专利名称：定位在计算机显示屏上的光标的制作方法
技术领域：
本发明涉及在操作者的控制下定位在计算机显示屏上的光标的一种方法，以及执行该方法的装置。
术语“光标”应理解为包含显示在计算机显示屏上并可在操作者的控制下在屏幕上移动的指针或其他装置或符号。例如，可用光标来指向或指定显示在显示屏上的一个图标或属性，并选择它。
根据本发明，提供一种在操作者的控制下定位在计算机显示屏上的光标的方法，所述方法包括下列步骤建立一个围绕操作者的可移动身体局部(body part)的场(field)；感测在固定参考帧中的一个或多个预定位置上的场强(strength of thefield)，从而提供一个与在参考帧中的身体局部位置相对应的一个控制变量；和响应于该控制变量定位在显示屏上的光标。
于是，可如此安排，从而使可移动身体局部作为辐射天线。
可移动身体局部可以是操作者的一只手。
在可移动身体局部是操作者的一只手的情况下，可通过经由操作者的另一只手将一个电信号注入操作者的身体，来建立场。
利用在参考帧中沿着第一方向分开的第一对定位-感测(position-sensing)电极，从而提供与沿着第一方向的身体局部位置相对应的第一控制变量，可以感测该场的强度；以及，利用沿着与第一方向垂直的第二方向分开的第二对定位-感测电极，从而提供与沿着第二方向的身体局部位置相对应的第二控制变量，来感测场强。
应将术语“电极”广义理解为还包括天线。
如果所述身体局部在所述参考帧中的虚拟边缘内，那么，通过将它移到在所述显示屏上与在所述参考帧中身体局部的位置相对应的位置，可以定位所述光标；而如果所述身体局部是在所述边缘处或之外，那么，通过继续沿着与所述身体局部到达所述边缘的方向相对应的一条线来移动它，可以定位所述光标。
此外，根据本发明，提供一种计算机系统，它包括一个显示屏、一个用于将数据输入到所述系统中的键盘，以及用于控制光标在所述显示屏上的位置的定位装置，所述定位装置包括位于固定参考帧中的定位-感测电极，用于感测在操作者的可移动身体局部周围建立的一个场的强度，从而提供与所述身体局部在所述参考帧中的位置相对应的一个控制变量；和控制装置，可响应于所述控制变量进行操作，以根据所述身体局部在所述参考帧中的位置来定位在所述显示屏上的光标。
在所述身体局部是操作者的一只手的情况下，可相对于所述键盘如此排列所述定位-感测电极，从而使操作者可通过在所述键盘上以盘旋方式移动所述的一只手来控制所述光标的位置。
该系统还包括一个信号发生器以及一个注入电极，其中所述信号发生器用于产生交替电信号，而所述注入电极用于将电信号注入到操作者的身体，从而建立围绕所述可移动身体局部的电场。在所述可移动身体局部是操作者的一只手的情况下，可如此安排注入电极，从而通过操作者的另一只手，可将该电信号注入到操作者的身体。
该系统还可包括一个或多个击键开关，以便由所述操作者操作。安排所述击键开关或一些开关从而可由所述操作者的所述另一只手来进行操作。
该系统还可包括传统指向装置和选择装置。该选择装置用于使所述操作者选择所述传统指向装置来控制所述光标在所述显示屏上的位置。
本发明提供一种用于在操作者的控制下定位在计算机显示屏上的光标的一个附件，所述附件包括信号产生装置，用于产生一个电信号；耦合到所述信号产生装置的一个注入电极，用于将所述电信号注入到所述操作者的身体，从而建立围绕所述操作者的可移动身体局部的一个场；定位-感测电极，用于设置在固定参考帧内和感测所述电场的强度；和耦合到所述定位-感测电极上的装置，用于产生与所述身体局部在所述参考帧中的位置相对应的一个控制变量，从而可响应于所述控制变量来定位所述光标。
现在，参照附图，通过举例来更详细地描述本发明。
在附图中
图1示出根据本发明第一实施例的一个计算机系统；和图2示出根据本发明第二实施例的一个计算机系统。
首先参照图1，标号10.1一般表示包括一台便携式或桌面型个人计算机(PC)的一个计算机系统。PC包括各种元件，有键盘11、一个微处理器、存储器和安装在机壳12中的数个磁盘驱动器、一个显示装置或监视器13以及以鼠标14形式出现的一个定位设备(pointing device)。这些都可以是传统类型的。根据本发明，计算机系统还可以设有附件15用来控制PC，更具体地说是光标在监视器13上的位置。键盘11以传统的方法连接到PC的剩余部分(rest)。通过附件15把鼠标14连接到PC的剩余部分，这将在下面更详细地加以描述。
可以一种容易被更新为现有的传统PC的形式来提供附件15。因此，它可包括可以设置在键盘11下的面板16。在面板16上有两对分开的定位-感测电极，即，第一对电极18.1和18.2以及第二对电极20.1和20.2。将电极18.1和18.2沿着X坐标方向(即，沿着键盘的长度，这在下面将更详细地描述)分开，从而能够沿着X坐标的方向来检测操作者的右手R的位置。将电极20.1和20.2沿着Y坐标(即，沿着与X坐标的方向垂直的方向)的方向分开，从而能够沿着Y坐标的方向来检测操作者的右手R的位置。
向着面板16的左手侧设置信号注入(injection)电极22和一对击键开关(click switch)24和26。击键开关24和26和信号注入电极22如此排列，从而当操作者的左手L放在面板上的适当位置，以用左手拇指操作击键开关24，并用另一只左手的手指来操作击键开关26，即，如附图所示，操作者左手的手掌将放在信号注入电极22上。
应理解，电极对18.1、18.2和20.1、20.2以及电极22和击键开关24与26可以构成键盘11的一个内置部分。在该情况下，可以省略面板16。还应理解，除了电极对18.1、18.2和20.1和20.2之外，还可提供一些电极对，从而能够确定右手R沿着与X-Y平面垂直的第三方向、或Z坐标方向的位置。还应理解，除了击键开关24和26之外，还可进一步提供击键开关。
附件15还包括振荡器27，它在操作中产生一个电信号，其频率大约20KHz。将振荡器27的输出端耦合到信号注入电极22。
击键开关24、26可以是需要物理启动的那种类型，如传统鼠标的击键开关的情况。
通过高阻抗缓冲放大器30，将电极18.1和18.2分别耦合到差分放大器28的两个输入端。通过带通滤波器32和同步检测器34，把差分放大器28的输出馈送到模拟-数字变换器(ADC)36的第一输入端。同样，通过高阻抗缓冲放大器40，将电极20.1和20.2分别连接到差分放大器38的两个输入端；并且，通过带通滤波器42和同步检测器44，把差分放大器38的输出连接到模拟-数字变换器36的第二输入端。带通滤波器32和42都具有与振荡器27的频率相对应的一个中央频率。
附件15还包括微处理器46。模拟-数字变换器36的输出连接到微处理器46的一个输入端。击键开关24和26还连接到微处理器46的一些输入端。同样，把鼠标14连接到微处理器46的一个输入端。
以本发明的一种形式，击键开关24、26设有一些触摸敏感电极，如此布局，从而使微处理器46能够通过这些触摸敏感电极，来检测操作者的左手是否在如图所示的位置上，即，在操作者的左手拇指和手指触摸击键开关24、26的位置。这是通过信号注入电极22将信号从振荡器27注入到操作者的身体所需的位置。应理解，可将注入电极22设置在一个击键开关或压力开关上，在这种情况下，该击键开关或压力开关可具有与击键开关24、26相同的作用。
微处理器46具有连接到PC的串行端口的输出端48。
现在，描述本系统的操作过程。
当操作者的左手L在如图所示的位置上时，通过信号注入电极22，将由振荡器27产生的电信号注入到操作者的身体。通过用指挥(conduction)来影响注入，在该情况下，需要与电极22进行物理接触；或者，可以利用电容的、电磁的或辐射的感应来影响它，在该情况下，不需要与电极22进行物理接触。注入的信号产生围绕操作者身体(包括经过操作者身体操作者右手R的指挥)的一个交替电场。电极18.1、18.2和20.1、20.2能够检测该电场的强度(即，幅度)，并据此沿着X坐标和Y坐标的方向来确定操作者右手的位置。这结合差分放大器28、38和同步检测器34、44一起进行。任何额外的信号由带通滤波器32、42滤出，并且，同步检测器34、44提供与操作者的右手分别沿着X坐标方向和Y坐标方向的位置相对应的模拟输出。把两个模拟信号(一个由同步检测器34提供，而另一个由同步检测器44提供)馈送到模拟-数字变换器36，这将两个信号转换成一种数字形式。微处理器46用来将该信号转换成一个适当的数据位流。该位流的协议能够仿效位于PC内的传统软件鼠标驱动器所需的一个标准鼠标协议。通过输出端48，该位流被馈送到PC的一个串行端口，计算机将之理解为如同它正在读取由传统的鼠标在正常的鼠标操作期间送出的数据。
还可通过在键盘和PC之间的一个现存数据链路，利用合适的软件把包含在位流中的信息发送到PC。
操作者可以用与操作传统鼠标的击键开关相同的方法来操作击键开关24、26。
虽然操作者的左手L在附图所示的位置上，如在上述开关24、26上的触摸敏感电极检测到的那样，但是微处理器46进行的操作禁止了传统鼠标14的使用。
如果操作者想用传统鼠标14，那么操作者只须将他的左手移离附图所示的位置。这将由微处理器46通过在击键24、26上的触摸敏感电极检测到，而且分导致微处理器禁止从模拟-数字变换器36接收输入，并取而代之，切换到从鼠标14接收到的输入。
该系统还可通过在操作者的身体中感应的其他形式能量的进行操作，诸如，正常用于电力网(mains power)的50Hz，以及通过电缆和在操作者附近的其他电力设备在操作者身体内感应的形式，或者通过其他任何非接触注射器(injector)。
现在，参照图2，标号10.2一般表示与计算机系统10.1类似的一个计算机系统，相同的标号用来表示相同的或类似的部分。系统10.2与系统10.1不同，如下所述。
首先，如此排列电极18.1和18.2，从而使它们都沿着X方向在操作者右手R的一侧上；并且，如此排列电极20.1和20.2，从而使它们都沿着Y方向在操作者右手R的一侧上。这种排列有一个好处它使得该系统对电磁噪声不那么敏感，对操作者的右手在键盘11上的高度变化也不那么敏感，而且，比起如图1所示的电极排列情况，更容易对其进行物理操作。
第二，把模拟线性化电路50连接在带通滤波器32和同步检测器34之间。这需要用于补偿由电极18.1和18.2都连接在操作者右手的一侧、而不是如图1实施例那样在右手的相对侧上的这一事实导致的非线性。同样，把线性化电路52连接在带通滤波器42和同步检测器44之间。
还数字化地影响对于非线性的补偿，在该情况下，这可以方便地在微处理器46中加以实施。
第三，系统10.2设有连接到微处理器46的一个输入端的自动校准按钮54。应理解，开关按钮54还可以是触摸输入板的形式。当用操作者的右手R来开动开关按钮54时，微处理器将执行校准功能，将操作者的右手R的位置和光标在计算机屏幕13上的位置互联。这是可能的，因为当开动开关按钮54时，操作者的右手必须在X-Y平面内的一个已知位置上。
权利要求
1．一种在操作者的控制下，定位在计算机显示屏(13)上的光标的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤建立一个围绕操作者的可移动身体局部(R)的场；感测在固定参考帧中的一个或多个预定位置上的场强，从而提供与在所述参考帧中的身体局部位置相对应的一个控制变量；和响应于所述控制变量，定位在显示屏上的光标。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可移动身体局部是所述操作者的一只手(R)。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述操作者的另一只手(L)将一个电信号注入所述操作者的身体，来建立该场。
4．如上述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，利用在所述参考帧中沿着第一方向(X)分开的第一对位置感测电极(18.1、18.2)来感测所述场强，从而提供与沿着所述第一方向的所述身体局部(R)的位置相对应的第一控制变量，以及利用沿着与所述第一方向垂直的第二方向(Y)分开的第二对定位-感测电极(20.1，20.2)来感测所述场强，从而提供与沿着所述第二方向所述身体局部的位置相对应的第二控制变量。
5．如上述权利要求中任一权利要求所述的方法，其特征在于，如果所述身体局部在所述参考帧中的虚拟边缘内，那么通过将它移到在所述显示屏上与在所述参考帧中所述身体局部(R)的位置相对应的位置，来定位所述光标；而如果所述身体局部是在所述边缘处或之外，那么通过继续沿着与所述身体局部到达所述边缘的方向相对应的一条线移动它，来定位所述光标。
6．一种计算机系统，它包括显示屏(13)、用于将数据输入到所述系统中的键盘(11)以及用于控制光标在所述显示屏上的位置的定位装置，其特征在于，所述定位装置包括位于固定参考帧中的定位-感测电极(18.1、18.2、20.1、20.2)，用于感测在操作者的可移动身体局部(R)周围建立的一个场的强度，从而提供与所述身体局部在所述参考帧中的位置相对应的一个控制变量；和控制装置，可响应于所述控制变量进行操作，以根据所述身体局部在所述参考帧中的位置来定位在所述显示屏上的光标。
7．如权利要求6所述的计算机系统，其特征在于，它还包括信号发生器(27)，用于产生一个交替电信号，和注入电极(22)，用于将所述电信号注入到所述操作者的身体内，从而建立围绕所述可移动的身体局部(R)的电场。
8．如权利要求7所述的计算机系统，所述身体局部是所述操作者的一只手(R)，其特征在于，相对于所述键盘(11)如此排列所述定位-感测电极(18.1，18.2，20.1，20.2)，从而操作者可通过在所述键盘上以盘旋方式移动所述一只手来控制所述光标的位置。
9．如权利要求8所述的计算机系统，其特征在于，安排所述注入电极(22)，从而通过所述操作者的另一只手(L)，将所述电信号注入到所述操作者的身体。
10．如权利要求8或9所述的计算机系统，其特征在于，还包括一个或多个击键开关(24、26)，以便由所述操作者进行操作。
11．如权利要求10所述的计算机系统，其特征在于，安排所述击键开关或开关(24、26)，使其可由所述操作者所述的另一只手(L)来操作。
12．如权利要求6-11中任一权利要求所述的计算机系统，其特征在于，它还包括传统指向装置(14)，以及选择装置用于使所述操作者选择所述传统指向装置来控制所述光标在所述显示屏上的位置。
13．一种用于在操作者的控制下定位在计算机显示屏上的光标的附件，其特征在于，它包括信号产生装置(27)，用于产生一个电信号；耦合到所述信号产生装置的注入电极(22)，用于将所述电信号注入到所述操作者的身体，从而建立一个围绕所述操作者的可移动身体局部(R)的场；定位-感测电极(18.1、18.2、20.1、20.2)，用于设置在固定参考帧内，感测所述电场的强度；和耦合到所述定位-感测电极上的装置，用于产生与所述身体局部在所述参考帧中的位置相对应的一个控制变量，从而可响应于所述控制变量来定位所述光标。
14．一种定位在计算机显示屏上的光标的方法，基本上如这里所述和所示。
15．一种如这里所述和所示的计算机系统。
16．一种用于定位在计算机显示屏上的光标的附件，基本上如这里所述和所示。
全文摘要
计算机系统包括键盘(11)、显示屏(13)、第一对定位一感测电极(18.1、18.2)、第二对定位—感测电极(20.1、20.2)、信号注入电极(22)和振荡器(27)。振荡器通过信号注入电极和操作者的左手(L),将一个信号注入操作者的身体,这产生了一个围绕操作者的右手(R)的场。定位一感测电极设置在键盘的下面,并感测场强。这使得能够在X－Y平面内确定操作者的右手(R)在键盘上的位置。为此,可通过同步检测器(34,44)和模拟－数字变换器(36),将定位－感测电极连接到微处理器(46),该操作可控制光标在所述显示屏上的定位。
文档编号G06F3/0354GK1295684SQ99804755
公开日2001年5月16日 申请日期1999年4月6日 优先权日1998年4月6日
发明者汉斯·鲁道夫·斯特灵 申请人:汉斯·鲁道夫·斯特灵