专利名称：方向指示设备和方向指示方法
技术领域：
本发明涉及一种方向指示设备和方向指示方法，用于通过利用指纹认证来指示指针等的移动方向。
背景技术：
在诸如移动电话的移动信息终端中，例如，一个指向设备，作为用于在显示屏上移动指针(光标)的指向设备，被放置在移动信息终端的外壳上。指向设备包括指孔盘，图像采集设备，聚光透镜和发光设备。指向设备通过图像采集设备获得放在指孔盘表面的图案(例如，指尖的指纹)的图像。用指尖触摸指孔盘表面的时候，当指尖移动时，伴随指尖的移动，图像采集设备获取的图像也发生变化。显示屏上显示的指针根据图像改变的方向进行移动。在这种情况下，指针的移动距离是与指孔盘上的图像变化的数量相一致的距离。
在已知的设备中，照相机单元和发光二极管(LED)被提供到个人计算机等的键盘的至少一个按键(原位键)的内部空间中。照相机单元获取放置在该按键上的食指的指纹图像。LED照亮放置在该按键上的指纹。在已知设备中，当放在该按键上的食指移动时，检测移动方向和移动数量。随后，根据从检测的移动方向和检测的移动数量获得的移动向量信息来移动指针。
然而，在提供于移动信息终端中的指向设备中，为了移动指针，需要触摸指孔盘时移动指尖。因此，如果显示屏很大并且指针不能通过指尖的一次移动而移动到期望的位置，则指尖需要在指孔盘上的同一方向上重复移动。在这种情况下，需要重复将指尖从指孔盘移开一次，以用指尖再次触摸指孔盘，并在触摸指孔盘的同时移动指尖的过程。相反，为了通过移动指尖一次来将指针移动到期望的位置，需要扩大指孔盘的大小。然而，移动信息终端，诸如移动电话具有有限的空间，并且没有足够的空间来扩大指孔盘。如果提供了大的指孔盘，那么移动信息终端就不能小型化或者变薄。在按键的内部空间提供有照相机单元和LED的设备也存在这样的缺点。
发明概述考虑上述的缺点提出了本发明。本发明的优点在于提供了一种方向指示设备和一种方向指示方法，其能够容易并且可靠地执行方向指示，同时尽可能地节省空间。
根据本发明的一个方面，一种方向指示设备包括指纹输入单元，指纹记录单元，指纹认证单元和控制单元。指纹输入单元通过用手指触摸来输入手指的指纹。指纹记录单元将预先输入的指纹记录为标准指纹。指纹认证单元通过比较从指纹输入单元输入的输入指纹和标准指纹来检测输入指纹和标准指纹的匹配部分，标准指纹通过与输入指纹相关联在指纹记录单元中被预先记录。控制单元根据指纹认证单元的检测结果来确定指示方向。
方向指示设备通过利用指纹认证功能来确定指示方向。也就是说，指纹认证单元通过比较输入指纹和与输入指纹相关联的标准指纹来检测输入指纹和标准指纹的匹配部分，并且根据纹认证单元的检测结果来确定指示方向。
根据本发明的另一个方面，在方向指示设备中，控制单元根据一个存在或者不存在检测过程和一个匹配部分检测过程的检测结果来确定指示方向。在存在或者不存在检测过程中，检测输入指纹是否是记录在指纹记录单元中的标准指纹。换句话说，检测输入指纹是否存在于指纹记录单元记录的标准指纹中。在匹配部分检测过程中，通过利用常规的使用标准指纹校验输入指纹的指纹认证功能，在指纹认证中执行的输入指纹和标准指纹的校验中，检测输入指纹和标准指纹的哪个部分彼此匹配。因此，不必像传统技术那样在触摸手指认证传感器(指孔盘或者按键)的同时移动手指。因此，可以容易并可靠地执行方向指示，同时又节省了空间。
根据本发明的另一个方面，为了根据输入指纹和标准指纹的匹配部分的检测结果来确定指示方向，控制单元优选地检测输入指纹和标准指纹的匹配部分的变化方向，并且将该变化方向作为手指的指示方向。
根据本发明的另一个方面，如果输入指纹和标准指纹的匹配部分位于两个指纹的中心部分，则控制单元优选地根据匹配部分的区域的增大或者减少来确定存在或者不存在点击输入。
根据本发明的另一个方面，方向指示设备进一步包括一个能够显示指针(光标)的显示单元。控制单元优选地根据确定的指示方向来控制指针的移动方向。
附图简述
图1是一个方块图，示出根据本发明的一个实施例的具有方向指示设备的移动信息终端的配置的例子；图2是一个作为移动信息终端的例子的移动电话的示意平面图；图3示出用于通过利用移动信息终端中的指向设备单元来确定指示方向的原理；图4是一个流程图，示出与移动信息终端的方向指示相关的操作。
发明详述在以下将描述本发明的实施例。
图1是一个方块图，示出根据本发明的一个实施例的具有方向指示设备的移动信息终端的配置的例子。移动信息终端包括中央处理单元(CPU)(控制单元)1，只读存储器(ROM)2，随机存取存储器(RAM)3，指纹认证单元4，指纹记录单元5，显示单元6和指向设备单元(指纹输入单元)7。
控制单元1根据存储在ROM2中的程序从整体上控制移动信息终端的每个组件。控制单元1具有用于根据指纹认证单元4的检测结果来确定指示方向的功能。
ROM2存储用于控制整个移动信息终端的操作的程序等。例如，RAM3存储控制单元1的控制操作所需的数据和在控制操作期间需要临时存储的数据。
指纹认证单元4包括指纹读取功能和匹配部分检测功能。指纹读取功能是用于读取放置在指向设备单元7的标准区域20上的手指的指纹的功能。匹配部分检测功能是用于比较输入指纹和标准指纹、并且检测输入指纹和标准指纹的匹配部分的功能。输入指纹是通过由指纹读取功能读取指纹而获得的指纹信息。标准指纹是通过与输入指纹相关联而预先记录在指纹记录单元5中的指纹。指纹记录单元5预先记录作为标准指纹的用户的任一手指(例如，食指)的指纹信息。记录在指纹记录单元5中的指纹信息可以通过利用指向设备单元7来输入。
显示单元6显示各种图像和各种字符。显示单元6显示在图像中指定任一位置的指针。例如，液晶显示器(LCD)或者电荧光显示器(ELD)被用作显示单元6。指向设备单元7是一个指纹输入单元，当用手指(指尖)触摸时输入指尖的指纹信息。指向设备单元7用作用于指纹认证以识别用户的的传感器以及用于方向指示的传感器。
图2中示出的移动电话10是上述移动信息终端的例子。图2的移动电话10包括显示单元6和指向设备单元7。如上所述，用于指纹认证以识别用户的传感器也用作用于方向指示的传感器。
接下来，参考图3，将描述在这样的移动信息终端中通过利用指向设备单元7来确定指示方向的原理。
在图3示出的指向设备单元7中，接近中心的区域是将用指尖F触摸的标准区域20(由虚线环绕的区域)。通过用指尖F触摸标准区域20，来输入指纹信息。标准区域20的位置可以在指向设备7中用虚线示出，以便标准区域20可以容易地被用户识别。
为了执行方向指示，当用户使用指尖F触摸指向设备单元7的标准区域20时，指尖F的指纹被读取并且指纹信息被输入。接下来，对输入的指纹和与该输入指纹相关联的标准指纹进行比较，并且检测输入指纹和标准指纹的匹配部分。标准指纹被预先记录在指纹记录单元5中。按照如下所述来执行对输入指纹和标准指纹的匹配部分的检测。
首先，当用户使用指尖F触摸标准区域20时，比较输入指纹和标准指纹并且检测输入指纹和标准指纹的匹配部分。也就是说，检测在指向设备单元7上输入指纹和标准指纹的匹配部分的位置。接下来，根据用户用指尖F触摸标准区域20的情形，当用户在向上，向下，向左或者向右的任意方向轻微移动时，指尖F的输入指纹和标准指纹的匹配部分的位置发生变化。例如，当触摸标准区域20的指尖F向上移动时，换话句话说，当触摸指向设备单元7时指纹F向上倾斜，指向设备单元7和指尖F的接触区域21(由实线环绕的区域)向上移动。因此，标准区域20和接触区域21的重叠部分31(输入指纹和标准指纹的匹配部分)(阴影区域)变为如图3的“向上”中所示出的那样。
也就是说，接触区域21最初位于与标准区域20大致相同的位置，并且输入指纹和标准指纹在大致整个标准区域20上彼此匹配。然而，通过向上移动指尖F，重叠部分31变为位于偏向标准区域20上方的位置。检测重叠部分31的变化方向，并且将作为变化方向的“向上”方向用作指尖F的指示方向。
同样地，例如，当触摸标准区域20的指尖F向左移动时，换句话说，当触摸指向设备单元7时指尖F向左倾斜，指向设备单元7和指尖F的接触区域23向左移动。随后，标准区域20和接触区域23的重叠部分33变为如图3的“向左”所示出的那样。因此，重叠部分33变为位于偏向标准区域20的左边的位置。检测重叠部分33的变化方向，并且将作为变化方向的“向左”方向用作指尖F的指示方向。
当指尖F向下或者向右移动时，换话句话说，当触摸指向设备单元7时指尖F向下或者向右倾斜，同样地，重叠部分33和34的每一个变为位于偏向标准区域20的下方或者右边的位置。因此，将“向下”方向或“向右”方向用作指尖F的指示方向。
其间，如果指尖F在触摸标准区域20时不在向上、向下、向左或者向右的任一方向上移动，则输入指纹和标准指纹的匹配部分变为两个指纹的中心部分。也就是说，标准区域20和接触区域的重叠部分的位置不发生变化。在这种情况下，根据两个指纹的匹配部分的区域的增大或者减少来确定存在或者不存在点击输入。具体地说，在存在点击输入的情况下，作出在图3的左下方部分所示出的“点击”的判定。在不存在点击输入的情况下，作出图3的右下方部分所示出的“停止输入”的判定。
存在点击输入是当输入指纹和标准指纹的匹配部分被保持在两个指纹的中心部分时，匹配部分的区域增大或者减少的情况。具体地说，当两个指纹的匹配部分被保持在中心部分时，如果匹配部分的区域变得增大，则判定已经执行点击输入的按压操作(在图3的左下方部分所示出的情形和接触区域25变得比标准区域20大的情形)。当两个指纹的匹配部分被保持在中心部分时，如果匹配部分的区域变得减少，则判定已经执行按压操作的释放操作。也就是说，两个指纹的匹配部分被保持在中心部分时，若匹配部分的区域变得增大并且随后变得减少，则判定已经执行了一个点击输入。
当确定输入指纹和标准指纹的匹配部分的区域是否已经变化(增大或者减少)时，判定该区域是否已经变化了规定的数量或者更多。也就是说，只有在该区域变化了规定的数量或者更多的情况下，才判定该区域已经增大或者减少。在该区域的变化没有达到规定的数量时，不判定该区域已经增大或者减少。因此，可以防止错误输入(误解了存在或者不存在点击输入)。此外，为了判定匹配部分的区域的增大或者减少，可以包括时间标准。也就是说，判断在规定的时间周期内该区域是否已经增大或者减少了规定的数量或者更多。
不存在点击输入是当输入指纹和标准指纹的匹配部分被保持在两个指纹的中心部分时，匹配部分的区域不发生变化(增大或者减少)的情况。在这种情况下，判定指尖F只是触摸标准区域20并且没有指示向上，向下，向左和向右中的任何一个方向(在图3的右下方部分示出的情形和接触区域26和标准区域20大致相同的情形)。也就是说，判定根本没有执行过方向指示或者点击。
接下来，参考图4的流程图，描述与采用上述用于确定指示方向的原理的移动信息终端的方向指示相关的操作。移动信息终端包括指纹认证模式和方向输入模式。根据指纹认证模式，判断输入指纹是否是一个记录在指纹记录单元5中的标准指纹。换句话说，判断指纹记录单元5记录的标准指纹中否存在输入指纹。根据方向输入模式，通过利用如上所述的指纹认证功能来判定指示方向。指纹认证模式和方向输入模式被提供并且能够通过一个按键等来进行切换。此外，在使用移动信息终端之前，用户能够通过指向设备单元7在指纹记录单元5中记录任何指尖(例如，食指的指尖)的指纹信息。
在步骤ST1，判断移动信息终端是否处于方向输入模式。如果移动信息终端不是处于方向输入模式，该过程结束。此时，如果移动信息终端处于方向输入模式，则在步骤ST2，如上所述，判断指尖F是否正确地放置在指向设备单元7的标准区域20上。如果指尖F没有被正确地放置，在步骤ST3，例如，显示单元6显示一个消息，“请正确地放置在标准区域上”。重复步骤ST2和ST3的过程直到指尖F被正确地放置。
如果指尖F被正确地放在标准区域20上，在步骤ST4，指纹认证单元4读取放置在标准区域20上的指尖F的指纹。接下来，在步骤ST5，校验输入指纹(读取的指纹)和标准指纹，并且检测输入指纹和标准指纹的匹配部分，该标准指纹通过与输入指纹相关联而预先记录在指纹记录单元5中。输入指纹和标准指纹的匹配部分如上所述。
基于在步骤ST5的检测结果，在步骤ST6，基于输入指纹和标准指纹的匹配部分，判断输入指纹是否与标准指纹的上面部分相匹配(重叠部分是否位于标准区域20的上边部分)。如果判定为是，则在步骤ST10，判定已经作出了“向上”输入。也就是说，由于重叠部分31已经变为位于偏向于标准区域20的上方的位置，所以作为重叠部分31的变化方向的“向上”方向被用作指尖F的指示方向，并且该过程结束。
如果在步骤ST6判定为否，则在步骤ST7，判断输入指纹是否与标准指纹的下面部分相匹配(重叠部分是否位于标准区域20的下边部分)。如果判定为是，则在步骤ST11，判定已经做出了“向下”输入。也就是说，由于重叠部分32已经变为位于偏向于标准区域20的下方的位置，所以作为重叠部分32的变化方向的“向下”方向被用作指尖F的指示方向，并且该过程结束。
如果在步骤ST7判定为否，则在步骤ST8，判断输入指纹是否与标准指纹的左边部分相匹配(重叠部分是否位于标准区域20的左边部分)。如果判定为是，则在步骤ST12，判定已经做出了“向左”输入。也就是说，由于重叠部分33已经变为位于偏向于标准区域20的左边的位置，所以作为重叠部分33的变化方向的“向左”方向被用作指尖F的指示方向，并且该过程结束。
如果在步骤ST8判定为否，则在步骤ST9，判断输入指纹是否与标准指纹的右边部分相匹配(重叠部分是否位于标准区域20的右边部分)。如果判定为是，则在步骤ST13，判定已经做出了“向右”输入。也就是说，由于重叠部分34已经变为位于偏向于标准区域20的右方的位置，所以作为重叠部分34的变化方向的“向右”方向被用作指尖F的指示方向，并且该过程结束。
如果在步骤ST9判定为否，则在步骤ST14，判断输入指纹和标准指纹的匹配部分是否位于该两个指纹的中心部分(重叠部分是否没有变化)。如果判定为否，则该过程结束。
如果在步骤ST14判定为是，则在步骤ST15，判断该两个指纹的匹配部分的区域是否已经增大或者减少。如果该区域已经增大或者减少，则在步骤ST16，判定已经作出了“点击”输入。也就是说，当输入指纹和标准指纹的匹配部分保持在该两个指纹的中心部分时，如果该匹配部分的区域变为增大并且随后变为减少，则判定已经作出了一次点击输入，并且该过程结束。
同时，如果该匹配部分的区域不增大或者减少，则在步骤ST17，判定为“停止输入”。也就是说，当输入指纹和标准指纹的匹配部分保持在该两个指纹的中心部分时，如果该匹配部分的区域没有变化(增大或者减少)，则判定指尖F只是触摸标准区域20，并且该过程结束。在这种情况下，方向指示和点击都不被执行。
具体地说，在图2中示出的移动电话10中，由图4的流程图中示出的上述过程所确定的指示方向，被用于移动显示单元6上显示的指针。例如，在图4的流程图中，如果判定已经作出了“向上”输入(步骤ST10)，则指针从当前位置向上移动。如果判定已经作出了“向左”输入(步骤ST12)，则指针从当前位置向左移动。如果判定已经作出了“点击”输入(步骤ST16)，则由指针当前指示的位置被固定。也就是说，当指针正在指示一个菜单时，该指示的菜单被选择和固定。如果判定已经作出了“停止输入”，则保持在等待状态，同时将指针停止在当前位置。
根据指尖F被保持在移动状态的时间周期，可以控制指针的移动速度和/或移动数量。也就是说，通过取消移动状态(指尖F的倾斜状态)和返回到原始状态(匹配部分位于中心的情形)，可以停止指针的移动。在这种情况下，如果指尖F在指示方向上移动了规定的时间周期或者更长时间(例如，2-3秒)，换句话说，如果指尖F在相同方向上处于移动状态持续了规定的时间周期或者更长时间，则指针可以高速连续移动。因此，指针可以迅速地移动到目标位置。如果指尖F的移动状态的持续时间短于规定的时间周期，则指针可以以单位数量来移动。也就是说，通过重复该过程将指尖F处于移动状态并且随后指尖F在规定的时间周期逝去之前返回原始状态，指针可以按照单位数量来移动。因此，在指针接近目标位置之后，可以一点一点地移动指针，并且可以固定指针的位置。
在上述的实施例中，指示方向是四个方向，即，“向上”，“向下”，“向左”和“向右”。然而，可以添加“向左上方”，“向右上方”，“向左下方”和“向右下方”，因此指示方向可以是八个方向。可以根据与如上所述的相同的原理来确定“向左上方”，“向右上方”，“向左下方”和“向右下方”的指示方向。
权利要求
1.一种具有指纹输入单元的方向指示设备，该指纹输入单元被手指触摸并且输入该手指的指纹，该方向指示设备包括指纹记录单元，其中预先记录作为标准指纹的指纹；指纹认证单元，其通过对从该指纹输入单元输入的输入指纹和标准指纹进行比较，来检测该输入指纹和该标准指纹的匹配部分，该标准指纹通过与该输入指纹相关联而预先记录在该指纹记录单元中；以及控制单元，其根据该指纹认证单元的检测结果来确定指示方向。
2.根据权利要求1所述的方向指示设备，其特征在于所述控制单元检测所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分的变化方向，并将该变化方向作为所述手指的指示方向。
3.根据权利要求1所述的方向指示设备，其特征在于如果所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分位于两个所述指纹的中心部分，则所述控制单元根据所述匹配部分的区域的增大或者减少，来确定存在或者不存在点击输入。
4.根据权利要求3所述的方向指示设备，其特征在于如果所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分位于两个所述指纹的中心部分，则当所述匹配部分的区域变得增大并且随后变得减少时，所述控制单元确定已经作出一次点击输入。
5.根据权利要求3所述的方向指示设备，其特征在于所述控制单元确定所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分的区域是否已经变化规定的数量或者更多，并且如果所述匹配部分的区域已经变化规定的数量或者更多，则所述控制单元确定该区域已经增大或者减少。
6.根据权利要求3所述的方向指示设备，其特征在于如果所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分的区域在规定的时间周期内变化了规定的数量或者更多，则所述控制单元确定该区域已经增大或者减少。
7.根据权利要求3所述的方向指示设备，其特征在于当所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分保持在两个所述指纹的中心部分时，如果所述匹配部分的区域没有增大或者减少，则所述控制单元确定没有执行过所述点击输入和方向指示。
8.根据权利要求1所述的方向指示设备，进一步包括一个用于显示指针的显示单元，其特征在于所述控制单元根据所述确定的指示方向来控制该指针的移动方向。
9.根据权利要求1所述的方向指示设备，其特征在于所述控制单元根据所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分处于移动状态的时间周期，来控制所述指示方向上的移动速度和/或移动数量。
10.根据权利要求9所述的方向指示设备，其特征在于如果所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分处于所述移动状态持续了规定的时间周期或者更长的时间，则所述控制单元将所述指示方向上的移动速度切换为高速。
11.根据权利要求10所述的方向指示设备，其特征在于如果所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分的移动状态在所述规定的时间周期内结束，则所述控制单元按照单位数量来产生所述指示方向上的移动数量。
12.一种具有通过用手指触摸来输入手指指纹的指纹输入步骤的方向指示方法，该方向指示方法包括指纹记录步骤，预先记录作为标准指纹的指纹；指纹认证步骤，通过对在该指纹输入步骤所输入的输入指纹和标准指纹进行比较来检测该输入指纹和该标准指纹的匹配部分，该标准指纹通过与该输入指纹相关联在该指纹记录步骤中被预先记录；以及确定步骤，根据该指纹认证步骤的检测结果来确定指示方向。
13.根据权利要求12所述的方向指示方法，其特征在于在所述确定步骤，检测所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分的变化方向，并且将该变化方向确定为所述手指的指示方向。
14.根据权利要求12所述的方向指示方法，其特征在于如果所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分位于两个所述指纹的中心部分，则根据所述匹配部分的区域的增大或者减少来确定存在或者不存在点击输入。
15.根据权利要求14所述的方向指示方法，其特征在于在所述确定步骤，当所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分保持在所述中心部分时，如果所述匹配部分的区域没有增大或者减少，则确定没有执行过所述点击输入和方向指示。
16.根据权利要求12所述的方向指示方法，进一步包括根据在所述确定步骤所确定的指示方向来控制显示的指针的移动方向的移动步骤。
17.根据权利要求16所述的方向指示方法，其特征在于在所述移动步骤，根据所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分处于移动状态的时间周期，来控制所述指示方向上的移动速度和/或移动数量。
18.根据权利要求17所述的方向指示方法，其特征在于在所述移动步骤，如果所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分处于所述移动状态持续了规定的时间周期或者更长的时间，则将所述指示方向上的移动速度切换为高速。
19.根据权利要求17所述的方向指示方法，其特征在于在所述移动步骤，如果所述输入指纹和所述标准指纹的所述匹配部分的所述移动状态在规定的时间周期内结束，则按照单位数量来产生所述指示方向上的移动数量。
20.一种具有通过用手指触摸来输入手指指纹的指纹输入步骤的方向指示方法，该方向指示方法包括指纹记录步骤，预先记录作为标准指纹的指纹；倾斜检测步骤，通过对在该指纹输入步骤所输入的输入指纹和标准指纹进行比较来检测所述手指的倾斜，该标准指纹通过与该输入指纹相关联在该指纹记录步骤中被预先记录；以及确定步骤，根据该倾斜检测步骤的检测结果来确定指示方向。
全文摘要
一种方向指示设备包括指纹输入单元，指纹记录单元，指纹认证单元和控制单元。指纹输入单元当被用手指触摸时输入手指的指纹。指纹记录单元将预先输入的指纹记录为标准指纹。指纹认证单元通过对从指纹输入单元输入的输入指纹和标准指纹进行比较来检测输入指纹和标准指纹的匹配部分，标准指纹通过与输入指纹相关联而预先记录在指纹记录单元中。控制单元根据指纹认证单元的检测结果来确定指示方向。
文档编号G06F21/00GK1680903SQ20051006412
公开日2005年10月12日 申请日期2005年4月11日 优先权日2004年4月9日
发明者田中英树 申请人:村田机械株式会社