计算机指示设备的制作方法

专利名称：计算机指示设备的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及具有监视器或显示屏的计算机、尤其是个人计算机的指示设备，具体来说，本发明涉及使用者不用手就能够操作的指示设备和这种指示设备的一部件的一实施例。
在过去几年中，计算机的程序及操作系统、尤其是具有图形接口的被称作个人计算机的那一类计算机的程序及操作系统已得到广泛应用。由于没有接受过专门培训的用户和/或非专业人员的用户都可简单和直观使用这种图形接口，所以这种图形接口已广泛应用。这种接口还使用户能够非常迅速学会使用一个或一组计算机程序，并能够几乎不费力就可达到相当高的效率和执行速度。
这种图形接口实际上使用户不必在计算机键盘上进行键入就可向计算机、或更准确地说是向正在被该计算机执行的程序输入非常大量甚至复杂的命令。由于再也不需要学习必要的语言和句法来正确地输入上述命令，所以有以上优点。
通过移动计算机屏幕或监视器上的光标或指针输入这些命令。用光标选择屏幕上的例如图标或区域这样的图形符号，实际上是用光标从一个屏幕点到另一个屏幕点地拖动这些图形符号。
起初用键盘箭头按键控制屏幕上的光标移动，但这种方式相当不便并且速度很慢，于是开发和改进了速度更快效率更高的指示设备。
指示设备中最著名和应用最广的是所谓的“鼠标”。这种设备实际上包括用塑性材料制作的、可在平坦表面上滑动的一小的外壳，壳内有一小球，该小球被放置鼠标的平面所支撑并可自由地运动，以便随着鼠标在平面上的移位而滚动。该小球与能够检测其旋转的传感器相关联。这样一来，通过检测鼠标内的小球的位移，就能够用鼠标位移本身来控制个人计算机屏幕上光标的相应移动。鼠标上通常还有两个或两个以上的按键，用户例如在他必须选择或拖动图形符号时用这些按键来向个人计算机发送命令。鼠标的使用非常容易和直观，可迅速、准确地控制光标在个人计算机屏幕上的移动。因此其已得到广泛应用。
还已开发了适合于执行与鼠标功能相同的功能的同类型指示设备。已开发的这种设备通常应用于不适合或不便于使用鼠标的便携式个人计算机。应用最广泛的这种设备之一被称作“跟踪球”，它是一种固定设备，但其操纵基本上与鼠标相同。实际上，在跟踪球中总是有一小球，该小球与能够检测其旋转的传感器相关联。但该小球可被用户直接触摸，用户用手指使其转动。
可以看到所有以上描述的已有技术的指示设备的共同特征是要求用户进行手动操作。这造成了某些不便，限制了这些设备的应用潜力。
实际上，这些指示设备使用户的一只手不得空闲，这只手不能够在使用指示设备的同时再做其它动作，例如书写、在计算机键盘上进行键入、读书、握拿电话手持送受话器等。如果用户需要在使用指示设备的时候做这些动作中的一个或几个，他就必须停止一个动作才能够做另一个动作，耗费时间和需集中精神。还有，如果用户是残疾人，只有一只手或双手都不能用，则使用传统类型的指示设备、例如鼠标就会有问题或甚至就无法使用。
第二种不便是传统指示设备效率低。实际上，每当必须移动屏幕预定点处的光标时，用户必须首先用其眼睛注视该点，然后动手将鼠标、即屏幕上的光标移至所希望的位置。在这种移动期间，用户可通过观察屏幕核对屏幕上光标的移动来核对鼠标的位移。因此用一控制系统实现屏幕上光标的移动和放置，该控制系统是用户可操作的、可被定义为环形(loop-type)的系统，使用了众所周知的眼-手协调机构。这种操作方式使人眼能简单和直观地控制光标的移动，并且还可实现高精度的定位。
但这种操作方式也有其缺点，即不能够使用户获得最大可能的指示速度。实际上，为了能够协调屏幕上光标的移动和手的运动，用户不得不预先观察他希望将光标移至的屏幕部分，然后移动鼠标来到达该位置。如果用户需要将光标移到距光标目前所在位置较远的屏幕位置，则由于用户需要把视线轮流集中在光标目前所在的位置和光标要被移至的位置上，所以还是费时的。所有这一切都不可避免地降低了光标定位的速度。
本发明的目的是提供能够令人满意地解决上述所有问题的指示设备。
根据本发明，以上目的是利用具有在权利要求书中指出的特点的指示设备来实现的。
本发明的另一目的是提供这种指示设备一主要部件的一特别有益的实施例。
阅读以下参看附图给出的详细描述将明了本发明的其它优点和特点，以下的详细描述只为说明起见，不是限制性的。


图1是本发明与个人计算机相关的指示设备一实施例的简要图示，图2是类似于图1的表示用户使用本发明指示设备的简要图示，图3是本发明设备一实施例的简要方框图，图4和5是本发明指示设备一部件的两简要图示，适合于表示该设备的操作，图5A表示在本发明设备中使用的挡板的另一实施例，图6和7是类似于图4的表示图5部件的操作的两简要图示，图8是更详细地表示本发明设备一实施例的简要方框图，图9-11是表示本发明指示设备一部件的三个可能的替代实施例的简要图示，图12是本发明指示设备一替代实施例的简要图示。
本发明指示设备的目的主要是使用户不用手就能够实现光标在计算机或个人计算机屏幕上的移动和放置。为了实现这样的光标移动，动用了用户身体不同的部分，具体来说，该部分是头部。
为了更好理解，现在参看图1描述本发明指示设备的结构。图1示出传统类型的个人计算机EL。该个人计算机EL包括由普通阴极射线管构成的监视器MON和键盘KB作为输入/输出设备。该个人计算机EL还与本发明的指示设备相关联。该指示设备的两个主要部件是光电发射器TX和相应的光电接收器RX。光电发射器TX和接收器RX与电处理单元ECU连接，该电处理单元ECU再与该个人计算机EL的一输入端口连接，传统指示设备、例如鼠标通常与该输入端口连接。
现在描述本发明指示设备的操作。发射器TX发出适于接收器RX接收的、例如在红外波段的电磁辐射束。接收器RX实际上是一角度传感器，即它能够检测自己相对于辐射源、即相对于发射器RX的角度。显然，接收器RX的设计要使其能够测量其相对于发射器RX的空间取向，即它应当是角取向测量设备。
指示设备则利用与接收器RX取向相关的信息控制个人计算机EL的监视器MON上的光标移动。在当前最佳实施例中，接收器RX用相对于角取向变化而不是绝对角取向的信息相对发射器TX定向来控制光标移动。这样做使得本发明的指示设备与传统指示设备、例如鼠标完全兼容。在普通类型的鼠标中，实际上是用与平面上的鼠标位移、即与位置变化相关而不是与绝对位置相关的信息来控制屏幕上的光标移动。另一方面，为了模仿特别在游戏和模拟程序中使用的绝对指示设备，例如操纵杆，可以发送绝对角取向代替角取向变化。
使用本发明的指示设备的方式是很清楚的。使接收器RX与用户头部成一整体、由此使用户只简单地移动其头部就能够控制屏幕上的光标移动就够了。由于随眼睛的方向移动—至少局部地移动头部本身是很自然的，所以这种移动是非常自然和直观的。
图2类似于图1，表示使用本发明的指示设备的方式。在图2和以后的附图中，用相同的标号表示已参看图1描述的部分和元件。由图2可见个人计算机EL的用户戴着施加有接收器TX的一副眼镜OC。因此，为了移动屏幕MON上的光标，用户只需移动自己的头部来改变装在眼镜OC上的接收器TX的取向。在这样做的时候，用户可以使自己的眼睛总是注视着光标，速度和效率的提高是显而易见的。此外，用户的双手完全空闲，可用来执行其它任务。
都知道传统的指示设备至少有一个按键或按钮，该按键适合向个人计算机EL发送命令来例如选择或拖动图形符号，虽然实际上在大多数情况下一个按键就足够，但一般来说有二个或三个按键。通过按下或松开按键来发出命令，所以传送给个人计算机EL的信息即命令是二进制形式的。
本发明的指示设备同样包括适合执行这一功能、即发送二进制命令的部件，该部件在图1中被简要地表示为按键INT。
由于该部件INT不必连续地使用，所以它可以如图1所示由普通的按钮或按键来构成。或者可用个人计算机EL的键盘KB的一个按键来执行该功能。这样一来，当用户想向个人计算机EL发送一二进制命令、即本领域都知道的“按动鼠标(clic)”时，他可以用手来操作位于工作台面上的按键INT。
但这样的结构丧失了用本发明的指示设备获得的部分优点。事实上，尽管是偶尔的，但用传统按键发送二进制命令会迫使用户动手。
在一些替代实施例中，本发明的指示设备为此提供了使用允许用户不用动手就能够发送二进制命令的传感器或控制设备。
于是控制设备INT可例如由能够识别用户所说的某些单词或发出的某些声音的预定的语音传感器来构成。
或者，控制设备INT可由压力传感器构成，该压力传感器与由塑性材料制成的一封闭小管连接，用户通过咬压自己的牙齿能够操纵该封闭小管。二进制命令由在被牙齿咬压的该塑性管内部形成的压力不平衡产生并由例如测张力型的压力传感器进行检测。该塑性管是唯一受到磨损的部件—是成本极低的部件并且不用工具在几秒内就可被更换(除磨损外，出于卫生的理由为可更换的还带来了方便)。
还可以把测张力传感器放在用户部分皮肤上，以便通过收缩肌肉、例如颚肌肉或通过弯曲关节就能够发出二进制命令。
另一种替代的做法是使用可用脚操纵的、例如在某些口授录音机中采用的那种类型的按键。
这样一来，用户不用手即双手彻底空闲也能够完全操纵本发明的指示设备。
为更好理解起见，图3示出表示本发明指示设备一些主要部件的方框图。该图示出了适合产生控制位于个人计算机EL屏幕MON上的光标的信号的发射器TX和接收器RX，还示出了用户通过其向指示设备发送二进制命令的传感器TNT。
发射器TX和接收器RX以及传感器TNT都与指示设备的处理单元ECU连接。特别是，这三个部件TX、RX、TNT都与控制单元UC连接，该控制单元UC是处理单元ECU的一部分。该控制单元UC的功能是驱动发射器TX以及接收、译码和处理由接收器RX和传感器TNT产生的信号。因此该控制单元UC的功能主要是从接收器RX和传感器TNT产生的信号中提取表示用户发出的命令的信息。
该控制单元UC还被用来将这种信息预先传送给计算机或个人计算机EL。这是利用接口IF来实现的，接口IF的功能是把控制单元UC处理的信息变换成为符合EL所要求的协议的格式。因此该接口IF的主要功能也是使本发明的指示设备与传统指示设备完全兼容，并有可能使得通过仅修改本发明指示设备的一个部件就可将其应用于按照不同的协议或标准进行操作的计算机。
为更好理解起见，现在参看图4至7描述接收器RX的操作。如上所述，接收器RX基本上是一角取向测量设备。接收器RX实际上检测其自己在空间中相对于某一点、具体来说相对于发射器TX的轴取向。
接收器RX主要由多个光敏元件和一个适合阻挡辐射、具有至少一个开口的隔板或挡板组成。根据当前最佳实施例，接收器RX包括成矩形或方形地均匀排列在一平面上的四个光敏元件F1、F2、F3、F4，以便如图4所示形成例如在矩形或方形的顶角处有两根对称轴的结构。以下按常规把与隔板LS和光敏元件F1、F2、F3、F4所在的平面垂直的方向指定为接收器RX的轴。
在这些光敏元件F1、F2、F3、F4的前面放置了与它们所在平面平行、与它们相距一定距离的例如基本上为矩形或方形的挡板LS，该挡板LS在大体上对应由光敏元件F1、F2、F3、F4组成的结构中心的位置处有一开口。例如图4中用LA表示的区域的形状和位置相应于挡板LS上的该开口。具有开口的挡板LS的功能是使发射器TX发射出的辐射按照接收器RX相对于发射器TX的取向各不相同地辐射至光敏元件F1、F2、F3、F4。
例如考虑图5所示的情形。为简化起见，图5示出了接收器RX相对于发射器TX的取向有一角度α而不是直接对着发射器TX。为简化起见，考虑平面上的一个角而不是空间中的一对线性独立的角，因此图5只示出了光敏元件F1和F2。由该图可见，由于接收器RX相对于发射器TX的取向有一角度α，所以发射器TX发出的光束不是垂直入射到挡板LS和光敏元件F1、F2、F3、F4所在的平面。
由于接收器RX相当小，为几毫米的数量级，而接收器RX和发射器TX之间的距离相当大，通常为50厘米至1米，所以，作为第一级近似，可以把发射器TX发出的辐射看作是平行的，如同它们来自无穷远的辐射源似的。由于这样的原因，在图5中用相对于接收器RX所在平面倾斜取向的两条平行直线代表入射到接收器RX的辐射束。不用说，这两条直线相对于该平面的法线倾斜了角度α，该法线就是接收器RX的轴线。
这就使得发射器TX照射到接收器RX的光敏元件F1、F2、F3、F4上的辐射量各不相同。例如在图5所示的具体情况下，照射到彼此相邻的两个光敏元件F1和F2上的辐射量明显不同，具体来说，照射到光敏元件F1上的辐射量比照射到光敏元件F2上的辐射量多得多。
如果挡板LS的开口位于光敏元件F1、F2、F3、F4的中心，则发射器TX发出的辐射在接收器RX的轴线正对着发射器TX、即角度α为零时将等量地照射到这些光敏元件上。在图5所示接收器RX的轴线以非零角度α取向的情况下，光敏元件F1和F2上被入射辐射照射到的部分将分别增大和减小量或距离X。由于光敏元件F1和F2产生表示照射在其上的入射辐射量的信号，所以量X很容易被确定。因此根据光敏元件F1、F2产生的信号能够立即确定距离X。由于作为第一级近似距离X等于Dsinα，D是光敏元件F1、F2所在平面和挡板LS所在平面之间的距离，所以就能够确定角度α。
上述情形与简单角度α的确定显然相关。但是，在使用了四个光敏元件F1、F2、F3、F4的情况下，显然同样能够确定接收器RX的空间取向、即能够通过测量角度α和β来确定取向。
也可以通过使用(例如以上具有四个光敏元件F1、F2、F3、F4类型的)检测器结构和代替了挡板的短焦距透镜(未示出)容易地实现上述系统。短的焦距指该焦距比接收器和发射器之间的距离小得多，因此入射在透镜上的辐射可被看作是平行的。通过使用把辐射照射到光敏元件(例如图5中的F1和F2)上的透镜，可使光敏元件的相对照射量与入射辐射相对于光学系统轴线形成的角度α单一地相关联。
上述结构成本极低的一实际实施例可用直接位于四个光敏元件F1、F2、F3、F4的中心的球面透镜(未示出)来获得在这些透镜和光电检测器之间不需要有间距。
图6和7表示如何根据接收器RX相对于发射器TX的取向在各个光敏元件F1、F2、F3、F4之间不同地分配入射在它们之上的辐射的两种情形。图6和7实际上表示在接收器RX的轴的两种不同取向的情况下受到发射器TX发出的入射辐射照射的区域LA。
图4示出的区域LA代表的是接收器RX的轴正对着发射器TX的情形。由图4可见，受到入射辐射照射的光敏元件F1、F2、F3、F4的各个部分彼此正好相等，明显表明挡板LS的开口位于光敏元件F1、F2、F3、F4的中心并且是相对于它们为对称的。
一旦接收器RX的轴取向偏离正对着发射器TX的这一方向，即使这种偏离很小，入射辐射在光敏元件F1、F2、F3、F4上的分配也会发生变化，不再相等。这样一来，根据表示在每一个光敏元件F1、F2、F3、F4上的入射辐射的强度的信号，就能够确定表示接收器RX相对于发射器TX的轴取向的沿两彼此正交方向—以下将称为X和Y方向—的角度α和β。
接收器RX的另一最佳实施例除包括隔板或挡板LS’外还具有非常类似于上述光敏元件的多个光敏元件F1、F2、F3、F4(如图5A所示)。挡板LS’同样基本上是矩形或方形的形状，但除至少其中心部分C外的其它部分完全由透明材料制成，而其中心部分C由阻挡辐射通过的材料制成，由此挡住入射辐射照射到光敏元件F1、F2、F3、F4。至少为一个的该中心部分C的形状基本上是矩形或方形，与挡板LS’的形状相同，是其的一部分。接收器RX该实施例的操作与上述前一实施例的操作互补其工作原理基本上与上述实施例的相同，对本领域普通技术人员而言是显而易见的。
由以上的描述得知对发射器TX的要求相当少。主要是发射器TX必须在个人计算机EL的屏幕MON附近，并对着用户，以便接收器RX在正常使用期间总是在可检测到发射器TX发出的辐射的区域内。还有，发射器TX必须处于稳定状态，并且基本上是点辐射源，以便保证指示设备所需的精度。
应当指出为何接收器RX的操作与其到发射器TX的距离无关，而只依赖于其相对于发射器TX取向的角度。这是因为该角度实际上依赖于入射到各个光敏元件F1、F2、F3、F4的辐射强度之间的比值而不依赖于绝对强度。这显然是有益的，因为用户可随意调整其离开屏幕MON的距离，仅通过改变自己头部的取向就可检查光标位置。
把发射器TX施加于屏幕MON上和把接收器RX固定在用户的头部上使成一体的做法可被把发射器TX施加于用户头部上使成一体的做法所代替，该施加于用户头部的发射器TX照亮放置在屏幕MON附近的反向反射器，例如立方棱(cube edge)或猫眼(cat’s eye)反射器。这样就可以去掉处理单元ECU和用户头部之间的连接。
为了更好理解起见，现在参看图8详细描述本发明设备的一当前最佳实施例。图8明白地表示如上所述地实现的发射器TX和接收器RX。接收器RX与主要由逻辑网络构成的电路LOG连接，其功能是提取有关角取向和入射辐射总强度的信息。电路LOG则输出代表角取向的、将被进一步处理的两个信号，这两个信号用X和Y来表示。
信号X和Y传送给动态压缩器CD，该动态压缩器CD的功能是把信号X和Y的振幅作为总强度的函数进行标准化，以便使接收器RX的操作与该接收器RX和发射器TX之间的距离无关。
动态压缩器CD输出的信号X和Y然后传送给后面跟着一放大器的一同步解调器，用ALI来表示它们。实际上必须指出接收器RX除了接收发射器TX发出的辐射外，还接收来自强的噪声和干扰源的大量其它电磁辐射。
明白接收器RX基本上正对着是一强的电磁辐射源的个人计算机EL的屏幕MON就足够了。由于这样的理由，必须尽可能消除这些噪声。
为此，用振荡电路OSC产生的、通常是固定频率的周期信号驱动发射器TX。用来驱动发射器TX的这种周期信号还传送给同步解调器ALI。这样一来，同步解调器ALI将只解调频率和相位与发射器TX发出的信号相同的那些信号。根据这样的设计，实际上就能够消除上述全部噪声。
于是在同步解调器ALI的输出端就可以得到代表接收器RX实际角取向的两个信号X和Y。这两个信号X和Y传送给把它们变换为数字格式的模/数A/D变换器。模/数A/D变换器的输出端再与把这些信号进行变换并把它们传送给个人计算机的上述接口IF连接。
二进制控制设备INT通过电路TH也与接口IF连接。电路TH的功能是把二进制控制设备INT产生的信号变换为数字信号。
如果二进制控制设备INT是例如压力传感器，则电路TH就可以由阈值比较器电路组成。
如果二进制控制设备INT是例如脚踏按键，则电路TH就可以由防反跳(bounce-preventing)电路组成，或者是多余的，于是可省略。
这样一来，接口IF就接收数字格式的、表示用户发出的命令的所有信号，并以正确的格式将它们传送给计算机EL。
显然，所描述的结构和具体实施例可按照在实施本发明的指示设备时所采取的设计选择进行改进。
例如，为了确定接收器RX在空间中的取向的角取向，显然有三个光敏元件就足够了。在给出的各实施例中，所描述的接收器RX由四个光敏元件F1、F2、F3、F4组成的原因只是因为这样做大大简化了将对接收器RX产生的信号进行处理的单元ECU的电子电路。
对于二进制控制设备，除已公开的结构外，同样可根据应用和用户的喜好进行各种改动。
可有许多改动的另一个方面是接收器RX的形状和位置。在是本发明的目的的当前最佳实施例中，接收器RX与用户戴的眼镜架OC成为一个整体，例如如图2所示。如果用户不需要眼镜，他总是可以戴一副没有镜片或有镜片但不进行校正的眼镜架OC。
接收器RX可如图9所示直接与眼镜架OC成为一个整体，或如图10所示例如通过固定在眼镜架OC的一条腿上而甚至临时地与传统眼镜架OC相结合。如果想把接收器RX从一个眼镜架OC移到另一个眼镜架OC，本实施例就特别有用。
还可以这样设计接收器RX，即通过沿一行排列光敏元件和在放置在这些光敏元件前面的挡板上开出许多开口就能够显著地减小接收器RX的尺寸。这些光敏元件显然必须与这些开口彼此错开，以便能够根据上述原理通过检测入射在不同光敏元件上的入射辐射的变化来准确地确定接收器RX的取向。
如此设计就能够获得尺寸非常小的长条状接收器RX。这样一来就能够例如把接收器RX与眼镜架OC做成一个整体或将其固定在眼镜架OC上，实际上又不损坏其美观或增加其重量。
于是就能够把接收器设置在眼镜架OC的中间位置上，即在位于鼻托上镜片支撑框之间的位置处，如图9所示。还可以使接收器RX在将眼镜腿和眼镜架OC其余部分连接起来的折叶附近与眼镜架OC的眼镜腿成为一个整体，如图10所示。还可以将接收器RX设计成长条状的，以便将其固定在连接眼镜架OC的两镜片支撑框的上过梁上，如图11所示。
在参看图8、9、10和11描述的所有情形中，可以永久地使接收器RX与眼镜架OC成为一个整体，也可以可拆卸地将接收器RX固定在已有的眼镜架OC上。还有把接收器RX固定在与眼镜架OC不同的物体上的其它替代实施例。例如可将发射器TX固定在用户戴的头盔上。此时可使本发明的指示设备与在用来表示虚拟现实的仿真系统中使用的头盔成为一个整体。
还可以将发射器TX施加于用户戴的声频头戴耳机或麦克风上。如果用户必须执行要求使用头戴耳机的动作，这一实施例就非常有用。
为了使本发明指示设备能够工作，必须把接收器RX与处理单元ECU连接也是显而易见的。在到目前为止示出的附图中，一直用导线W来表示这种连接。但显然存在在用户头部和个人计算机EL之间的连接导线W不是必须的情形。在这种情况下，例如可以利用数字无线电或红外连接而不用导线来实现接收器RX和处理单元ECU之间的通信。
实际上当今已能够设计尺寸非常小的无线电设备。然而，这意味着除了要利用电池来给其供电外，还需要增大接收器RX的尺寸及重量。但在这种情况下，如果认为有必要，能够去除连接导线W。
还可以在以下将参看附图12描述的一替代实施例中用本发明的指示设备代替计算机或个人计算机EL的键盘KB，使无法用手的残疾人也能够使用这种计算机EL。
实际上就是简单地设计形状基本上为显示屏的一显示设备KBS来表示个人计算机EL一般键盘的按键排列。这种屏幕KBS可用多种方式、例如利用液晶屏或简单地利用由灯泡或发光二极管组成的遮掩背景光(mask back-lit)装置来实现。该显示屏KBS可以放置在个人计算机EL的一般屏幕或监视器MON附近。这种键盘显示屏KBS与对其进行控制的处理单元ECU连接。此外，该处理单元ECU还与通常连接普通键盘KB的个人计算机EL的输入端口连接。
具体来说，一旦接收器RX不是对着监视器MON而是对着键盘显示屏KBS，处理单元ECU就不仅使光标从监视器MON屏幕上消失(由于不在视野之内)，而且还点亮或指出键盘显示屏KBS上相应于接收器RX指向的点、代表一按键的符号或区域。这种键盘显示屏KBS也可以有自己的发射器或反向反射器。这样用户仅用其头部定向就能够选择表示与处理单元ECU连接的键盘显示屏KBS的按键中的任一个。
由于处理单元ECU连续地点亮或指出用户在任何时刻正在指向的文本，所以选择是非常容易的。这样一来，用户就能够迅速地校正其头部取向，以便迅速和有效地选择所要的按键。
一旦用户已选定了想要的按键，他就只需利用二进制控制设备INT来发出命令或按动鼠标。一旦出现了这种情况，处理单元ECU就向个人计算机EL的输入端口传送相应于该被选定的按键的代码。这样一来，本发明的指示设备就能够完全代替个人计算机EL的键盘KB。
因此，根据这一实施例，根本不用手就能够进行键入。就是说，这一实施例能够使残疾人特别有效地使用计算机或个人计算机EL。
在这种情况下，本发明的指示设备还与标准型键盘KB相当兼容。
不超出本发明的范围可以作出各种改进。例如，可用一个方形结构的PSD(位置灵敏二极管)型的光二极管代替四个光敏元件或光二极管F1、F2、F3、F4来构成接收器RX。
此外，接收器RX可由两个光敏元件的组合(未示出)来构成，每一个光敏元件包括一对光二极管或一个线性类型的PSD，这两对光二极管或这两个线性PSD彼此正交地排列或以彼此线性独立的方式操作。
权利要求
1.与具有显示屏幕(MON)的计算机(EL)相关联地设置的指示设备，所述指示设备适于用来控制在所述屏幕(MON)上出现的图形指示符号即光标的移动，其特征在于包括-适于发送电磁辐射束的发射器(TX)，所述发射器(TX)可以与所述屏幕(MON)组成一个整体，-适于产生表示其自己相对于所述发射器(TX)的角取向的信号的接收器(RX)，所述接收器(RX)可以与人用户身体的一部分相关联，-与所述接收器(RX)和所述计算机(EL)连接的处理装置(ECU)，所述处理装置(ECU)控制作为表示所述角取向的所述信号的函数的所述图形指示符号的位置。
2.权利要求1的设备，其特征在于所述接收器(RX)可以与用户的头部相关联。
3.权利要求1或2的设备，其特征在于所述接收器(RX)包括适于检测其自己相对于所述发射器(TX)的位置的轴取向的角度传感器。
4.权利要求3的设备，其特征在于所述接收器(RX)包括多个光敏元件(F1，F2，F3，F4)和距这些光敏元件一定距离面对着它们放置的具有至少一个开口的一挡板(LS)。
5.权利要求4的设备，其特征在于所述光敏元件(F1，F2，F3，F4)和具有所述开口的所述挡板(LS)使得相对于所述发射器(TX)的所述轴取向的变化将改变照射在所述光敏元件(F1，F2，F3，F4)上的入射辐射量。
6.权利要求4的设备，其特征在于所述接收器(RX)包括至少三个光敏元件。
7.权利要求4或5的设备，其特征在于所述接收器(RX)包括四个光敏元件(F1，F2，F3，F4)。
8.权利要求4至7中任一权利要求所述的设备，其特征在于还包括正好位于所述四个光敏元件(F1，F2，F3，F4)的中心的一球面透镜。
9.权利要求3的设备，其特征在于所述接收器(RX)包括多个光敏元件(F1，F2，F3，F4)和用透明材料制成的、具有至少一个中央部分(C)的一挡板(LS’)，所述挡板(LS’)距所述光敏元件(F1，F2，F3，F4)一定距离面对着它们放置，所述至少一个中央部分(C)用能够挡住所述入射辐射照射到所述光敏元件(F1，F2，F3，F4)上的材料制成。
10.权利要求9的设备，其特征在于所述光敏元件(F1，F2，F3，F4)和所述挡板(LS’)使得相对于所述发射器(TX)的所述轴取向的变化将改变照射在所述光敏元件(F1，F2，F3，F4)上的入射辐射量。
11.权利要求10的设备，其特征在于所述接收器(RX)包括至少三个光敏元件。
12.权利要求9或10的设备，其特征在于所述接收器(RX)包括四个光敏元件(F1，F2，F3，F4)。
13.权利要求1至12中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述处理装置(ECU)与所述发射器(TX)连接，利用周期信号驱动所述发射器(TX)。
14.权利要求13的设备，其特征在于所述处理装置(ECU)包括被所述周期信号调制的一同步解调器(ALI)，该同步解调器适于这样解调表示照射在所述光敏元件(F1，F2，F3，F4)上的所述入射辐射的信号，即输出只表示由所述发射器(TX)发出的照射在所述光敏元件(F1，F2，F3，F4)上的入射辐射的滤波信号。
15.权利要求14的设备，其特征在于所述处理装置(ECU)包括适于以这样的方式对表示由所述光敏元件(F1，F2，F3，F4)产生的所述入射辐射的所述信号进行标准化的一动态压缩电路(CD)，即使得表示所述角取向的所述信号与所述发射器(TX)和所述接收器(RX)之间的距离无关。
16.权利要求1至15中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述处理装置(ECU)以这样一种方式控制所述图形指示符号的位置作为所述角取向变化的函数。
17.权利要求1至16中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述接收器(RX)可施加于眼镜架(OC)上。
18.权利要求1至16中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述接收器(RX)与眼镜架(OC)组成一个整体。
19.权利要求1至16中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述接收器(RX)施加于将由所述用户使用的头盔上。
20.权利要求1至16中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述接收器(RX)施加于将被所述用户戴的头戴耳机或麦克风上。
21.权利要求1至20中任一权利要求所述的设备，其特征在于包括适于检测由所述用户发出的二进制命令的传感器(INT)。
22.权利要求21的设备，其特征在于所述传感器包括一按键(INT)。
23.权利要求22的设备，其特征在于所述按键(INT)是脚可按动型按键。
24.权利要求22的设备，其特征在于所述按键(INT)是所述计算机(EL)的键盘(KB)的按键。
25.权利要求21的设备，其特征在于所述传感器(INT)是可被牙齿压力启动的压力传感器。
26.权利要求21的设备，其特征在于所述传感器(INT)是施加于所述用户的肌肉或关节的测张力传感器(INT)。
27.权利要求21的设备，其特征在于所述传感器(INT)是能够识别所述用户发出的预定的声音或单词的语音识别设备(INT)。
28.权利要求1至27中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述接收器(RX)通过导线(W)与所述处理装置(ECU)连接。
29.权利要求1至24中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述接收器(RX)利用无线电或红外连接与所述处理装置(ECU)连接。
30.权利要求1至29中任一权利要求所述的设备，其特征在于包括与所述处理装置(ECU)连接、面对所述用户放置在所述计算机(EL)的所述屏幕(MON)附近设置的键盘显示屏(KBS)，所述键盘显示屏(KBS)显示计算机普通键盘(KB)的所有图形符号按键，当用户通过沿相应于所说图形符号的一个方向的所述接收器(RX)的所述轴的取向选择了这样一个图形符号和当所述用户通过同时启动所述传感器(INT)向所述计算机(EL)传送了表示所述按键的代码时，所述处理装置(ECU)就点亮或指出所述图形符号按键。
31.权利要求1至30中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述接收器(RX)由方形结构的PSD(位置灵敏二极管)型的一个光二极管组成。
32.权利要求1至30中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述接收器(RX)由两个光敏元件组成，所述光敏元件的每一个包括一对光二极管，这两对光二极管彼此正交地排列或以彼此线性独立的方式操作。
33.权利要求1至30中任一权利要求所述的设备，其特征在于所述接收器(RX)由两个光敏元件组成，所述光敏元件的每一个包括一线性类型的PSD(位置灵敏二极管)，这两个线性PSD光二极管彼此正交地排列或以彼此线性独立的方式操作。
34.可应用于权利要求1至33中任一权利要求所述的指示设备的接收器(RX)，其特征在于可拆卸地施加于眼镜架(OC)上。
35.权利要求34的接收器(RX)，其特征在于可施加于所述眼镜架(OC)的一条腿上。
36.权利要求34的接收器(RX)，其特征在于可施加于所述眼镜架(OC)的连接镜片支撑框的上过梁上。
37.权利要求34的接收器(RX)，其特征在于可施加于所述眼镜架(OC)的在鼻托上方镜片支撑框之间的中间位置上。
38.眼镜架(OC)，包括与之构成一个整体、可应用于权利要求1至33中任一权利要求所述的指示设备的接收器(RX)。
39.权利要求38的眼镜架(OC)，其特征在于所述接收器(RX)与所述眼镜架(OC)的一条腿构成一个整体。
40.权利要求38的眼镜架(OC)，其特征在于所述接收器(RX)与所述眼镜架(OC)的连接镜片支撑框的上过梁构成一个整体。
41.权利要求38的眼镜架(OC)，其特征在于所述接收器(RX)与所述眼镜架(OC)的包括在鼻托上方和镜片支撑框之间的中间位置构成一个整体。
全文摘要
个人计算机(EL)的指示设备，包括与该个人计算机(EL)的屏幕(MON)相关联地设置的一光电发射器(TX)和例如通过固定在一副眼镜(OC)上而与该个人计算机(EL)的用户的头部成一体的一光电接收器(RX)，实现了不用手就能够移动个人计算机(EL)的屏幕(MON)上的光标。
文档编号G06F3/033GK1240039SQ97180546
公开日1999年12月29日 申请日期1997年7月30日 优先权日1996年10月17日
发明者A·蒙加里, M·皮萨尼, M·詹基罗拉米 申请人:欧洲风险资金控股有限公司