大部分个人计算机系统和工作站中普遍使用了视频指针控制装置 (video pointer control device)来操纵屏幕上指针(onscreen pointer)。鼠 标是这类装置中最为人熟知和最常见的。大部分鼠标属于两个一般类别： 机械式和光学式。机械鼠标采用滚球，该滚球设置在鼠标下表面内的孔里。 该装置被构造成使得随着鼠标在平面表面上来回移动，滚球在鼠标内转 动。鼠标内的机械和/或光学系统检测该球沿两条轴线的转动，并将检测到 的转动转换为信号，该信号被输送给计算机，计算机根据检测到的转动进 而移动屏幕上的指针。这样的机械鼠标指针控制装置已被普遍使用了很多 年。
光学鼠标指针是更为近期的发展。这种装置采用光发射器和光传感 器，所述光发射器和光传感器相互紧密邻近地设置在鼠标的下侧上。发射 器、例如发光二极管(LED)照亮鼠标下面的表面。随着使用者移动鼠标， 光传感器检测到沿两个轴线的运动，所述运动表现为反射光中的变化。这 被再次输送给计算机，在计算机处，屏幕上指针相应地移动。
另一指针控制装置包括陀螺传感器，该陀螺传感器被构造成用来在不 参照下伏表面的情况下检测该装置的运动，从而可在自由空间内操作该装 置。
尽管鼠标是最常见的，但对于鼠标并不实用的应用场合使用了其他类 型的指针控制装置。例如，追踪球是这样一种装置，其中滚球被设置在该 装置的上表面上、以便使用者直接操纵该球以产生给屏幕指针的控制信 号。由于追踪球是静止的，故其并不需要那么大的空间。在一些情况下， 追踪球壳体(trackball housing)被附连到计算机键盘，或者在一些笔记本 型计算机的情况下，追踪球壳体被集成到计算机键盘的前部内。在其他系 统、特别是笔记本型的系统中，触觉敏感屏(touch sensitive pad)被集成 到键盘内，或者小凸钮(knob)被设置在键盘的键之间。在后一种装置中， 使用者按压凸钮以产生控制信号。
也可通过计算机键盘的键来进行屏幕上指针或光标的控制。例如，在 一些情况下可采用箭头键。另外，将ALT或CTRL键与其他键结合使用 也可影响光标运动、放置、页面滚动等，这有时被称作和弦(chording)。

根据本发明的实施例，提供了一种计算机指针控制装置，其包括支撑 基底和设置在所述支撑基底上的计算机键盘。所述装置包括一个或多个结 构，所述一个或多个结构被构造成降低所述支撑基底和下伏表面之间的摩 擦，其中，所述基底搁置在所述下伏表面上。手腕支撑件(wrist support) 设置在所述支撑基底的上表面上，所述手腕支撑件被构造成：在其上容纳 使用者的手腕、使得键盘键位于使用者的手的手指的下面，同时使用者能 够通过对所述手腕支撑件施加侧压而在下伏表面上滑动该装置。
所述装置可被构造成容纳使用者的两个手腕，并包括基本完整的字母 键盘，或者，所述装置可以是一对相似的指针控制装置中的一个并被构造 成仅容纳使用者的一个手腕，以便每个装置各包括完整键盘的一部分并由 使用者来独立控制。
联接至所述装置的位置追踪机构被构造用来检测所述基底在所述下 伏表面上的水平运动。所述追踪机构可以是与所述支撑基底成一体的部 件，或者，所述追踪机构也可以是停靠至所述支撑基底的、单独的追踪装 置，例如鼠标。所述追踪机构被构造用来将信号输送给关联计算机、以便 控制屏幕上指针。
所述键盘和基底可被集成为单元式结构，或者，根据可替代实施例， 所述键盘可被可拆卸地设置在所述基底上。
另一实施例包括具有追踪机构的游戏控制器(game controller)，其被 构造成使得所述控制器在下伏表面上的运动被所述追踪机构检测到，所述 机构进一步被构造用来将与检测到的运动相关的数据输送至关联的游戏 系统。
进一步的实施例包括具有追踪机构的电子装置，其被构造用来检测所 述电子装置在下伏表面上的运动。根据各种可替代实施例，所述电子装置 可以是包括笔记本型计算机、个人数字助手、移动电话、便携式游戏机、 数字媒体播放器、以及袖珍计算机在内的多种类型装置中的任意装置。

在附图中，同样的附图标记表示相似的元件或动作(act)。
图1显示根据本发明第一实施例的计算机键盘，其呈俯视图。
图2显示图1的键盘的底表面。
图3显示图1的键盘的侧视图。
图4-7A各自图示本发明附加的实施例。
图7B显示图7A的实施例的侧视图。
图8-13各自图示本发明附加的实施例。

在以下描述中阐述了某些具体细节以便提供对本发明各种实施例的 透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，本发明可在没有这些细节的情 况下被实施。
尽管许多指针控制装置目前被普遍使用，但其中大部分都具体存在一 个缺点。为了操纵该装置，使用者必须将手从键盘移开。例如，触摸打字 员必须中断一连串的打字以便操纵该装置。取决于所需指针操纵的数量， 这可对生产率造成显著影响。
图1图示根据本发明第一实施例的、包括指针控制装置的计算机键盘。 键盘100包括基底或壳体(housing)102以及多个计算机键104，这些计 算机键104按照最常见的计算机键盘上那样来布置。为了清楚起见，空格 键114被单独指示出来。数字键105也以典型布局被显示。键盘100进一 步包括手腕支撑垫(wrist support pad)106，手腕支撑垫106被构造用来 容纳使用者的手腕、以便使用者的手腕搁置于其上。另外，点击按键(click button)108、110和滚轮(scroll wheel)112分别被构造用来以与典型计算 机鼠标的左、右点击按键和滚轮类似的方式操作。控制电缆115被构造用 来将控制信号输送给计算机。
图2显示计算机键盘100的底视图，而图3显示其侧视图。计算机键 盘100包括多个摩擦降低机构116，所述多个摩擦降低机构116被构造成 使得当计算机键盘100被放在光滑表面上时，键盘100沿着该表面在任何 方向上容易滑动。键盘100还包括位置追踪机构118，位置追踪机构118 被构造用来追踪键盘100沿两个运动轴线的运动，其追踪方式与典型鼠标 指针装置的追踪机构类似。
摩擦降低机构116被显示为滚球。然而，将理解有许多种装置和机构 可被用来实现摩擦降低机构116的功能。例如，键盘100的基底102的底 表面可设置有多个低摩擦块(low-friction block)，例如TeflonTM或其他适 当材料。可选地，键盘100较大百分比的下表面可具有薄片或覆层 (coating)，该薄片或覆层由如TeflonTM之类的低摩擦材料构成。根据另 一实施例，键盘100设置有多个小得多的球轴承(ball bearing)，这些球轴 承被构造用来执行同样的功能。这些和其他摩擦降低机构都属于本发明的 范围。
位置追踪机构118被显示包括滚球，其中结合滚球在典型鼠标指针装 置中的使用，其功能在本领域内是公知的。不过，被构造用来检测运动和 相对位置的其他系统和装置在本领域内也是公知的，这些系统和装置包括 光学追踪装置，比如上述的那些。其他位置追踪或运动感测系统还包括对 霍尔效应传感器、陀螺(gyroscope)、直接机械反馈系统、如数字化输入 板和笔之类的感应耦合装置(inductively coupled devices)等的使用。能够 给计算机提供指针位置和运动控制信号的任何结构或装置都被认为属于 本发明的范围。
在操作中，操作者放置他的一只手或双手，使得他的手腕或手由垫106 支撑，并使得他的拇指的位置靠近空格键114和点击按键108、110。在该 位置，操作者可以按需要以公知方式敲击键104、114，从而自由地在键盘 100上打字。另外，操作者简单地通过协作地移动他的手、使得他的手腕 对垫106的压力导致键盘100在其所搁置的表面上滑动，从而能够独立控 制屏幕上指针的位置，比如像与常见鼠标指针装置典型关联的那些控制。 位置追踪机构118检测键盘100相对于上述表面的运动，并将该运动转换 为提供给计算机、以便指针定位的信号。在操作者的拇指位置靠近点击按 键108、110的情况下，操作者可以在无需重新摆放他的手的情况下容易 地操纵键108、110以及滚轮112。以这种方式，典型计算机鼠标和典型计 算机键盘的功能被结合在键盘100内，这样的结合允许操作者控制这两种 功能，而无需从键盘重新摆放他的手。
计算机键盘100被显示具有控制电缆115，控制电缆115被构造成用 来以公知方式将操作控制数据输送给计算机。将认识到计算机键盘100也 可被构造成使用无线技术操作，比如本领域内公知的那些技术，在这种情 况下，该装置将不需要控制电缆115。
图4-6图示根据本发明附加实施例的各种计算机键盘构造。参照图4， 计算机键盘120被显示，其中，数字键105被布置在手腕垫106和字母键 104之间，字母键104也包括空格键114。在键盘120的构造中，整个键 盘的尺寸得到了减小，并且键盘的各种键被放置成更靠近操作者的正常搁 置位置(normal rest position)。这进一步降低了对操作者这一方从键盘120 上的正常手指位置挪开的需要。该构造在频繁使用数字键的应用场合中特 别有益。
根据图5的实施例，键盘130并没有设置如图4的按键108、110这 样的点击按键。相反，计算机具有被构造用来辨识典型鼠标点击按键功能 的软件，使得在操作者敲击键104中特定键或键104的组合时，关联计算 机被构造成像一个或另一个鼠标点击按键被按压了那样作出响应。用于令 计算机能够如所述那样操作的软件在本领域内是公知的。例如，授予Mikan 的6,469,694号美国专利公开了一种这样的软件方案。本领域技术人员在 其能力范围内能够提供其他用于此种用途的程序。在该实施例中，单个手 腕支撑垫106被设置成跨越键盘底部，其中嵌入了滚轮112。在另一实施 例中，还去掉了滚轮，而滚轮的功能由其他键或键和弦(key chord)来提 供，或者完全去掉滚轮。
根据没有画出的实施例，也没有提供滚轮112。
与参照图1-3的实施例描述的装置类似，键盘120和130各自设置有 摩擦降低机构和定位追踪机构。
参照图6，图示出了其中键盘140包括两个键盘分段142、144的实施 例，这两个键盘分段142、144各自具有支撑基底102和多个键104。各个 键盘分段142、144还设置有手腕垫106，并且分别设置有单个点击按键 108、110。每个分段142、144可如所示设置有滚轮112。可选地，滚轮 112可设置在其中仅一个分段上，或者在两个分段上均不设置滚轮112。 根据另一可替代实施例，分段142、144的其中之一或两者设置有两个点 击按键108、110，以便操作者可以以任意一只手来调用任一种功能。
各个键盘分段142、144设置有多个摩擦降低机构，比如参照图2和3 描述的那些摩擦降低机构。各个分段142、144还设置有位置追踪机构， 比如参照图2和3描述的机构118。
分开式键盘(divided keyboard)在本领域内是公知的，在分开式键盘 中，典型计算机键盘的所有键在两个键盘分段之间分配。这种构造允许使 用者以从人类工程学角度出发适合具体使用者的方式来设置键盘分段。
图6的实施例给使用者提供了分开式键盘在人类工程学方面的好处， 同时令使用者能够操纵屏幕上指针而无需将手从键盘移开。操作者通过将 他的左手腕放在分段142的手腕垫106上并将他的右手腕放在键盘分段 144的手腕垫106上，可通过任意一只手的运动来移动屏幕上指针。可选 地，协同图6的键盘140，操作者的计算机可设置有附加的屏幕上指针， 以便操作者能够用每只手来操纵分开的指针的位置和操作。本领域技术人 员在其能力范围内能够创作软件来支撑这样的实施例。
在图1和4-6中，公开了多种键盘构造。发明人并没有试图公开所有 可能的键盘构造，而是仅仅试图演示可采用的许多可能构造中的一些。因 此，本发明的范围并不仅限于此处所述的构造，而是包括了任意键盘构造， 这是因为这样的变化对于具体使用或应用而言是方便的。例如，其他构造 可包括一个或多个搁置表面，例如被构造成在使用者手指没有从事打字时 容纳使用者手指的手指窝(finger well)。此外，可包括其他主动部件(active component)或输入装置，举例来说，比如触摸屏。
现在参照图7A和7B，根据本发明的另一实施例，指针控制装置150 分别以俯视图和侧视图被图示。指针控制装置150包括基底154，基底154 被构造成用来其上容纳计算机键盘152，或笔记本型计算机，例如本领域 内公知的那些。基底154包括：手腕垫106；点击按键108、110；和滚轮 112。低脊(low ridge)156绕着基底154的周界设置，以在操作期间防止 键盘152滑离基底154。如侧视图7B中所见，指针控制装置150进一步 包括摩擦降低机构116和位置追踪机构118。指针控制装置150还包括控 制电缆160，控制电缆160与键盘152所设置有的控制电缆158是分开的。 控制电缆160被构造成与通常被构造成容纳鼠标控制电缆的计算机口相联 接。指针控制装置150被构造成以与参照图1-3的实施例描述的方式类似 的方式操作，除了指针控制装置150被构造成容纳供操作者使用的普通键 盘这一点以外。根据可替代实施例，可以不提供低脊156而提供防滑表面 或粘合剂来确保键盘152和基底154之间的非移动接触(non-moving contact)。
组合的指针控制装置150和键盘152的操作基本同参照图1描述的键 盘100的操作。
根据图8的实施例，提供了指针控制装置170，指针控制装置170与 参照图7A和7B描述的实施例共有许多特征和功能。例如，如前述，基 底172被设置，其具有保持脊(retaining ridge)156和摩擦降低机构及位 置追踪机构116、118。指针控制装置170还可包括手腕支撑垫106，手腕 支撑垫106基本上横过支撑件154的宽度。根据图8的实施例，并没有设 置鼠标控制按键，例如点击按键108、110以及滚轮112。装置170被构造 成容纳如参照图7A和7B描述的那样的键盘152或其他输入装置，并以 类似方式被操作。然而，图8的键盘控制装置170被构造成结合软件来操 作，所述软件被构造成令使用者能够利用标准键盘的键来启动鼠标键功 能，比如像参照图5所述的那样。
现在参照图9，根据本发明的附加实施例，指针控制装置180被显示。 指针控制装置180设置有基底186，基底186具有手腕支撑垫106、保持 脊156，并被构造成容纳键盘152，如参照图7A-8所述的那样。指针控制 装置180还设置有摩擦降低机构，例如参照图1-3描述的那些摩擦降低机 构。然而，指针控制装置180没有设置如参照之前实施例所述的那样的位 置追踪机构。因此，从装置180与关联计算机之间没有电子连接的意味上 来说，装置180是被动的(passive)。相反，装置180包括鼠标停靠件(mouse dock)182，鼠标停靠件182被构造成在其中容纳标准计算机鼠标184。
在操作中，基底186在其上容纳键盘152并将鼠标184容纳在停靠件 182内。操作者将其手腕放在手腕支撑垫106上，并可以以正常方式在键 盘152上自由打字。同时，由于鼠标184被机械联接至基底186，故指针 控制装置180在支撑表面上的运动被鼠标184检测到、并以正常方式被转 换给关联计算机。与指针控制装置180关联的计算机可设置有鼠标仿真软 件，例如参照之前实施例所述的软件，以便使操作者不用伸出手以按压鼠 标键。
根据图10的实施例，鼠标指针装置190的功能和操作基本同图9的 鼠标指针装置180的功能和操作，只有一点例外，即鼠标停靠件192被设 置成令操作者更容易在正常打字位置用他的拇指够到停靠在其中的鼠标 184的按键。
参照图11A和11B图示出本发明的实施例，在该实施例中，计算机键 盘240设置有Alt或Esc键242、Cntrl或Del键244、和退格键246，上述 键被设置成靠近键盘240的中心。通过将这些键置于通常由左右手敲击的 成组的键104之间，这些键更容易被任意一只手够到而不会打扰到正常打 字操作。退格键246通常也是大量使用的键，因此也被设置在中央。在其 他方面，键盘240以类似于其他实施例的方式来操作，其设置有用于追踪 键盘240相对于下伏表面的位置的装置以便进行指针控制。在公知的装置 中，这些键通常设置在键盘周界附近。然而，在和弦功能被大量使用的应 用场合中，操作者被迫将他的手移动到靠外的键以便进行这些操作，这会 放慢操作并需要操作者一方更费力。
在所图示的构造中，Alt键或Esc键、Cntrl键或Del键、以及退格键 242、246、248较窄以最小化它们对其他键104的间距的影响。如图11B 中所示，这些键还被提高到键盘的其他键104的高度以上。这令操作者能 够容易地找到这些键并避免意外敲击到这些键。
在可替代的实施例中，Alt键或Esc键、Cntrl键或Del键、和退格键 242、246、248中的任意键以及可能被有利地重新设置的任何其他键可被 设置在上述位置，或被设置在打字操作期间对操作者的手指而言方便的其 他位置。例如，这样的键可被设置在手腕支撑垫106和空格键114之间， 或被设置在通常被鼠标点击按键占据的空间内。
参照图12，根据本发明的实施例，笔记本型计算机210以侧视图被显 示。笔记本型计算机210包括被构造用来容纳使用者手腕的手腕支撑表面 212，正如参照之前实施例所述的那样。笔记本型计算机210设置有多个 摩擦降低机构116和位置追踪机构118，这也如前所述。因此，操作者可 以像前述那样通过将笔记本型计算机210在光滑表面上移动、从而以与参 照之前实施例所述方式类似的方式控制屏幕上指针。笔记本型计算机210 还可设置有滑动托盘(sliding tray)214，滑动托盘214的尺寸和构造能够 在其上容纳笔记本型计算机，以便该装置可在没有光滑表面的环境中被操 作。
将认识到，本发明的原理可与公知的可选键盘构造结合起来而被采 用。例如，公知有多种在人类工程学方面得到改进的键盘构造。一种这样 的构造令通常被左右手敲击的成组的键分开并设置成彼此成角度，以允许 操作者的手和手腕搁置在更为自然的位置。在另一人类工程学构造中，键 盘的表面大致弯曲以实现类似的效果。在一般称作Dvorak的另一构造中， 将键布置成最大化食指和无名指的使用，以便效率较更常见的Qwerty布 置有所改进。本发明的原理可被有利地应用于这些构造中的每一种构造以 及其他这样的修改。
发明人进行的测试表明，在许多应用场合中，设置有手腕支撑件和直 接指针控制的活动键盘使得键盘的操作更高效，同时多余的运动更少，且 对手和手腕的压迫更小。
尽管已经参照在操纵键盘的同时控制计算机监视器上的一个或多个 指针一般描述了本发明的实施例，但也可参照任意屏幕上操纵来实施本发 明的原理，这包括结合键盘、控制台(console)、操纵杆(joystick)等的 视频游戏(video game)，对虚拟或物理装置的远程访问或控制，等等。
根据图13的实施例，指针控制装置200包括基底202，操纵杆装置 204被安装在基底202上。在操作中，指针控制装置200给使用者提供了 扩展的能力，这是因为典型操纵杆装置的所有功能都可以连同如参照之前 实施例所述那样的、追踪装置200在支撑表面上沿两个轴线的平移运动的 能力一起被并入。来自追踪机构118的数据信号可被输送给关联的游戏系 统。该游戏系统可包括个人计算机、游戏控制台、电视机、或其他类型的 系统。
尽管图示的实施例显示了操纵杆，但可替代实施例可采用其他类型的 游戏控制输入装置。
将认识到，因为典型的操纵杆只需要一只手来操作，故可在基底202 上设置附加的键以便由操作者自由的那只手来操纵。可选地，可设置第二 指针控制装置200以便由操作者的另一只手来操纵，并且附加的计算机功 能可以以参照图6所述方式类似的方式与来自第二装置200的信号关联。
根据可替代实施例(未画出)，以与参照图7A和7B所述方式类似的 方式，指针控制基底被设置并构造成与标准操纵杆或其他游戏控制器一起 操作、以扩展可能的控制。
尽管参照游戏控制描述了图13的实施例和可替代实施例，但这些实 施例可被用来控制其他类型的系统，包括工业和军事系统。
根据本发明的其他实施例(未画出)，可与其它电子装置、特别是被 构造成手持式的电子装置一起来实施本发明的原理。例如，在一个实施例 中，个人数字助手(PDA)在其背面上设置有低摩擦接触表面和表面追踪 装置。因此，该装置可被放置在表面上，且操作者可简单地沿各种方向将 该装置滑过上述表面、从而提供对各种功能的控制，例如滚动、指针、菜 单等。在可替代实施例中，低摩擦接触表面中的至少一个还可响应压力， 从而给操作者提供点击功能，操作者简单地通过以略微增大的压力向下按 压该装置即可实现该点击功能。
将认识到，可有利地将这些特征与多种小型手持式电子装置一起采 用，上述小型手持式电子装置包括移动电话，便携式游戏机，CD、DVD 和其他数字媒体播放器，以及袖珍计算机等。
另外，或可选地，追踪装置可以被构造成可被使用者的手或手指在保 持手持式装置的同时操纵(manilulable)，从而，使用者可通过在装置背面 上的一个或多个手指来控制该装置的功能。这样的追踪装置可包括例如滚 球、光学追踪装置、触摸屏、活动板(movable plate)等。
在本发明的许多实施例的公开内容中，描述了一个或多个手腕支撑 垫。除非明确限制，否则在描述或权利要求中如“手腕”和“手”之类的 术语的使用应被包括性地解释为指代被构造用来容纳使用者的手腕、手、 手的根部(heel of the hand)、手的侧面、或以上部分的组合中的任意部分 的表面。另外，使用如“垫”、“支撑垫”和“支撑表面”之类的术语并不 将被这样描述的特征局限于垫结构(cushion structure)，而是也可被用于 指代尺寸或外形适于这样发挥功能的表面。
本说明书中所引用的和/或在申请资料表里列出的所有以上美国专利、 美国专利申请公开、美国专利申请、国外专利、国外专利申请和非专利公 开被完全并入此处供参考。
由前述内容可以理解，尽管此处为了说明而描述了本发明的具体实施 例，然而，可在不脱离本发明的精髓和范围的情况下作出多种修改。因此， 本发明仅由所附权利要求来限制。
相关申请的参照
当前申请要求具有2004年10月20日申请的第60/621,006号美 国临时专利申请在35U.S.C.§119(e)下的权益，该临时申请的全部公开内容 被并入此处供参考。