者將移動88對映（map)在自設備之X-y平 面投影出之假想平面上。當z’軸及X’ -y’平面在接觸點與 控制表面5 4相切時（圖1 0 )，使用者可感知手指4 0與接觸表 面54接觸之點上垂直接觸表面。軸O’X’平行輸入裝置50之 0X軸，且軸0’ Y’平行裝置之0Y軸。對應的目標移動90示意 的示於顯示器32上（圖10)。 本發明也可用以於3 D應用中作旋轉控制。此示於圖 11。輸入移動88環繞設備之參考框Oxyz(圖13)產生一滾 動、傾斜及搖動之動作給3D目標92。此結果是3D目標9 2環 撓其對應之參考框O’X’Y’Z’之3D旋轉94，如圖11於顯示器 3 2上之示意顯示。 本發明之又一觀念是使用一開關或一選擇按鈕（未示 出）以於2 D平移及3 D旋轉模式之間切換，以對目標之空間 移動作整個控制。 第一實施例中之接觸表面之已知構形為一般構造，其 可造形以適合任意特定應用，或其可被造形以簡化所需之 數學計算以自張力計訊號得到切線方向之力量F切，線。在較 佳實施例中，垂直於球表面之力量會通過其中心且在中心 周圍不會產生任何力矩於本體上。與球表面相切之力量產 生環繞中心之力矩，其相等於力量乘以球之半徑。在較佳 的球形或部分球形實施例中，計算要件是非常易控制的。 經由建構一種偵測單獨作用在部分球形本體上之力矩 (即，環繞或相對於其中心）的裝置，切線方向之力量可直 接由張力計訊號獲得，消除了計算步驟且加強了輸入控制
第18頁 525092 五、發明說明（16) 設備之回應時間。 現在可覺查到，本 _ 之接觸表面，其被支撐^二之最佳模式可供使用已知構形 聯的是一力量感測機構，支撐結構中。與接觸表面相關 到，已發現可方便地提报其產生一經測量之輸出。可覺查 是此種感測機構可位在彳、力量感測機構於支撐結構中，但 相連接以提供此處所說^何允許其被操作地與該接觸表面 形成接觸表面於部分球形之想要的輸出訊號的位置。經由 制目標或游標移動，且形狀中，輸出可被用以直接控 益，回應靈敏度可由使用力量量測以瞬時控制增 摸而直覺地變化。可;;=變在接觸表面上之觸
的感測或儀态7L件及裝置。 Η 士 ％ 个J 拉總主CL ^ _ 可疋所吾歡的還疋&供可回應 A八旦4 士谈认址 伐州里使用者接觸之力量的切線方 向刀里之支撐…構。下文中將說明其它實施例。 圖1 2不出本發明之第二實施例之觸摸控制輸入裝置之 橫剖面圖。輸入設備1 0 0 —般包括一使用者操縱可移動構 件102，與第一實施例相同之力量轉換構件6〇，及一支撐 件1 1 2。使用者插縱可移動構件1 〇 2包括一凸出之球形外部 接觸表面104。接觸表面104提供使用者之手指或尖筆（未 示出）摩擦接觸。使用者操縱可移動構件1 〇 2包括一自内部 延伸之柱106，及柱之一斜端11〇，該錐形端之尖端在 球形接觸表面1 〇 4之曲率中心。柱之一階狀部1 〇 8位於力量 轉換構件6〇之中央輪轂62之中央孔68内且經由干涉配合、 焊接或其它固緊手段而被固緊，使得在接觸表面104上之
HH9IH 第19頁 525092 五、發明說明（17) 使用者接觸力量可被傳送到力量轉換構件6 〇之輻條6 6上。 力量轉換構件6〇附著於一支撐件112上（該支撐件可包括安 裝孔1 1 6 )且可經由螺絲1 1 8或其它固緊機構而附著於支撐 件上。支撐件112也包括一低於錐形端108之錐形區域 1 1 4 ’使得使用者操縱可移動構件丨〇 2可以尖端丨丨〇作支點 繞球形接觸表面1 〇 4之曲率中心而移動。此實施例之優點 為：支撐件1 1 2支撐構件1 〇 2而用作過度張力保護器之型 式’但仍然允許構件1 〇 2繞部分球形接觸表面1 0 4之中心點 而移動。 在球形接觸表面1 0 4上之接觸力量的法線分量F *線不會 產生任何影響於張力計，因為其由樞軸1 〇 8上之反作用所 平衡。切線方向之力量F切線產生繞X，y及z軸（其原點在樞軸 點1 08上）之力矩Mx，My及^。彎曲力矩及因此在力量轉換構 件6 0之輻條6 6中被偵測之張力是延這些軸之切線方向之力 量F切線之分量的直接測量（圖9 )。此簡化了第一實施例之情 形下的計算以獲致切線方向之力量F切線。在3 D旋轉控制 中’僅管六個張力計對於橋接電路是較好的，但最少三個 張力計是足夠的。在2D應用中，最少兩個張力計是需要 的，但較佳是使用四個。這些張力計可以已知方式被相連 以形成惠斯頓電橋之一臂。 雖然球形接觸表面減少計算，2 D應用之力量轉換構件 之機械構造可被簡化以減少製造成本，因僅需要兩個方向嫌 變數X及y。依本發明之另一實施例而設計之供2D應用的觸 摸控制輸入裝置1 2 0之選擇實施例乃示於圖1 3之橫剖面圖
第20頁 525092 五、發明說明 中。輸入裝置1 2 0為第二實施例1 0 〇之變化，且一般包括第 _ 二實施例1 0 0之使用者操縱可移動構件1 〇 2及支撐件1 1 2， 及自一平面基底形成之平面力量轉換器130。 柱106之階狀肩部108附著於基底丨30之中央孔134内且 由力量-安裝、焊接或其它固緊機構所固緊，使得在接觸 -表面104上之使用者接觸力量可被傳送到基底130。基底 130固定於支樓件102上，使得柱106之尖端座落在支撐件 102之中央的錐形支撐區114中。基底130包括多數安裝 孔，使得基底1 3 0可利用螺絲1 1 8或其它固緊機構固定於支 撐件1 0 2上。使用者操縱可移動機構件1 〇 2可以繞柱1 0 6之 尖端1 1 0 (其也是凸狀球形接觸表面1 0 4之曲率中心）而移 動。無論是2 D或3 D，經測量之力量的大小仍會被用以控制 將被觸摸之裝置的回應靈敏度。 如圖1 4所示，力量轉換構件1 3 0是由薄彈性板所製 成，且其有一大致呈圓形或盤狀的形狀。基底130可由金 屬板、陶瓷、矽晶體或樹脂材料製成。基底1 3 0可形成凹 口以提供如圖14a所示之撓性的十字臂140或是如圖146所 示之平盤狀。多數（較佳為四個）張力計1 3 8或力量感測器 被置於基底1 3 0之一側上。呈平面基底狀之力量轉換構件 130會使置放薄膜或厚膜張力計於其表面上變得更容易。 張力計1 3 8偵測使用者操縱可移動構件1 〇 2之動作。此作業 類似第二較佳實施例之作業，其中接觸之切線方向之力量 F切線可由張力計直接測得。 熟悉此技藝者會了解：平面力量、感測基底之構形並
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於十字形或盤板形，*可有各種不同之修正或改變 $構件152，一力量轉換構件16〇(其一般形狀為柱狀 ϊ彳干，其一端164被支撐於一支撐件17〇之中央部分 四個張力計166被固定於柱本體162之四個側面上， * 固定端164。在支撐件170上之力量桿160之立體圖乃 不於圖1 6。
使用者操縱可移動構件1 5 2 —般包括一凸狀球形外部 觸表面1 5 4。此接觸表面提供與使用者手指或尖筆（未示 )之摩擦接觸。一中空柱156自内部延伸至柱本體16〇 ，’使得凸狀、球形外部接觸表面1 5 4與柱狀力量桿1 6 〇之固 ^端164 —致。因此，支撐件170及力量桿160之柱狀本體 處繞接觸表面1 5 4之曲率中心撓曲而回應施加於使用者操 、纖可移動構件之力量。 ^ 在操作中，在凸狀球形外部接觸表面1 5 4上之法線力 里F法線之作用線通過該中心（其也疋力ϊ桿160之固定端）且 因此產生在張力計1 6 6上玎忽略之影響。以此方式，來自 張力計1 6 6之輸出訊號直接與切線方向之力量F切線成比例。 張力計或力量感測器可以為傳統之電阻式或電容式張 力計、薄膜或厚膜力量感測電阻或類似者。柱狀本體1 6 〇 之横戴面可以是矩形或圓形的。圓形橫剖面在所有方向中
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均勻地回應，然而矩形橫剖面可在輸出訊號中呈現某些不 均勻性以回應因於不同方向中之彎曲特性之變化而產^來 自不同方向之力量。但是，經由補償彎曲力量傳送構件自 使用者空間軸線之定向，可將此影響減為最小。 藉由使用柱狀本體加上支撐件類型的力量轉換器（如 CTS公司之系列1 〇 5厚膜指示裝置）可以獲得足夠之結果。
依本發明之觸摸控制輸入裝置之另一實施例顯示於圖 17至19。圖17示出輸入裝置180之分解圖，圖18示出輸入° 裝置180之橫剖面圖。輸入裝置180 —般包括一使用者操縱 可移動構件1 8 2、一支撐件1 9 8及一力量轉換構件，如^ — 實施例者。 使用者操縱可移動構件丨8 2 —般包括一凸狀球形外部 接觸表面184及一内部表面186，該内部表面186為球形^ 且與球狀外部接觸表面丨8 4同心。支撐件1 9 8 一般包括— 承體2 0 0。使用者操縱可移動構件182之内部表面186 二支承體2 0 0所提供之支承表面2〇2。支承表面2 的且具有與内部表面186相同 移動構件182:以繞外部接觸表面1δ4之曲率吏中用二知動縱可 構件之周邊188處。使用者操縱可=
得在接觸表面丨84之使換構件6〇，^ 構件6 0之輻條6 6。固緊機槿γ & ^里^ _被傳达到力量轉換 其它機械手段’如鉚=可；Π'之？絲192，或是 j合’焊接或以黏劑結合。力量率 525092 五、發明說明（21) 換構件60之中央輪轂62被安裝於支撐件198之支承體200上 之中央柱部分2 0 4。使用者操縱可移動構件因此受拘束而 繞接觸表面1 8 4之曲率中心而移動。以此方式，接觸壓力 之法線力量F *線不會誘發任何張力於撓曲力量感測構件。 在力量轉換構件6 0之輻條6 6中被偵測之彎曲力矩係直接與 延著X，y及z軸之切線方向之力量？切線有關。 於可移動構件之内表面與支撐表面之間的摩擦可引入 一界限阻擔（t h r e s h ο 1 d b a r r i e r )給感測任何切線方向力 量。更明確言之，力量感測機構所偵測之力量是小於表面 間之摩擦力的切線方向之力量。在某些情況下，小的界限 阻擋對觸摸-敏感輸入設備是有利的。此提供了基於機械 性之阻尼效應以抑制住何可能因（例如）手發抖而引起的擾 亂。事實上，頒給Rutledge等人之美國專利第5, 764, 319 號，其中一靜帶區（dead band zone)被慎重地引入等容積 操縱桿控制器之軟體轉換作用中以提給一軟體界限阻擋移 動。在此實施例中，小摩擦界限（f r i c t i 〇 n t h r e s h ο 1 d )之 引入是一種機械上的解決方式，其有消除因軟體計算而引 起遲延之好處。 但是，為了限制或消除此界限，可使用兩元件之間的 摩擦修正。聚四氟乙烯（PTFE)，如DuPont製造之Tef Ion為 一合適的低摩擦材料。因摩擦而引起之界限阻力可藉由施 加P T F E材料之塗層於支承表面（即，使用者操縱可移動構 件1 8 2之内部球形表面1 8 6及球形支承支撐表面2 〇 2 )而被減 為最小。或者，使用者操縱可移動構件182及支承體2 0 0可
第24頁 525092 五、發明說明（22) 以由PTFE修正之材料製成。 對於界限阻力問題之解決方式乃示於圖1 9橫剖面圖之 實施例1 8 0之選擇構造。在此選擇構造之所有零件皆與上 一個實施例1 8 0相同，除了在支承體2 3 2上有多數小凹處 23 4之外。多數球形滾珠236被放在凹處234中使得可移動 構件之球形内表面是由滾珠軸承（圖丨9 )所支撐，使得可移 動構件受拘束以繞其曲率中心在球形滾珠2 3 6上移動。來 自滾珠軸承之滾動摩擦通常是兩直接接觸之球形表面之滑 動摩擦的小部分，以實質上消除界限阻力。可了解到：任 何其它減少摩擦之方法也可用以在控制下保持界限阻力。 如上述者，在本發明，凸狀並非對接觸表面之限制。 此可以另一實施例來顯示，該實施例之構造類似第五實施 例1 8 0 ’除了具有球形凹狀接觸表面之外。 觸摸控制輸入裝置之第六實施例2 4 0係設計以執行根 據上述之輸入控制方法，其將配合圖2 〇至2 2加以說明。 圖20不出分解之輪入裝置24〇，圖21則示出裝置24〇之 二二面圖㈤輪入裝置2 4 0為上一個實施例之變化，且一般 ί夕二^ Μ Ϊ操縱可移動構件242，一如第一實施例所描 構件6〇，及-支撐件。 之使用者操ί! ^2 4 2之構造類似上一個實施7 部接觸表面2 44及一3構件丨82，且一般包括一凹狀球形外 面2 44同心之内部夺^球面狀且與該凹狀球形外部接觸表 底21〇(纟已於前面實=46二類似地’支樓件260由-在基 也例中述及）上之凹狀支承體2 6 2所構
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承俨=2之*名操縱可移動構件2 42之内部表面2 4 6支承於支 右盥肉邱I承表面264上。支承表面264為球形凹狀且具 46相同之半徑」使得使用者操縱可移動構 件242可繞外，接觸表面m之曲率中心移動。 鄉叮銘命之挫力量轉換構件60之外輪緣64係安裝在使用者操 忍Λ件2 42之周邊2 5 0上。使用者操縱可移動構件 口 ^/、夕數女裝孔252於周邊250以緊固力量轉換構件 艟二:L接觸表面2 44上之使用者接觸力量被傳送到力量 f ΚΜΟ之輻條6 6上。緊固機構可如顯示之螺絲丄9 2，
1任^ ί它如鉚釘結合、焊接或以黏著劑結合之機械手 又。力量轉換構件6〇之中央輪轂62被置於支撐件26q之 承體262上之中央柱部分266。 ，用者操縱可移動構件2 4 2是如此構形及受拘束以繞 率中心移動。熟悉此技藝者會知道，接觸壓力之法線 力星F法線不會誘發任何張力於可撓曲之力量-敏感構件上。 在力量轉換構件60之輻條66中所偵測之彎曲力矩為延χ 。 及ζ軸之切線方向之力量F切線之分量的直接量測。 ’
類似上一個實施例，直接接觸之支承表面2 6 4及内 表面2 4 6可以塗上PTFE，或支承體2 6 2及使用者操縱可移 構件可以由PTFE修正之材料製成以減少界限阻力。或者， 可用滾珠軸承來達成如圖2 2之選擇構造所示之相同目的i 平面表面也可由簡單的數學式來呈現。類似球形接觸 表面之實施例，可以直接在平面接觸表面上偵測切線方 之力量’使得計算步驟得以充分簡化以提供即時回應。^
525092 五、發明說明（24) 示於圖2 3至2 4所示之本發明之又一實施例2 8 0。此實施例 之構造類似上一個實施例，其中使用者操縱可移動構件 2 8 2提供一平面接觸表面2 8 4以供使用者接觸。使用者操縱 可移動構件被拘束以經由一支撐件2 9 0所提供之水平平面 支承表面294而在水平之x_y平面中移動。相同之力量轉換 構件6 0被用於此構造中。只有一組張力計7 2 (安裝於力量 轉換構件6 0之輻條6 6之垂直側上）會回應水平切線方向之 力量（圖9 )。經由加總個別的張力計訊號可測量力量分 *4 ° 此處所揭露的是簡單構成之方法及裝置，其提供整體 及直覺的觸摸控制使用者介面以供目標移動及游標控制。 雖然本發明係以較佳實施例來說明，其它實施例也可落入 本發明申請專利範圍所界定之範疇内。這些實施例之一些 已於上面討論過，而其它實施例對於熟悉此技藝者而言亦 可了解。例如，可使用許不同構形之力量轉換器及不同種 類之力量感測器，只要使用者之觸摸力量控制目標移動之 靈敏度使得較大的力量等於較高之增益，且只要移動之方 向及速度是由在觸摸控制輸入裝置之使用者接觸之移動所 控制即可。
第27頁 525092 圖式簡單說明 請參考下列附圖，其僅以範例方式示出本發明之各種 實施例，其中： 圖1顯示習用等滲壓輸入裝置之操作原理； 圖2 a顯示本發明之控制方法之原理； 圖2 b顯示應用本發明之控制方法之結果； 圖2 c顯示應用習用控制方法之結果； 圖3 a顯示一法線力量及在觸摸控制輸入裝置之接觸點 上之切線方向力量分量； 圖3 b顯示依據本發明在3 D表面上之動作代表的切線方 向力量； 圖4顥示表現在笛卡爾座標系統以描述力量量測系統之 接觸力量分量之點； 圖5顯示施加在一球形表面以描述力量量測系統之點力 量； 圖6顯示本發明之第一實施例之立體分解圖； 圖7顯示圖6之第一實施例延線7-7之剖面圖； 圖8顯示圖6之力量感測器之立體圖； 圖9 a - f為產生於第一實施例之感測器中之彎曲力矩之圖 式 # 圖1 0顯示使用第一實施例之方法以作2 D應用 圖1 1顯示使用第一實施例之方法以作3 D應用 圖1 2顯示本發明之第二實施例之剖面圖； 圖1 3顯示本發明之第三實施例之剖面圖； 圖1 4 a顯示第三實施例之感測器之立體圖；
第28頁 525092 圖式簡單說明 圖1 4 b顯示第三實施例之一選擇感測器之立體圖； 圖1 5顯示本發明之第四實施例之側視圖； 圖1 6顯示使用於本發明之第四實施例之感測元件之立體 圖； 圖1 7顯示第五實施例之分解圖； 圖1 8顯示第五實施例延線1 8 - 1 8之剖面圖； 圖1 9顯示第五實施例之選擇構造之剖面圖； 圖2 0顯示第六實施例之分解圖； 圖2 1顯示第六實施例延線2 1 - 2 1之剖面圖； 圖2 2顯示第五實施例之選擇構造之剖面圖； 圖2 3顯示又一實施例之分解圖；及 圖24顯示圖23之實施例延線2 4 - 24之剖面圖。

Claims (1)

  1. 525092 — ROC Patent Appin. No. 08912252S 修拉申請_範圍機（—） Amended Ciaims in Chinese-Encl. 1 (民國九十一·年八月五曰送呈） (Submitted on Aug 5,2002 ) cm 月. 餘正+: a 丙勹’ 容S 准 予 修;f 正提 °之 六、申請專利範圍 一種輸入裝置之觸摸控制方法，該方法包括下列步 驟： 提供一使用者操縱構件，其具有一為已知構形之接觸 表面，且安裝於一支撐件内，並具有一操作上連接於 該接觸表面之力量感測機構用以感測使用者與該接觸 表面之接觸； 接觸該接觸表面以使該力量感測機構產生對應使用者 接觸之輸出訊號； 使用該輸出訊號以提供對因該使用者接觸而被施加於 該接觸表面上之一切線方向之力量的相關測量；及 使用該切線方向之力量的相關測量以控制回應該使用< 者與接觸表面之接觸之目標移動，其係藉由利用該切 線方向之力量的方向以決定該目標移動之方向，及使 用該切線方向之力量的相關大小以決定該目標之速度 和修正一增益以控制該目標移動。 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置之觸摸控制方 法，其中該接觸接觸表面之步驟產生輸出訊號，該輸 出訊號是與在該接觸表面之切線方向之力量的大小直 接相關。 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置之觸摸控制方 法，其中該使用輸出訊號之步驟進一步包括： I 以更多力量接觸該接觸表面以使該目標移動地更快， 及以較少力量接觸該接觸表面以使該目標移動地慢 些 0
    第31頁 525092 彳街死! 六、申請專利範圍 4、 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置之觸摸控制方 法，其中該使用輸出訊號之步驟另包括：增加該增益 以回應與該接觸表面更多之力量接觸，藉此該使用者 接觸之相當小的移動產生相當大的目標移動；及減少 該增益以回應與該接觸表面較小之力量接觸，藉此該 使用者接觸之相當大的移動產生相當小的目標移動。 5、 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置之觸摸控制方 法，其中該輸出訊號進一步由一指定給該目標之值所 修正。 6、 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置之觸摸控制方 法，其中該已知構形之接觸表面是部份球形的，且該 接觸接觸表面以使該力量感測機構產生對應於使用者 接觸之輸出訊號之步驟進一步包括：定位該感測機構 以感測在與該部分球形表面之中心相關之位置上的切 線方向之力量。 7、 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置之觸摸控制方 法，其中該已知構形之接觸表面是部份平面的，且該 接觸接觸表面以使該力量感測機構產生對應於使用者 接觸之輸出訊號之步驟進一步包括：定位該感測機構 以感測在一與該平面表面平行之平面上之力量。 8、 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置之觸摸控制方 法，其中該力量感測機構為一完整之輻輪型式，且有 裝有儀器之輻條；且該使用輸出訊號之步驟包括：提 供三維控制於該目標之移動上。
    第32頁 525092 i……—」。見丨__ 六、申請專利範圍 9、如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置之觸摸控制方 法，其中該力量感測機構為一裝有儀器之平板型式； 且該使用輸出訊號之步驟包括：提供二維控制於該目 標之移動上。 I 0、一種控制目標移動之方法，該方法包括： 提供一使用者操縱構件，其具有一為已知構形之接觸 表面，且安裝於一支撐件内，並具有一操作上連接於 該接觸表面之力量感測機構用以感測使用者與該接觸 表面之接觸；
    定位該感測機構，以於該接觸表面被接觸時，提供在 該接觸表面上所產生之切線方向之力量相關之輸出訊 號； 操縱該接觸表面以使該感測機構產生該輸出訊號；及 使用該輸出訊號以實現對目標之方向移動的控制和對 該目標移動回應該使用者接觸之靈敏度的控制，其係 藉由利用該切線方向之力量的方向以決定該目標移動 之方向，及使用該切線方向之力量的相關大小以決定 該目標之速度和修正一增益以控制該目標移動。 II 、一種人機工程學上觸摸控制輸入裝置，該裝置包括：
    一可手動操縱之使用者介面，其具有一為已知構形之 接觸表面； 一支撐件，其中安裝有該可手動操縱構件；及 一力量感測機構，可操作地與該可手動操縱構件相連 以感測使用者與該接觸表面之接觸；該感測機構感測
    第33頁 525092 t、申請專利範圍 被施加於該接觸表面之力量向量，且隔離出與該表面 相切之分量，且產生與該分量有關之輸出訊號以用於 控制目標移動及一增益以實現對該目標全部回應該使 用者接觸之移動控制。 1 2、如申請專利範圍第1 1項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該接觸表面至少為部份球形。 1 3、如申請專利範圍第1 2項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該部份球形表面為凸狀的。 1 4、如申請專利範圍第1 2項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該部份球形表面為凹狀的。 1 5、如申請專利範圍第1 2項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該力量感測機構感測在對應該部份球形表 面之中心的位置上的力量，其中該力量與被施加於該 接觸表面上之切線方向之分量相關。 1 6、如申請專利範圍第1 1項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該接觸表面至少部份為平面的。 1 7、如申請專利範圍第1 1項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該力量感測機構感測與該目標之移動方向 有關之切線方向分量的方向，且該感測機構測量該切 線方向分量之大小，其與該目標移動之速度及該增益 有關，以作移動控制。 1 8、如申請專利範圍第1 7項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該輸出訊號與該目標移動有關，其中該切 線方向之量愈大，則該目標移動之速度愈快，而該切
    第34頁 525092 六、申請專利範圍 線方向之力量愈小，則該目標移動之速度愈慢。 1 9、如申請專利範圍第1 1項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該輸出訊號與該目標移動有關，其以下述 方式使得一更有力量之接觸增加了增益，藉此該使用 者接觸之相當小的移動產生相當大的目標移動；而一 較少力量之接觸減少了該增益，藉此該使用者接觸之 相當大的移動產生相當小的目標移動。 2 〇、如申請專利範圍第1 3項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，另包括一柱構件，自該部份球形接觸表面延 伸，與該力量感測機構操作地連結。 2 1 、如申請專利範圍第2 0項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該力量感測機構為完整輻輪型式，其具有 設有儀器之輻條以供對該目標移動作三維控制。 2 2、如申請專利範圍第2 0項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該力量感測機構為一平板型式，以對該目 標移動作二維控制。 2 3、如申請專利範圍第2 0項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該柱構件延伸至一基底且終止於該部分球 形接觸表面之中心處。 2 4、如申請專利範圍第1 3項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該力量感測機構是一裝有儀器之柱構件， 其附著於支撐件之一位置上，其中該位置大致對應該 球形表面之曲率中心，且該輸出訊號被用以提供對該 目標移動之二維控制。
    第35頁
    525092 六、申請專利範圍 2 5、如申請專利範圍第1 1項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，另包括一支承表面以供該可手動操縱構件之 用。 2 6、如申請專利範圍第2 5項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該接觸表面為部份球形，且該支承表面為 部份球形，其大小及形狀可使之同心地裝配於可手動 操縱構件中。
    2 7、如申請專利範圍第2 6項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，另包括一摩擦減少機構，其位於該支承表面及 該可動操縱構件之間。 2 8、如申請專利範圍第2 6項之人機工程學上觸摸控制輸入 裝置，其中該摩擦減少機構包括至少局部使用一低摩 擦材料在該支承表面及該可手動操縱構件之間的介面 上。 29、一種人機工程學上觸摸控制輸入裝置，該裝置包括： 一可手動操縱構件，具有一為已知構形之接觸表面以 供使用者觸摸； 一支撐件結構，供該可手動操縱構件之用；
    一儀器機構，其操作地與該支撐件相連，以測量使用 者與該接觸表面接觸之接觸力量的切線方向的分量的 方向及大小； 其中該儀器機構產生輸出訊號以依據該接觸表面上之 碰觸之移動而控制目標之移動，且另提供輸出訊號， 該輸出訊號與使用者施加於該接觸表面之力量大小有
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