TWI573041B - 輸入裝置及可攜式電子裝置 - Google Patents

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Description

輸入裝置及可攜式電子裝置
本發明係有關於一種輸入裝置，其適用於類似如筆記型電腦等電子裝置。
一般的筆記型電腦並未配置滑鼠輸入裝置，而是以觸控板或追蹤點(TrackPoint，俗稱小紅點)等輸入裝置來取代滑鼠輸入裝置。
但是，在操作傳統的觸控板時，使用者的手必須離開鍵盤去摸觸控板，因此造成操作時間及動作上的浪費。而且，若使用長時間觸控板，可能會造成使用者食指指皮變厚。
傳統的追蹤點雖然沒有觸控板的上述問題，但是一般的追蹤點為機械式，在移動量較小的使用情境下，操作不易，定位時間較長。長時使用，會造成手指疲勞。而且，由於傳統的追蹤點為純機構式的作動原理，不容易用追蹤點定義操作手勢，例如，難以支援快速切換頁面等的手勢動作。
因此，需要有一種適用於筆記型電腦的輸入裝置，其能夠在使用者的手掌不需抬起的狀況下，完成快速、精準的游標控制，並可支援手勢操作。
有鑑於此，本發明提供輸入裝置及具有該輸入裝置之可攜式電子裝置，以克服前述問題。
本發明第一樣態提供一種輸入裝置，其包括：一按鍵單元，其包含複數個按鍵；一游標指向單元；以及一控制單元。該游標指向單元包括：一機械式控制桿，其具有一上端及一基端，藉由該基端安裝於該鍵盤裝置上；一光學指向感測器，其設置於該機械式控制桿之該上端，用以感測在其所具有之一觸摸表面上的物體移動。該控制單元，當該光學指向感測器偵測到有一物體出現在該觸摸表面上時，判斷該機械式控制桿是否受力傾斜，並當該機械式控制桿受力傾斜時，輸出游標訊號，當機械式控制桿沒有受力傾斜時，取得物體出現在該觸摸表面上時的位置訊框作為一參考訊框，並當該物體持續位於該觸摸表面上時，接收偵測到的該物體的一即時位置訊框，並依據該參考訊框及該即時位置訊框計算該物體移動速度，當該物體移動速度未超過一閾值，則依據該物體移動速度輸出一游標位置變化值，當該物體移動速度超過該閾值，則切換至手勢控制模式。
依據本發明一實施例，當該機械式控制桿受力傾斜時，該控制單元依據該機械式控制桿的傾斜程度，決定該游標移動量，並將之輸出為該游標訊號。
依據本發明一實施例，該機械式控制桿用於控制游標的快速長距離移動；該光學指向感測器用於控制游標的小範圍近距離移動。
依據本發明一實施例，該控制單元，當判斷為該物體移動速度超過一閾值時，控制一螢幕使其顯示切換頁面的 動作。
依據本發明一實施例，該控制單元，當該光學感測器偵測到有一物體出現在該光學指向感測器上的同時，若接收到該按鍵單元中之一特定按鍵被按壓之一按鍵按壓訊號，則判斷為接收到對應於該特定按鍵按壓訊號之一點擊訊號。
依據本發明一實施例，當該游標指向單元受到垂直按壓時，該控制單元判斷為接收到一點擊訊號。
本發明第二樣態提供一種可攜式電子裝置，其包括一鍵盤裝置、一螢幕裝置及一運算裝置，其中：該鍵盤裝置包括：一按鍵單元，其包含複數個按鍵；一游標指向單元，其包括：一機械式控制桿，其具有一上端及一基端，藉由該基端安裝於該鍵盤裝置上；及一光學指向感測器，其設置於該機械式控制桿之該上端，用以感測在其所具有之一觸摸表面上的物體移動。該運算裝置，當該光學指向感測器偵測到有一物體出現在該觸摸表面上時，判斷該機械式控制桿是否受力傾斜，並當該機械式控制桿受力傾斜時，輸出游標訊號，使得該螢幕裝置依據該游標訊號顯示一游標；當機械式控制桿沒有受力傾斜時，取得物體出現在該觸摸表面上時的位置訊框作為一參考訊框，並當該物體持續位於該觸摸表面上時，接收偵測到的該物體的一即時位置訊框，並依據該參考訊框及該即時位置訊框計算該物體移動速度，當該物體移動速度未超過一閾值，則依據該物體移動速度輸出一游標位置變化值，使得該螢幕裝置依據 該游標位置變化值移動該游標；當該物體移動速度超過該閾值，則切換至手勢控制模式，使得該螢幕裝置依據接收到的手勢輸入，改變所顯示的內容。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明如下。
第1圖顯示依據本發明一實施例之筆記型電腦裝置。第1圖雖以筆記型電腦裝置為例，但本發明並不限於筆記型電腦裝置，本發明可適用於類似的其他可攜式電腦裝置。
其中，從正面觀之，筆記型電腦裝置100包含螢幕110、鍵盤裝置120及游標指向裝置130。
螢幕110可以為一般的監視器，其可以不具觸控功能。
鍵盤裝置120可以為為一般的標準鍵盤(QWERTY鍵盤)，其通常藉由樞軸和螢幕110的部分連接。在鍵盤裝置120的略中央處的按鍵之間，設有游標指向裝置130。例如，游標指向裝置130可以設置於鍵盤裝置120中按鍵「G」、按鍵「H」、按鍵「B」之間。
游標指向裝置130係用以依據使用者在其上的推動或觸摸等操作，控制螢幕游標，其包含機械式結構和光學式結構兩部分。游標指向裝置130的詳細構造如後述。
第2圖顯示依據本發明一實施例之游標指向裝置的結構示意圖。第2圖顯示第1圖之游標指向裝置130的側剖面圖。其中，與第1圖相同的元件係標示以相同的元件符號，並省略其詳細說明。
游標指向裝置130包括機械式控制桿131、緩衝部133及光學指向感測器135。
其中，機械式控制桿131的基端(第2圖中下方)與鍵盤裝置連接(圖未顯示)，機械式控制桿131的上端依序安裝緩衝部133及光學指向感測器135。機械式控制桿131用以接收使用者對其施加的力，使得能夠依據所接收到的施力，控制螢幕上的游標移動。
光學指向感測器135具有一觸摸表面，其係用以感測在其所具有之一觸摸表面上的物體(例如手指)移動，使得能夠依據偵測到的手指移動，控制螢幕上的游標移動。
觸摸表面的形狀，可以如第2圖所示之平面狀，亦可以為如第3圖所示之凹面狀。
第3圖所示的游標指向裝置330和第2圖的游標指向裝置130相似，其相異處在於游標指向裝置330的光學指向感測器335的觸摸表面為凹面狀，如此可以增加觸控面積，也可以讓使用者不用觀看，就可以憑手指的觸感知道手指的位置是否滑出光學指向感測器335的觸摸表面。光學指向感測器335的觸摸表面的凹面形狀，可以設計為曲率半徑大於一個按鍵寬度(約大於10mm)的凹面，並將凹面的外緣最高處與按鍵表面齊平。凹面形狀的曲率半徑或外緣高度等設計細節，並不以此為限，而可以依據實際需要設計。
第3圖中的機械式控制桿331及緩衝部333的構造和第2圖的機械式控制桿131的上端依序安裝緩衝部133相 似，在此不再贅述。
緩衝部133介於機械式控制桿131和光學指向感測器135之間，其係可以由類似如橡膠等材質構成，在該橡膠材質中，埋設有光學指向感測器135的感測器(sensor)等元件。
茲將光學指向感測器135的運作方式簡述如後。光學指向感測器的觸摸表面(swipe interface)為物體(手指)接觸區域，光學指向感測器中的光源(例如IR led等紅外線光源)所發出的光，其光線的路徑經過一透鏡(lens)，最後光點落在光學指向感測器中的感測器陣列(sensor array)上。在觸摸表面上被物體(手指)覆蓋的區域，紅外線光的反射光強度會變大，進入對應的感測器(senor)的光量較大。光學指向感測器利用感測器陣列(sensor array)上各感測器偵測到的光強度變化，計算得出物體(手指)的移動路徑及速度等運動狀態，並將偵測到的運動狀態反應在螢幕游標的移動上。但若移動速度大於預定的速度閾值(threshold)時，裝置會視為這是一個切換頁面手勢(gesture)。
第4A及4B圖顯示本發明實施例之游標指向單元運作方法之流程圖。依據本發明實施例之游標指向單元運作方法可以適用於如第1圖所示之筆記型電腦裝置100中，本發明方法亦可適用於類似的其他可攜式電腦裝置。
參見第4A及4B圖，步驟S401中，光學指向感測器偵測到在其觸摸表面上有物體(例如手指)出現。
步驟S403中，判斷機械式控制桿是否有受力傾斜，若有，則該方法執行步驟S405，否則執行步驟S407。
在步驟S405中，當該機械式控制桿受力傾斜時，輸出游標訊號，使一螢幕(圖未顯示)上的游標依據該受力的大小及方向移動。
在步驟S407中，當機械式控制桿沒有受力傾斜時，取得物體出現在該觸摸表面上時的位置訊框作為一參考訊框，以作為後續判斷該觸摸表面上之該物體的移動方向及距離之基準。
在步驟S409中，當該物體持續位於該觸摸表面上時，接收連續偵測的該物體的至少一位置訊框。
在步驟S411中，依據該參考訊框及該等位置訊框計算該物體移動速度。亦即，依據在該參考訊框中該物體的位置及至少一個該位置訊框中該物體的位置，計算該物體移動的方向、距離及速度。
在步驟S412中，判斷該物體移動速度是否超過一閾值，若是則該方法執行步驟S413，否則該方法執行步驟S415。
在步驟S413中，當該物體移動速度超過一閾值，則切換至手勢控制模式，依據接收到的手勢，執行預定的控制操作。例如，當偵測到手指快速滑過光學指向感測器的觸摸表面時，控制一螢幕使其顯示切換頁面的動作。
在步驟S415中，當該物體移動速度未超過一閾值，則依據該物體移動速度輸出一游標位置變化值，並輸出控制 訊號使一螢幕(圖未顯示)上的游標依據該游標位置變化值移動。
在步驟S417中，判斷偵測到的該物體是否仍在該光學指向感測器的該觸摸表面上，若否，則該方法結束，否則該方法回到步驟S407，取得新的參考訊框。
依據上述方法，實際操上有下列幾種可能的操作情境。
其一為快速移動游標。亦即，使用者用手指推或拉操作本發明的游標指向單元，可達到快速移動游標的動作，而且游標移動的速度可根據裝置受力大小(或傾斜程度)作調整。
其二為小範圍指腹位移。亦即，當使用者需在小範圍(例如在網址列上)移動修改內容時，使用本發明的游標指向單元能輕鬆而精準地控制游標，而且手指長時間操作亦不會感到疲勞。
其三為可分辨快速位移的手勢。亦即，依據事先定義的手勢，可以方便地執行特定的操作。例如，當使用者把手指由左至右快速地滑過游標指向單元的光學指向感測器上的觸摸表面時，系統執行切換網址/連結等事先定義的操作。
另外，本發明的游標指向單元支援手指的點擊(click)與雙點擊(double click)的操作。亦即，當使用者用手指輕拍一次(輕輕點擊一次)光學指向感測器的觸摸表面時，系統接收如同滑鼠左鍵單次點擊的操作指令；當使用者用手指輕拍兩次(輕輕點擊兩次)光學指向感測器的觸摸表 面時，系統接收如同滑鼠左鍵雙點擊的操作指令。
綜上所述，本案發明的游標指向單元可在大範圍移動游標的時候，利用機械式操作的控制桿，進行長距離的游標移動操作，而在游標接近目標時，只需將手指在光學指向感測器的觸摸表面上輕輕滑動，即可進行游標的精準定位，且長時間操作不會造成手指疲勞等問題。
另外，依據本案發明的游標指向單元，在光學指向感測器的觸摸表面上接收到長距離且快速的滑動，(例如在短的時間內，從該觸摸表面的一端移動到相對的另一端時)，可事先定義對應的特定操作，例如翻頁手勢等。
另外，在上述實施例中，本發明的游標指向單元是鍵盤上的特殊鍵，但本發明並不以此為限。例如，本發明的游標指向單元也可以整合在鍵盤的空白鍵上。
上述實施例中，進行光學指向感測器接收的光學數據計算的處理單元可以獨立設置，也可以與機械式控制桿共用一個處理單元。另外，也可以使用電子裝置中的中央處理器(CPU)作為上述處理單元，而不另外設置獨立的處理器。
本裝置包含一個機械式壓力感測裝置與一個光學感測裝置。
上述實施例中，光學指向感測器之解析度至少為2x2。
再者，上述實施例中，使用者進行手勢操作時，宜手指亦可以不接觸到光學指向感測器的觸摸表面，而是從光學指向感測器的該觸摸表面的近距離上方移動過去。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧筆記型電腦裝置
110‧‧‧螢幕
120‧‧‧鍵盤裝置
130‧‧‧游標指向裝置
131‧‧‧機械式控制桿
133‧‧‧緩衝部
135‧‧‧光學指向感測器
320‧‧‧鍵盤裝置
330‧‧‧游標指向裝置
331‧‧‧機械式控制桿
333‧‧‧緩衝部
335‧‧‧光學指向感測器
第1圖顯示依據本發明一實施例之筆記型電腦裝置。
第2圖顯示依據本發明一實施例之游標指向裝置的結構示意圖。
第3圖顯示依據本發明另一實施例之游標指向裝置的結構示意圖。
第4A及4B圖顯示本發明實施例之游標指向單元運作方法之流程圖。
120‧‧‧鍵盤裝置
130‧‧‧游標指向裝置
131‧‧‧機械式控制桿
133‧‧‧緩衝部
135‧‧‧光學指向感測器

Claims (16)

  1. 一種輸入裝置，其包括：一按鍵單元，其包含複數個按鍵；一游標指向單元，其包括：一機械式控制桿，其具有一上端及一基端，藉由該基端安裝於該按鍵單元上；一光學指向感測器，其設置於該機械式控制桿之該上端，用以感測在其所具有之一觸摸表面上的物體移動；以及一控制單元，當該光學指向感測器偵測到有一物體出現在該觸摸表面上時，判斷該機械式控制桿是否受力傾斜，並當該機械式控制桿受力傾斜時，輸出游標訊號，當機械式控制桿沒有受力傾斜時，取得物體出現在該觸摸表面上時的位置訊框作為一參考訊框，並當該物體持續位於該觸摸表面上時，接收偵測到的該物體的一即時位置訊框，並依據該參考訊框及該即時位置訊框計算該物體移動速度，當該物體移動速度未超過一閾值，則依據該物體移動速度輸出一游標位置變化值，當該物體移動速度超過該閾值，則切換至手勢控制模式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置，其中當該機械式控制桿受力傾斜時，該控制單元依據該機械式控制桿的傾斜程度，決定該游標移動量，並將之輸出為該游標訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置，其中該機 械式控制桿用於控制游標的快速長距離移動。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置，其中該光學指向感測器用於控制游標的小範圍近距離移動。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置，該控制單元，當判斷為該物體移動速度超過該閾值時，控制一螢幕使其顯示切換頁面的動作。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置，其中該控制單元，當該光學感測器偵測到有一物體出現在該光學指向感測器上的同時，若接收到該按鍵單元中之一特定按鍵被按壓之一按鍵按壓訊號，則判斷為接收到對應於該特定按鍵按壓訊號之一點擊訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置，當該游標指向單元受到垂直按壓時，該控制單元判斷為接收到一點擊訊號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之輸入裝置，其中該光學指向感測器的該觸摸表面為凹面狀。
  9. 一種可攜式電子裝置，其包括一鍵盤裝置、一螢幕裝置及一運算裝置，其中：該鍵盤裝置包括：一按鍵單元，其包含複數個按鍵；一游標指向單元，其包括：一機械式控制桿，其具有一上端及一基端，藉由該基端安裝於該按鍵單元上；及一光學指向感測器，其設置於該機械式控制桿之 上端，用以感測在其所具有之一觸摸表面上的物體移動；該運算裝置，當該光學指向感測器偵測到有一物體出現在該觸摸表面上時，判斷該機械式控制桿是否受力傾斜，並當該機械式控制桿受力傾斜時，輸出游標訊號，使得該螢幕裝置依據該游標訊號顯示一游標；當機械式控制桿沒有受力傾斜時，取得物體出現在該觸摸表面上時的位置訊框作為一參考訊框，並當該物體持續位於該觸摸表面上時，接收偵測到的該物體的一即時位置訊框，並依據該參考訊框及該即時位置訊框計算該物體移動速度，當該物體移動速度未超過一閾值，則依據該物體移動速度輸出一游標位置變化值，使得該螢幕裝置依據該游標位置變化值移動該游標；當該物體移動速度超過該閾值，則切換至手勢控制模式，使得該螢幕裝置依據接收到的手勢輸入，改變所顯示的內容。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之可攜式電子裝置，其中當該機械式控制桿受力傾斜時，該運算裝置依據該機械式控制桿的傾斜程度，決定該游標移動量，並將之輸出為該游標訊號，使得該螢幕裝置依據該游標訊號顯示該游標。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之可攜式電子裝置，其中該運算裝置依據該機械式控制桿的受力狀況，控制該螢幕裝置上顯示之該游標的快速長距離移動。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之可攜式電子裝置，其中該運算裝置依據光學指向感測器偵測到的該觸摸表面上的物體移動，控制該螢幕裝置上顯示之該游標的小範圍近 距離移動。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之可攜式電子裝置，該運算裝置，當判斷為該物體移動速度超過該閾值時，控制該螢幕裝置使其顯示切換頁面的動作。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之可攜式電子裝置，其中該運算裝置，當該光學感測器偵測到有一物體出現在該光學指向感測器上的同時，若接收到該按鍵被按壓之一按鍵按壓訊號，則判斷為接收到對應於該按鍵按壓訊號之一點擊訊號。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之可攜式電子裝置，當該游標指向單元受到垂直按壓時，該運算裝置判斷為接收到一點擊訊號。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之可攜式電子裝置，其中該光學指向感測器的該觸摸表面為凹面狀。
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