专利名称：操控于三维空间且利用多个手指致动式传感器的指针装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于计算机输入的指针装置，特别是关于一种指针装置，用来操控于虚拟三维空间的图形化使用者接口。
背景技术：
现今的世界是一个三维世界(Three-dimensional world)。通过高度化的科技发展，科技在计算机图形硬件、软件、以及特别是在计算机图形化使用者接口，其所展现的前进进步，使得3D能力能够被利用于所有主流计算机系统中。再者，3D技术正开始整合至网际网络技术，使得横跨于世界的3D资料的分享成为可行的。通过利用虚拟实境模型语言(VRML-Virtual Reality ModelingLanguage)，网页设计者能够建构3D”世界”，让远程使用者能够浏览于这3D”世界”。
复杂应用程序(Sophisticated applications)的使用，且这复杂应用程序是可透过图形化图像(Graphic icons)的使用，而提供了许多应用工具。这种使用复杂应用程序的方式，在计算机工业中是一种趋势。对于使用者而言，须使用鼠标与键盘来对二维(2D)进行操控(Navigating)，它可以是水平及垂直的操控，此已是常见必须之事；再者尚要对在多个不同层级或深度的窗口、工具列与图像等进行选择，此也已是经常必须之事。
诸如轨迹球、游戏摇杆、IBM轨迹点、苹果导引板(Apple glide pad)、以及其它可利用的装置，上述该些指针装置都是目前可以利用的，且该些指针装置在二维空间，以及在水平方向与垂直方向等两种方向上，可提供良好选择。然而，在三维空间中，对图形、窗口、或图像若采以鼠标来作出选择，是不方便的事。因此，一种指针装置其能够使得图形化接口的操控，不仅在二维空间，尚且在具有深度的二维空间，也就是三维空间，这操控变为更容易，这种指针装置被需求且希望能够存在。
三维空间游戏提供一个虚拟三维环境，使用者可在这环境中浏览。摇杆典型地被这些接口来利用，但是，摇杆作为被一般商业应用程序来使用时，例如电子表格、或文书处理器，它是一种不方便之事。为了解决此项不便，使用者经常是被强迫地要去拥有两种指针装置，分别是用于游戏的指针装置，例如摇杆；以及一个个别的指针装置，例如鼠标。此两种指针装置的使用，是花费昂贵且又带来安装困难，以及增加工作桌面的杂乱。
诸多指针装置其用来操控于三维接口的解决方案，已在先前技艺所公开。然而，许多指针装置是采以手不自然地移动操作方式，使得鼠标正常的操作会对其它三维或多维输入控制器的操作形成对抗，而造成手不自然地移动操作。先前范例包含一个多重-按钮鼠标其公开于美国专利USP5,910,798以及USP6,198,473。或是备有一个摇摇鼠(Tilt mouse)其公开于美国专利USP5,367,631。或是备有一个侧滚轮的鼠标其公开于美国专利USP5,963,197。或是一个备有摇杆的鼠标其公开于美国专利USP6,822,638。或是一个备有杆(Level)的鼠标其公开于美国专利USP6,480,184。其它类指针装置要求比一般计算机鼠标更多的手背与手腕的操作移动，例如一种插置设置轨迹球的鼠标其公开于美国专利USP5,446,481。或是一种鼠标板(Mouse pad)的解决方案其公开于美国专利USP6,611,139、USP6,717,569、USP6,727,889。因此，一种对于指针装置其可用来解决上述限制的需求存在着。
发明内容
本发明第一目的是提供一种指针装置，可应用到各式各样的应用程序对于虚拟三维空间的图形化使用者接口的导览或操控。
本发明第二目的是提供一种指针装置，可应用到各式各样的应用程序对于虚拟三维空间的图形化使用者接口的导览或操控，并且可利用原先用来操作左按键与右按键的两支指头的移动来进行。
为达成本发明上述诸目的，本发明提供一种用于操控于虚拟三维空间图形化使用者接口的指针装置，包括一第一传感器以及一第二传感器。第一传感器是设置在左按键所占据的区域中，其中第一传感器是提供给第一手指来操作。第二传感器是设置在右按键所占据的区域中，其中该第二传感器是提供给第二手指来操作。本发明的指针装置仍保留鼠标按键与移动的正常性操作。
本发明的观点可以通过范例来予以阐解，但本发明不会因范例而受到限制，并请参见附随的附图。
为使熟悉该项技术人士了解本发明的目的、特征及功效，兹通过下述具体实施例，并配合所附的附图，对本发明详加说明如后。
图1显示依据本发明用来操控于虚拟三维空间图形化使用者接口的第一范例的指针装置的立体图。
图2显示依据本发明用来操控于虚拟三维空间图形化使用者接口的第二范例的指针装置的立体图。
图3显示本发明指针装置连接于计算机的联机(Connection)示意图。
图4显示本发明如何实施第一传感器的第一范例的电路示意图。
图5显示配合图4指针装置所使用的韧体的流程图。
图6显示本发明如何实施第一传感器的第二范例的电路示意图。
图7显示配合图6指针装置所使用的韧体的流程图。
图8显示本发明如何实施第一传感器的第三范例的电路示意图。
图9显示配合图8指针装置所使用的韧体的流程图。
图10显示本发明指针装置的韧体其处理N个状态信号的流程图。
符号说明10 指针装置 11 左按键13 右按键 20 计算机101第一传感器 103 第二传感器105微控制器 107 上限门槛电路109下限门槛电路 1011开关1013 开关
具体实施例方式
图1显示依据本发明用来操控于虚拟三维空间图形化使用者接口的第一范例的指针装置的立体图，图2显示依据本发明用来操控于虚拟三维空间图形化使用者接口的第二范例的指针装置的立体图，以及图3显示本发明指针装置连接于计算机的联机(Connection)示意图。本发明用来操控于虚拟三维空间图形化使用者接口的指针装置10，至少包括有第一传感器101以及第二传感器103，且每个传感器101、103是分别具有三个或三个以上的状态信号。指针装置10送出由传感器101、103所触发的该些状态信号给计算机20。然后，计算机20激活与执行指针装置10所使用的驱动程序，该些状态信号是能够透过驱动程序而被接收与处理。因此，本发明指针装置10是能够提供给一些应用程序，其包含游戏软件、计算机辅助设计(CAD)软件，对于三维的导览或操控等作业上需求。例如，该些应用程序透过呼叫驱动程序，该些应用程序取得由第一传感器101与第二传感器103触发的当时状态，该些应用程序再将当时该些状态信号转换成对应于3D空间的导览或操控的指令。
请参见图1、图2，第一传感器101是设置在左按键11所占据的区域中，且第一传感器101是提供给第一手指来操作，例如右手的食指。第二传感器103是设置在右按键13所占据的区域中，且第二传感器103是提供给第二手指来操作，例如右手的中指，据此，本发明指针装置10提供了一种二支手指头的灵敏机制(Dexterity)，且传感器的操作并不会干扰到鼠标的正常性的操作。并且，通过二支手指头的操作，使用者能够操作第一传感器101与第二传感器103，如同对鼠标按键与移动的操作习惯一样，其藉按压鼠标的左按键11与右按键13。
图4显示本发明如何实施第一传感器的第一范例的电路示意图，以及图5显示配合图4指针装置所使用的韧体的流程图。由于第二传感器103可以采行相同于第一传感器101的结构而实作，因此，本发明不另外对如何实作第二传感器103来进行说明。第一范例的第一传感器101是采行一个以上的按压开关来作为具体组件。在步骤200中，微控制器105侦测开关1011或开关1013的按压情况。在步骤201中，微控制器105判断开关1011是否被按压下。步骤201如果为真，则进入步骤202，否则进入步骤203。在步骤202中，微控制器105输出第一传感器101的第一种状态信号，也即向上(Up)信号。在步骤203中，微控制器105判断开关1013是否被按压下。步骤203如果为真，则进入步骤204，否则进入步骤205。在步骤204中，微控制器105输出第一传感器101的第二种状态信号，也即向下(Down)信号。在步骤205中，微控制器105输出第一传感器101的第三种状态信号，也即休息(Rest)信号。
图6显示本发明如何实施第一传感器的第二范例的电路示意图，以及图7显示配合图6指针装置所使用的韧体的流程图。由于第二传感器103可以采行相同于第一传感器101的结构而实作，因此，本发明不另外对如何实作第二传感器103来进行说明。第二范例的第一传感器101是采行可变传感器(Variable Sensor)，例如可变电阻传感器(Variable-resistence sensor)、近接传感器(Proximity sensor)、压力传感器(Pressure sensor)等来作为具体组件。在步骤300中，微控制器105侦测可变传感器101的操控情况。在步骤301中，微控制器105判断可变传感器101所产生的感测信号是否低于上限门槛(UpThreshold)。步骤301如果为真，则进入步骤302，否则进入步骤303。在步骤302中，微控制器105输出可变传感器101的第一种状态信号，也即向上(Up)信号。在步骤303中，微控制器105判断可变传感器101所产生的感测信号是否低于下限门槛(Down Threshold)。步骤303如果为真，则进入步骤304，否则进入步骤305。在步骤304中，微控制器105输出可变传感器101的第二种状态信号，也即向下(Down)信号。在步骤305中，微控制器105输出可变传感器101的第三种状态信号，也即休息(Rest)信号。
图8显示本发明如何实施第一传感器的第三范例的电路示意图，以及图9显示配合图8指针装置所使用的韧体的流程图。由于第二传感器103可以采行相同于第一传感器101的结构而实作，因此，本发明不另外对如何实作第二传感器103来进行说明。第三范例的第一传感器101是采行可变传感器(Variable Sensor)，例如可变电阻传感器(Variable-resistence sensor)、近接传感器(Proximity sensor)、压力传感器(Pressure sensor)等来作为具体组件。第三范例增设二种以上的组件(Components)，该些组件是包含上限门槛电路(UpThreshold Circuit)107以及下限门槛电路(Down Threshold Circuit)109。上限门槛电路107是用来比较可变传感器101所产生的感测信号的大小，当感测信号大于上限门槛(Up Threshold)时，则上限门槛电路107输出一信号。下限门槛电路109是用来比较可变传感器101所产生的感测信号的大小，当感测信号小于下限门槛(Down Threshold)时，则下限门槛电路109输出一信号。
在步骤400中，微控制器105侦测可变传感器101的操控情况。在步骤401中，微控制器105侦测上限门槛电路107是否输出一信号。步骤401如果为真，则进入步骤402，否则进入步骤403。在步骤402中，微控制器105输出可变传感器101的第一种状态信号，也即向上(Up)信号。在步骤403中，微控制器105侦测下限门槛电路109是否输出一信号。步骤403如果为真，则进入步骤404，否则进入步骤405。在步骤404中，微控制器105输出可变传感器101的第二种状态信号，也即向下(Down)信号。在步骤405中，微控制器405输出可变传感器101的第三种状态信号，也即休息(Rest)信号。
依据上述第一范例至第三范例的精神，实作上述第一传感器101以及第二传感器103的具体组件尚可选择机械式开关(Mechanical Switch)、滑动型开关(Slide Switch)、触控传感器(Touch Sensor)、摇杆(Joystick)等等。再者，所选择来作为第一传感器101以及第二传感器103的具体组件，可以具备自动复位功能，当传感器是在重置状态(Reset state)。
兹举出范例来说明本发明指针装置10如何应用于应用程序。假设应用程序可以利用键盘的「W」按键、「A」按键、「Q」按键、「D」按键、「E」按键、「S」按键，来作为3D空间的导览(Navigation)或操控。下表是说明本发明指针装置10与该些按键的对应关系
本发明指针装置10其具体装置可以是一鼠标，鼠标10除了提供正常功能的使用以外，透过第一传感器101以及第二传感器103的操控，使得鼠标10能够提供应用程序对于3D空间的导览(Navigation)或操控等作业上需求。
图10显示本发明指针装置的韧体其处理N个状态信号的流程图。在图10中，第一传感器101与第二传感器103的韧体都是采行于可变传感器(Variable Sensor)之中。在步骤500中，微控制器105侦测可变传感器101的操控情况。在步骤501中，微控制器105判断可变传感器101所产生的感测信号是否介于第n门槛(n Threshold)与第n+1门槛(n+1 Threshold)的范围之内，其中n＞＝1，且n＜＝N，且N＞＝3。步骤501如果为真，则进入步骤502，否则进入步骤503。在步骤502中，微控制器105输出可变传感器101的第n种状态信号。在步骤503中，微控制器105输出可变传感器101的最后一种状态信号，也即休息(Rest)信号，此时代表着对应的第一传感器101或第二传感器103都未被操控，第一传感器101或第二传感器103并无产生信号。假若上述N值为10，则代表第一传感器101与第二传感器103分别能够各自产生10种状态信号。
虽然本发明已以具体实施例公开如上，然其所公开的具体实施例并非用以限定本发明，任何熟悉此技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，其所作的更动与润饰都属于本发明的范畴，本发明的保护范围当根据本申请的权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种指针装置，用来操控于虚拟三维空间的图形化使用者接口，其特征在于，包括一第一传感器，是设置在一左按键所占据的区域中，其中该第一传感器是提供给一第一手指来操作；一第二传感器，是设置在一右按键所占据的区域中，其中该第二传感器是提供给一第二手指来操作。
2.如权利要求1所述的指针装置，其中该第一传感器，是经该第一手指操作后，该第一传感器是能够产生至少三种状态信号；以及，其中该第二传感器，是经该第二手指操作后，该第二传感器是能够产生至少三种状态信号。
3.如权利要求2所述的指针装置，其特征在于，该第一传感器的该些状态信号，是包含一向上信号、一休息信号、一向下信号。
4.如权利要求2所述的指针装置，其特征在于，该第二传感器的该些状态信号，是包含一向上信号、一休息信号、一向下信号。
5.如权利要求2所述的指针装置，其特征在于，该第一传感器，是可选择为一机械式开关、一滑动型开关、一触控传感器、一摇杆、一可变传感器的其中一种。
6.如权利要求5所述的指针装置，其特征在于，该可变传感器，是包括一可变电阻传感器、一近接传感器、一压力传感器。
7.如权利要求2所述的指针装置，其特征在于，该第二传感器，是可选择为一机械式开关、一滑动型开关、一触控传感器、一摇杆、一可变传感器的其中一种。
8.如权利要求7所述的指针装置，其特征在于，该可变传感器，是包括一可变电阻传感器、一近接传感器、一压力传感器。
9.如权利要求1所述的指针装置，其特征在于，该第一传感器，是具备自动复位功能，当该第一传感器是在重置状态；以及，其中该第二传感器，是具备自动复位功能，当该第二传感器是在重置状态。
10.如权利要求1所述的指针装置，其特征在于，该指针装置，是一鼠标。
全文摘要
本发明是关于用来操控于虚拟三维空间图形化使用者接口的指针装置的领域。本发明的指针装置包括第一传感器以及第二传感器。第一传感器是设置在左按键所占据的区域中，其中第一传感器是提供给第一手指来操作。第二传感器是设置在右按键所占据的区域中，其中该第二传感器是提供给第二手指来操作。通过可利用原先用来操作左按键与右按键的两支指头的移动，本发明的指针装置能够提供一种指针装置，且兼容于各种不同种类的应用程序，用来操控或导览于虚拟三维空间图形化使用者接口中的。
文档编号G06F3/033GK101063910SQ200610111488
公开日2007年10月31日 申请日期2006年8月22日 优先权日2006年4月24日
发明者莫爱德 申请人:英群企业股份有限公司