专利名称：检测数据输入的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测数据输入，尤其是通过一个例如指纹传感器的传感器检测运动的输入和/或指针数据。
使电子设备容易使用的一个重要的方法是使设备的用户接口的操作更直观，为此，很多电子装置有图形和/或菜单驱动用户接口。在这些用户接口中，选项是在屏幕上显示，基于指针的移动可以被扫描或选择。指针可以是一个显示的光标，或可以是一个虚拟的指针，它不显示但可以由一个用户认为概念地连接到显示器的操作(例如在菜单的滚动中)。输入装置然后提供检测来自用户的输入，它可以引起指针的移动。这种输入装置更适宜检测用户的主体的一部分的移动，因此指针可以以相应的方法引起移动。很多种这样的输入装置当前是首选的。在一维中用于检测移动的有旋转轮或连接到旋转传感器上的滚筒。在二维中用于检测移动的有鼠标和包括多个旋转传感器的寻迹球，寻迹点有多个压力传感器，游戏杆有多个传感器用于检测角度偏差，触摸板可以决定压力源的位置，例如指尖在触摸板的分界线和在这些分界线中随时间建立压力源的移动。按钮或键的排列适合于标记方向箭头也可以使用。
这些移动检测的形式都有优势，特别是对于例如移动电话的非常小的装置。这些装置试图方便携带，人们很想它很小和轻便，提高可靠性，它没有移动部分。轮子、滚筒、寻迹球、鼠标和游戏杆必须足够大以便使用者的手方便的使用，有移动部分和旋转或其它的检测器，容易被在使用时堆积的灰尘破坏。灰尘对于经常携带和常常暴露在满是灰尘和恶劣环境的移动电话是特别危险的。寻迹点是非常紧凑的，但当使用的时候对于一些使用者操作是困难的，因为使用者的指头在寻迹点上不能够容易地改变位置。人们发现触摸板非常容易操作，因为为了提供一个输入，使用者的指头在触摸板的表面上移动。对于大体积的便携式设备例如膝上计算机，触摸板因此变得更流行。然而，触摸板一般不适合于较小的设备如现代的移动电话，因为需要提供一个空间在触摸板上，用于指头能够在它的边界范围内移动。用触摸板，检测运动主要是依据在板上的压力的位置。按钮和键在装置上占据了一个相当大的空间，比其它多数触觉型输入装置来说，对于用户操作更不直观。同样，游戏杆、鼠标、滚筒、寻迹球不适合方便地检测旋转运动。
因此需要一种改善的装置用于用户接口控制。
按照本发明的一个方面，提供了一个用户输入装置包括一个能够检测人体皮肤的表面变化的传感器；一个响应传感器的输出变化的运动检测器，用于检测在传感器上皮肤的运动；和响应运动检测器的用户接口装置去改变相应的检测运动的状态。
按照本发明的另一个方面，提供了一种在用户的输入装置中的操作方法，包括一个传感器能够检测人体皮肤的表面变化，该方法包括检测在传感器上皮肤的运动，和改变相应于检测的运动的用户接口装置的状态。
传感器适合于包含多个检测单元，检测单元适宜以一个基本平面的排列设置。检测单元可以是光学检测单元或其它种类的检测单元，传感器可以是指纹传感器，传感器适宜于能够检测厚度为1或2μm或更少的表面变化。
运动检测器适宜于响应传感器的输出变化，用于决定在传感器上运动的方向。最适宜的传感器包括一个延第一方向延伸的第一检测部分和一个延第二方向延伸的第二检测部分。检测部分的一部分或两部分可以包括一个检测单元的线性设置。第一和第二方向适宜于正交。运动检测器适宜于可操作地比较来自第一检测部分连续的输出去检测在第一方向的运动，和比较来自第二检测部分连续的输出去检测在第二方向的运动。运动检测器适宜于从在第一和第二方向上检测的运动的合成可操作地决定一个在传感器上运动的合成方向。运动检测器适宜于通过检测随时间的变化，可操作地检测运动在由传感器的部分检测的变化。
该装置适宜于包括存储装置，能够在存储器中存储来自传感器的连续输出以便形成一个在传感器上画得出的皮肤的表面变化的记录。该记录可代表一个指纹扫描。
用户接口装置可包括一个显示器和一个能够控制显示的显示控制器，以便引起至少图像的一部分相应于在传感器上检测的运动在显示器上运动。所说的至少图像的一部分可以是一个光标，或图标或一个或多个菜单选项。显示控制器能够控制显示器以便引起所说的至少图像的一部分在显示器上显然地以相同的方向运动，如在传感器上检测的运动。例如，如果传感器是在基本相同的平面上作为显示器，然后这些运动的方向可以是基本相同的。
本发明现在将通过例子参考伴随的附图进行描述，其中
图1示出一个通信终端的结构简图；图2举例说明一种指纹传感器；图3举例说明图1的移动电话的用户接口的操作方法；图4是指纹传感器的剖面图；和图5是一个流程图，示出一个图1的移动电话的用户接口操作的例子。
图1的通信终端包括一个指纹传感器5，它能够检测一个物体在其上的表面变化。指纹传感器被连接到检测器电路12，该检测器电路12通过比较两个或多个来自传感器的连续的输出能够检测一个物体在指纹传感器上运动的方向。检测器可以产生一个表示运动的检测的方向的信号13，该信号被输入给终端的控制处理器3。控制处理器3然后适当的将该信号作为一个用户输入。例如，控制处理器3可以引起在显示器上的光标以相应于检测的运动的方向运动。
图1的移动终端包括一个连接到无线接口2的天线1，用于从无线网络进行信号的发射和接收。控制处理器3连接到无线接口，因此控制处理器3可提供数据给无线接口用于传送给网络，和可从网络经无线接口接收数据。控制处理器连接到终端的输入和输出装置，包括键盘4、指纹传感器5、扩音器6、扬声器7和图像显示器8。控制处理器能够从输入装置4、5和6接收输入，提供输出给输出装置7和8。
指纹传感器5在图2中详细示出。传感器包括一个第一线性排列10，大约256个光学或接触传感器(即传感器11)位置相互接近，和一个第二线性排列11，大约20个更小空间的检测器与第一排列正交布置。每一个传感器连接于以12图示的检测电路，它可在13产生一个输出。输出13连接于控制处理器3。第一排列通过入射的电平、接触度、其上的压力、温度或给第一排列的每个传感器的传导率，能够检测和它接触的物体的线性部分的详细的状态。控制电路被设置为周期性扫描传感器，接收它们的输出和因此周期性产生一个由第一排列检测的表面变化模式的输出信号。从传感器的输出可以被数字化的检测作为一个有限数电平一例如2、4、8或16电平。以这种方式产生的连续信号可被存储-以便建立一个物体经过传感器的状态图像-或与从第二排列来的数据比较-以便决定在排列的平面上物体经传感器运动的方向。来自第一排列和第二排列的数据结果被包含在输出信号13中。
传感器能够检测物体放置其上和/或掠过它的表面变化。
指纹传感器可以是从Thomson-CSF可获得的FingerChip FC15A140。其它种类的指纹传感器也可使用。
在一种操作方式中，用户经第一排列滑动他的指尖在如同图2中的14举例说明的那样，当来自第二排列的连续输出被比较时，第二排列允许用户的指头在排列上的滑动运动被检测。通过存储来自第二排列当用户的指头滑过指纹传感器时的连续信号，控制处理器可以建立一个用户的指纹的图像。该图像可由控制处理器3存储在存储器9中，存储的图像然后被和后来的用于安全目的在终端的操作的使用证明扫描核对。连续的扫描之间的周期可以固定为例如大约1.5ms，或可根据由第二排列检测的运动的速度在传感器电路12来作决定。同样的原理可用于扫描其它物体的表面而不仅是指尖。在这种操作方式中，在13的信号被检测器电路输出，包含限定扫描的图像的信息。
在另一种操作方式中，图1的移动终端的指纹传感器与检测器电路12和控制处理器3协力可以使用检测经传感器用户指尖的运动。这种运动可用于帮助控制电话的用户接口。第一和第二排列不断进行连续输出，和由检测器电路12比较。在排列的连续抽样间的周期例如可以是2ms或更少。对很大精度超过两个连续输出扫描可进行比较。检测器电路12存储连续的输出，检测器电路12然后在其中以识别类似的特征的目的分析连续的输出。在第一和第二排列的轴上的扫描间已经移动的这些特征的距离然后可以被决定。这些距离可以被作为矢量合成决定指尖在传感器上的移动的合成方向。使用检测器电路12的在连续的扫描之间的时间的了解，移动的速度也可被决定。相同的原理可被用于决定经传感器其它物体的移动方向，而不仅是指尖。在这种操作方式中，被检测器电路输出的信号13包括限定传感器上物体移动的方向和速度的信息。
需要的操作方式被由控制处理器3经连接13a指示给检测器电路12。
当然，指纹传感器是能够检测其它物体部分或其它物体的表面变化的，而不一定是指尖的。指纹传感器更适宜能够检测数字化的表面变化，指纹传感器更适宜能够以少于0.1mm的分辨率检测表面变化，更适合于以少于0.05mm的分辨率和最适宜于以少于0.01mm的分辨率。一个首选的检测间距大约是50μm。
图3举例说明一些移动终端的用户接口的操作方式。
·在图3a中，终端的显示器8示出一个栏目，列出了一些选项20，光标21点亮一个选项。为了选择一个选项，用户申请输入给终端以引起光标向上或向下移动到另一个选项，或通过光标引起选项向上和向下移动，直到想要的选项被点亮。用户然后申请一个输入给终端表示想要的选项已经被点亮。一个类似的原理可被用于以左/右移动提供用户一行选项或一个两维排列的选项。
·在图3b中，终端的显示器8示出一个以两维方式分布的光标25和图标26。每一个图标代表一个选项。为了选择一个选项，用户施加输入给终端以引起光标向上、下、左或右移动，直到它位于相应的想要的图标上。用户然后施加一个输入给终端表示想要的选项已经点亮。
·在图3c中，终端的显示器8示出两种选项29一个在显示器的右侧，另一个在显示器的左侧。用户进行一个输入表示这些选项的那个是想要的。
在图1的移动终端中，指纹传感器可用于帮助用户选择一个显示的选项。当用户打算选择一个选项时，控制处理器3被设置在移动终端的显示上显示合适的图像。控制处理器然后发信号给检测电路12表示电路应该操作解释来自指纹传感器的数据以便检测在检测器上的运动。当这种运动被检测电路12检测时，它发信号给控制处理器3允许用户接口以相应的方式被控制。例如，在图3a的情形下，在指纹传感器上上下运动(如在32和33举例说明的那样)可以引起选项相应的上下滚动或光标相应的上下移动。在图3b的情形下，在指纹传感器上运动可以引起光标相应的运动(如在36和37举例说明的那样)。在图3c的情形下，在指纹传感器上左运动可以引起左选项被选择和在指纹传感器上右运动可以引起右选项被选择。另一种设置当然也可使用。为了改善用户接口的可用性，首选的方法是在显示器上图像部分的运动相应于由运动传感器检测的运动，例如通过给用户相同的方向或者否则直觉就像检测的运动。
在一些用户接口设置中，例如图3a和3b中的那些，除了表示移动的输入，用户也必需输入表示选项的选择。允许这样的一个方法是从在移动终端上的一个选择钮或键输入，这样的钮可以是一个终端的标准键盘的一部分且与指纹传感器分离。允许这样的另一个方法是通过输入，例如一个如指头敲击的突然的输入给指纹传感器自身。这可以由指纹传感器或由另一种隶属于指纹传感器的输入装置检测。为了检测这种依靠指纹传感器自身的输入，检测器电路12可设置检测一个突然的变化，在来自检测器输出中的表示经传感器一个物体的突然的请求和另外响应提供一个选择信号给控制处理器3。为了检测这个通过使用另一个输入装置的输入，可以使用在图4中的设置。在图4中，指纹传感器40设置在推压开关41上，检测器40和开关41提供输入给检测器电路12。当指纹传感器40被敲时，开关41被操作，另外响应检测电路12提供一个选择信号给控制处理器3，开关41更适宜提供一个语音和/或触觉的返馈给用户一例如通过圆形的膜，它当压下时，可突然变形为如43所示的形状。
图5举例说明了一个图1的移动终端的操作的例子。在步骤50，用户使用电源键33(图1)接通终端，终端的处理设备被引导(步骤51)，控制处理器3在显示器8上显示一个主机连接操作和发一个信号给检测器电路12，使其应该工作在指纹输入方式(步骤52)。用户在指纹传感器5上猛击他的指头。检测电路12从来自指纹传感器的连续信号的合成形成一个用户指纹的图象，传送该图象给控制处理器3(步骤53)。控制处理器3和存储的先前认可的用户指纹图象比较(步骤54)，如果是有效的匹配，允许访问终端的另一个功能(步骤55)。否则，拒绝进一步的访问(步骤56)。控制处理器然后显示一个在显示器8上分布代表选项的光标和图标如在图3B中举例说明的那样，和发信号给检测器电路12，使其工作在移动输入方式(步骤57)。用户在指纹传感器上移动他的指头以便相应移动光标(依靠检测器电路12和控制处理器3)直到它展现一个想要的图标(步骤58)。用户然后从指纹传感器上移开他的指头，轻轻地敲打它表示选择这个图标，因此检测电路发送一个选择信号给控制处理器3执行相应的图标的动作(步骤59)。这个过程可以继续进行以便操作终端的功能。
由指纹传感器检测的运动可由控制处理器说明，不会引起相应的在显示器上项目的运动。例如，在一个终端呼叫时，在指纹传感器上的上下运动，可引起终端的听筒音量分别增加或减少。
指纹传感器可以依靠其它的用户输入给控制处理器来补充。附加的输入装置可包括一个键盘，例如包括用于拨号目的的数字键，和/或一个用于接收来自用户的语音输入的扩音器。如果移动终端装备有语音识别装置时，在语音终端呼叫时，语音输入可以是用于语音输入和/或用于选项的语音激活。
上面描述的操作方法和装置可以应用于除了移动终端的装置。
上面描述的输入设置的一个值得注意的优点是，因为指纹传感器能够检测物体的变化(尤其是物体的小尺寸表面的变化)，允许用于一个特别紧凑的移动输入装置。上面的输入设置尤其可以和触摸板形成对照。触摸板能够检测仅在触摸板的边界范围内物体的移动；因此触摸板必需足够大容纳这种运动。在上面的设置中，因为经过传感器物体的表面变化可被检测，传感器可以是比较小的体积。因此，和触摸板不同，本发明的输入设置不限于提供主要依据物体在传感器上的位置的移动检测一相反，移动检测基本上不受物体在传感器上的位置的约束，取决于它的经传感器的表面变化的检测的移动。当用于小体积的设备时，例如用户便携式设备，本发明因此特别有优势。
上面的输入设置的另一个值得注意的优点是，传感器可用于指纹(或身体的其它部分)的读取以及检测运动。传感器和它的相关电路因此可有保密功能和常规的输入功能。当用于设备首选有一个安全度时，当指纹传感器可提供一个允许相当的安全接入设备功能，本发明因此特别有优势。这种设备可装备能够进行记入借方账户给用户账户和/或装备提供访问机密信息。本发明装备的例子可用于包括照相机、个人计算机、个体组织者、现金自动出售机和门进入系统。
另一点应该注意的是，上面的输入设置能够检测一个指头的旋转运动或者诸如此类的在传感器上的运动。这对于方便的提供数据输入是非常有用，特别是结合相应的视觉显示，例如，当用户的指头实际上在一个点上旋转时假装在锁中转动钥匙。
申请人注意到一个事实，本发明可以包括这里公开的任何特征或特征的组合或者隐含的或者明确的或者任何其中的概括，不限制本权利要求的任一个的范围。由于先前的描述，对一个在本领域技术人员来说在本发明的范围内进行的各种变化都是很明显的。
权利要求
1．一种用户输入装置包括一个传感器，能够检测人体皮肤的表面变化；一个运动检测器，响应传感器的输出的变化，用于检测皮肤在传感器上的运动；和用户接口装置，响应运动检测器去改变它的相应于检测的运动的状态。
2．根据权利要求1或2的一种装置，其中传感器包括多个基本上以平面排列设置的检测单元。
3．根据权利要求2的一种装置，其中检测单元是光学检测单元。
4．根据先前权利要求任意之一的一种装置，其中传感器是一种指纹传感器。
5．根据先前权利要求任意之一的一种装置，其中运动的检测器是响应传感器的输出的变化，用于决定皮肤在传感器上运动的方向。
6．根据先前权利要求任意之一的一种装置，其中传感器包括一个向第一方向延伸的第一检测部分和一个向第二方向延伸的第二检测部分，运动的检测器可操作的比较来自第一检测部分连续的输出去检测在第一方向上的运动和比较来自第二检测部分连续的输出去检测在第二方向上的运动。
7．根据权利要求6的一种装置，其中运动的检测器可操作的决定一个经过传感器来自在第一和第二方向上检测的运动合并的运动的合成方向。
8．根据先前权利要求任意之一的一种装置，包括存储装置，能够在存储器中存储来自传感器的连续的输出，以便形成一个由传感器得出的皮肤的表面变化的记录。
9．根据先前权利要求任意之一的一种装置，其中用户接口装置包括一个显示器和一个能够控制显示的显示控制器，以便引起至少图像的一部分相应于由传感器检测的运动在显示器上移动。
10．根据权利要求9的一种装置，其中显示控制器能够控制显示以便引起所说的至少图像的一部分在显示器上以显然的如由传感器检测的运动方向相同的方向移动。
11．根据先前权利要求任意之一的一种装置，其中传感器能够检测有关的皮肤和传感器的转动。
12．大体如在这里参考的附图描述的一种用户输入装置。
13．一种通信终端包括在先前的任一权利要求中要求的一种用户输入装置。
14．在一个用户输入装置中的一种操作方法，包括一个传感器，能够检测人体皮肤的表面变化，该方法包括检测在传感器上的皮肤的运动，和改变相应于检测的运动的用户接口装置的状态。
15．大体如在此描述的在一个用户输入装置中的一种操作方法。
全文摘要
一种用户输入装置包括:一个传感器,能够检测人体皮肤的表面变化;一个运动的检测器,响应传感器的输出的变化,用于检测皮肤在传感器上的运动;和用户接口装置,响应运动的检测器去改变它的相应于检测的运动的状态。
文档编号G06F3/0354GK1312515SQ00137239
公开日2001年9月12日 申请日期2000年12月16日 优先权日1999年12月17日
发明者J·帕罗尼米, T·金努宁, V·乌尔维宁 申请人:诺基亚移动电话有限公司