CN100339815C - 提供利用被破坏的全内反射的触摸界面的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提供利用被破坏的全内反射的触摸界面的方法和系统。该方法和系统包括在显示器的第一侧面上设置发射器，在显示器的第二侧面上设置检测器。发射器向显示器提供电磁信号。在没有用户触摸的情况下，该电磁信号具有通过显示器从发射器到检测器的路径，这样在没有用户触摸的情况下检测器检测到该电磁信号。所述路径包括在所述显示器内的至少一个全内反射。所述发射器和检测器被配置为：用户在所述至少一个全内反射中的任何一个处的触摸改变所述路径，使得一部分所述电磁信号不到达所述检测器。

Description

提供利用被破坏的全内反射的触摸界面的方法和系统

技术领域

本发明涉及计算机系统界面，尤其是提供触摸界面的方法和系统，该触摸界面利用被破坏的全内反射作为检测机制。

背景技术

触摸界面在各种计算机系统中有使用。图1A图解了传统的触摸界面10的一部分在没有用户的触摸时的侧视图。传统的触摸界面10包括屏幕20、发射器30和检测器40。尽管图中只图示了一个发射器30和一个检测器40，但是传统的触摸界面10一般在屏幕20的第一和第二侧面上具有发射器，在屏幕20的与第一和第二侧面分别相对的第三和第四边上具有对应的检测器。

在工作时，发射器30发射电磁信号，一般是红外信号。在没有用户的触摸时，红外信号循路径50到达检测器40。当用户不触摸屏幕20时，检测器40检测到红外信号。这样，在用户没有触摸屏幕20时，发射器和检测器之间的红外信号就在屏幕50上形成一个网格。

图1B图示了用户触摸屏幕20时的传统的触摸界面10。当用户触摸屏幕20时，红外信号的路径50改变为50’。这样，由于路径50’不能到达检测器40，红外信号不到达检测器40。结果，检测到用户的触摸。能够检测到导致发射器和检测器对之间的任何红外信号的中断的触摸。这样，传统的触摸界面10允许用户利用传统的触摸界面10与计算机系统交互作用。

见图1A和1B，尽管传统的触摸界面10是能够工作的，但是本领域的普通技术人员会认识到，传统的触摸界面10会检测到无意中进行的触摸的“假信息”(false positive)。当用户之外的物品接触屏幕时，就会产生“无意的触摸”。无意的触摸会中断发射器30和检测器40之间的路径50。例如，图1B所示用户之外的物品会导致路径50’不到达检测器40。例如，衣物比如领带，苍蝇，或者其它物品对屏幕20的接触会导致路径50’的产生。结果，传统的触摸界面10会检测到这样的无意识触摸，导致对无意识触摸的“假确认”。

因此，需要这样一种机制：所提供的触摸界面会减少所检测到的假信息。本发明就是为了应对这样的需要。

发明内容

本发明提供了用于在显示器上提供触摸界面的方法和系统。该方法和系统包括在显示器的第一侧面上设置发射器，在显示器的第二侧面上设置检测器。发射器向显示器盖提供电磁信号。透明的显示器盖具有足够的密度和厚度以建立全内反射所需的条件。在没有用户触摸的情况下，该电磁信号具有通过该透明显示器盖从发射器到检测器的全内反射路径，这样在没有用户触摸的情况下检测器就能检测到该电磁信号。所述发射器和检测器被配置为：用户在透明盖上的触摸会破坏所述全内反射路径，减少电磁信号的到达检测器的电磁信号的部分。从发射器到检测器传递的电磁能量损耗到低于规定的阈值就被视为有效触摸。

根据这里所公开的方法和系统，本发明提供了一种对用户触摸敏感的触摸界面，同时减少了由于无意识触摸而产生的假信号。

附图说明

图1A是用户没有触摸屏幕时传统的触摸界面的一部分的侧视图；

图1B是用户触摸屏幕时传统的触摸界面的一部分的侧视图；

图2是当用户没有触摸显示器时，根据本发明的触摸界面的一个实施例的一部分的俯视图；

图3A是当用户没有触摸显示器时，根据本发明的触摸界面的一个实施例的一部分的侧视图；

图3B是当用户触摸显示器时，根据本发明的触摸界面的一个实施例的一部分的侧视图；

图4是当用户没有触摸显示器时，根据本发明的触摸界面的另一个实施例的一部分的侧视图；

图5是根据本发明的提供触摸界面的方法的一种实施方式的视图。

具体实施方式

本发明涉及触摸界面。下面的说明是为了使本领域的普通技术人员能够利用本发明。下面的说明是在专利申请及其要求的语境中进行的。对于本领域的普通技术人员来说，显然可以对这里所描述的优选实施方式以及总的设计原理和特征进行各种变化。这样，本发明不应当限于所图示的实施方式，而应对被赋予与这里所描述的原理和特征相符的最为宽广的范围。

本发明提供了一种用于在显示器上提供触摸界面的方法和系统。该方法和系统包括在显示器的第一侧面上设置发射器，在显示器的第二侧面上设置检测器。发射器向显示器提供电磁信号。在没有用户触摸的情况下，该电磁信号具有通过显示器的透明盖从发射器到检测器的路径，这样在没有用户触摸的情况下检测器就能检测到该电磁信号。所述路径包括显示器中的全内反射。所述路径不包括任何非反射能量，比如不通过透明盖传播的能量或者直接通过的或者零模式(zeromode)路径。所述发射器和检测器被配置为使得用户在透明盖上的触摸破坏所述全内反射，使得电磁信号的到达检测器的部分减少到检测阈值以下。

下面就在特定位置使用特定发射器和检测器的特定触摸界面对本发明进行说明。但是，本领域的普通技术人员会认识到，所述方法和系统可以用于与本发明不一致的其它触摸界面。另外，尽管本发明是就特定计算机系统进行说明的，但是这并不妨碍所述方法和系统用于其它计算机系统。

图2的示意图图解了用户没有触摸显示器时本发明的触摸界面100的一部分的俯视图。该触摸界面100包括显示器110、发射器120和检测器130。该显示器110被称为显示器是因为用户最好观看由通过显示器100使用触摸界面100的系统显示的图像。但是要注意，在下面所描述的一种实施方式中，显示器110被置于已经存在的屏幕的上面。从发射器120到检测器130的电磁信号的路径形成整个显示器110上的网格。但是注意，为了清楚起见，在图2中只标出了两个路径150。在优选实施方式中，电磁信号最好是红外信号。但是，在另一种实施方式中，可以用另一种类型的信号。另外，尽管在图2中图示的路径是线状的，但是该路径可以被认为具有有限的宽度。

发射器120和检测器130被布置为使得能够检测到用户在显示器110上任何有关部位的触摸。这样，路径150之间的间隔应当足够小，以便触摸显示器110的用户手指总是接触电磁信号之一的至少一部分。但是，路径还要间隔得足够开，以便用户的触摸导致信号有足够的减少以可被检测到。另外，在一种优选实施方式中，一次只有一对发射器120和检测器130激活。结果，部件的设置可以靠得非常近而不会产生干扰所导致的问题。换句话说，最好利用时域多路复用或者扫描。在一种优选实施方式中，发射器120和检测器130被设置为使得路径的间隔为1到1.5厘米。但是，在另一种实施方式中，电磁信号可以间隔不同的距离。另外，尽管路径150被图示为在图2所示的显示器110的相对边之间形成矩形网格，但是这并不妨碍发射器120和检测器130的其它布置方式。另外，尽管为了清楚起见图示了特定数目的发射器120和检测器130，但是这并不妨碍使用其它数目的检测器130和/或发射器。

图3A图解了当用户不触摸显示器110时，根据本发明的触摸界面100的一个实施方式的侧视图。见图2和3A，其中图解了发射器120以及对应的检测器130，以及发射器120和检测器130之间的用于电磁信号的路径150。在图3A和3B中还图解了阻挡体140和142。尽管在图2中没有图示，但是每一个发射器120和检测器130最好分别具有对应的阻挡体140和142。

从图3A可以看到，电磁信号在发射器120和检测器130之间传播。电磁信号在发射器120和检测器130之间传播的路径150包括一个或者多个在显示器110的上表面112和/或下表面114上的全内反射152、154和156。为了使全内反射发生，在发生全内反射152、154或者156的地方，显示器110外部的折射率小于显示器110的折射率。反射角取决于显示器110的折射率与显示器110外部区域的折射率之比。在一种优选实施方式中，空气在显示器110上表面112和114分别环绕显示器110。但是，在另一种实施方式中，可以用不同的材料环绕显示器110的上表面112和/或下表面114，只要环绕的材料的折射率低于显示器110即刻。从路径150可以看到，在没有用户触摸时，来自发射器120的电磁信号传播到检测器130从而被其检测到。

如上所述，电磁信号传播的路径150包括至少一个全内反射，比如全内反射152、154和156。阻挡体140和142用于防止电磁信号在发射器120和检测器130之间传播的零阶模式(未经反射的)路径。从而，从发射器120循路径150到检测器130的电磁信号是发射器120输出的并且未被阻挡体140或142阻挡的一部分电磁信号。换句话说，阻挡体140和142确保只有经过至少一次全内反射的电磁信号才可以到达检测器130。

图3B图解了当用户触摸显示器110时根据本发明的触摸界面100的上述实施方式。这样，图3B所图示的情况导致触摸界面100检测到触摸。见图2和3B，由于用户在区域116触摸显示器110的上表面112，一部分电磁信号在区域116被透射，继而被散射或者吸收。这由反射154’举例说明。这样，路径150’被改变了，使得电磁信号的一部分不到达检测器130。相反，电磁信号在区域116反射的该部分被透射，从而被散射或者吸收，从而可能在不同的区域射出显示器110，例如在下表面114上射出。

这样，在区域116经过全内反射的电磁信号的该部分不再到达检测器130。结果，检测器130处的电磁信号下降到足够低的水平，从而使用户的触摸被检测到。这样就检测到了用户的触摸。

在一种实施方式中，检测器130被配置为：当电磁信号沿着路径150’到达检测器130的剩余部分(如果有的话)等于或者小于特定阈值，则检测器130指示没有收到电磁信号。在这样的实施方式中，指示没有检测到电磁信号的检测器130的输出信号对应于用户的触摸。在另一种实施方式中，检测器130可以只是提供与检测到的电磁信号的量成比例的输出信号。在这样的实施方式中，检测器130可以耦接到将检测器130的输出信号与另一个阈值进行比较的部件(未图示)。如果输出信号等于或者低于该阈值，则表明用户触摸了显示器。另外，由于适用多个发射器120和检测器130，适用触摸界面100能够检测到对显示器110的任何有关部分的触摸。

这样，当路径150’改变而使得至少部分电磁信号不到达检测器时，触摸界面100就检测到用户的触摸。另外，无意的触摸，比如衣服角或者苍蝇的碰触，不会导致触摸界面100检测到假信号。对于这样的无意的碰触，到达检测器130的电磁信号的减少足够小，从而检测不到无意的碰触。具体地，由于无意的碰触导致的显示器外部折射率的改变可能不足，或者只是发生在足够小的面积上，从而反射角度的任何改变都比较小。结果，大部分电磁信号仍然到达检测器130。该大部分电磁信号足够使得不产生假信号。这样，触摸界面100不仅能够工作，而且会减少检测到的由于无意识碰触而产生的假信号。

图4的示意图图解了根据本发明，当用户不触摸显示器时触摸界面100’的另一个实施方式的一部分的侧视图。该触摸界面100’类似于触摸界面100。因此以类似的方式标记类似的部件。这样，触摸界面100’包括具有顶面112’和底面114’的显示器110’、发射器120’、检测器130’、阻挡体140’和142’，以及具有路径150”和全内反射152’，154”和156’的电磁信号。但是应当注意，显示器110’是被设置在传统的显示屏170上并由隔离体172和174与屏幕170隔开。在一种优选实施方式中，隔离体172和174只是双面胶带。这样，隔离体172和174优选地具有双重目的：将显示器110’与屏幕170隔开，并将显示器110’固定在位。触摸界面100’因此可以这样简单地形成：向已经具有发射器120’和检测器130’的传统系统上添加显示器110’、隔离体172和174以及阻挡体140’和142’。隔离体172和174确保了在显示器110’和屏幕170之间存在间隙。这样，隔离体172和174确保了与显示器110’的底表面114’相邻的材料的折射率低于显示器110’的折射率。

另外，显示器110’包括具有斜角的边缘118和119。斜角边缘118和119被形成这样的形状：使穿过显示器110的信号折射，以使大部分电磁信号通过所希望的路径150’传播。注意，尽管在图4中图示了特定形状的斜角边缘118和119，但是这并不妨碍使用其它能够将电磁信号的能量集中在所希望的路径上的形状。另外，这也不妨碍在另外的实施方式比如触摸界面100中使用斜角边缘118和119。

触摸界面100’的工作方式类似于触摸界面100，具有许多相同的优点，包括不容易检测到无意识的碰触。另外，触摸界面100’实施起来相对来说比较简单和便宜。触摸界面100’还可以被添加到传统的系统上，这样就可以将传统的触摸界面升级而不会产生高额费用。

图5图解了根据本发明的用于提供触摸界面的方法200的一种实施方式。为了清楚起见，该方法200是在触摸界面100的情况下描述的。但是，这并不妨碍该方法200用于其它与本发明不一样的系统。通过步骤202，从触摸界面的显示器的第一侧面提供电磁信号。在一种优选实施方式中，用发射器120执行步骤202。通过步骤204，发射器和检测器之间的电磁信号零阶模式路径被阻挡。在一种优选实施方式中，用阻挡体140和142执行步骤204。通过步骤206，判断是否在显示器110的第二侧面检测到了电磁信号的足够多的剩余部分，以判断用户是否触摸了屏幕。在一种优选实施方式中，用检测器130执行步骤206。另外，执行步骤206，使得在没有用户的触摸时，电磁信号的任何被检测到的部分都必须经过穿过显示器、在第一侧面和第二侧面之间的路径，并包括在显示器110中的至少一次全内反射。这样，在没有用户的触摸时，步骤206检测到足够量的穿过该路径的电磁信号，这样就没有检测到用户触摸。还执行步骤206，使得用户对至少一个全内反射中的一个处的触摸改变所述路径，使得在所述第二侧面检测不到电磁信号的一部分。当路径这样被改变时，未被检测到的部分足够大而使得在步骤206中检测到用户的触摸。换句话说，在有用户的触摸时检测到的电磁信号的量足够小而使得在步骤206中能够检测到用户的触摸。通过步骤208，如果步骤206表明没有检测到该部分电磁信号，则指示有用户的触摸。

这样，使用该方法200，当路径150’改变而使得至少部分电磁信号不到达检测器时，触摸界面100和100’能够检测到用户的触摸。另外，如上所述，无意识的碰触，比如衣角或者苍蝇的碰触，不会导致触摸界面100检测到假信号。这样，该方法200不仅能工作，而且能够减少由于无意识的碰触而导致检测到假信号的情况。

这样，上面公开了提供触摸界面的方法和系统。上面根据图示的实施方式描述了本发明。本领域的普通技术人员容易认识到，可以对所述实施方式进行改变，这种改变会在本发明的实质范围内。因此，本领域的普通技术人员可以在不脱离所附权利要求的实质范围的前提下进行许多修改。

Claims (17)

1.一种为显示器提供触摸界面的系统，包括：

在显示器的第一侧面上的发射器，用于向显示器提供电磁信号；以及

在显示器的第二侧面上的检测器，在没有用户触摸的情况下，所述电磁信号具有穿过所述显示器从所述发射器到所述检测器的路径，使得在没有用户触摸的情况下所述检测器检测到所述电磁信号，所述路径包括在所述显示器中的至少一个全内反射；

其中，所述发射器和所述检测器被配置为：在所述至少一个全内反射中的任何一个处的用户触摸改变所述路径，使得一部分所述电磁信号不到达所述检测器。

2.如权利要求1所述的系统，还包括：

对应于所述发射器的阻挡体，所述阻挡体在所述发射器和显示器之间，用于阻挡所述电磁信号在所述发射器和所述检测器之间的零阶模式路径。

3.如权利要求1所述的系统，还包括：

对应于所述检测器的检测器阻挡体，所述检测器阻挡体在所述检测器和显示器之间，用于阻挡所述电磁信号在所述发射器和所述检测器之间的零阶模式路径。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述显示器包括第三面，该第三面具有显示器和空气之间的界面。

5.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二侧面与所述第一侧面相对。

6.如权利要求1所述的系统，其中，检测器表明所述部分电磁信号未能到达检测器的情况对应于用户的触摸。

7.如权利要求1所述的系统，其中，所述显示器的第一侧面和第二侧面中的至少一个包括至少一个斜角边缘。

8.一种为显示器提供触摸界面的系统，包括：

在显示器的第一侧面上的多个发射器，每一个发射器用于向显示器提供电磁信号；以及

在显示器的第二侧面上的多个检测器，在没有用户触摸的情况下，所述电磁信号具有穿过所述显示器从所述多个发射器中的每一个到所述多个检测器中的对应检测器的路径，使得在没有用户触摸的情况下所述对应检测器检测到所述电磁信号，所述路径包括在所述显示器中的至少一个全内反射；

对应于所述多个发射器的多个阻挡体，所述多个阻挡体在所述多个发射器和显示器之间，所述多个阻挡体中的每一个用于阻挡所述电磁信号在所述发射器和对应的检测器之间的零阶模式路径；

对应于所述多个检测器的多个检测器阻挡体，所述多个检测器阻挡体在所述多个检测器和显示器之间，所述多个检测器阻挡体中的每一个用于阻挡所述电磁信号在所述发射器和对应的检测器之间的零阶模式路径；

其中，所述多个发射器和所述多个检测器被配置为：在所述至少一个全内反射中的任何一个处的用户触摸改变所述路径，使得一部分所述电磁信号不到达对应的检测器。

9.如权利要求8所述的系统，还包括：

在显示器的第三侧面上的第一组发射器，该第一组发射器中的每一个用于向显示器提供第一电磁信号；以及

在显示器的与所述第三侧面相对的第四侧面上的第一组检测器，在没有用户触摸的情况下，所述第一电磁信号具有穿过所述显示器从所述第一组发射器中的每一个到所述第一组检测器中的对应第一检测器的第一路径，使得在没有用户触摸的情况下检测到所述第一电磁信号，所述第一路径包括在所述显示器中的至少一个另外的全内反射；

对应于所述第一组发射器的第一组阻挡体，所述第一组阻挡体在所述第一组发射器和显示器之间，所述第一组阻挡体用于阻挡所述第一电磁信号在所述第一组发射器和第一组检测器之间的零阶模式路径；

对应于所述第一组检测器的第一组检测器阻挡体，所述第一组检测器阻挡体在所述第一组检测器和显示器之间，所述第一组检测器阻挡体中的每一个用于阻挡所述第一电磁信号在所述第一组发射器中的对应的发射器和所述第一组检测器中对应的检测器之间的零阶模式路径；

其中，所述第一组发射器和所述第一组检测器被配置为：在所述至少一个另外的全内反射中的一个处的用户触摸改变所述第一路径，使得所述第一电磁信号不到达所述第一组检测器中对应的检测器。

10.一种为显示器提供触摸界面的方法，包括：

从显示器的第一侧面向显示器提供电磁信号；

判断是否在显示器的第二侧面检测到所述电磁信号，在没有用户触摸的情况下，所述电磁信号具有穿过所述显示器在所述第一侧面和所述第二侧面之间的路径，使得在没有用户触摸的情况下在所述显示器的第二侧面检测到所述电磁信号，所述路径包括在所述显示器中的至少一个全内反射；在所述至少一个全内反射中的一个处的用户触摸改变所述路径，使得一部分所述电磁信号在所述第二侧面检测不到。

11.如权利要求10所述的方法，还包括：

阻挡所述电磁信号在所述发射器和所述检测器之间的零阶模式路径。

12.如权利要求10所述的方法，其中，所述显示器包括第三面，该第三面具有显示器和空气之间的界面。

13.如权利要求10所述的方法，还包括：

如果对应的检测器表明所述部分电磁信号未被检测到，则指明有用户的触摸。

14.如权利要求10所述的方法，其中，所述第二侧面与所述第一侧面相对。

15.如权利要求10所述的方法，其中，所述显示器的所述第一侧面和所述第二侧面中的至少一个包括至少一个斜角边缘。

16.一种为显示器提供触摸界面的方法，包括：

从显示器的第一侧面向显示器提供多个电磁信号；以及

判断是否在所述显示器的第二侧面检测到所述多个电磁信号中的每一个，在没有用户触摸的情况下，所述多个电磁信号中的每一个具有穿过所述显示器的路径，使得在没有用户触摸的情况下能检测到所述多个电磁信号，所述路径包括在所述显示器中的至少一个全内反射；在所述至少一个全内反射中的一个处的用户触摸改变所述路径，使得所述多个电磁信号中的对应的电磁信号的一部分不被检测到；以及

阻挡所述多个电磁信号中的每一个的零阶模式路径。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：

从显示器的第三侧面向显示器提供第一组电磁信号；以及

判断是否在所述显示器的第四侧面检测到所述第一组电磁信号中的每一个，所述第一组电磁信号在没有用户触摸的情况下被检测到，所述第一组电磁信号中的每一个具有在没有用户触摸时穿过所述显示器的第一路径，所述第一路径包括在所述显示器中的至少一个另外的全内反射；在所述至少一个另外的全内反射中的一个处的用户触摸改变所述第一路径，使得所述第一组电磁信号中对应的电磁信号不被检测到；以及

阻挡所述第一组电磁信号中的每一个的第一零阶模式路径。

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