專利名稱：帶顯示屏的鼠標(biāo)狀輸入輸出設(shè)備及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算機輸入/輸出設(shè)備，特別是，涉及一種帶集成顯示屏的鼠標(biāo)狀設(shè)備，它擴展了用戶對輸入/輸出方式的選擇。特別是，該設(shè)備使盲人使用計算機更容易。
用戶與計算機之間的大多數(shù)交互是通過諸如文本和圖形信息在監(jiān)視器顯示屏上的可視顯示作為媒介的。此種交互方式顯然不適合于盲人或視力損壞者。許多接口設(shè)備可用于將文本行轉(zhuǎn)換成布萊葉盲文，例如加利弗尼亞州Mountain View縣Tele Sensory公司的PowerBraille 40和德國Wiesenbach市Baum Products公司的INKA鍵盤。這些設(shè)備具有只能轉(zhuǎn)移文本和一次只顯示一行文本的局限性。德國Stuttgart市Metec公司的DMD 120060的點陣顯示器可將整個顯示屏轉(zhuǎn)換成可觸摸閱讀的形式。文本轉(zhuǎn)換成布萊葉盲文圖形信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的抬高的和降低的針的圖樣。這種全屏幕顯示既多余又不足。說多余是指盲人用戶不象可視用戶那樣能一次感知整屏顯示，而是在給定時間里觸知一小部分顯示，然后通過一系列這樣的部分觸知重新構(gòu)造整個顯示。所以，不必一次性將整個視覺顯示轉(zhuǎn)換成觸覺形式。說不足是指當(dāng)多數(shù)或全部的針需移動時，此種顯示需花費20秒或更長的時間來刷新顯示。
對盲人和視力損壞者使用計算機的另一限制是已知設(shè)備中沒有能夠使盲人或視力損壞者直接在屏幕顯示上繪圖并獲得繪制精度的直接反饋。
于是，能夠讓盲人或視力損壞者使用比現(xiàn)知接口更有效率和更靈活的方式與計算機交互的觸覺計算機接口成為廣泛公認(rèn)的需求并具有高度的便利。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種與能夠存取可屏幕顯示的數(shù)據(jù)的計算機進(jìn)行通信的計算機接口設(shè)備，包括(a)具有第一表面和第二表面的剛性外殼；(b)一種裝置用于感知(ⅰ)在與第二表面貼近的平面上該設(shè)備相對于起始位置的位置，以及(ⅱ)該平面上該設(shè)備相對于起始方向的方向；(c)位于另一表面上的顯示區(qū)，在其上顯示一部分?jǐn)?shù)據(jù)；以及(d)用于在顯示區(qū)顯示數(shù)據(jù)的顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種與具有屏幕顯示器的計算機通信的方法，包括步驟(a)提供至少一個平面；(b)提供至少一種接口設(shè)備，包括(ⅰ)具有第一表面和第二表面的剛性外殼，(ⅱ)一種裝置當(dāng)?shù)诙砻尜N近至少一個平面中的一個平面上時，用于感知該設(shè)備相對于至少一個平面中的一個平面的位置，和相于所提供的至少一個平面中的一個平面的方向，(ⅲ)位于第一表面上的顯示區(qū)，以及(ⅳ)觸覺顯示裝置，用于在顯示區(qū)再現(xiàn)屏幕顯示的一部分；以及(c)在顯示區(qū)再現(xiàn)該部分屏幕顯示。
本發(fā)明的創(chuàng)新點在于在計算機鼠標(biāo)一個表面上顯示數(shù)據(jù)。此表面在此稱作“上”表面，因為本發(fā)明的顯示區(qū)非常方便地位于最遠(yuǎn)離鼠標(biāo)使用過程中所擱放的平面的那側(cè)鼠標(biāo)面；但本發(fā)明范圍包括將顯示區(qū)放置在鼠標(biāo)的另外表面，例如側(cè)表面。同樣，貼近鼠標(biāo)使用中的平面的那側(cè)鼠標(biāo)表面在此稱為“下”表面。顯示區(qū)包括顯示裝置，例如下面討論的一個小視頻屏或觸覺顯示裝置，它是整個置于鼠標(biāo)之中的。要顯示的數(shù)據(jù)可以同時顯示于計算機監(jiān)視器的顯示屏上，或駐留在其他地方，如計算機存儲器中。
本發(fā)明允許用戶當(dāng)移動鼠標(biāo)時在鼠標(biāo)自身上表面獲得他/她 所作的有關(guān)鼠標(biāo)顯示的改變的直接反饋。這對從事計算機作品具有心理上的優(yōu)越一個圖像作者用鼠標(biāo)作圖，邊畫邊看到結(jié)果，就如同他/她用筆在紙上邊畫邊看結(jié)果一樣。
此外，本發(fā)明允許存儲于計算機中的數(shù)據(jù)，即不同時顯示于屏幕上的數(shù)據(jù)，或在屏幕顯示中的數(shù)據(jù)，以一種不同的形式顯示。例如，屏幕上顯示的文本是一種語言，而翻譯成另一種語言的文本則顯示在鼠標(biāo)上。盡管如此，此處描述的重點在于將屏幕顯示的一部分重現(xiàn)于鼠標(biāo)上表面。
盡管本發(fā)明的范圍包括所有這些顯示，其中也包括視覺顯示，但本發(fā)明的重點在于提供一種觸覺顯示，使盲人用戶感知視覺顯示于屏幕上的數(shù)據(jù)的觸覺體現(xiàn)，如同可視用戶可以看到信息一樣。盲人用戶通過在平面上移動鼠標(biāo)接觸到屏幕顯示的不同部分，如同可視用戶通過在平面上移動鼠標(biāo)用光標(biāo)接觸屏幕顯示的不同部分一樣。用戶通過在觸覺顯示上滑動他/她的手指尖來感知信息，此處如同目前已知設(shè)備一樣。另一種方式，用戶可在移動鼠標(biāo)時將他/她的手指固定在觸覺顯示區(qū)的一個位置上，于是當(dāng)鼠標(biāo)移動時可感知觸覺顯示的輪廓變化。此外，盲人可使用常規(guī)方法改變屏幕顯示(例如，在屏幕上劃線)，如同可視用戶改變屏幕顯示一樣，例如在鼠標(biāo)上按下一個按鍵，然后感知變化結(jié)果，如同可視用戶看到結(jié)果變化一樣。
本發(fā)明的鼠標(biāo)與常規(guī)計算機鼠標(biāo)的重要區(qū)別在于本發(fā)明的鼠標(biāo)能同時感知其在平面上的橫向位置和角度方向，于是呈現(xiàn)給用戶的屏幕顯示的一部分總是取向同一方向的，例如，無論鼠標(biāo)如何轉(zhuǎn)動，屏蔽顯示的上部分總是遠(yuǎn)離用戶而屏幕顯示的下部分總是趨向于用戶。達(dá)到此目的的一種辦法是為鼠標(biāo)設(shè)置兩個或更多的跟蹤球。鼠標(biāo)的角度方向可從跟蹤球的位置容易地推算出來。達(dá)到此目的的另一方法是為鼠標(biāo)設(shè)置磁定向感測器，如羅盤。
在此參照附圖僅以實例描述本發(fā)明，其中

圖1A是根據(jù)本發(fā)明一個鼠標(biāo)實施例的剖面示意1B是根據(jù)本發(fā)明的另一個鼠標(biāo)實施例的剖面示意2是圖1A中鼠標(biāo)使用時的側(cè)視3A是圖1A中鼠標(biāo)的部分頂視圖，顯示出顯示區(qū)圖3B是圖1A的部分頂視圖，顯示出顯示區(qū)的另一個實施例。
本發(fā)明為一種在其上表面帶有觸覺顯示區(qū)的計算機鼠標(biāo)。本發(fā)明可用于盲人和視力損壞者與計算機交互。
參照附圖與相應(yīng)的描述可以更好地理解根據(jù)本發(fā)明的計算機鼠標(biāo)的原理與操作。
現(xiàn)請看附圖。圖1A是本發(fā)明鼠標(biāo)實施例10的剖面示意圖。剛性外殼12具有上表面14和下表面16。顯示區(qū)20在上表面14上，上有許多小孔，其中凸出許多針，其中的一部分被標(biāo)以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)22。針22在顯示區(qū)20的孔中通過致動裝置上下運動，其中部分致動裝置被標(biāo)以標(biāo)記數(shù)24，每一針配一致動裝置。下表面16的孔中凸出兩個球30，最好由包橡皮的鋼球制成。與球30接觸的是傳感器32，每一個球30垂直放置兩個傳感器32。傳感器32與球30轉(zhuǎn)動連接，意即球30的轉(zhuǎn)動將引起與球30接觸的傳感器32的一個或全部兩個(例如，編碼器輪軸轉(zhuǎn)移，使傳感器32能將此轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為電信號。上表面14按常規(guī)方式供有一個或多個按鍵34。致動裝置24、傳感器32和按鍵34通過電連接38連接在常規(guī)的電子線路36上。電路36通過電纜40連接到主計算機。按鍵34和傳感器32產(chǎn)生的信號如何轉(zhuǎn)送到計算機的方法，以及表示計算機屏幕顯示的一部分的信號如何轉(zhuǎn)送給致動裝置24以推動針20上下運動從而復(fù)現(xiàn)該屏幕顯示的那一部分的方法在本領(lǐng)域已眾所周知，不在此詳述。
圖1B是本發(fā)明鼠標(biāo)的另一實施例10’的剖面示意圖。鼠標(biāo)10’與鼠標(biāo)10基本相同，只是鼠標(biāo)10有兩個球30，按照下面將描述的方法同時感知位置和方向，而鼠標(biāo)10’只有一個球30’，僅用于按常規(guī)方法感知位置，另有一獨立的方向傳感器35。方向傳感器35例如可以是磁感測器或陀螺儀感測器。
圖2是鼠標(biāo)10使用時的側(cè)視圖。鼠標(biāo)10設(shè)置在平面50(例如，一個常規(guī)鼠標(biāo)墊)上。用戶將一個或多個手指尖52放置在顯示區(qū)20上按常規(guī)方法在平面50上移動鼠標(biāo)10。鼠標(biāo)10在平面50上的位置和方向由傳感器32根據(jù)球30的轉(zhuǎn)動感知，并通過電纜40傳送給主計算機。主計算機通過電纜40將代表計算機屏幕顯示的一部分的數(shù)據(jù)傳送回鼠標(biāo)10，此屏幕顯示部分對應(yīng)于鼠標(biāo)10在平面50上的位置。根據(jù)這些數(shù)據(jù)上下移動針22，提供這些數(shù)據(jù)的觸覺體現(xiàn)，此觸覺體現(xiàn)由用戶通過手指尖52感知。
圖3A和3B是鼠標(biāo)10的部分頂視圖。圖3A顯示的顯示區(qū)20的一個實施例中，針22是凸現(xiàn)在孔的矩形陣列中。這種陣列在圖中示出；本發(fā)明可包括所有適當(dāng)?shù)年嚵袔缀涡螤?，例如六邊形。圖3B顯示的顯示區(qū)20的一個實施例中，針22凸現(xiàn)的孔群被劃分在三個指尖大小和指尖形狀的子顯示區(qū)54、54’和54”中。
如上所述，鼠標(biāo)10在平面50上的取向由球30在平面50上的相對位置推算。設(shè)離電纜40近的那個球30的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)分別為X2和Y2，離電纜40遠(yuǎn)的那個球30的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)分別為X1和Y1。設(shè)△X=X2-X1，△Y=Y2-Y1。設(shè)0°取向?qū)?yīng)于△X=0和△Y取正值。于是鼠標(biāo)10的方向角為arctan(△X/△Y)。例如，如果△X=△Y，則鼠標(biāo)10從△X=0和△Y取正值的位置反時針方向旋轉(zhuǎn)了45°角。
如同顯示屏上光標(biāo)的位置與常規(guī)鼠標(biāo)在鼠標(biāo)墊上的橫向位置的對應(yīng)關(guān)系在使用中會有變動一樣，屏幕顯示的方向與鼠標(biāo)10在平面50上的方向的對應(yīng)關(guān)系也會變動。所以，鼠標(biāo)10的方向必須時常重新初始化成標(biāo)準(zhǔn)方向，例如，0°方向。這通過將鼠標(biāo)在平面50上形成一個實際角度以對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)方向，并通過計算機鍵盤和/或按鍵34向計算機輸入適當(dāng)?shù)拿疃鴮崿F(xiàn)。屏幕顯示方向與本發(fā)明的鼠標(biāo)的方向的對應(yīng)關(guān)系的穩(wěn)定性可通過提供給鼠標(biāo)多于兩個球30′來增強，為角度計算機提供了冗余。
顯示區(qū)20的準(zhǔn)點作為常規(guī)視覺顯示中屏幕光標(biāo)的觸覺對等物。此準(zhǔn)點可以是顯示區(qū)20的任何可準(zhǔn)一標(biāo)識點，例如，象圖3A中顯示區(qū)20這樣的方形顯示區(qū)的其中一角，圖3A中顯示區(qū)20的中心點，或圖3B中子顯示區(qū)54’的中心點。如同常規(guī)鼠標(biāo)上的按鍵用來激發(fā)與屏幕光標(biāo)位置相關(guān)聯(lián)的動作一樣，對按鍵34的按壓用來激發(fā)與屏幕上的位置相關(guān)聯(lián)的一個動作，此位置對應(yīng)于準(zhǔn)點相對于在顯示區(qū)20上呈現(xiàn)的屏幕顯示部分的位置。例如，按按鍵34用來開始畫一條從顯示屏幕上對應(yīng)于準(zhǔn)點的點開始的線。用戶可通過感覺顯示區(qū)20的結(jié)果來監(jiān)視這些動作的進(jìn)程和準(zhǔn)確度，如同可視用戶可看到他/她的動作在顯示屏上的結(jié)果一樣。
將視覺顯示在顯示區(qū)20轉(zhuǎn)換成觸覺顯示的一個難點在于視覺所接受的信息密度高于觸覺所接受的信息密度。這在文本的觸覺顯示中不成問題，文本可容易地轉(zhuǎn)換成布萊葉盲文。在轉(zhuǎn)換單色顯示中也不是嚴(yán)重問題，因為對于一種顏色，例如兩種顏色中較暗的那種，可用針上升位置代表，而另一種顏色，例如兩種顏色中較亮的那種，可用針下降位置代表。真正的難點在于使彩色顯示以觸覺形式體現(xiàn)。彩色顯示的色彩有三個屬性(色、亮度和飽和度)，很難在一種觸覺顯示中對所有三項編碼。當(dāng)具有很強的亮度對比度時可將用于單色顯示的轉(zhuǎn)換方法用于彩色顯示，但一般不能適用。本發(fā)明的優(yōu)選方法是將色調(diào)編碼為針的上下運動的頻率，優(yōu)選范圍為3Hz到5Hz，足夠用于四種色調(diào)的編碼，而將亮度編碼為針的運動范圍，并忽略飽合度。當(dāng)然，顯示哪種屬性忽略哪種屬性的選擇是可由用戶控制的，例如，用戶可將飽合度編碼為針的運動頻率而忽略色調(diào)的編碼。
應(yīng)當(dāng)理解盲人或視力損壞者不限于只使用本發(fā)明的一個鼠標(biāo)。如同盲人經(jīng)常用雙手閱讀布萊葉盲文(Braille)一樣，盲人可人使用兩個鼠標(biāo)，一手一個，同時仔細(xì)閱讀顯示屏幕的兩個不同部分。就此，兩個可視用戶可使用本發(fā)明的兩個鼠標(biāo)玩非視覺性的計算機游戲?？梢曈脩暨€可使用本發(fā)明的一個鼠標(biāo)同時監(jiān)視兩個顯示，一個是視覺顯示，一個是觸覺顯示。另外，可視用戶可使用本發(fā)明的鼠標(biāo)增強對包含曲面顯示的感知能力，例如，一個行星地圖的顯示，在數(shù)據(jù)空間中屏幕左邊與屏幕右邊毗連的。
同樣應(yīng)當(dāng)理解屏幕顯示與觸覺顯示的幾何對應(yīng)關(guān)系可適應(yīng)不同的應(yīng)用而改變。特別是，在顯示區(qū)20重現(xiàn)的屏幕部分的大小可以改變。屏幕顯示與觸覺顯示最簡單的對應(yīng)關(guān)系是一個象素對應(yīng)一個針22；但其他對關(guān)系也屬本發(fā)明范圍。例如，多于一個針22對應(yīng)一個象素使解析度可以增加，多于一個象素對應(yīng)一個針22可以使解析度降低。另外，顯示區(qū)22的縱橫比不必與屏幕的縱橫比相同。例如，一個針22可以對應(yīng)水平方向一個象素間隔，對應(yīng)垂直方向兩個象素間隔。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照有限的實施例予以描述，但應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明進(jìn)行多種變形、修改和其他應(yīng)用。
權(quán)利要求
1．一種用于與計算機通信的計算機接口設(shè)備，該計算機能夠存取可屏幕顯示的數(shù)據(jù)，包括(a)剛性外殼，具有第一表面和第二表面；(b)一種裝置，用于感知(ⅰ)在與所述第二表面貼近的平面上該接口設(shè)備相對于起始位置的位置，以及(ⅱ)該接口設(shè)備在所述平面上相對于起始方向的方向；(c)顯示區(qū)，位于所述第一表面上，在其中顯示一部分?jǐn)?shù)據(jù)；以及(d)顯示裝置，用于在所述顯示區(qū)顯示所述數(shù)據(jù)。
2．權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中所述顯示裝置重現(xiàn)屏幕顯示的一部分。
3．權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中所述顯示裝置包括視覺顯示。
4．權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中所述顯示裝置包括觸覺顯示。
5．權(quán)利要求4中的設(shè)備，其中所述觸覺顯示包括許多針，基本上垂直取向于所述第一表面，對每根所述針提供給一種裝置用于相對于所述第一表面移動所述針，以響應(yīng)所述屏蔽顯示的所述部分的局部特性。
6．權(quán)利要求4中的設(shè)備，其中所述觸覺顯示被分割成兩個子顯示區(qū)，每一個子顯示區(qū)具有適合容納手指尖的大小和形狀。
7．權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中所述感知裝置包括兩個可轉(zhuǎn)動球，容納在所述外殼內(nèi)。
8．權(quán)利要求7中的設(shè)備，其中所述感知裝置進(jìn)一步包括，對所述每一個可轉(zhuǎn)動球，兩個傳感器可轉(zhuǎn)動地連接于所述球，由此所述球在兩個垂直方向的轉(zhuǎn)動可被探測，從而提供了所述球相對于所述平面的運動的指示。
9．權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中所述感知裝置包括方向感測器。
10．權(quán)利要求1中的設(shè)備，其中方向感測器從磁感測器和陀螺儀感測器之類中選擇。
11．一種與具有屏幕顯示的計算機通信的方法，包括步驟(a)提供至少一個平面，(b)提供至少一種接口設(shè)備，它包括(ⅰ)剛性外殼，具有第一表面和第二表面，(ⅱ)一種裝置，當(dāng)所述第二表面貼近在所述的至少一個平面之一時，用于感知所述設(shè)備相對于所述的至少一個平面之一的位置以及相對于所述的至少一個平面之一的方向，(ⅲ)顯示區(qū)，位于所述第一平面上，以及(ⅳ)觸覺顯示裝置，用于在所述顯示區(qū)重現(xiàn)屏幕顯示的一部分，以及(c)在所述顯示區(qū)重現(xiàn)所述部分的屏幕顯示。
12．權(quán)利要求11中的方法，進(jìn)一步包括步驟(d)觸摸所述觸覺顯示裝置。
13．權(quán)利要求12中的方法，其中所述觸摸通過使用至少一個手指尖實現(xiàn)。
14．權(quán)利要求13中的方法，其中所述觸摸通過所述至少一個手指尖在所述觸覺顯示裝置上滑動而實現(xiàn)。
15．權(quán)利要求13中的方法，其中所述觸摸通過將所述至少一個手指尖擱放在所述觸覺顯示裝置上實現(xiàn)，其方法進(jìn)一步包括步驟(e)相對于所述的至少一個平面移動所述至少一個接口設(shè)備。
16．權(quán)利要求15中的方法，其中所述觸覺顯示裝置被分割成兩個子顯示區(qū)，每一個所述子顯示區(qū)具有適合容納手指尖的大小和形狀，且其中所述觸摸通過使用兩個手指尖實現(xiàn)，一個手指尖在一個子顯示區(qū)內(nèi)。
17．權(quán)利要求12中的方法，其中提供兩個所述接口設(shè)備，對所述兩個接口設(shè)備的第一個的觸摸與對所述兩個接口設(shè)備的每二個的觸摸通過使用兩只不同的手而實現(xiàn)。
18．權(quán)利要求11中的方法，其中所述觸摸顯示裝置包括許多針，基本上垂直取向于所述第一表面，為每根所述針提供給一種裝置，用于響應(yīng)于所述部分的所述屏幕顯示的局部特性相對于所述第一表面移動所述針。
19．權(quán)利要求18中的方法，其中所述特性為亮度。
20．權(quán)利要求19中的方法，其中所述針使其伸長以響應(yīng)減小了的亮度，使其縮進(jìn)以響應(yīng)增加了的亮度。
21．權(quán)利要求18中的方法，其中所述特性為顏色。
22．權(quán)利要求21中的方法，其中所述針移動到一種程度以對應(yīng)于所述顏色的一種亮度，以一種頻率移動以響應(yīng)所述顏色的一種色調(diào)。
23．權(quán)利要求18中的方法，其中所述接口設(shè)備進(jìn)一步包括(ⅴ)輸入裝置，其方法進(jìn)一步包括步驟(e)激發(fā)所述輸入裝置以改變與其中一個所述針相關(guān)聯(lián)的局部特性。
24．權(quán)利要求23中的方法，其中所述顯示區(qū)包括準(zhǔn)點，與所述改變了的局部特性相關(guān)聯(lián)的所述針基本上位于所述準(zhǔn)點。
25．權(quán)利要求24中的方法，其中所述顯示區(qū)具有一個隅角，所述準(zhǔn)點基本上位于所述隅角。
26．權(quán)利要求24中的方法，其中所述顯示區(qū)具有一個中心，所述準(zhǔn)點基本上位于所述中心。
27．權(quán)利要求11中的方法，其中所述輸入設(shè)備進(jìn)一步包括(ⅴ)輸入裝置；且其中所述部分的屏幕顯示相對于屏幕顯示具有一定范圍；其方法進(jìn)一步包括步驟(d)激發(fā)所述輸入裝置以改變所述范圍。
全文摘要
為盲人用戶設(shè)計的計算機鼠標(biāo)(10)及其使用方法。該鼠標(biāo)在其上表面(14)有一顯示區(qū)(20),計算機屏幕顯示的一部分在其上以觸覺形式(例如以一個針列(22)的高低數(shù)目的形式)再現(xiàn)。單色顯示由針的高度編碼。彩色顯示可用各種方式編碼。優(yōu)選方案為,亮度由針的垂直運動范圍編碼,色彩由針的運動頻率編碼。盲人用戶通過在鼠標(biāo)墊上運動鼠標(biāo)并感覺針的相對高度和頻率來掃描屏幕顯示。
文檔編號G09G5/08GK1286786SQ97182510
公開日2001年3月7日 申請日期1997年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月25日
發(fā)明者羅曼·高茲曼, 艾格·卡拉辛, 德米特里·柔森布魯姆 申請人:維爾塔奇有限公司