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CN100416474C - 快速输入设备及其运行方法和应用 - Google Patents

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CN100416474C CNB2003801051551A CN200380105155A CN100416474C CN 100416474 C CN100416474 C CN 100416474C CN B2003801051551 A CNB2003801051551 A CN B2003801051551A CN 200380105155 A CN200380105155 A CN 200380105155A CN 100416474 C CN100416474 C CN 100416474C
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Abstract

本发明涉及快速输入设备，所述快速输入设备包括至少一个输入工具(10)，至少一个输入捕获单元(20)和一台计算机(30)，其中所述输入工具(10)通过它的空间位置定义至少一个点(P)，该点的坐标在至少一个输入捕获单元(20)中被转换成电信号，并且经过一段时间从该点(P)中形成至少一个数据集(M)并因此形成所述输入。所述输入捕获单元(20)与所述计算机(30)相连，其中在计算机中设置有工具来对所述至少一个数据集(M)进行数据处理。所述输入捕获单元(20)与所述计算机(30)无线地或者通过一根电缆进行连接(25)。该快速输入设备是移动的并且结构紧凑。本发明描述了针对该操作的方法以及应用。这些涉及记录仪、普通计算机工作和康复治疗。

Description

快速输入设备及其运行方法和应用
技术领域
本发明涉及一种用于向计算机快速输入信息的设备、与此相应的方法以及其应用。
背景技术
根据US 6,008,799文本输入系统是已知的，该文本输入系统使用一种触摸屏。其中将所有字母和最常见的字显示为按键，为此需要92个按键。所述按键按照字母顺序排列，这如所证明的那样配给一种按概率的布置(M.Helander(ed)，人机交互作用手册，Elsevier(1988)，S.479)。另外还显示一张词汇列表。在一个监视屏上占据大约12×12cm，这灵敏地限定了在移动设备上的使用。另外对于所述按键，也可以利用所谓的斑点(Flicks)或者线条方向来输入元音。其缺点是，只设置了四种斑点(向左、向右、向上和向下)，所以利用一种斑点不能输入字母“U”。由此不可能进行干净的系统化。由于大量的按键使结构显得不明显，并因此难以辨出。为了操作正确的按键，用户必须利用石笔寻求其他的途径，这花费了大量时间。词汇窗口要求另外的注意力并且偏离原本的记录过程，在所述词汇窗口中还必须根据情况进行滚动。它没有规定，连接或者将斑点互相排成一排。
在US 5,028,745中描述了一种设备，该设备在一块板中探测或者识别石笔的位置。位于该板的输入面中的谐振振荡回路借助于一个在该板上表面中使用的石笔来进行激励，这导致振荡回路中的交流电发生变化。从该板的线圈位置的电流变化中可以推断出位置。
根据US 5,466,896电磁位置探测器是已知的，所述电磁位置探测器从在该板表面中的大量线圈中能够计算出输入石笔的位置坐标，其中一个线圈同样位于笔中。从数字数据中考虑接收信号的幅值和相位位置来确定坐标值。
根据EP0660218-A1用户界面设备是已知的，该用户界面设备应用石笔进行输入。此外它被称作“图形键盘”具有如已知的QWERTY键盘的键盘配置。通过由按键开始的”Strokes”(短划线)的输入，所述的图形键盘能够在已经键入的字母上执行例如换档或者控制功能能。还设置，可以将两个“Strokes”相连，使得能够例如通过CONTROL-A以大写形式输入字母a。通常没有设置用于残疾人的使用、例如用于触摸打字或者在康复治疗中的使用。
一些触摸屏装置提供手写识别，但是这却起不到最佳作用。存在那种试图辨认整个字的触摸屏装置和其他的在其中逐字地进行手写输入的触摸屏装置。所述字母必须采用特殊的“涂鸦(Graffiti)”字母(U.S.Robotics，Palm Computing Divisioin，Los Altos，California U.S.A)来进行输入。笔迹经常被装置错误地显示，这导致用户偏离原本的记录过程。该装置的另一问题是耗费巨大的编程，所述编程需要存储空间和计算容量，这导致输入的文本延迟地被显示。在掌上装置中没有设置分离的输入设备和输出设备的应用，这使得很多有意义的应用不能实现。
在US设计专利D457,525 S中描述了一种折叠键盘，其中没有对输出设备设置无线连接。如同普通的键盘那样，所述折叠键盘具有下列缺点、即对于例如字或者编程指令的输入，手指和手必须进行相当多的和大的运动。RSI(电脑症候群)的很多情况都可以追溯到计算机键盘的(高强度)使用。
根据专利文献WO 02/08882已知一种具有辅音按键和一个元音按键的快速记录系统和装置。从每个按键出发，可以在八个线条方向的一个中使用铅笔。可以自由地将这些划线方向与文本输入组合。但是没有设置在其中可以实现与显示装置分开的文本输入的应用。因为这最初涉及到一种记录系统，缺少例如控制和退出的功能，这些功能对于计算机键盘是已知的。另外，对具有有形的按键的装置没有设置记录系统的使用。
根据专利文献WO 00/17852已知一种“与计算机相连的电子乐器”。计算机通过电缆连接与键区相连，该键区的按键排列在X/Y轴上。通过按键上的输入可以产生并且调节乐声。它还具有踏板，通过其可以影响音量和回声效果。在按键和踏板上总计具有多个输入元件。然而，对其的操作只分别在一个轴上设置了这些输入元件。除了输入元件的同时操作，没有设置输入元件的组合。没有设置与计算机的无线连接和进行力反馈功能的能力。详细地描述了电子声音产生的输入方案(P.Gorges，L.Sasso，Nord Modular，Bremen，2000)。
在所述的文献中没有设置用于残疾人和在康复治疗中的使用。
其缺点在于，必须使用各种输入方法或者甚至各种输入设备。另外，它既没有说明在输入设备和计算机之间具有无线连接的实施方案，也没有说明用于触摸打字的实施方案。
发明内容
本发明的任务是，建议一种用于向计算机快速输入信息的设备，所述装置在最小的空间上使计算机键盘、计算机鼠标或者类似的接口和音乐键盘的全部功能的实现与功能键和各种类型的记录调节器相统一，并且从而避免上述缺点。
另一任务在于，说明与此相应的方法。
按照本发明的快速输入设备，包括至少一个输入工具、至少一个输入捕获单元和一台计算机，其中所述至少一个输入工具通过它的空间位置定义至少一个点，所述至少一个点的坐标在所述至少一个输入捕获单元中被转换成电信号，并且经过一段时间从所述点中形成至少一个坐标数据集和因此形成输入，所述至少一个输入捕获单元与所述计算机进行连接，并且在所述计算机中设置有工具用于所述至少一个数据集的数据处理，所述输入捕获单元与所述计算机无线地或者通过一根电缆进行所述连接，为所述输入在向左、向右、向上、向下、向左上、向右上、向左下、向右下的八个方向上设置输入元件，其中所述输入元件位于一个刻度平面上，并且依据通过输入工具所产生的线条长度逐级设置所述输入。
按照本发明的用于运行所述的快速输入设备的方法，利用所述至少一个输入工具在所述至少一个输入捕获单元中产生至少一个点的坐标，在所述输入捕获单元中所述坐标被转换成电信号，通过对所述电信号经过一段时间的测量形成至少一个坐标数据集，无线地或者通过电缆连接将所述数据集传输给所述计算机，并且在所述计算机中利用数据处理的工具对所述数据集进行处理，并可供输出工具使用。
所述快速输入设备可用于记录仪、尤其用于快速记录仪的应用。
根据本发明，所述快速输入设备可以应用于康复治疗、计算机工作、电子乐器、电子绘图仪、通用输入设备。
附图说明
下面借助于附图对本发明进行更详细的描述。
图1示出快速输入设备的基本配置；
图2示出在输入捕获单元和计算机之间采用无线连接的第一实施例；
图3示出在输入捕获单元和计算机之间采用电缆连接的第二实施例；
图4示出采用两台摄像机作为输入捕获单元的第三实施例；
图5示出具有两个输入工具和两个输入捕获单元的第四实施例；
图6示出具有与输入捕获单元固定连接的输入工具的第五实施例；
图7示出具有包括按键元件的输入捕获单元的第六实施例；
图8示出具有输入工具和一个集成于其中的输入捕获单元的第七实施例；
图9示出采用石笔作为输入工具和在输入捕获单元中具有测力计的第八实施例；
图10示出采用手指作为输入工具和在输入捕获单元中具有测力计的第九实施例；
图11示出在输入捕获单元中具有键区和测力计的第十实施例；
图12示出在输入捕获单元中具有一个测力计区的第十一实施例；
图13示出采用手指作为输入工具和三个IR摄像机作为输入捕获单元的第十二实施例；
图14示出采用石笔作为输入工具和在输入捕获单元中具有超声波接收器模块的第十三实施例。
图1示出按照本发明的、快速输入设备的基本配置。它包括输入工具10，输入捕获单元20和计算机30。
具体实施方式
物体或者人体部分概括为输入工具，在一个确定的部位上点P属于所述物体或者人体部分，所述点是通过它的具有坐标(x，y，z，t)的空间和时间位置定义或者描述的。因此，在时刻t，在一个暂时任意的坐标系统中完全地描述了具有坐标x，y，z的点P的空间位置。
如果它的空间和时间位置只是通过坐标(x，y，t)定义，那么点P表现一种特殊情况，这将在以后说明。
因此，例如石笔是一个物体，点P(x，y，z，t)属于其尖端。所述石笔是优选的物体。但是也可以使用任意的、与石笔类似的物体如铅笔。
手的手指也可用作输入工具，其中点P(x，y，z，t)定义在例如手指肚儿上。
具有指帽的手指也可用作输入工具，其中所述指帽的尖端定义点P(x，y，z，t)。
另外，定义点P(x，y，z，t)的身体部分例如鼻子或者脚趾也可以考虑为输入工具。这尤其使得对在具有不同形式的身体残疾时可以进行输入。具有可能固定其上的石笔或类似石笔的物体的手臂截肢后的残余部分也形成输入工具。
设置石笔或者石笔类似物体可以用手、胳膊、嘴或者脚来使用。
利用输入工具10在输入捕获单元20上进行信息的输入，这由输入箭头15标明。信息由点P的一个序列形成。单个点形成最小信息。由两个点形成信息“线条”。所述两个点之间的距离定义为线条长度，所述线条长度用作诸如音量、音调、颜色深度等的逐级输入。它涉及一种分级输入，该输入允许一种基本上线性、对数或者类似的分配。多个或者大量点形成诸如圆和任意形状的符号图像的信息。
如在快速记录仪中应用的线条和线条组合尤其突出(WO02/08882)。对于输入，在位于一个刻度平面上的八个方向中设置输入元件，其中一方面所述八个方向之一被分配给每个单个元音，而另一方面仍然自由的八个方向之一被分配给一个空敲击。在八个方向上的输入元件的组合、即它们直接的、快速的相互排序能够进行快速输入，为此本发明的设备尤其适用。
对于特殊的输入，设置附加的、在很多情况下分级的输入元件垂直于刻度平面，所述输入元件尤其在用作音乐或者画图仪器时非常有用，并且能够进行至少一个直观输入。从而，输入元件在总共至少九个方向上可供使用。
但是计算机的功能如菜单窗口的尺寸确定和移动也可以被分配给在至少九个方向上的这些输入元件。或者计算机其他功能、例如在菜单窗口中的缩放和滚动、取消输入和从新输入或者如复制、粘贴、剪切、清除、光标上、光标下、光标左、光标右、控制、换档、右换档、功能、选择、退出、打开、关闭等功能；
用于屏幕调整：变亮、变暗、变红、变绿、变蓝；
用于窗口：最小化，最大化，刷新，关闭；
用于对话框：是，否，取消，更替，和
用于功能键：F1到F12。
另外，在电唱机和录音机中的功能有：
播放、暂停、停止、录音、前进、后退、下一首、上一首、第一首、最后一首和音量；
在文本程序或者在文本输入区中的功能：
上页、下页、起始、结束、插入、删除、上档、回格、回车、删除；左对齐、右对齐、居中、两端对齐、分隔符；
线：艺术字、粗、细、正常、较粗、较细；
在画图程序中的功能：
用于对象：线、填充、文本；沿每个轴旋转、较近、较远；
用于颜色：黑色、白色、透明色、红/深红色、蓝/青色、黄色部分；根据线条长度是可能逐次进行颜色成分的输入的。
因此，通常通过鼠标和键盘确定输入的所有功能可以通过本发明输入工具实现。
如果这些功能是声音文件的属性和处理步骤，那么一方面通过在至少九个方向中的输入元件，而另一方面通过由在输入面的X/Y区的执行位置确定的输入元件(在刻度平面上的八个输入元件的起始点)以及其可能的组合得出快速输入的另一可能性。这样一种声音文件包括音调、声音、噪声或者这三者中的一个任意组合和从而至少一个y给至少一个x的每种分配，其中x对应于时间轴上的点。Y可以对应于例如属性的频率或者幅值。
设置了用于任意组合的功能：
-对例如声音文件的幅值和频率的属性的直接操作，
-声音文件的全部或者部分的复制、粘贴和删除，
-声音文件的重复播放(循环)，
-根据各种原理(例如傅立叶分析)的声音文件的分析(分解)以及从而从中得出的多个新的声音文件的产生的分析，
-至少两个声音文件的合成，
-声音文件的过滤和效果的分配，
-声音文件或者包络线的分配，用于在一个确定时间上和在另一声音文件的运行过程中对音量(幅值)、过滤器的频率(声音颜色)、播放速度(音调)进行控制的。
它也涉及是声音文件的属性或者用作处理这种属性的功能。另外，这是能够进行文件的分配以处理属性的功能。
有利地证明，用于输入的功能利用所述九个方向的组合来进行保证，否则的话，所述输入需要各种输入方法和/或输入设备。因此，该快速输入设备也可以被称作通用输入设备。
输入捕获单元20原则上是被设计成板或者屏幕的接触灵敏的表面(US 5,028,745：位置探测设备；US 5,466,896：位置探测器)。
例如在左上角具有坐标原点的坐标系统(x，y，z)位于所述平面上。所有位于该平面上方的点属于例如正的z坐标或者z分量。
坐标x，y，z的值域目前不需受限制，也就是说，它们可以从+∞到-∞。然而，根据应用可以有目的地限制所述值域，也即x值例如只定义超过所使用的屏幕宽度。
垂直于板的方向的z分量可以例如只定义在几个十分之一到百分之一mm的狭小范围中，其中在石笔不加力地放置时z＝0被分配给所述值，并且根据放置压力没有负的z值。但是也可以想见，为了能够进行无接触输入，在处于板平面上方0到40cm之间的范围中定义位于板上方的z值。
输入元件的逐级的值可以被分配给所述z值。所述z值的值域可以被分割，其中单个不一致的输入元件被分配给每个子域。所以可以看出，输入元件的数量不必限制在九个上。
输入捕获单元20能够将点P(x，y，z，t)或者P(x，y，t)的坐标转换为电信号，这可以以已知的方式进行(US 5,028,745：位置探测设备；US 5,466,896：位置探测器)。
在输入捕获单元中，在时间域中出现点P的序列，该序列是数据集M和从而输入表现为这种数据集。设置该数据集M向计算机30传输。该传输通过简称为电缆的数据电缆或者无线地借助于无线电连接、例如蓝牙(WO 01/18662-A1-罗技，包括：具有通用串行总线端口的无线外围接口)来进行。在所述输入捕获单元20和所述计算机30之间的这种连接通过箭头25来指明。
计算机30基本上包括用于进行数据集M的数据处理的工具和输出工具，其中对后者这里不再进一步描述。
所述的基本配置不限制在唯一的输入工具和唯一的输入捕获单元上。对具有多个输入工具和相应所分配的输入捕获单元的布置将在以后进行描述。
图2示出在输入捕获单元和计算机之间采用无线连接的第一实施例。
所述输入捕获单元20具有发送/接收器模块21，通过该模块建立与计算机30的连接，其中所述计算机也配备有发送/接收器模块31。数据集M的传输通过箭头25表示，并且例如按照已知的蓝牙标准进行。这里输入工具10采用在其尖端11上定义点P(x，y，z，t)的石笔来表示。该点P位于接触灵敏的输入面22上，该表面被设计成例如触摸屏。
下面结合现有技术来进一步详细阐述图2。
利用石笔的尖端所选择的、并由此在接触灵敏的输入面22上所定义的点P(x，y，z，t)被转换成电信号。这些电信号对应于坐标x，y，z，并与其出现的时间点一起形成数据点M(x，y，z，t)的元素，这例如在现有技术US 5028745中针对X和Y坐标进行公开。X和Y坐标的信号以公知的方式利用预放大器、放大器、衰减器和A/D转换器进行处理。所得的数字值依赖于时间、也即随着变量t而被存储在暂存器内。与石笔的压强相对应的Z坐标由压电传感器测得，并以与X、Y坐标相类似的方式被处理，而且同样随相应的变量t而被存储。这时在存储器中存在数据集M，该数据集是因为操作或移动石笔而由点P(x，y，z，t)的时间序列来形成的。存储器内容通过无线连接被传送至计算机30，这种方式是已知的，譬如利用蓝牙连接(参见WO 01/18662A1-Logitech公司：具有通用串行总线端口的无线外围接口)。该连接是双向的，这利用箭头25表示。对于该无线连接，输入捕获单元20具有发送/接收器模块21，通过该模块建立与计算机30的连接，其中所述计算机也配备有发送/接收器模块31。当发送/接收器模块31中出现数据流时，该数据流通过接口以已知的方式被传送给计算机30，在该计算机中利用数据处理装置来处理该数据集M。数据流可以连续地或以成块的方式实现。数据分析处理的结果最终被送往显示屏。
图3示出在输入捕获单元和计算机之间采用电缆连接的第二实施例。
所述输入捕获单元20是通过电缆连接与计算机30相连的，这通过箭头25标明。这里手指用作输入工具10，点P(x，y，z，t)定义在所述手指的手指肚儿处。该点P位于接触灵敏的输入面22上，该表面被设计成例如触摸屏。
图4示出采用两台摄像机作为输入捕获单元的第三实施例。
这里两只眼睛10，10′表示为输入工具，其中所述两只眼睛的瞳孔12、12′的位置由两台摄像机20、20′作为图像被捕获。所述摄像机20、20′原则上紧挨两只眼睛10、10′。对于瞳孔的位置，在摄像机中产生位置点P1(x1，y1，t)和P2(x2，y2，t)的各个坐标。通过一段时间的捕获从每个点P1和P2分别得出一个数据集M1和M2，所述数据集分别通过电缆连接25，25′引入到计算机30中。在计算机30中如此处理数据集M1和M2，使得从中形成现在对应于点P(x，y，z，t)新的数据集M。当然按照摄像机的成形已经可以在摄像机侧进行信号和数据处理的一部分。基本上，在计算机30中具有点P(x，y，z，t)的数据集M被形成。
当然，在已知类型的摄像机中包含部分地信号处理的组件或者计算机组件，利用所述组件已经可以在摄像机侧进行信号处理的一部分。
一旦瞳孔由眼睑遮住，那么产生点P(0，0，0，t)的序列，该序列可以被称作“死时间”，并且该序列的长度可以被分配特殊函数。因此，例如该死时间的两种不同延续时间可以属于函数“Pen down”和“Pen up”，或者两个相互紧邻的短死时间属于一个函数，它们正如鼠标的双击。
根据图4在存在唯一一只眼睛时的分布，表现一种特殊情况，其中去掉摄像机20′和连接25′。
对于瞳孔12的位置，在摄像机20中产生位置点P1(x1，y1，t)的坐标。通过一段时间的捕获从点P1中得出数据集M1，该数据集通过电缆连接25被引入到计算机30中。在计算机30中如此处理数据集M1，使得从中形成现在对应于点P(x，y，t)的新的数据集M。现在不再存在z坐标。
一旦瞳孔由眼睑遮住，那么产生点P(0，0，t)的一个序列，该序列也可以被称为“死时间”，并且该序列的长度可以属于特殊函数，如已经描述的那样。
这种设备可以用于文本输入和用于具有四肢麻痹或者类似残疾的人的计算机工作、或者用于职业生活的重新划分。
图5示出对于惯用右手的人具有两个输入工具和两个输入捕获单元的第四实施例。
石笔10用作第一输入工具，该石笔用右手使用，并且其尖端11定义点P1(x1，y1，z1，t)，以及被设置在第一输入捕获单元20的输入表面22上用于输入。
左手的三个手指(没有示出)用作第二输入工具10′，所述三个手指形成由食指、中指和无名指组成的手指组。所述三个指尖分别位于手指按键24、24’、24″上，其中它们分别定义一个点Pi(xi，yi，zi，t)，其中i＝2，3，4，并且表现为第二输入捕获单元20′的一部分。
另外，托板26也属于此，在所述托板中插入了手指按键24、24′、24″。同样在左上角处，第一输入捕获单元被插入第二输入捕获单元中，该第一捕获单元包括在第二捕获单元中。连接电缆25和计算机30在图5中没有示出。
有利地发生下列作用，即两只手相互支撑并且可以保持支撑。利用通过左手手指操作的三个按键能够实现具有鼠标和键盘的计算机的所有功能、例如菜单窗口的变宽和变窄等等。对此手臂不必运动，或者手不必移位，由此工作环境的空间需求比较小。对于惯用左手的人设立相应设计的实施方案。
例如由左手使用的第二石笔也可以用作第二输入工具，利用该石笔在输入面上只进行减少了数量的输入，例如对计算机所有功能的选择。
这样一种设备在桌子上单独被使用或者被装入移动的或者静止的计算机中。
图6示出具有与输入捕获单元固定连接的输入工具的第五实施例。
输入工具10被设计为物体、优选的石笔，并且在下端面具有连接部分40，通过该连接部分所述输入工具10与输入捕获单元20机械地固定连接，其中所述连接部分40定义点P(x，y，z，t)。
该连接部分40在一端与杠杆臂41相连，并且具有允许在三个轴上运动的链节42。它是通过由杠杆臂41、41′和另外的链节43、44组成的可移动的系统与输入捕获单元20相连，其中杠杆臂和链节是输入捕获单元的构件。该可移动系统由至少两个杠杆臂和两个链节组成；它也可以被构造得更加复杂，并由多于两个杠杆臂和链节组成。
第二链节43连接杠杆臂41、41′。它构成为活动关节，并且从而允许绕一个轴运动。杠杆臂41′终止于第三链节44，该链节允许绕两个轴运动并且被安装在平台27上。在链节43、44中通过量角器测量在3个轴中的所有角度，然而在属于连接部分40的链节42中不需要进行角度测量。因此计算点P的坐标。杠杆臂41、41′的长度和确定点P的值域。该值域位于以两个相加的杠杆臂长为半径的半球内。捕获连接部分40的相应位置并且传输给集成于平台27中的计算机30。该计算机30也可以位于输入捕获单元20的旁边，并且或者无线或者通过电缆与该输入捕获单元相连。
为链节43、44设置电动机，通过所述电动机驱动该链节。借助于软件如此控制该电动机，使得能够实现所谓的“力反馈”功能。力反馈能够通过完成的输入或者通过其证实进行控制是重要的。该反馈是重要的。它也可以光学地或者声学地进行。
在链节43、44中的量角器可以进行不同的分配：对此允许在链节43中绕两个轴运动和在链节44中绕一个轴运动，或者允许在链节44中绕两个轴运动和在链节43中绕一个轴运动。因此，根据量角器在链节43、44上的分配给出函数的可交换性，而其中分别得出等值的解。
图7示出具有一个包括按键元件的输入捕获单元的第六实施例。
输入捕获单元20在输入面22中具有含3×3个按键28的一个区。这里一只手的手指、优选的拇指用作输入工具(没有示出)，在所述手指的尖端定义了点P(x，y，z，t)。该点P位于接触灵敏的输入面22或者具有3×3个按键的键区上。这里点P(x，y，z，t)的值域是非常受限的。该值域正好包括具有t关系的9个点。
只要利用输入工具或者拇指接触按键，无论是按键的中间、左边或者右边，都可得出具有所属时间的9个点值中的一个。从而所述的键区对应于具有非常粗略的分辨率、也即具有正好3×3个点的分辨率的接触灵敏的表面。尽管如此，利用所操作的按键序列的可能组合，这种布置随时间允许用于快速输入的设备。
发送/接收器模块21、31、计算机30和箭头25已经在图2中进行了描述。
当然键区也可以具有多于3×3个按键。该键区也可以由多个手指操作。
图8示出具有输入工具和一个集成于其中的输入捕获单元的第七实施例。
石笔被设置为输入工具10，在所述石笔的尖端11定义了点P(x，y，z，t)。该点P位于空间中的任意位置、也即石笔的尖端可以被引导到那里的所有地方。这导致点P值域的自然限制。
这里输入捕获单元20集成于石笔中。三个属于输入捕获单元20的加速计29在3个方向上测量加速度。从这些信息中确定点P的坐标。输入捕获单元20具有发送/接收器模块21，利用该模块建立与计算机30的连接，其中所述计算机也配备有发送/接收器模块31。数据集M的传输通过箭头25示出，并且是无线进行的。当然输入捕获单元20也配备有电源、例如蓄电池。
采用所述配置可以容易实现输入的3D运动。取代无线连接25，石笔也可以通过连接电缆与计算机30相连。
优选地在输入工具(10)中集成比较大数量、或者至少三个加速计(29)。由此，一方面对点P的坐标获得较高的精密性，另一方面形成获得较高操作安全的冗余度。
图9示出具有作为输入工具的石笔和在输入捕获单元中的测力计的第八实施例。
这里，具有输入面22的输入捕获单元20包括测力计32，所述测力计被固定在输入面22中，并且所述测力计的杆33从输入面22或者从测力计32中凸出来。导向件35位于所述杆33上，该导向件在其底侧固定地安装在杆上。在上侧该导向件35具有凹形的切口34，其中石笔10的尖端11被装入并且可以被移动。在切口34中的尖端11的偏转在测力计上传输尖端的运动，并且分解成分力，该偏转被转换成电信号。因此例如在8个方向上捕获尖端11的偏转，并且从而形成输入。
测力计32不仅仅允许在x/y平面上的运动，而且还允许在z轴上的运动，该z轴与输入捕获单元20垂直。
图10示出具有手指作为输入工具和在输入捕获单元中的测力计的第九实施例。
这里，具有输入面22的输入捕获单元20包括测力计32，该测力计被固定在输入面22中并且该测力计的杆33从输入面22中或者从测力计32中凸出来。另一种导向件36位于该杆33上，该导向件在其下侧固定地安装在所述杆上。在上侧该导向件36具有一个圆顶形的、粗糙的结构37，手指10的尖端平放在该结构上。手指在所述结构37上的偏转在测力计上传输手指的运动，并且分解成分力，该偏转被转换成电信号。因此例如在八个方向上的手指的偏转形成用于已知快速记录系统的输入。
典型地由手指在杆上引起的偏转只有大约0.1-0.2mm。如果在测力计32的位置使用一个迷你遥控杆，那么由手指在杆上引起的偏转典型地高达约3.0mm。
图11示出在输入捕获单元中具有键区和测力计的第十实施例。
输入捕获单元20具有输入面22，该输入面配备有4×5个按键28的键区。测力计32与此相邻，该测力计被固定地安装在输入捕获单元20中，并且杆33从中凸出来。这种配置为可能的两手输入而铺设，并且设置下列输入工具：
-用于操作测力计的石笔或者类似石笔的物体，或者用于通过测力计和手指输入操作键区，或者用于通过键区输入；或者
-用于操作测力计的手指，或者用于通过测力计和手指输入以操作键区，或者用于通过键区输入。
当然惯用右手的人采用右手的手指操作键区，而采用左手使用石笔、或者采用左手的一个手指操作测力计。但是这也不是绝对必要的；其他的工作方式也是可以想见的。
图12示出在输入捕获单元具有测力计区的第十一实施例。
输入捕获单元20具有输入面22，该输入面配备有4×5个测力计32的一个区。这些被固定地安装在输入捕获单元20中，以便每个测力计的杆从中凸出来。这种配置为可能的两手或者优选的一手输入而铺设，并且设置下列输入工具：
优选的至少一根手指或者物体、优选的石笔或者类似石笔的物体用于操作测力计或者用于通过测力计输入。
如果使用物体，那么优选地如图9所示地构成测力计。
这里使用的测力计32不仅允许在x/y平面上的运动，而且允许在z轴上的运动，所述z轴与输入捕获单元20垂直。从而该测力计是更具有普遍性的，因为它也能够同时具有按键功能。
当然也可以使用任意数量的测力计。
图13示出采用手指作为输入工具和三个IR摄像机作为输入捕获单元的第十二实施例。
这里示出手指10作为输入工具，其中所述指尖的空间位置由作为输入捕获装置的红外摄像机20、20′、20″捕获。手指位于所述三台摄像机和它们的总体捕获区形成的空间中，其中所述摄像机必须具有最小相对距离，并且不可以在一条直线上。
对于指尖属于点P的手指的位置，在所述三台摄像机中产生点P的各个坐标P(x1，y1，t)、P(x2，y2，t)和P(x3，y3，t)，其中系数1、2、3属于相应的摄像机。经过一段时间的捕获从这些坐标中分别得出数据集M1、M2和M3，所述数据集分别通过电缆连接25、25′、25″被引入计算机30。在计算机30中如此处理数据集M1、M2和M3，使得从中形成一个现在对应于点P(x，y，z，t)的新的数据集M。
当然按照摄像机的构成已经可以在摄像机侧进行信号和数据处理的一部分。基本上，在计算机30中数据集M由点P(x，y，z，t)形成。
另外，在已知类型的摄像机中包含部分地信号处理组件或者计算机组件，利用这些组件已经可以在摄像机侧进行信号处理的一部分。另外，该配置不局限于三台摄像机。已经指出，在所述例子中所提出的任务也可以采用两台摄像机来解决。然而如果使用多于两台摄像机，那么可获得点P的计算位置的较高精密性，以及附加的冗余度。没有必要一定选择红外摄像机。取代其可以使用任意摄像机。
图14示出采用作为输入工具的石笔和在输入捕获单元中具有超声波接收器模块的第十三实施例。
这里设置石笔10作为输入工具，在其尖端11上定义了点P(x，y，z，t)。在石笔中集成有超声波发射器模块38。输入捕获单元20具有三个超声波接收器模块39、39’、39″，其中在每个单个所述超声波接收器模块中测量输入信号的强度，并且最后重新计算出数据集M。
此外，这种配置不局限于三个超声波接收器模块。然而，如果使用多于三个超声波接收器模块，那么获得点P的计算位置的较高精密性，以及附加的冗余度，这有利于操作安全。
所述实施例允许一种有效、舒适、实用并且灵活的输入，尤其当进行无线输入时。
在使用八个线条方向时，从数量和因此得到的可能的组合中得到最佳的输入组。在没有附加的输入工具和/或外围设备的情况下，而且一直采用相同的输入方法，它能够实现PC的完全的功能。诸如书写、画画、音乐、上网等等功能。在此手不必被移动，这在紧凑的位置时具有优点。
按照本发明的解决尤其突出用于移动装置，因为在最小的空间需求情况下实现了多种功能。
在残疾人的康复治疗和重整中，例如对四肢麻痹的患者或盲人使用快速输入设备。
下面说明操作快速输入设备的方法。
第一步骤，利用至少一种输入工具在至少一个输入捕获单元中产生至少一个点P的坐标。
图1已经说明了在输入捕获单元中采用一种输入工具的点P坐标的产生。
在第三实施例中采用两个输入工具在两个输入捕获单元中来产生两个点P1和P2的坐标(图4)。
在所述的实施例中使用各种输入工具：单个或者多个、相同的或者不同的。
第二步骤，在至少一个输入捕获单元20中将至少一个点P的坐标转换成电信号(US 5,028,745位置探测设备，US 5,466,896位置探测器)。
第三步骤，从经过一段时间测量的电信号中形成至少一个数据集M。在第三实施例(图4)中指出了两个数据集M1和M2的形成，所述数据集分别通过一个电缆连接引入到计算机30。在计算机中如此处理数据集M1和M2，使得从中形成一个现在对应于点P(x，y，z，t)的新的数据集M。
第四步骤，数据集M无线地(WO 01/18662：具有通用串行总线端口的无线外围接口)或者通过电缆连接被传输给计算机30。
第五步骤，在计算机30中利用数据处理工具对数据集M进行处理，并且将其可供输出工具使用。输出工具，因其多样性这里就不进一步描述了。

Claims (31)

1. 快速输入设备，包括至少一个输入工具(10)、至少一个输入捕获单元(20)和一台计算机(30)，其特征在于，所述至少一个输入工具(10)通过它的空间位置定义至少一个点(P)，所述至少一个点的坐标在所述至少一个输入捕获单元(20)中被转换成电信号，并且经过一段时间从所述点(P)中形成至少一个坐标数据集(M)和因此形成输入，所述至少一个输入捕获单元(20)与所述计算机(30)进行连接(25)，并且在所述计算机中设置有工具用于所述至少一个数据集(M)的数据处理，所述输入捕获单元(20)与所述计算机(30)无线地或者通过一根电缆进行所述连接(25)，为所述输入在向左、向右、向上、向下、向左上、向右上、向左下、向右下的八个方向上设置输入元件，其中所述输入元件位于一个刻度平面上，并且依据通过输入工具所产生的线条长度逐级设置所述输入。
2. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，在至少九个方向及其组合上设置输入元件，其中所述计算机功能属于所述方向中的八个或者它们的组合。
3. 按照权利要求2所述的快速输入设备，其特征在于，所述功能是确定尺寸大小、菜单窗口的移动、缩放和在菜单窗口中的滚动。
4. 按照权利要求2所述的快速输入设备，其特征在于，功能有上页、下页、起始、结束、插入、上档、回格、回车、删除；左对齐、右对齐、居中、两端对齐、分隔符。
5. 按照权利要求2所述的快速输入设备，其特征在于，用于颜色成分的功能有：黑色、白色、透明色、红/深红色、蓝/青色、黄色；用于对象的：线、填充、文本；绕每个轴旋转、较近、较远以及用于线的：艺术字、粗、细、正常、较粗、较细。
6. 按照权利要求2所述的快速输入设备，其特征在于，所述功能是声音文件属性，并且设置有用于所述声音文件属性处理的功能。
7. 按照权利要求2所述的快速输入设备，其特征在于，设置有功能来分配文件以对属性进行处理。
8. 按照权利要求1-7之一所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入由于肌肉的运动而可受到影响。
9. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述至少一个点(P)具有坐标(x，y，z，t)。
10. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入工具是至少一个物体、优选的至少一个石笔，所述物体的尖端定义所述至少一个点P(x，y，z，t)。
11. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入工具(10)是至少一根手指，所述手指定义所述至少一个点P(x，y，z，t)。
12. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入工具(10)是至少一根手指、或者一个手指组，和一个物体、优选的石笔，其尖端定义所述点P(x，y，z，t)。
13. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入工具(10)是一只手的手指、鼻子或者脚趾，其定义所述至少一个点P(x，y，z，t)。
14. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入工具(10)是带有指帽的手指，其中所述指帽的尖端定义所述点P(x，y，z，t)。
15. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入捕获单元(20)集成地位于输入工具(10)中，并且配备有至少三个加速计(29)，所述加速计为了确定所述点(P)的坐标而被设置。
16. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入捕获单元(20)具有一个固定地安装在所述输入面(22)中的测力计(32)，所述测力计(32)包括具有紧固于其上的导向件(35)的杆(33)，并且设置石笔作为输入工具，其尖端((11)在导向件(35)中可以移动，由此设置所述移动用于确定所述点(P)的坐标。
17. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入捕获单元(20)具有至少一个固定地安装在所述输入面(22)中的测力计，所述至少一个测力计包括具有紧固于其上的另一导向件(36)的杆(33)，并且设置至少一根手指(10)作为输入工具，其尖端放在所述的另一导向件(36)上，由此设置所述至少一根手指的运动来确定所述点(P)的坐标。
18. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入捕获单元(20)具有一个测力计(22)和至少一个按键(28)，并且设置至少一根手指或者一根手指和物体、优选的石笔作为输入工具(10)，其中设置所述输入工具(10)的运动来确定所述至少一个点(P)的坐标。
19. 按照权利要求16-18之一所述的快速输入设备，其特征在于，所述测力计(32)被设计成迷你遥控杆。
20. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入捕获单元(20)包括至少两台摄像机(20，20′，20″)、优选的红外摄像机，并且设置手指(10)作为输入工具，其中设置所述手指的运动确定所述点(P)的坐标。
21. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述输入捕获单元(20)具有至少三个超声波接收器模块(39，39′，39″)，并且设置物体、优选的具有集成的超声波发射器模块(38)的石笔作为输入工具(10)，其中设置所述输入工具(10)的运动确定所述点(P)的坐标。
22. 按照权利要求10所述的快速输入设备，其特征在于，设置所述物体、尤其石笔由手、胳膊、嘴或者脚来使用。
23. 按照权利要求1所述的快速输入设备，其特征在于，所述至少一个点(P)具有坐标(x，y，t)。
24. 按照权利要求2所述的快速输入设备用于记录仪、尤其用于快速记录仪的应用。
25. 按照权利要求1所述快速输入设备在康复治疗中的应用。
26. 按照权利要求3所述的快速输入设备用于计算机工作的应用。
27. 按照权利要求6所述的快速输入设备作为电子乐器一部分的应用。
28. 按照权利要求1所述的快速输入设备作为电子绘图仪一部分的应用。
29. 按照权利要求1所述的快速输入设备作为通用输入设备的应用。
30. 用于运行按照权利要求1-23之一所述的快速输入设备的方法，其特征在于，利用所述至少一个输入工具(10)在所述至少一个输入捕获单元(20)中产生至少一个点(P)的坐标，在所述输入捕获单元(20)中所述坐标被转换成电信号，通过对所述电信号经过一段时间的测量形成至少一个坐标数据集(M)，无线地或者通过电缆连接将所述数据集传输给所述计算机(30)，并且在所述计算机(30)中利用数据处理的工具对所述数据集(M)进行处理，并可供输出工具使用。
31. 按照权利要求30所述的方法，其特征在于，利用物体、优选的石笔或者利用至少一根手指作为输入工具(10)，通过至少一个按键(28)、通过至少一个测力计(32)、通过至少三个量角器、通过至少三个加速计(29)、通过接触灵敏的输入面(22)和/或通过至少一个超声波发射器模块(38)进行所述输入，其中在所述至少一个输入捕获单元(20)中产生至少一个点(P)的坐标。
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