| ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для набора и ввода символов в портативные средства коммуникации, содержащее элементы ввода в виде клавиш под пальцы пользователя, часть из которых расположена на задней стороне корпуса устройства, отличающееся тем, что на задней стороне корпуса устройства расположены клавиши, каждая из которых предназначена только для одного пальца и способна регистрировать четыре вида воздействия пальцем: сгиб, разгиб, и смещения пальца в двух перпендикулярных направлениях. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что клавиши на задней стороне устройства расположены в два ряда по четыре клавиши, при этом четыре клавиши первого ряда предназначены соответственно для указательного, среднего, безымянного пальцев и мизинца правой руки пользователя, а четыре клавиши второго ряда - для указательного, среднего, безымянного пальцев и мизинца левой руки пользователя. 3. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что часть элементов ввода, расположенная на лицевой стороне корпуса устройства, выполнена аналогично клавишам, расположенным на задней стороне корпуса устройства. 4. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что в качестве клавиш, расположенных на задней стороне корпуса, устройство содержит 4-х или 5-ти позиционные джойстики. 5. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что клавиши снабжены площадкой для контакта с подушечкой пальца пользователя. 6. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что корпус устройства с задней стороны выполнен раздвижным. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на раздвижных элементах корпуса с его лицевой стороны расположены клавиши для большого пальца пользователя. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство оснащено дисплеем для отображения символов алфавита таким образом, что расположение символов на экране соответствует раскладке символов на клавишах задней стороны корпуса устройства. 9. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью присоединения к средству коммуникации таким образом, что клавиши на обратной стороне устройства находятся за экраном присоединенного средства. |
средства коммуникации
Область техники
Изобретение относится к области ввода символьных данных в портативные цифровые устройства и может быть использовано в приложении с коммуникаторами, карманными персональными компьютерами, сотовыми телефонами и другими подобными устройствами. Для таких устройств характерны небольшие размеры, препятствующие размещению на них полнофункциональной эргономичной QWERTY- клавиатуры, и необходимость удерживания устройства одновременно со вводом символов, что приводит к тому, что большая часть пальцев оператора, как правило, не участвует во вводе. Вследствие этих ограничений скорость ввода текста в современные портативные устройства значительно ниже скорости ввода с использованием стандартной клавиатуры. Исследование и разработка новых устройств для набора и ввода символьной, в том числе текстовой информации, позволяющих обойти указанные ограничения, представляется актуальной задачей.
Уровень техники
В настоящее время способы ввода информации в портативные устройства можно условно разделить на следующие группы:
1. Ввод информации с использованием отдельной клавиши для каждой буквы алфавита. Используется, например, в коммуникаторах с миниатюрной QWERTY-клавиатурой. 2. Ввод информации с помощью клавиш, каждая из которых соответствует некоторому набору символов. В наборах, как правило, от 3-х до 5-ти символов, и выбор символа из набора производится либо многократным нажатием на соответствующую клавишу, либо программно, с помощью подбора слов из словаря, укладывающихся в набранную последовательность. В основном этот способ используется в телефонах. Скорость ввода многократным нажатием клавиш меньше скорости ввода на устройствах с выделенными клавишами. При использовании словаря скорость в среднем увеличивается, но при наборе слов, находящихся вне словаря, резко падает.
3. Ввод информации с помощью навигационных клавиш и визуального отображения клавиатуры на экране. Используется в устройствах, где ввод текста является редко востребованной функцией, например, в приемниках GPS. Характеризуется очень низкой скоростью ввода, т.к. для ввода одного символа необходимо с помощью навигационных клавиш выбрать нужный элемент на экране и подтвердить выбор.
4. «Аккордовый» набор. Уменьшение количества элементов ввода достигается за счет того, что некоторые (либо все) символы алфавита вводятся одновременным нажатием двух клавиш.
5. Ввод информации с использованием сенсорного экрана устройства. В этой группе можно выделить ввод с помощью виртуальной клавиатуры и рукописный ввод с распознаванием введенного текста. При использовании экранной клавиатуры ввод текста осуществляется подушечками пальцев (либо стилусом). Обратная связь при этом отсутствует, что делает невозможным слепой метод печати. Рукописный ввод даже на бумаге в среднем медленнее, чем набор на полноразмерной клавиатуре, и требует хорошего почерка для корректной работы программы распознавания.
Таким образом, наибольших скоростей ввода текста удается добиться на устройствах первой группы, с выделенными клавишами для каждого символа. Поэтому большинство портативных устройств, предназначенных для активной работы с текстом, оснащают уменьшенной копией полноразмерной QWERTY-клавиатуры, набор на которой осуществляется, как правило, подушечками больших пальцев обеих рук, в то время как остальные пальцы удерживают устройство с задней стороны.
Одним из перспективных путей ускорения ввода текста в мобильные устройства представляется вовлечение большего количества пальцев оператора в процесс набора. Расположение элементов ввода для комфортной работы большим числом пальцев на компактном корпусе мобильного устройства представляет собой достаточно сложную задачу. Существуют аналоги мобильных устройств, которые оснащены достаточно большой раскладной QWERTY-клавиатурой для работы десятью пальцами, однако, работа с таким устройством требует наличия рабочей поверхности, на которой его можно разместить во время набора текста.
Известным решением для устройств, которые необходимо удерживать во время работы, представляется размещение элементов ввода на задней стороне устройства таким образом, чтобы пальцы, обхватывающие устройство, получали возможность участвовать в наборе символов, взаимодействуя с рельефными элементами ввода. Серийно выпускается клавиатура Grippityl .O от компании Grippity (http://www.grippity.com), клавиатура Twiddler от компании HandyKey, (http://www.handykey.com/), и клавиатура AlphaGrip (iGrip) от компании
AlphaGrip(http://www.alphagrips.com).
Устройство Grippityl .O
представляет собой прозрачную
QWERTY-клавиатуру, нажатия на
которую производятся с тыльной
стороны клавиатуры
указательными, средними,
безымянным пальцами и
мизинцами обеих рук. При этом устройство удерживается с помощью эргономичных рукояток, расположенных по бокам устройства, а большие пальцы отвечают за контроль элементов управления на передней части устройства.
Преимущество такого подхода заключается в том, что обучение печати ускоряется за счет привычного расположения элементов ввода, несмотря на то, что механически рука совершает иные движения, чем при печати на стандартной клавиатуре. Среди факторов, препятствующих достижению более высоких скоростей ввода, видится отсутствие оптимизации раскладки клавиатуры для наиболее удобного доступа к часто встречающимся символам в алфавите и возможности наиболее быстрого последовательного набора самых частых парных сочетаний символов. Попытка оптимизировать расположение клавиш сведет к минимуму важное преимущество устройства - возможность быстрого обучения набору текста.
Дальнейшим развитием идеи размещения элементов ввода на задней стороне устройства является концепция, согласно которой пальцы должны нажимать клавиши наощупь, без визуального контроля их положения. Такого рода устройствам не требуется прозрачность блока клавиатуры, и лицевая поверхность может быть эффективно использована для размещения на устройстве дисплея с большой диагональю. Для того чтобы определять, где на задней панели находится необходимый элемент ввода, предлагаются программные решения, реализующие анимированное отображение символов на том месте дисплея, напротив которого находится элемент ввода на задней стороне устройства.
При слепом методе печати с помощью клавиш, расположенных на задней стороне устройства, удается добиться более уверенных действий пользователя, если каждый палец отвечает за набор символов фиксированной группы, элементы контроля которой легко находятся наощупь, отчетливо различимы, и расположены так, что перемещения пальца между элементами группы минимальны. Клавиатура iGrip от
фирмы AlphaGrip
использует как раз такую
концепцию.
Часть символов
алфавита расположена на
обратной стороне
рукояток: по четыре символа под указательными пальцами, по два под мизинцем, средним и безымянным. Оставшиеся символы алфавита, цифровые клавиши и трекбол расположены на передней стороне устройства и контролируются большими пальцами. В раскладке клавиатуры iGrip тоже видно наследие QWERTY-клавиатур: символы на задней части устройства расположены преимущественно в зоне действия тех пальцев, которые отвечают за набор этих символов в раскладке обычной клавиатуры. Надо отметить, что в образце Alpha PC, представленном на состязании Next-Gen PC Design 2008, раскладка клавиатуры уже не связана с QWERTY и оптимизирована, по-видимому, для более удобного ввода частых символов и парных сочетаний символов. На презентации на сайте производителя видно, что во время печати пальцы оператора быстро совершают движения между парами (четверками) контролируемых символов. При этом опытный пользователь достигает скорости набора, сравнимой со скоростью набора на стандартной клавиатуре.
Устройство Twiddler2 от компании HandyKey
(http://www.handykey.corn/) предназначено для ввода
текста одной рукой аккордовым методом. 12 клавиш
расположены на задней стороне устройства, и 6
клавиш - на передней поверхности. Каждый символ
набирается нажатием одной или двух клавиш
одновременно. К сожалению, на сайте производителя
отсутствует информация о скорости печати на этом устройстве. Скорее всего, по скорости ввода это устройство проиграет клавиатуре AlphaGrip.
К наиболее близким аналогам заявленного изобретения можно отнести устройство (US 20100109915, публ. 05/06/10г.). Известное устройство, как и метод набора символов с его помощью, основано на идее аккордового набора, осуществляемого эргономичным устройством, удерживаемым двумя руками. На задней поверхности известного устройства предлагается разместить восемь двухпозиционных переключателей таким образом, чтобы каждый из пальцев, разместившись на задней стороне устройства, не перемещаясь, мог осуществить два нажатия. В совокупности с селектором режима ввода под большим пальцем, который изменяет назначение клавиш на задней стороне, можно набрать 32 различных символа, что позволяет реализовать большинство алфавитов. Предложено использовать и трехпозиционные моментальные переключатели (three-way momentary rocker switch), которые, помимо двух нажатий в стороны, могут регистрировать центральное нажатие.
Таким образом, устройство по US 20100109915 изначально нацелено не на прямой, а на аккордовый набор, поэтому обладает ограниченным числом действий, осуществляемых пальцами на задней панели устройства, что не может обеспечить легкое обучение печати и высокую скорость набора символов.
Задача изобретения
В известных решениях задачи быстрого набора и ввода текста в портативные устройства в той или иной мере присутствуют факторы, мешающие их широкому распространению и внедрению. Концепция прозрачной клавиатуры Grippity по-видимому проиграет по скорости эргономичной клавиатуре AlphaGrip в руках опытного пользователя, за счет того, что при наборе с Grippity требуются значительные перемещения пальцев, a QWERTY-раскладка не является оптимальной для такого рода устройств с точки зрения скорости печати. Устройство AlphaGrip обладает большим потенциалом в по увеличению скорости набора. Препятствием к широкому распространению AlphaGrip, по-видимому, являются габариты устройства, которые не вполне вписываются в представление о форм- факторе современных портативных устройств, и сложное расположение элементов ввода (часть символов и знаков расположены на задней стороне устройства, часть - на передней) делающее процесс обучения быстрой печати нетривиальным.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать эргономичное устройство, изначально нацеленное на прямой ввод символов (текста) в портативных устройствах, позволяющее достичь скорости ввода, сравнимой со скоростью ввода на стандартной клавиатуре, вписывающееся в форм-фактор современных средств коммуникации.
Жизненно важным фактором для принятия модели рынком является простота и прозрачность процесса обучения вводу. Пользователь должен иметь возможность сразу после покупки, пусть и не быстро, решать задачи по вводу текста, постепенно увеличивая скорость ввода по мере привыкания, не тратя время на специальное изучение и запоминание элементов ввода устройства. Если это требование не будет выполнено, покупатель скорее предпочтет устройство с уменьшенной QWERTY-клавиатурой.
В основу заявляемого изобретения положена разработка конструкции элементов ввода и схемы их физического расположения на корпусе портативного устройства таким образом, чтобы устройство было удобно удерживать, а элементы ввода были легкодоступны для комфортной работы вслепую. Более детальная разработка устройства предлагает наиболее приемлемую для реализации поставленной задачи форму корпуса устройства, вариант оптимальной раскладки клавиатуры, а также проработку предложения по возможных пользовательских интерфейсов устройства, позволяющих немедленно вводить текст без первоначального обучения. Способ решения задачи
Механика
Для того чтобы увеличить уверенность действий пользователя при работе с клавишами вслепую, предложено использовать по одному элементу ввода на каждый палец, положенный на заднюю сторону устройства. В процессе печати палец не должен терять контакт с элементом, а воздействие на элемент ввода в различных направлениях должно соответствовать вводу различных символов. Такое решение обеспечит возможность более уверенного слепого ввода и более надежный хват устройства, т.к. отсутствует необходимость в каких-либо перемещениях пальцев между элементами ввода. Нужно иметь в виду, что слишком большое количество направлений возможных воздействий на один элемент ввода грозит большим количеством опечаток из-за трудности выбора точного угла при движении пальцем.
Практика показала, что четыре направления - движения пальца на сгиб, на разгиб и в двух перпендикулярных направлениях - достаточно хорошо различимы и легко осуществимы. Таким образом, на задней стороне устройства предложено разместить элементы, по принципу действия сходные с пятипозиционными джойстиками, используемыми в некоторых сотовых телефонах, регистрирующими четыре различных направления отклонения и центральное нажатие. Для удобства управления элементом ввода с помощью одного пальца, на каждом элементе ввода предусмотрена эргономичная накладка, позволяющая с большей легкостью осуществлять отклонения элемента ввода.
Подушечки больших пальцев пользователя при охвате устройства расположены на передней части устройства ввода, и могут обслуживать множество элементов ввода, расположенных в области видимости таким образом, что для доступа к ним не требуется перехватывать устройство. Среди элементов ввода, расположенных на передней части устройства также могут быть многопозионные элементы ввода.
Для уверенного хвата устройства требуется достаточная ширина, т.к. при вводе устройство удерживается в основном ладонями рук за боковые части. Габариты современных коммуникаторов в большинстве своем недостаточны для удобного хвата двумя руками, поэтому имеет смысл рассматривать варианты устройств, габариты которых увеличиваются за счет раздвигающихся или раскладывающихся частей для повышения удобства удерживания устройства при печати.
Для простоты процесса обучения печати предложено спроектировать параметры ввода таким образом, чтобы все элементы, отвечающие за ввод букв алфавита, были расположены на одной (нижней) стороне устройства. Для той же цели предложено использовать для ввода букв однотипные действия оператора (отклонения элементов ввода в одну из сторон), т.к. для осуществления разнотипных воздействий типа «наклон» и «нажатие» требуется приложение разной силы к элементу ввода, а необходимость расчета прилагаемых усилий может привести к замедлению скорости набора и увеличению числа опечаток.
В отличие от устройства по US 20100109915, заявленное устройство изначально предназначено для прямого, а не аккордового набора, и обладает большим числом действий, осуществляемым пальцами на задней панели устройства, что должно привести к более легкому обучению печати, а впоследствии - к более быстрой печати.
Раскладка
Для достижения скорости ввода символьных данных, близкой к максимальной, устройство требует разработки оптимальной раскладки клавиатуры. Пальцы руки обладают различными физиологическими характеристиками. Учитывающая этот фактор раскладка может дать существенный прирост скорости, если более удобные пользователю движения и последовательности движений пальцев будут соответствовать набору более часто встречаемых символов и последовательностей символов. Так как не все движения пальцев на задней стороне устройства одинаково удобны оператору, наиболее частые буквы алфавита могут должны быть расположены на наиболее удобных для нажатия клавишах/направлениях ввода. Анализ частоты встречаемости парных сочетаний букв в текстах может использоваться для того, чтобы ускорить печать наиболее частых парных сочетаний.
При размещении восьми четырех- или пятипозиционных элементов ввода на нижней стороне устройства регистрируется в сумме 32 различных отклонения. Этого количества достаточно для представления букв русского алфавита без буквы «Ё» или букв любого европейского алфавита. Таким образом, проблем с локализацией раскладки не возникает.
Наиболее распространенные небуквенные символы и клавиши перевода строки, смены регистра и редактирования текста могут располагаться под большими пальцами рук и на направлениях , свободных от символов элементов ввода с задней стороны устройства. Редко востребованные символы могут вводиться, например, с помощью вызова окна выбора символа на сенсорном экране мобильного устройства.
Интерфейс
Для возможности обучения печати в процессе эксплуатации устройства пользователю требуется информация о том, какой палец в какую сторону нужно двигать на обратной стороне устройства для набора того или иного символа. Отсутствие необходимости нащупывания клавиш позволяет создавать достаточно схематичные интерфейсы, не копирующие по расположению элементы на задней поверхности устройства. Отображение восьми групп по четыре символа приблизительно на тех местах, где находятся соответствующие элементы ввода на задней панели, существенно повышает уверенность печати, особенно в случае, когда отображение анимировано.
Для стимулирования механического запоминания символов может быть использовано окно подсказки, изменяющее свою прозрачность до почти полного исчезновения в зависимости от скорости ввода текста. Это должно стимулировать пользователя сделать движение пальцем механически до того, как его взгляд начнет искать символ на подсказке, которая проявится, как только у оператора возникнет пауза при вводе текста.
Сегодня набирают популярность технологии формирования стереоизображений, в частности, уже представлены прототипы стереодисплеев для мобильных устройств. На таком дисплее выводимая анимированная подсказка с подписями клавиш может выводиться в плоскости, расположенной перед плоскостью окна с набираемым тестом, что позволит оператору быстро и более комфортно переключать свое внимание с одного на другое.
Конкретная реализация
Краткое описание рисунков
Заявляемое изобретение иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 представлено устройство с лицевой стороны; на фиг.2 - то же с задней стороны; на фиг.З - чувствительные к направлению нажатия джойстики с эргономичными накладками; на фиг.4 - исполнение устройства в качестве присоединяемого модуля, а также возможности трансформации корпуса устройства; на фиг.5 - раскладка клавиатуры для английского алфавита; на фиг.6 - раскладка клавиатуры для русского алфавита. Кроме того, изобретение иллюстрируется фотографиями, где на фиг.7 представлен экспериментальный образец устройства, вид сзади; на фиг.8 - то же, вид спереди; на фиг. 9, 10 - экспериментальный образец устройства в руках пользователя. Корпус 1 устройства ввода спроектирован таким образом, чтобы в сложенном виде устройство имело размеры, близкие к размерам современных коммуникаторов, длина корпуса - 12 см, ширина - 6 см. Толщина устройства не должна превышать разумных пределов. На лицевой стороне устройства предполагается расположение большого сенсорного экрана.
Для более удобного удерживания двумя руками корпуса устройства малых размеров, оно выполнено с выдвигающимися на 3 см в каждую сторону рукоятками 2. При приведении в рабочее состояние для набора текста задняя крышка 3 устройства, разделенная вертикально на две части, раздвигается в стороны. Ширина устройства при этом увеличивается до 12 см, что позволяет удерживать его комфортно двумя руками. Под крышкой на задней стороне устройства расположены восемь четырехпозиционных джойстиков 4 с эргономичными накладками 5. На внутренних сторонах выдвинувшихся в стороны половинок крышек, которые после раздвижения находятся по сторонам от экрана и обращены к пользователю, расположены еще два пятипозиционных джойстика 6 для больших пальцев рук и другие элементы ввода, управление которыми может контролироваться визуально.
Центральная лицевая часть устройства свободна от элементов ввода. На ней предполагается размещение сенсорного дисплея 7, на котором могут выводиться подписи к клавишам на задней стороне устройства, и с помощью которого возможен сенсорный набор редко встречающихся и специальных символов. Также возможен вариант исполнения клавиатуры в виде модуля, присоединяемого к бесклавиатурному средству коммуникации 8 таким образом, что средство коммуникации присоединяется к свободной от элементов ввода лицевой панели. Этот вариант исполнения изображен на фиг. 4.
Экспериментальная модель клавиатуры выполнена на базе контроллера стандартной 104-х клавишной USB-клавиатуры. В качестве элементов ввода на задней стороне устройства были использованы серийно производимые джойстики от сотовых телефонов. Были составлены русская и английская раскладки. Для их построения всем 32-м отдельным направлениям отклонений элементов контроля были присвоены степени удобства нажатия. Наиболее частотные буквы алфавита были расположены на наиболее удобных для нажатия направлениях ввода. Наименее удобные направления оставлены свободными от букв (для английской раскладки) и заняты специальными символами. Анализ частоты встречаемости парных сочетаний букв в текстах использовался для того, чтобы наиболее частые пары по возможности печатались последовательными движениями пальцев правой и левой рук, и как можно реже требовалась печать подряд букв, контролируемых одним и тем же пальцем.
Направления нажатий джойстика под большим пальцем правой руки распределены следующим образом:
• Вправо - пробел; (с нажатым Shift - тире);
• Влево - Backspace;
• Вверх - запятая (с нажатым Shift - восклицательный знак);
• Вниз - точка (с нажатым Shift - вопросительный знак).
Клавиша Enter расположена ниже джойстика правой руки, возможен также вариант ее размещения на центральном нажатии джойстика.
Направления нажатий джойстика под большим пальцем левой руки распределены следующим образом:
• Вправо - Delete;
• Влево - двоеточие;
• Вверх - точка с запятой;
• Вниз - Shift.
Для английской клавиатуры на незанятых буквами алфавита направлениях движения джойстиков на задней стороне устройства (движения вверх указательными и безымянными пальцами и движения вниз мизинцами) расположены символы - апостроф, скобки, и кавычки. Устройство тестировалось на персональном компьютере. Для тестирования с помощью программы Microsoft Keyboard Layout Creator 1.4 были реализованы разработанные раскладки. Для удобства обучению печати было написано приложение, реализующее вывод на экран окна с изображенными на нем восьмью группами символов, соответствующих направлениями нажатий джойстиков на задней стороне устройства. При нажатии на джойстик соответствующий символ на экране подсвечивается, что позволяет набирать текст, глядя только на экран и вовремя обнаруживать опечатки.
Next Patent: UNIVERSAL COMMUTATOR MACHINE