通过流体流控制电子或计算机 系统的装置及其制造方法 本申请要求享受在2002年3月29日提交的美国临时专利申请No.60/368,602之优先权。
本申请并入国际申请No.PCT/FR00/00362、临时专利申请No.60/378,573、临时专利申请No.60/368,602以及临时专利申请No.60/402,994以供参考。
【技术领域】
本发明一般涉及计算机系统或电子系统的控制，以及在一示例性实施例中，涉及通过流体流控制电子或计算机系统的装置及其制造方法。
【发明内容】
在一示例性实施例中，一种装置利用呼吸使计算机系统的用户接口简化。该装置包括壳体、由壳体限定的用来接收由用户产生的流体流的用户侧入口、以及由壳体限定的排气口。此装置可以包括一个定位在所述用户侧入口与排气口之间的导管。该导管允许流体流在至少一个用户侧入口和至少一个排气口之间流动。该装置可以包括位于壳体内部的至少一个片段(segment)。该片段对由用户产生的流体流是敏感的，它允许完成第一控制动作和第二控制动作中的一个。此装置可以包括一个或多个接触器。这样定位一个或多个接触器中地第一个接触器，使它间歇地与至少一个片段相接触。这种接触可以对由用户产生的流体流作出响应而发生。该装置可以包括一个对所述至少一个片段的运动起反应的传感器。
另外，按照本发明的示例性实施例，描述了一种制造通过呼吸与计算机系统相互作用的装置的方法。该方法包括在壳体内限定至少一个用户侧入口，用来接收由用户产生的流体流。该方法还包括在壳体内限定至少一个排气口，通过它将流体流吸入装置或从装置中排出，在所述至少一个用户侧入口和所述至少一个排气口之间限定至少一个导管，用来允许流体流在至少一个用户侧入口和至少一个排气口之间流动。该方法还包括将至少一个片段定位在壳体内，所述至少一个片段对由用户产生的流体流是敏感的，用来完成第一控制动作和第二控制动作中的一个。按照一个实施例，该方法还包括将一个或多个接触器定位在壳体内。在壳体内定位一个或多个接触器包括这样定位一个或多个接触器中的第一个接触器，以使它间歇地与所述至少一个片段接触，该接触对由用户产生的流体流作出响应而发生。该方法还包括在壳体内定位传感器，以对所述至少一个片段的运动起作用。
【附图说明】
图1为按照本发明一个示例性实施例的装置的总图。
图2A和2B为示例性装置的内部详图。
图3示出了流动的两个方向和单击转换装置。
图4为用户的应力呼吸的相位略图。
图5为进行单击的三种可能方式的略图。
图6A和6B为一个示例性装置的侧视图，示出了采用光敏传感器的转换装置。
图7A和7B示出了采用光敏传感器的转换装置，进行点击和单击。
【具体实施方式】
描述了一种利用呼吸使计算机系统的用户接口简化的装置。在下面的描述中，为了解释说明，提出了许多特定的详细情况，以便透彻地理解本发明。然而，对于本领域技术人员是明显的，本发明可以没有这些特定的详细情况而实现。
在一个实施例中，本发明是一个相应的输入装置(例如，它每次移动时报告它的移动方向和距离，但是不能报告它的绝对位置)。本发明可以提供，按照Fitts定律，相对于可选择的装置改进的性能和精确度。需要理解的是，本发明的其它实施例，通过增加任何种磁性或超声的跟踪器到基本装置中，可以结合于一个绝对的输入装置中。
本发明的多个应用可以涉及普遍存在的领域，随身计算、电子游戏、由司机或飞行员进行的汽车和航空电子设备的人机工程控制、生理监视、家庭自动化等等，因为这些应用领域中的大多数除变量之外需要“开/关”功能。
图1以传感器组件1000的示例性形式提供了一个与计算机系统交互作用的装置的正视图、后视图、侧视图、顶视图和透视图。
传感器组件1000包括壳体1002，其中限定了多个导管500，如虚线所示。导管500可以是矩形形状，并且从在壳体1002的正面内限定的进气室110延伸到在壳体1002背面限定的多个排气口。
在图1所示的示例性实施例中，示出了在壳体1002内限定的四个导管500，其中两个导管垂直对齐地定位，两个导管水平对齐地定位。在其它的实施例中，导管500的数量，以及入口110的数量和排气口410的数量可以变化。
用于片段(segment)600的挠性部件耦连于每个导管500，以对流体流敏感，在空气流的示例性实施例中，通过相应的导管500。在示例性实施例中，每个片段600具有一固定端和一自由端，以便于对朝向自由端的空气流作出响应而提高片段600的运动。
入口110的形状构成为使得直接引导空气流(例如，由用户排出的气息进入相关的导管500)。图2A提供了关于入口110的示例性形状的进一步的详图。
传感器组件1000以一个高电平工作，产生一个或多个通信的控制信号，例如，通过软线900到一台机器(例如计算机)，由此通过传感器组件1000使得易于与相应机器互相作用。更详细地说，连接于每个导管500的片段600对于通过相应导管的空气流是灵敏的，并且用来将该空气流的某一特性转换为一个信号，例如，该信号可以与机器通信以便与那台机器相互作用。
按照本发明的一个示例性实施例，传感器组件1000的制造过程具有下面的步骤：
(a)在壳体内确定至少一个用户侧入口，用来接收由用户产生的流体流；
(b)在壳体内确定至少一个排气口，通过该排气口流体流可以或者吸入到装置中或者可以从装置中排出；
(c)在所述至少一个用户侧入口和所述至少一个排气口之间确定至少一个导管，用来允许流体流在所述至少一个用户侧入口和所述至少一个排气口之间流动；
(d)在壳体内定位至少一个片段，所述至少一个片段对由用户产生的流体流是敏感的，以完成第一控制操作和第二控制操作之一；
(e)在壳体内定位一个或多个接触器，包括这样定位所述一个或多个接触器中的第一个接触器，使它间歇地与至少一个片段接触，该接触应对由用户产生的流体流作出响应而发生；以及
(f)在壳体内定位一传感器，以对所述至少一个片段的运动起反应。
图2A和2B示出按照本发明一个实施例的示例性传感器组件1000的内部详细情况。
当用户朝向传感器组件1000呼气(呼出)时，空气通过用户侧入口110通入到一个邻接的导管500的孔510内，然后通过导管500，应力对位于内部导管500内的片段600施加应力(例如，弯曲或移动)，以便在片段600和传感器组件1000的内部之间产生一个开孔，并且最后传感器组件1000通过排气口410排气。
当用户吸气(吸入)时，从传感器组件1000中吸出空气，空气通过至少一个排气口410引入，通过在加应力的片段600和导管500的壁之间的孔，然后通过导管500，对位于导管500外部的片段600施加应力，并且通过用户侧入口110离开传感器组件1000。
用户可以从用户侧入口110吸入或呼出，由此产生空气流。没有要求直接接触，因为片段600是要由轻或挠性的材料构成，并且被设计成允许应空气流响应而自由移动。空气流既可以朝向或远离用户侧入口110移动并且可以通过导管500的导管孔510对片段600施加应力(例如，弯曲或移动)。在一个实施例中，片段600对空气流向内还是向外方向作出响应，取决于它们相对于导管500的位置。
空气可以通过排气口410沿任何方向流动。在一个实施例中，排气口410的整体设计帮助通过最小化外部风作用而避免不需要的响应。
在一个实施例中，片段600相对于于导管500定位，以使片段600对空气流起反应。片段600可以由任何能够对由人呼吸(应力呼吸)产生的空气流作出响应的材料制成，通过弯曲，与呼吸强度成比例，而不是基本上振动，并且当应力呼吸停止时恢复到其静止位置。片段600在的弯曲的通道内部转向，它设计用来通过片段600的移动保持压力。通过排气口410的排气可在片段600末端得到。片段600的厚度可以在大约0.99mm和大约0.11mm之间。在采用光敏元件的一些实施例中，片段600可以包括能够阻挡光的材料(例如，IR、周围材料)。在采用以磁性为基础的传感器的一些实施例中，传感器可以包括铁磁材料或含铁的材料，以满足机械的必要条件。
在另外的实施例中，任何机械或机电装置可以产生空气流。在一个实施例中，一止挡、或一凸耳可以被放置在导管500上，以便一旦空气流停止，就抑制并使片段600阻止返回到它的静止位置。用于片段600的材料可以是合成的材料、注塑的或模制的、铁磁的、压电或光学材料。在一个实施例中，这些材料可以用于转换目的以及抑制或止挡同时使片段600返回到静止位置。
在一个实施例中，片段600对空气流的两个方向都是敏感的。此外，片段600可以定位成与导管500齐平。片段600可以关于空气流沟流成任意角度定位。
空气流内部导管500可以通过使用片段600来检测。传感器可以基于识别片段600的振动或片段600对空气流作出响应的弯曲。为了实现空气流的自动感测，在传感器组件1000(感测组件)和用户之间的距离可以在大约1.25英寸和大约1.75英寸之间。由用户吸入或呼出到传感器组件1000中的气体产生的在用户嘴处的空气压力可以是大约0.15PSI。由用户的吸入或呼出到传感器组件1000中的气体产生的在用户侧入口110处的空气压力可以是从大约0.003PSI到大约0.004PSI。用户侧入口110的区域可以是每片大约100平方毫米。用户侧入口区域的增加可以提高压力效应。引导气流改变方向的距离是大约3mm。
在一个实施例中，由用户产生的空气流引起片段600振动。一旦片段600偏转，排气口400就允许空气从传感器组件1000中排出，并且逐渐变化地提高了压力。
片段600的厚度可以在大约0.99mm和大约0.11mm之间。弹性模量可以在大约7152 PSI和大约7352 PSI之间。片段600的密度可以在大约390千克/立方米和大约410千克/立方米之间。在一个实施例中，片段600的最大位移是大约5mm。在4mm位移之后就可利用排气。在采用光敏感测的多个实施例中，片段600可以包括能够阻挡光(例如，IR，周围环境)的材料。在采用以磁性为基础的传感器的多个实施例中，传感器可以包括铁磁材料或含铁的材料以符合机械的必要条件。
在一个实施例中，片段600可以通过固定装置(例如，螺钉、胶、铆钉)牢固在传感器组件1000内，使穿过导管500的空气流促使片段600受到应力(例如，弯曲或移动)。片段600也可以嵌入到导管500中或作为导管500的一部分与其结合。在本发明的一个实施例中，片段600与导管500的一个平面对齐，在导管壁的内部还是外部，取决于它们是否分别响应用户的呼气(呼出)或吸气(吸入)，以及通过其个片段可以弯曲的孔在导管500制成，以便提供最佳的气密性。
导管开口510可以在它们与片段600相对的侧面具有一个止回阀(未示出)，允许空气流仅仅沿相应片段的应力方向通过，由此改善了气密性。
图3示出了空气流的两个可能方向。再次，在本发明的各示例性实施例中，按照本发明可以采用多方向。关于片段600上的应力转变，可以在点击和单击操作之间得到区别。
关于点击，本发明的示例性实施例可以并入在PCT/FR00/00362中所公开的特征。
关于单击，在本发明的一个实施例中，片段600被用于“全部或没有”的目的，以接触为基础。描述了本发明多个可能实施例中的两个：第一个，[a]，使用接触器800和/或开关；第二个，[b]，使用接触器800和电刷820。在实施例[a]中，系统基于两个接触器800。一个接触器位于导管500的外部并且在其静止位置持续地与片段600接触。另一接触器位于导管500的内部，大约在片段600的全部行程上。在所述实施例中，持续的接触没有产生信号，短暂的接触损耗(快速吸入)产生一个单击；带有足够行程的接触损耗使片段与另一接触器接触(在导管内部)，并且然后返回到其静止位置，产生一个双击。接触损耗和与内部接触器的长久接触产生持续点击(held click)，它持续到由用户产生一个单击(或另一持续点击)。当持续点击有效时，用户可以完成动作(例如，拖动和释放)。这种特征可以与国际申请PCT/FR00/00362的教导相结合使用。在该实施例中，第一片段600可以对第一空气流方向起作用以实现单击操作，并且第二片段600可以对第二空气流方向起作用以实现点击操作。在实施例[b]中，除了内部接触器800之外还使用电刷820。片段600至少部分地(在电刷区域)由导电材料(例如铁磁体)制成。电刷820成对定位在导管500内部、在片段600的两侧。当由用户平缓的、适中的应力呼吸施加应力时，片段600与第一对电刷接触(带有可忽略的摩擦阻力)。第二对电刷可以通过施加较强的但仍适度的吸气而由片段600接触。与一对电刷的每次接触都将电流从一对电刷导通到另一对电刷，由此产生一个“单击”信号。因此，用户的一次轻的呼出产生一次单击，并且一次中等的呼出产生一次双击。处理系统并不考虑由片段返回产生的电流回路，可能是由于延时继电器或相当的装置。在实施例[b]中的持续点击以和在实施例[a]中同样的方式实现。
可以想象一些重要的变型方案，关于单击功能。例如，开关可以代替接触器。开关可以是电压灵敏的。多种材料或材料组合可以被使用以便片段600对用户的操作更加灵敏(例如，在片段中的铁磁材料以及与接触器结合的迷你型磁体)。接触器800、开关和/或电刷820可以产生“类似单击”的声音，以维持通常的鼠标声音。多种其它的实施例是可能的，以便提高本发明，按照本发明中所采用的技术方案。多种可利用的电压、接口的需要以及用户自定义需求可以被采用，比如用于片段抑制和响应应力目的压电，在铁磁体片段情况下的电磁接触器，以及许多用户可以设置的可选参数，例如延迟和/或在单击、双击、持续点击等等之间的信号阈值区别。
关于持续点击，用户必须能够进行任何点击功能并产生一个新的移动同时完成持续点击(例如，拖动和释放、恢复到用有尺寸)。因此，在本发明的一个实施例中，处理装置可以包括一条与用于“持续点击”功能的全部接触器和/或开关相连接的总线700，因此提供了一个单独的、不中断的由产生的各种电信号引起的数据的中央处理。总线700可以与处理装置20相连接。同样，对由转换器发射的信号进行处理的处理器提供了指针光标的连续和渐进的运动(方向、速度和距离)，以及当用户的应力呼吸从一个/多个片段移动到一个/多个其它片段时，对单击和双击功能进行满意的监控，而没有不必要的重复。例如，多分支电路、信号比较、延迟和阈值处理等等可以实现它。
而图1示出了限定四个导管500的传感器组件1000的壳体，在一个可选择的示例性实施例中，壳体可以确定五个导管500，每个导管包括一个要被通过用户呼吸产生的空气流施加应力的片段600。导管500中的一个可以专门用于布尔自动感测，对空气流的出现进行响应，而不是在一个特定方向的空气流，以及带有可变的密度。
图4示出了用于(例如，呼出/呼气)通过传感器组件1000的不同入口的用户应力呼吸的示例性可能性，导致了不同的指针运动。在状态4010中，用户通过顶部入口呼吸，实现沿垂直方向向上的指针运动。在状态4020中，用户是通过底部入口呼吸，实现沿垂直方向向下的指针运动。在状态4030中，用户是通过左面入口呼吸，实现沿水平方向左侧的指针运动。在状态4040中，用户是通过右面入口呼吸，实现沿水平方向右侧的指针运动。斜线运动在状态4050-4080中示出。斜线运动以四十五度角示出，然而，监控和处理软件的渐进性在三百六十度上是恒定的，并因此指针可以以任何角度移动。
图5详细描绘了单击的三种示例性方法。用户短的吸气实现一次单击。用户的中等吸气实现一次双击。关于“持续点击”功能，控制的渐进性在三百六十度上是恒定的。
在图6A中，光源860和光敏传感器840以这种方式定位，使得片段600将光从光源860反射到传感器840。此外，在该实例中，光以不连续的、间歇的方式通过恒定的或可变的频率从光源860中发射，并且传感器840基于在光发射和其接收之间经过的时间。时间变化由此转换为一个可变的电信号，它可以作为点击、滚动、缩放或摇摄(panning)功能被处理。
在图6B中，片段在600其自由末端携带一个挡片890。光源860和传感器840彼此相对定位在导管500内部、在其两侧上以及片段600上。片段600在其自由末端上携带一个挡片(screen)890，它在靠近片段600处是不透明的，然后越来越少的不透明，一直降低到其另一边缘。这导致传感器840的变化的、渐进的照度(先验的以线性方式、尽管可以按照挡片不透明的渐进性变化)，从暗到全部亮、转变为可变的电信号。
在图7A中，光纤与片段600构成整体。对片段600的弯曲进行响应，光衰减的变化影响传感器840。在一个示例性实施例中，光纤是“环状”地返回其本身。在另一示例性实施例中，一个适当的反射器用于将光束聚焦在光接收器上。
图7B示出了一种实现单击功能的完全光学的方式。按照本发明的一个示例性实施例，光圈880在没有空气流时是完整的，如状态7050所示。在状态7020中，一个快速应力呼吸在上圈882中引起中断，导致单击。在状态7030中，中等的应力呼吸在上圈882中和在下圈884中引起中断，导致双击。在状态7040中，一个长的应力呼吸在下圈884中引起强度损耗，导致持续点击以适应“拖动和释放”操作。
上述公开的实施例涉及在GUI环境中使用鼠标通常实现的功能，本发明的原理不限于二维环境中。本发明可适用于三维的点击和跟踪或者更多(例如，通过在多个平面中重复上述的原理、点击和单击装置之间的多个组合)，滚动(或甚至自动滚动)以及缩放功能，可自定义的方案，以及可以用在不同的领域，例如游戏、人机工程控制等等。在一个实施例中，传感器组件1000为用户提供控制计算机或电子系统的两种方法(开/关控制和状态控制的连续改变)，通过单个器官(例如，嘴或鼻子)，以及单个动作，因此不妨碍其它器官(例如，手或眼睛)，它可以用于其它输入或输出的目的。需要指出的是，该装置可以具有不同的形状(例如，为了防止风或其它外部干扰)以及可以嵌入或结合在各种便携的、可佩戴的装置中，例如头戴式耳机。
本发明可以与标准GUI驱动器合作，尽管专用的驱动器能够被设计为与产品特性匹配、改进精度以及利用外部功能。本发明也可以接收来自由许多计算机程序显示的对话框中的驶入，以规定关于相应的程序或计算机系统的设置(例如，交互作用范围、意思、控制显示比率、外部特性等等)。
计算机系统可以包括处理器、主存储器和静态存储器，它们通过总线彼此通信。计算机系统还可以包括视频显示器(例如，液晶显示(LCD)或阴极射线管(CRT))。计算机系统也可以包括字母数字输入装置(例如，键盘)，光标控制装置(例如，鼠标)，磁盘驱动器、信号发生器(例如，扬声器)以及网络接口装置。在可选的实施例中，计算机系统也可以包括个人计算机(PC)、工作站、顶置盒(STB)、个人数字助理(PDA)、移动电话、网络装置或任何能够执行连续指令的机器，该指令能够规定由机器执行的动作。
虽然已经借助于特定的示例性实施例描述了本发明，但明显的是，可以对这些实施例进行不同的变型和改变，而不背离本发明的主要精神和范围。因此，说明书和附图应被理解为是示例性的而不是限制性的。