CN1653409A - 用于生成到电子设备的命令信号的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明由向电子设备提供命令信号的设备组成，特征在于，包括至少一个声传感器(2a和2b)，通过一个或多个配件(1a和1b)与用户的一个或多个手足接触，用于检测当用户的手足移动时在用户的手足的组织中产生的信号。传感器(2a和2b)被配置成与设置成与电子设备通信的至少一个信号滤波设备(13a和13b)通信。
Description
技术领域
本发明涉及用于输入字符的设备和方法，以及涉及向电子设备，诸如例如计算机和移动电话提供命令信号。
背景技术
移动电子装置，特别是手持设备，诸如例如移动电话和PDAs(个人数字助理)已经开发成日益渐小的单元。同时，这些设备的功能变得更复杂并且要求更大输入信息，以致对功能键盘的需要现在是限制尺寸的因素。
为改进信息输入，已经开发了键盘的多个替代品。例子包括记录手指运动以及使用光学传感器、压力传感器或手腕中的腱的超声波成像的设备和方法。其他方法通过测量相对于在平面上凸出的键盘平面的手指的角度和距离，记录手指的运动。还已经开发了语音分析、在压敏表面上书写或使用特殊笔来数字化笔迹作为传统键盘的替代品。所有这些各个方法均有缺点以及所使用的装置要么昂贵，要么对用户不太友好。
因此，存在用于输入字符以及向上述示例的设备类型发出命令信号的改进的设备和方法的需要。
发明内容
本发明的目的是实现用于输入字符的改进和用户更友好的技术，以及涉及向电子设备，诸如桌上型计算机、便携式计算机、手持计算机、移动电话和其他家用电器发出命令信号。
该目的通过提供用于命令电子设备在运动期间检测在组织(tissue)中生成的信号的工具来实现。该工具包括至少一个传感器，用来通过一个或多个配件，靠近用户的至少一个手足。用与至少一个信号滤波设备通信的方式来安置传感器，反过来，安置信号滤波设备用于与电子设备通信。
通过使用本发明，输入字符以及将其它类型的命令信号提供到电子设备与用户的平常姿势以及手的姿势无关，这导致人机工程学的优点。本发明不需要在电子设备前面来打字的平面，但当将该设备应用于手腕和/或前臂或两者上时，给用户提供来回移动的自由。此外，设备的不喧宾压主允许用户将手用于其他任务，即使当打字或提供其他命令信号时。
用于其用途的设备和方法能构造成适合于单个用户需要，特别地，为具有整形外科损伤或其他类型残疾的人提供解决方案。
短语“电子设备”，如在本文献中所使用的，具有上述例示的各种可能类型的电子设备的特征，其中要求用户输入字符和其他命令信号。字符和其他命令信号是指表示单个或组合手指运动的所有可能信号以及表示字母、其他字符、它们的组合的所有其他信号，或其他类型的命令信号。字符和命令信号的例子是从连接到电子设备上或集成在电子设备中的键盘或小键盘发送的字符和命令信号。这些命令信号能是例如“a”、“2”和“返回”，而且能是表示其他类型的输入设备，诸如鼠标指针、用于电视机的遥控器的信号，或用于便携式音乐播放器的命令，诸如“播放”、“快进”，或用于由移动电话进行呼叫的命令。
基于当移动手指时产生的声信号和先前记录的振幅和/或频率图形(下面称为信号特征)的相关性，检测和识别用手指运动表示的字符或命令信号的输入。检测声信号，通过传感器变换和传送到配置成与进行相关分析的处理器通信的存储单元中。为输入信号特征并保存到存储器中，用户在配置过程期间，用他的手指产生不同的运动。
附图说明
下面将参考图1和2，更详细地描述本发明，其中：
图1是本发明的实施例的示意图，其中将该设备应用于前臂/手腕。
图2表示本发明的另一实施例。
具体实施方式
该设备包括一个或多个传感器，配置成当移动他的手和手指时，检测从用户的手或前臂发出的声信号。这些运动指定将输入到电子设备的字符或命令信号。
手的每个手指具有贯穿手腕并连接到前臂的肌肉的腱。当移动手指时，它们的关节处，特别是手的腱发出声波。摩擦或轻拍手指还产生从皮肤的触点发出的声音。当它们穿过组织时，改变和衰减声波，以及通过适当地放置一个或多个传感器，相对于移动哪些手指，以及如何移动它们，就能分析这些声音。最终使用这一信息来确定将哪些字符或命令信号输入到电子设备中。
为可靠地检测来自例如手指腱的声音，使用至少一个传感器，但为便于分析，最好能使用五个或更多的传感器来明确地确定多于一个手指的同时运动。当使用少于五个传感器(一个手指用一个)时，更难区分同时使用的手指的运动，但原则上，可以使用从各个手指运动到达传感器的信号图的差异。当分析频率和/或振幅方面的时间相关变化时，基于腱的解剖位置和传感器的知识，可以确定正移动哪个具体的手指。通过使用根据腱的解剖位置放置的多个传感器，还能利用不同传感器之间的图形来便于分析。使用多于五个传感器的一个优点在于不必将具有相同精确度的用于传感器的配件元件应用于前臂/手腕或手背(手的背面部分)。通过足够数量的传感器，一些传感器总是处于充分的腱范围内以便提供适当的信号来确定手指的运动。
在本发明的优选实施例中，将声传感器连接到或集成在戴在前臂或手腕上的手镯中。传感器放置在通过手腕从它们各个手指延伸到前臂中的肌肉的腱上的皮肤上。当然，代替手镯，用于传感器的另外的配件也是可能的。
检测声信号不必将传感器必须与皮肤直接接触，只要将它们安置成从手指的运动拾取声音即可。因此，本发明包括传感器通过空气或其他媒介按距离拾取声音，或传感器光学地记录离皮肤表面的声信号的技术方案。
通过绕例如用户的前臂/手腕放置适当多个声传感器中的至少一个，可以基于来自他的手指腱的声信号，检测单个或组合手指运动。使用多于五个传感器将提供传感器之间的更宽频谱的可区分信号图，以及将使手镯对精确位置以及不同用户之间的解剖差异不太灵敏。
能在一个或多个手足上使用一个或多个手镯(最好是两个)，每个具有设计成从手腕/前臂或腿的踝/下面部分拾取声音的声传感器。
声传感器能使用压电材料，但根据本发明，能使用宽频谱的不同声传感器技术。
在本发明的另一实施例中，将声传感器放在手的背面部分以便根据如上所述拾取信号。
在本发明的另一实施例中，将声传感器放在手的关节上或以当手指移动时，从手指的其他关节拾取声音的方式安置。
图1示例说明包括将放在用户手腕/前臂上的配件1a和1b的本发明的实施例。在这种情况下，将由分段压电薄膜制成的声传感器2a和2b集成在手镯中并且与皮肤接触。移动手指时，由传感器2a和2b将主要来自手指腱和周围组织的声信号转换成电信号。在将它们通过有线或无线传送到包括处理器的信号处理单元(4)之前，在传感器单元(3a和3b)中修改和整形这些信号，这里包括由A/D转换器数字化，在信号处理单元中分析它们。处理器单元可以是向其输入信号的电子设备的集成部分，或具有用于通信的装置的分离单元。通过例如用于遵守使用约2.4GHz的自由1SM频率的蓝牙标准的无线电频率的小接收机和发射机组件，能实现通信。同时对手镯，最好应当使用蓝牙组件来与处理器单元通信。然后，处理器单元将用于不同字符的分析信号传或其他命令信号送到电子设备。当然，所有或部分通信能使用其他技术，诸如例如电缆或红外线路。
由于声信号在穿过手和/或手臂的组织时被衰减，最接近声源的传感器将拾取最强的信号。在处理器单元4中，相对于振幅和/或频率图，分析来自传感器2a和2b的信号以确定正移动哪个具体的手指，最后确定用户想产生哪个字符或命令信号。基于来自传感器的信号和保存在存储器单元5中的参考图上的的信号的比较进行分析，存储器单元5被设置成与处理器单元4通信。在配置过程期间，参考图最初保存到存储器单元中，在此期间，将手指的运动链接到各个信号特征上。
能由标准键盘图，例如QWERTY(在前六个腱后命名的)，或由每个表示字符或其他命令信号的单个或组合手指运动，确定用不同的手指运动表示的字母和字符。
在电子设备中或处理器4中，完成单个或组合手指运动的含义分析，在任何一种情况下，仅将正移动的那个手指的信息发送给它。基于键盘图(QWERTY或其他)的分析击键使用每个手指仅按压有限多个腱的事实。只要一系列手指运动后跟空格腱(拇指运动)，书写单词，以及通过将相对于字母和字符的可能组合的信号与先前保存的语法规则进行匹配(图形匹配)，就能确定其正确含义。
使用手指运动的组合，输入字符的弦打字(chord typing)是另一备选方案或互补输入技术。将每个字符或命令信号指定为由一个或多个手指的运动的唯一组合。由于字母表是顺序的，对易于记住的弦打字来说，存在多种可能的备选方案。还能想到将某些手指运动指定为少量象征符号，它们能被结合来形成西方字母表的字母或符号，或例如中文或日文，或任何其他字母表，例如Cyrillic字母表。
能由一个或多个手指的运动的第一部分来断定开始输入字符或命令信号，以及通过其返回到初始位置来标记输入序列的结束。
本发明不限于代替击键，也能模拟例如鼠标输入信号。能使用来自例如相对于一只手上的拇指摩擦食指或中指的声音，以便在例如水平方向中移动鼠标指针。为在垂直方向移动，能摩擦另一只手的相应手指。当然，也能将该方法概括到更多维数。模拟鼠标运动能实现为来自手指腱的声音和来自拇指和其他手指之间的滑动接触点的摩擦的组合，其声音主要通过手的骨头传到传感器。用类似的方式，能将左和右鼠标单击定义为例如来自相对于拇指，轻拍食指或中指的声音。
在备选方案或互补实施例中(未示出)，能设置最好集成在用于传感器的配件的其中一个中的触摸板或触摸屏来与处理器通信。
在备选方案或互补实施例中，本发明具有显示装置(未示出)。安置这些来对输入字符或其他命令信号提供反馈，以及作为用于处理器或所连接的电子设备的输出单元。显示设备能集成在用于传感器的配件的至少一个中，或它能是单独的单元或能以各种其他适当的方式安置。特别地，当显示装置是显示器或一个或多个振动器，以及配件是手镯时，将其集成在配件中是最适合的。使用显示的声装置，例如耳机(最好具有无线通信装置)能是最适合的。对用户的反馈能是表示不同类型的输入的简单的声音信号，或反映字符输入的合成语音、进入电子设备的这些或其他命令信号的组合。
在图2中，描述了本发明的另一实施例，包括用于应用在用户前臂/手腕上的配件1a和1b。调整声传感器2a和2b来基本上接触皮肤，在这种情况下，压电传感器嵌入手镯中。移动手指，主要从相对于周围组织移动的手指键产生声信号。声传感器，在本实施例中为5个，直接放在手腕/前臂的下面(手掌)侧的各个手指腱上。通过传感器2a和2b，将声信号转换成电信号，以及由滤波器单元13a和13b处理，其按预定的振幅间隔区分和数字化信号。使用例如集成在手镯中的蓝牙组件，使信号传送到电子设备。在该实施例中，仅振幅就足以表示正在移动哪个(些)具体手指。在来自不同传感器的响应之间，或以特殊频率内容的方式，不需要相对于保存的图来匹配信号。在电子设备中执行手指运动的含义分析。滤波器设备13a和13b能集成在电子设备中，在任何情况下，它从传感器2a和2b接收未处理的信号。
本发明不限于上述的实施例，而是根据本发明的附属权利要求书可以修改。
Claims (12)
1.一种向电子设备提供命令信号的设备，其特征在于，包括至少一个声传感器(2a)，以便通过一个或多个配件(1a)与一个或多个手足接触，用于检测当用户手足移动时在用户手足的组织中生成的信号，传感器(2a)配置成与处理器单元(4)通信，以及处理器单元(4)配置成与保存包括频率和/或振幅的至少一个信号特征的存储器(5)通信，处理器单元(4)配置成根据与信号特征的关联，分析由传感器(2a)检测的信号，在任何一种情况下，实质上正关联导致产生上述命令信号。
2.一种向电子设备提供命令信号的设备，其特征在于，包括至少一个声传感器(2a)，以便通过一个或多个配件(1a)与一个或多个手足接触，用于检测当用户手足移动时在用户手足的组织中生成的信号，传感器(2a)配置成与设置成与电子设备通信的至少一个信号滤波设备(13a)通信。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述命令信号表示单个或组合的手指运动。
4.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述命令信号表示与通过电子设备一起使用的其他类型的输入设备发送的信号是相同类型的信号。
5.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述传感器(2a)由压电材料制成。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述传感器由分段的压电薄膜制成。
7.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述配件(1a)是手镯，其配置成能通过传感器(2a)检测在用户的手足中产生的声信号。
8.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，将检测的运动是手、手指或脚趾运动。
9.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述传感器被配置成检测从嵌入手足的组织中的腱的运动产生的声信号。
10.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述传感器(2a)配置成检测由嵌入手足中的肌肉运动产生的声信号。
11.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述传感器(2a)被配置成检测在用户的手的关节中产生的声信号。
12.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，配置显示装置，用于向用户提供反馈以及作为用于处理器单元(4)或所连接的电子设备的输出界面。
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