CN100587657C - 用于基于触觉反馈和压力测量的触摸屏交互的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于基于触觉反馈和压力测量的触摸屏交互的设备和方法。提供了一种利用触摸屏显示设备的用户界面的设备/方法，能提供触觉反馈和测量施加到触摸屏的压力，由此允许用户具有与物理操作装置类似的交互式操作。显示/输入部(10)包括：可视显示单元(103)，用于显示至少一个GUI对象；2D位置检测单元(104)，充当触摸屏；触觉反馈生成单元(102)，用于生成触觉反馈；压力检测单元(105)，用于检测施加到该触摸屏的压力。GUI对象具有使用所检测的触摸位置的历史和所检测的压力值的历史确定的多个逻辑状态。根据(i)所检测的触摸位置，(ii)所检测的压力值以及(iii)所确定的图形用户界面对象的当前逻辑状态，确定将生成的触觉反馈的形式。

Description

用于基于触觉反馈和压力测量的触摸屏交互的设备和方法
技术领域
本发明涉及利用触摸屏和触觉反馈的用户界面的方法，以及采用这种用户界面方法的设备。
背景技术
专利文献1公开了这种用户界面系统的例子，用于检测显示装置的触摸屏上的用户的手指或指点装置的位置。在该用户界面系统中，当用户触摸在触摸面板上显示的图形用户界面对象的一个时，通过振动触摸屏，提供触觉反馈。当用户从触摸屏释放或不触摸手指或指点装置时，启动指定到被选图形用户界面对象的功能性。
专利文献2公开了一种用户界面系统的另一例子，当用户在触摸屏上触摸时，能提供触觉反馈。在该用户界面系统中，当用户第一次触摸该触摸屏时，提供初始触觉反馈，以及当触摸位置移动到显示图形用户界面对象的触摸屏的区域时，提供不同的触觉反馈。当用户不触摸手指或指点装置或按压更长时间周期时，启动分配给被选图形用户界面对象的功能。以触觉反馈、图形用户界面对象的颜色变化、声音或其组合的形式，告知用户启动该被选图形用户界面对象。
非专利文献3公开了一种用户界面系统的又一例子，其中，将压力传感器添加到触摸屏，用于检测施加到触摸屏的压力，允许更灵活的用户界面操作。
[专利文献1]日本专利申请公开号No.2003-016502
[专利文献2]日本专利申请公开号No.2005-190290
[非专利文献1]Minsky，M.使用力和位置灵敏屏，通过真实世界姿势操作模拟对象(Proceedings of SIGGRAPH’84，1984：ACM：pp.195-203)。
发明内容
当用户触摸一触摸屏上的用户界面元件时，期望提供触觉反馈，而不执行用户界面元件的功能性。此外，当执行用户界面元件的功能性时，期望向用户提供触觉通知。
此外，期望提供利用触摸屏显示器的用户界面的方法，能提供触觉反馈和测量施加到该触摸屏的压力，从而允许用户具有与具有物理操作装置的交互式操作，诸如按压按钮或键类似的交互式操作。此外，也期望提供采用这种用户界面方法的设备。
鉴于上述问题，做出了本发明。
在本发明的实施例中，提供一种设备，包括具有触摸屏的显示部。该触摸屏配置成显示至少一个图形用户界面对象和检测触摸屏上的触摸位置。该触摸位置通过用户的手指或指点装置输入。该设备包括：触觉反馈生成单元，连接到该触摸屏并生成触觉反馈；压力感测单元，连接到该触摸屏并检测施加到该触摸屏的压力；以及控制器部，配置成控制和驱动该显示部。在该触摸屏上显示的图形用户界面对象具有多个逻辑状态。该控制器部使用所检测的触摸位置的历史和所检测的压力值的历史，确定该图形用户界面对象的当前逻辑状态。控制器部根据(i)所检测的触摸位置，(ii)所检测的压力值，以及(iii)所确定的图形用户界面对象的当前逻辑状态，确定将生成的触觉反馈的形式。
在本发明的不同实施例中，触觉反馈生成单元可以对该GUI对象的不同逻辑状态，生成不同触觉反馈。
在本发明的另一实施例中，GUI对象的逻辑状态至少包括被选状态和启动状态。如果识别到按压事件，控制器部可以确定该GUI对象处于启动状态中。控制器部可以使用所检测的压力值的历史，识别该按压事件。另外，如果：(i)该触摸位置在GUI对象的内部；以及(ii)所检测的压力高于预设启动阈值，控制器部确定该GUI对象在启动状态中。在另一例子中，如果(i)触摸位置在该GUI对象的内部，以及(ii)所检测的压力的历史满足预设启动条件，控制器部可以确定该GUI对象在启动状态中。在本实施例中，允许GUI对象的逻辑状态仅在被选状态后改变成启动状态。
在本发明的另一实施例中，触觉反馈生成单元可以包括单个或多个压电元件。压电元件的至少一个可以用于生成触觉反馈和检测由用户施加的压力。另外，压电元件的至少一个可以以时分方式，生成触觉反馈和检测压力。
在本发明的另一实施例中，按频率、振幅或同时按振幅和频率，控制触觉反馈。
在本发明的另一实施例中，只要触摸位置在GUI对象的内部，触觉反馈生成单元可以生成连续触觉反馈。另外，响应施加到触摸屏的压力变化，改变连续触觉反馈。连续触觉反馈的变化由图形用户界面对象的当前逻辑状态而定。
在本发明的另一实施例中，当触摸位置穿过GUI对象内预定的热点时，触觉反馈生成单元可以生成单脉冲的触觉反馈。另外，当触摸位置或所检测的压力变化超出预设阈值时，该触觉反馈生成单元可以生成单脉冲的触觉反馈。
在本发明的另一实施例中，可以由多个子对象形成图形用户界面对象，以及触觉反馈生成单元可以对不同子对象生成不同触觉反馈。
在本发明的另一实施例中，控制器部可以通过使用多个压力阈值，确定GUI对象处于启动状态。
在本发明的另一实施例中，控制器部基于来自触摸屏的信号的噪声电平，区分更强推动和更轻推动，更强推动对应于按压事件，更轻推动对应于用户的手指或指点装置的滑动。
在本发明的另一实施例中，显示部可以生成与该触觉反馈相关的视觉反馈。
在本发明的另一实施例中，提供一种用于触摸屏的图形用户界面方法。该方法包括：在触摸屏上显示图形用户界面对象，图形用户界面对象具有多个逻辑状态；检测用户的手指或指点装置正触摸的触摸屏上的触摸位置；当检测到触摸位置时，检测施加在该触摸屏上的压力；以及响应该触摸，生成触觉反馈，根据(i)所检测的触觉位置，(ii)所检测的压力值，以及(iii)图形用户界面对象的当前逻辑状态，确定触觉反馈的形式。通过使用所检测的触觉位置的历史和所检测的压力值的历史，确定图形用户界面对象的当前逻辑状态。
在本发明的实施例中，根据触摸位置、由用户施加的压力以及图形用户界面对象的当前逻辑状态，确定触觉反馈的形式。因此，对图形用户界面对象的不同逻辑状态，可以提供触觉反馈的不同形式，使得用户易于知道图形用户界面对象的当前状态。
发明效果
本发明使得当用户触摸一触摸屏上的用户界面元件时，提供触觉通知，而不执行用户界面元件的功能性，以及当执行用户界面元件的功能性时，向用户提供触觉通知。
此外，根据本发明，提供利用触摸屏显示装置的用户界面的方法，能提供触觉反馈和测量施加到触摸屏的压力。该方法允许用户具有与物理操作装置类似的交互式操作。此外，根据本发明，提供采用这种用户界面方法的设备。
附图说明
图1是表示根据本发明的实施例的设备结构的例子的框图。
图2是表示具有现有技术的触摸屏的交互作用的例子的示意图。
图3是对用户手指滑过GUI对象的情形，根据本发明的实施例的用户界面方法的示例性示例说明。
图4是表示根据本发明的实施例的用户界面方法的步骤的流程图。
图5(a)是对识别按压事件的情形，根据本发明的实施例的用户界面方法的说明示例。
图5(b)是对识别按压事件的情形，根据本发明的另一实施例的用户界面方法的说明示例。
图5(c)是对识别按压事件的情形，根据本发明的另一实施例的用户界面方法的说明示例。
图6是表示根据本发明的另一实施例的用户界面方法的步骤的流程图。
图7(a)是表示GUI对象中的热点的例子的示意图。
图7(b)是表示GUI对象中的热点的例子的示意图。
图7(c)是表示GUI对象中的热点的例子的示意图。
图7(d)是表示GUI对象中的热点的例子的示意图。
图8是表示根据本发明的又一实施例的用户界面方法的步骤的流程图。
图9是表示根据本发明的另一实施例的用户界面方法的步骤的流程图。
图10(a)是对滑动型GUI对象，根据本发明的实施例的用户界面方法的说明示例。
图10(b)是对滑动型GUI对象，根据本发明的实施例的用户界面方法的说明示例。
图10(c)是对滑动型GUI对象，根据本发明的实施例的用户界面方法的说明示例。
图10(d)是对滑动型GUI对象，根据本发明的实施例的用户界面方法的说明示例。
图11是表示根据本发明的另一实施例，在用户界面方法的按压事件期间，随时间，由用户施加的压力的变化的图。
10：显示部，20：控制部，30：应用部，102：触觉反馈生成单元，103：虚拟显示单元，104：2D位置感测单元，105：压力感测单元，106：信号生成单元，107：显示控制器，108：2D位置感测单元控制器，109：压力感测单元控制器，110：数据存储器，111：触觉界面控制器，112：图形用户界面控制器。
具体实施方式
将参考附图，描述本发明的下述实施例。在下述描述中，使用一些术语来描述本发明的某些特征。
术语“触摸屏”是透明屏型位置感测装置，能检测用户的手指或任何指点装置触摸的屏幕表面上的触摸位置。
术语“图形用户界面对象的逻辑状态”是指触发不同相应的操作或处理的图形用户界面对象的不同状态。逻辑状态至少包括表示由用户选择该图形用户界面对象但没有触发相应的操作或操作的被选状态，以及执行相应操作或处理的启动状态。
图1表示应用根据本发明的实施例的用户界面方法的设备的例子。设备1包括显示/输入部10、控制器部20和应用部30。
显示/输入部10在其触摸屏上显示按钮、按键、开关或任何其他图形用户界面(GUI)对象的图像以便促使用户2与该设备1交互。显示/输入部10进一步检测屏幕上的用户手指或指点装置的触摸位置以及当手指或指点装置触摸该屏幕时施加的压力。显示/输入部10进一步提供响应用户的输入操作的不同类型的触觉反馈。
在该说明书中，应注意到词“触觉”和“有触觉的”是指相同的感官效应并可互换使用。
控制部20动态地将：(i)屏幕上的触觉位置或由用户的输入操作选择的GUI对象；(ii)由用户的输入操作施加到屏幕上的压力，以及(iii)被选GUI对象的当前逻辑状态与提供给用户2的触觉反馈的类型关联。
应用部30响应由显示/输入部10检测的用户输入操作，执行各种操作或功能。应用部30可以包括各种应用和软件单元或硬件。
(1)显示/输入部
显示/输入部10包括触觉反馈生成单元102、可视显示单元103、二维(2D)位置感测单元104和压力感测单元105。
可视显示单元103将可视信息提供给用户2。这些可视信息可以包括用户能与其相互作用的各种预定的GUI对象，诸如按钮的图像、滑块、图、滚动条、超级链接等等。可视显示单元103可以由各种显示形成，只要能与触觉反馈生成单元102、2D位置感测单元104和压力检测单元105一起使用。例如，可以将液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器等等用作可视显示单元103。
可以用具有单层或多层结构的压电双压电晶片致动器形成触觉反馈生成单元102。在日本专利申请公开号No.2006-48302中公开了用于生成触觉反馈的这种致动器的例子。另外，可以采用各种机械或电或电磁致动器/马达来根据显示器的大小/质量和/或可用功率，生成触觉反馈。
压力感测单元104允许测量通过用户的输入操作，施加到触摸屏的压力。在本实施例中，可以采用各种压力感测单元，只要这些设备能通过预定分辩率测量用户的触摸的压力并包含在具有其他单元102-104的显示器/输入部10中。例如，当将手指压力施加到构件上时，可以使用力敏电路元件，诸如应变仪或压敏电阻器来感测触摸屏构件施加在触摸屏的每一支架上的力。
另外，可以使用压电致动器来测量施加到触摸屏的压力。例如，可以将压电致动器连接到驱动器电路和检测器电路以便分别使用一些用于生成触觉反馈的致动器和用于测量施加到其上的压力的其他致动器。在日本专利申请公开号No.2006-48302中公开了由压电致动器形成的这种压力检测单元的例子。另外，可以以分时方式执行致动器的驱动和压力的测量。更具体地说，可以与用于测量压力和生成反馈的开关电路一起，使用单个致动器。
2D位置感测单元105检测用户在触摸屏上触摸的位置。只要触摸屏/面板能测量用户手指或指点装置的二维位置，可以将各种触摸屏或触摸面板技术用作2D位置感测单元105。例如，可以使用电阻触摸屏、电容触摸屏、表面声波触摸屏等等。
(2)控制器部
控制器部20响应由显示/输入部10检测的用户输入操作，驱动和控制显示/输入部10的子部件。控制器部20控制显示/输入部10来根据屏幕上用户的触摸的位置、压力和GUI对象的当前逻辑状态，改变触觉反馈，尝试通过物理界面对象，模拟交互式操作。因此，本实施例的设备允许用户容易和直观地执行输入操作，甚至在没有物理用户界面对象的情况下。
可以通过计算机(该图中未示出)实现控制部20和应用部30，其可以包括CPU、存储器、外部数据存储器和输入/输出接口。可以通过执行在计算机中安装的相应的软件，或将专用电路或硬件添加到计算机，实现由控制部20和应用部30的子部件执行的各种功能。应用部30可以包括响应由显示部20检测的用户输入操作控制的任何应用软件或硬件。
可以经记录介质或载波信号，将软件安装在计算机中。也可以通过有线或无线连接，从网络或互联网上的服务器下载，安装该软件。
控制器部20包括信号生成单元106、显示控制器107、二维(2D)位置感测单元控制器108、压力感测单元控制器109、数据存储器110、触觉接口控制器111和图形用户界面(GUI)控制器112。
信号生成单元106生成信号并提供给触觉反馈生成单元102，用于驱动触觉反馈生成元件或压电致动器。该信号可以是时间与响应显示/输入部10的屏幕上的用户输入操作的位置和/或压力变化的振幅、形状和周期的电压函数。输出信号的例子是方波、正弦等等。在本实施例中，信号的类型不限于上述例子。也可以采用其他信号，只要能使用该信号来响应用户输入操作，生成和改变触觉反馈。
触觉反馈生成单元102接收该输入信号以及将该输入信号转换成经将屏幕与触觉反馈生成元件或压电致动器的机构组件，传送到用户2的力图。当用户2正触摸该屏幕时，用户2能感觉该力图。
对用户的输入操作，可以使用笔型指点装置来选择屏幕上的图像，而不是用户的自己的手指。可以使用a)用户2能通过它们的手指直接触摸该屏的触摸屏技术，或b)使用该笔型装置来报告用户2正触摸该屏幕的位置的笔输入技术，检测该设备1的用户输入。
压力感测单元控制器109检测当用户正在屏幕上触摸时施加的压力的值。位置感测单元控制器108确定用户2正在屏幕上触摸的位置。将所确定的数据传送到GUI控制器112。
当用户按压该屏幕，同时将触觉反馈提供给该用户时，压力信号将具有来自触觉反馈信号的分量。因为已知该信号的精确形状，可以过滤出该信号。另外，可以仅在未提供触觉反馈时，即当触觉反馈波形位于零值时的时间点，测量该压力。
GUI控制器112确定用户2正意图交互哪一GUI对象。另外，根据a)GUI对象的当前状态，以及b)施加到GUI对象的压力值，GUI控制器112确定GUI对象的状态的适当变化。例如，如果GUI对象为图形按钮，GUI控制器112能计算存在在屏幕上的图形按钮上施加的足够的压力来将按钮的状态从“释放”改变成“按压”或“未启动”改变成“启动”。在确定GUI对象的状态后，GUI控制器112通过将命令发送到显示控制器107，改变GUI对象的可视状态。
另外，当GUI对象的可视状态改变时，可以生成声音或音频告警以便告知用户2有关GUI对象的状态的变化。
GUI控制器112进一步将命令发送到生成用于驱动触觉信号生成单元102的适当命令的触觉界面控制器111。通过信号生成单元106，算术地生成用于触觉反馈的数据以及存储为数据存储器110上的数据110a。可以将任何广泛可用的数据存储器设备用作数据存储器110，其包括闪存、ROM、硬驱动器和网络存储器。能使用任何文件系统来组织数据存储器110上的数据。
在本发明的另一实施例中，使用在前输入的历史和GUI对象的在前状态的历史来确定用户2的触觉反馈。
在描述本发明的实施例的另外的细节前，相关技术的触摸屏交互作用操作的简短描述可能有用并提供如下：
图2表示相关技术的典型的触摸屏相互作用的例子。当用户2触摸该屏幕时(接触事件T1)，该交互开始。然后，用户2能在输入空间上拖动手指(拖动或滑动状态T2)或使其稳定地保持在一个位置(保持状态T3)。另外，用户能将手指提离该屏幕，其能从GUI对象的内部(提离内部事件T4)或从GUI对象的外部(提离外部事件T5)发生。
因此，每一GUI对象能处于下述状态：1)中间；2)被选：当用户2通过触摸它选择GUI对象时，诸如使手指或笔型装置位于GUI对象的内部，以及3)启动，当用户2表示GUI对象应当执行相关命令，对应于按压物理按钮时。除这些状态外，GUI对象也能是无效的，意指不能启动它，但可以或可以不对应于用户输入。
应注意到在相关技术中，用户2能通过将手指/笔移出GUI对象并提高手指/笔，选择GUI对象，然后启动它或将GUI对象恢复成中间状态。当用户2通常按压物理按钮来启动时，相关技术的这些交互方法不同于用户将通过物理按钮所执行的。
另外，在所有这些情况下，用户2将一定压力量施加到屏幕上。期望根据施加到GUI对象上的压力，为GUI对象提供不同程度的触觉反馈。此外，期望提供用户界面机制，能实现更接近与物理控制器的交互作用的更直观的交互方法。
在本发明的实施例中，使用压力和触觉反馈来分离与屏幕的交互的两种模式：
a)用户通过触觉反馈，感觉GUI对象，选择项目但不启动它们。
b)用户能通过更强烈地按压在它们上，启动GUI对象，该启动还伴有触觉反馈。
图3和4示例说明本实施例中的滑动操作。
在滑动操作中，用户2在屏幕203上显示的GUI对象203上滑动手指200。GUI对象能是按压、滑动器、超级链接或任何图像。
在检测用户的触摸后，2D位置感测单元104开始跟踪和保持跟踪屏幕上的用户手指或笔型装置位置(步骤210)。当手指200越过形成GUI对象的部分的某一热点203b或边界元件203a时(步骤211)，确定是否识别到存在任何按压事件(步骤212)。通过图7，在下文中详细地描述GUI对象的热点。压力感测单元105监视施加到屏幕上的用户的手指或笔型装置的压力。例如如果检测到大于预定值的压力，识别按压事件。
在本实施例中，即使未识别到按压事件，触觉反馈生成单元102为用户2提供触觉反馈201或202(步骤214)，作为用户2已经触摸或选择GUI对象203的指示器。因此，用户2能感觉屏幕上的GUI对象，而不启动它们。
如果在步骤212中识别到按压事件，触觉反馈生成单元102生成和提供不同于在未按压的情况下(即当只选择GUI元件时)提供的另一触觉反馈(步骤213、215)。因此，可以让用户2知道通过触觉反馈，启动被选GUI对象203。
在本实施例中，提供不同触觉反馈来区分GUI对象的逻辑状态，即“被选状态”和“启动状态”。另外，除触觉反馈外，可以提供视觉反馈。视觉反馈可以包括以颜色或亮度或形状改变被选GUI对象的图像。
图5(a)-5(c)示例说明通过在屏幕上显示的按钮型GUI对象，启动操作的例子。本例子描述与图3相同的情形，除在本例子中代替滑过按钮而不启动它，用户实际上启动该按钮。
用户2将手指从初始位置300滑向GUI对象310(图5(a))。当用户2横过GUI对象310的热点或边界以及压力值低于启动阈值时，该设备提供触觉反馈302来允许用户2“感觉”GUI对象310。如图5(a)所示，可以以具有启动阈值的指示321的图像320，将施加到该屏幕上的压力可视地呈现在屏幕上。
在图5(b)中，用户2继续滑动该手指直到手指在GUI对象310的内部303以及压力低于启动阈值为止。然后，用户2更强烈地按压GUI对象310以及使压力值增加到高于启动阈值321，如图5(c)所示，启动GUI对象310以及提供触觉反馈304和视觉反馈305以便通知用户2选择和启动GUI对象310。
另外，可以增加用于确认启动操作，诸如增加另一压力阈值或检测手指的松开的完成的另外的步骤以避免意外启动。通过图11，在下文将描述用于确认的另外的压力阈值的例子。
存在与可以用在本实施例中的启动事件有关的多个变形。
启动技术的一种变形在该设备1能记录该激活前，将要求用户2使手指在一定时间内，在GUI对象310内保持不动。在该技术中，用户2应当将手指在GUI对象310内停止一小段时间，然后，更强地按压来启动GUI对象310。当通过在GUI对象310的边界上提供触觉反馈，如上所述，手指滑动GUI对象310时，用户2能易于找到该GUI对象310。该技术有用以便当用户2在其上滑动手指时，分开GUI对象的意外启动。
启动技术的另一变形针对当用户2通过已经高于启动阈值的压力，滑入GUI对象310中时的情形。在这种情况下，可以考虑下述可能性(或它们的组合)：
(i)立即启动GUI对象310；
(ii)不启动GUI对象310；以及
(iii)不启动GUI对象310，但设备1跟踪压力值以及尝试识别启动事件。
在情形(ii)中，GUI对象310提供正常的触觉反馈。为启动GUI对象310，用户2首先减小施加到GUI对象310上的压力以便使其低于启动阈值321，然后，再次比启动阈值321更强地按压。
图6表示可以如何实现情形(ii)的这种交互的流程图。
在该流程中，用户2通过高于启动阈值pt的压力p，将手指滑入GUI对象310中(步骤330)，以及设置标记来表示该初始状态(步骤331)。如果手指在GUI对象310内，跟踪和校验手指的位置(步骤332，334)。如果确定手指在GUI对象310内，提供适当的触觉反馈来让用户知道手指在GUI对象310内，但也不启动GUI对象310(步骤336)。
在情形(ii)中，再次检测压力以便查看它是否高于启动阈值pt(步骤338)。如果压力等于或低于pt，清除标记(步骤339)以及该流程返回到步骤332，用于尝试识别该按压事件。如果压力高于pt，进一步校验是否清除该标记(步骤340)。如果还未清除该标记，流程返回到步骤332。如果清除该标记，该设备1识别该按压事件，因此，提供触觉反馈(步骤342)。响应按压事件，该设备1发送用于适当事件的命令和/或执行对应于GUI对象10的其他适当的动作(步骤344)。
在情形(iii)中，未启动GUI对象310，但该设备1正跟踪压力值以及尝试来识别启动事件，即允许用户指定应当启动GUI对象310的一些姿势。这些姿势事件能是例如压力的脉冲型增加，即，用户快速地按压和释放GUI对象。可以利用用户接口软件来识别施加到GUI对象310的压力中的尖峰信号以及将其处理为启动事件。
在本实施例中，可以任意地设计与GUI对象有关的热点，由此允许当手指横过该热点区时，为用户2提供触觉反馈。例如，如图7(a)所示，可以在GUI按钮500的内部提供热点区501，用于当用户使手指滑入GUI按钮500的内部时，提供触觉反馈。
该热点的另一例子是GUI对象500的边界502，如图7(b)所示。另外，热点可以具有任何任意形状，诸如区域503，如图7(c)所示。
GUI对象500可以具有几个热点。例如，在图7(d)中，存在两个热点502和504，第一个是GUI对象500的边界502，以及第二个是GUI对象500的中心504。因此，当用户使手指滑入GUI对象中，然后，当用户使手指滑入中心时，将提供触觉反馈。只要该热点能经触觉反馈，向用户2直接或间接地表示GUI对象的位置或区域，能利用任何其他结构。
仅当用户使手指滑入热点时，可以提供触觉反馈，以及当用户滑动到热点外时，不提供触觉反馈。当用户2使手指快速滑过GUI对象，以及最终反馈太强或混乱时，用于提供触觉反馈的该变形能有用。
当手指在热点内时，可以进一步扩展该交互作用技术来向用户2提供连续的触觉反馈。例如，只要手指在热点内，可以提供连续波形的触觉反馈。
可以以各种形式，诸如下文生成触觉反馈。
(1)连续和恒定的触觉波形；例如，当用户的手指在GUI对象的内部时，提供恒定频率的振动。触觉频率的参数是恒定的，以及不由GUI对象的手指内部的位置或由用户施加在GUI对象上的压力而定。
(2)动态触觉波形，其中，触觉反馈参数(例如频率、振幅、强度等等)是由用户施加在GUI对象上的压力的函数。相关性能是
(a)阶跃函数，例如，当用户2按压按钮型GUI对象，以便触觉反馈以小心步骤变化，或
(b)反馈和所施加的压力间的连续相关性，例如用户按压按钮越强，振动频率或振动幅度越高。在最简单的情况下，当用户更强地按压时，触觉反馈的强度增加。可以使用任何其他函数来将压力映射成触觉反馈强度。
也可以根据定义触觉波形的任何其他参数或多个参数，生成触觉反馈。
当用户2改变GUI对象内部的压力时，可以提供触觉反馈的任何变形。在这种变形中，当用户2将手指放在GUI对象的内部并在其上按压时，对所施加的压力的每一增量变化，可以提供触觉反馈。增量变形可以是增加或减小。
图8提供用于触觉反馈的这种变形的交互流程的例子。在该例子中，用户2通过压力p0使手指滑入GUI对象中(步骤800)。检测该初始压力并存储为变量ps(步骤802，803)。
该设备1跟踪手指的位置/压力并校验该手指是否在GUI对象的内部(步骤804，806)。如果该设备1确定手指不在GUI对象的内部，该流程结束。如果该手指在GUI对象的内部，该设备1进一步确定是否识别启动事件(步骤808)。
如果未识别到启动事件，该设备1进一步确定施加到GUI对象的压力变得是否高于预设阈值d(步骤810)。如果压力变得高于阈值d，记录当前压力(步骤812，813)以及由位置、所施加的压力、GUI对象的逻辑状态，提供适当的触觉反馈(步骤814)。如果识别到启动事件，该设备1提供用于该启动事件的触觉反馈(步骤820)，然后，启动GUI对象，发送用于适当事件的命令和/或执行其他适当的动作(步骤822)。
另外，当用户将手指移入GUI对象内时，可以提供触觉反馈，即，x-y坐标的变化产生触觉反馈脉冲。例如，在最简单的情况下，每次用户2将手指移入GUI对象内并使该位置改变某一距离d时，可以提供触觉反馈(或其他触觉反馈波形)。另外，也可以将触觉反馈也施加在屏幕上的压力量关联。根据该触觉反馈生成方案，通过改变距离d或其方向，可以模拟GUI对象的各种纹理。用于评价变化大小的阈值d可以是绝对或相对值。
图9提供交互作用流的另一例子。在该例子中，用户2使手指滑入GUI对象中(步骤900)。检测该初始位置并存储为xs和ys(步骤902，903)。
该设备1跟踪手指的位置/压力并校验手指是否在GUI对象的内部(步骤904，906)。如果该设备1确定该手指不在GUI对象的内部，该流程结束。如果该手指在内部，该设备1进一步确定是否识别到启动事件(步骤908)。
如果未识别启动事件，该设备1进一步确定该手指的位置是否变得高于预设阈值d(步骤910)。如果存在高于阈值的位置变化，记录当前位置(步骤912，913)，以及由位置、所施加的压力和GUI对象的状态，提供适当的触觉反馈(步骤914)。如果在步骤908中识别启动事件，该设备1提供用于启动事件的触觉反馈(步骤920)，然后启动GUI对象，发送用于适当事件的命令和/或执行其他适当的动作(步骤922)。
可以不仅根据位置，而且由用户正交互的GUI元件的部件，提供触觉反馈。图10论述用于滑动型GUI对象600的情形的例子。假定该设备1能支持三种触觉反馈，称为触觉反馈型1、2和3。
在图10(a)，用户触摸为滑动对象600的背景部分的部分601中的滑动型GUI对象。当用户使手指移过那一部分时，将触觉反馈型1提供给用户。在图10(b)，用户的手指在滑动块手柄602上滑动以及触觉反馈变化成类型2，然后，当用户经过滑动块手柄602并返回到滑动块型GUI对象600的背景时，触觉反馈改变回类型1，如图10(c)所示。最后，用户的手指移动到滑动块结束控制603，然后，触觉反馈变化到类型3(图10(d))。此时，用户可以释放手指或更强按压来执行滚动动作。可以采用对GUI的合成对象的其他类型的触觉反馈，以便用户能感到用户何时在它们上滑动，而不启动它们。根据本例子，用户能识别和操作，即使GUI对象具有复合或复杂的结构。
在用户触摸GUI对象后，用户能通过例如更猛烈地按压它来启动它。
另外，当通过某一压力阈值或确认阈值，按压GUI对象时，可以识别GUI对象的动作。在该启动方案中，两次：1)当传送启动阈值时，以及2)当传送确认阈值时，提供触觉反馈。
图11论述几个阈值用在启动中并提供触觉反馈的例子。当用户触摸和推动GUI对象来传送选择阈值时，提供触觉反馈(曲线(a)的点1)，而不启动GUI对象。用户进一步按压来传送提供不同的触觉反馈的启动阈值(点2)。在该例子中，然而，仍不启动GUI对象。为启动GUI对象，用户应当进一步推到也提供另一触觉反馈的确认阈值(点3)。
用于提供该另外的阈值或确认阈值的原因是避免GUI对象的意外启动。
在上述例子中，如果用户非常快速地按压GUI对象，可以提供多个反馈，转移和防碍用户相互作用。在这种情况下，可以将触觉反馈链接到用户按压GUI对象的速度。换句话说，如果用户非常快速地按压GUI对象，那么将不提供对应于中间阈值的一些触觉反馈。
这种压力变化的例子提供为图11的曲线(b)。如果用户快速地按压或压力变化的时间常数短于预设值，将不提供用于选择和启动阈值的触觉反馈。在该例子中，为用户2提供仅处于确认电平的触觉反馈(曲线(b)的点4)。
在上述实施例中，可以提供有关GUI对象的可视反馈和/或音频反馈。另外，也可以将这些反馈与由用户输入的触觉反馈和/或压力或其组合关联。
在上述例子中，当用户正在屏幕上滑动手指来到达GUI对象时，描述相互作用技术。另外，存在通过直接操作或按压GUI对象启动交互作用的情形。在这种情况下，可以应用根据本发明的实施例的大部分交互技术，以及可以将触觉反馈提供给用户以便分开GUI对象的选择状态和启动状态。
本发明的上述例子可以适用于各种GUI对象，特别地，这些例子可以涉及按钮、滑动块、无线按钮、复选框、工具条、对话框、图形刻度盘、窗口的边框以及其他GUI对象。
在本说明中，通过测量压力值的压力检测单元105，描述该设备1的各种例子。然而，也可以仅通过识别用户输入操作的两种模式：a)强推动(按压或启动事件)以及b)轻推动或滑动(触摸或选择事件)，实现本发明的许多例子或例子的简化版本。可以通过能直接或间接区分由用户施加的强推和轻推的任何压力传感器或压敏装置，识别这两种模式。
例如，可以将配置成从2D位置感测单元104测量信号中的噪声电平的设备用于区分强推和轻推。当施加到触摸屏的压力低时，由于例如手指振动和/或装置的机械毁坏等等，噪声电平显著地增加。在相关技术的触摸屏中，可以使用简单的低通滤波器来消除这些假象。换句话说，通过使用测量这些噪声电平的任何信号处理单元，易于识别高噪声的状态。因此，在本发明一个实施例中，该设备1可以具有包括检测该噪声的状态的信号处理单元的装置，可以考虑以便由用户手指施加的压力低，意指这是滑动或轻推。根据该结构，可以实现上述交互方案的例子，而不使用任何专用压敏设备。
上述设备1可以用在移动电话、PDA、其他小的便携式设备或在它们的触摸屏上显示GUI对象来提示用户输入的终端装置中。
在本发明的又一实施例中，通过将触觉反馈元件嵌入触摸屏中，提供触觉反馈。用户输入包括施加到屏幕的压力，以及根据由用户施加在GUI对象上的压力和GUI对象的当前状态，区分提供给用户的触摸反馈。
在本发明的另一实施例中，提供计算交互式设备，包括：
a)触敏屏，计算触摸允许与图形用户界面和在该屏幕上提供的图形图像相互作用的屏幕的用户手指的X-Y位置；
b)嵌入该触摸屏中的触觉致动器，以便当用户用它们的手指触摸屏幕表面时，提供触觉反馈；
c)嵌入触摸屏中的压力感测设备，测量当用户触摸时，施加到该屏幕的压力；
d)在触摸屏上产生任意触觉感觉的计算和控制部件；
c)图形用户界面(GUI)可视部件和基础控制软件；
d)控制软件技术，将i)用户输入，由触摸屏(即用户触摸启动GUI部件的屏幕)俘获，ii)由用户手指施加到屏幕的压力，以及iii)交互式对象的逻辑状态与提供给该用户的动态触觉反馈关联。
根据本发明的上述实施例，提供一种用户界面方法和设备，包括显示装置和触摸屏装置，允许用户具有与实际物理按钮的交互类似的交互操作。
根据本发明的上述实施例，提供一种用户界面方法和/或设备，允许用户在选择用户希望交互的一个前，触摸在显示器的触摸屏上显示的图形用户界面对象。
根据本发明的上述实施例，提供一种用户界面方法和/或设备，允许更自然的交互以及更容易的盲目交互作用。
尽管参考示例性实施例描述了本发明，但不期望以限制意义解释该说明书。对本发明所属的领域的技术人员显而易见的示例性实施例的各种改进和本发明的其他实施例视为在本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种用于触摸屏的图形用户界面设备，包括具有触摸屏的显示部，该触摸屏适合于显示至少一个图形用户界面对象和检测触摸屏上的触摸位置，该触摸位置通过用户的手指或指点装置输入，该设备包括：
触觉反馈生成单元，连接到该触摸屏并适合于生成触觉反馈；
压力感测单元，连接到该触摸屏并适合于检测施加到该触摸屏的压力；以及
控制器部，适合于控制和驱动该显示部；其中，
在该触摸屏上显示的图形用户界面对象具有多个逻辑状态；
该控制器部使用所检测的触摸位置的历史和所检测的压力值的历史，确定该图形用户界面对象的当前逻辑状态；
控制器部进一步根据(i)所检测的触摸位置，(ii)所检测的压力值，以及(iii)所确定的图形用户界面对象的当前逻辑状态，确定将生成的触觉反馈的形式。
2.如权利要求1所述的设备，其中，
该控制器部控制该触觉反馈生成单元来对该图形用户界面对象的不同逻辑状态，生成不同触觉反馈。
3.如权利要求2所述的设备，其中，
该图形用户界面对象的逻辑状态至少包括被选状态和启动状态；
如果识别到按压事件，控制器部确定该图形用户界面对象处于启动状态中；以及
控制器部使用所检测的压力值的历史，识别该按压事件。
4.如权利要求2所述的设备，其中，
该图形用户界面对象的逻辑状态至少包括被选状态和启动状态；以及
如果：(i)该触摸位置在图形用户界面对象的内部；以及(ii)所检测的压力高于预设启动阈值，控制器部确定该图形用户界面对象在启动状态中。
5.如权利要求2所述的设备，其中，
该图形用户界面对象的逻辑状态至少包括被选状态和启动状态；以及
如果(i)触摸位置在该图形用户界面对象的内部，以及(ii)所检测的压力的历史满足预设启动条件，控制器部确定该图形用户界面对象在启动状态中。
6.如权利要求1所述的设备，其中，
触觉反馈生成单元包括单个或多个压电元件；以及
所述压电元件中的至少一个用于生成触觉反馈和检测由用户施加的压力。
7.如权利要求1所述的设备，其中，
控制器部进一步控制触觉反馈的频率、触觉反馈的振幅或同时控制触觉反馈的振幅和频率。
8.如权利要求1所述的设备，其中，
只要触摸位置在图形用户界面对象的内部，控制器部控制该触觉反馈生成单元来生成连续的触觉反馈；以及
控制器部响应施加到触摸屏的压力的变化改变连续触觉反馈，连续触觉反馈的变化由图形用户界面对象的当前逻辑状态而定。
9.如权利要求1所述的设备，其中，
控制器部控制该触觉反馈生成单元以便当触摸位置穿过图形用户界面对象内预定的热点时，生成单脉冲的触觉反馈。
10.如权利要求1所述的设备，其中，
控制器部控制该触觉反馈生成单元，以便当触摸位置或所检测的压力变化超出预设阈值时，生成单脉冲的触觉反馈。
11.如权利要求1所述的设备，其中，
图形用户界面对象由多个子对象形成；以及
控制器部控制该触觉反馈生成单元来对不同子对象生成不同触觉反馈。
12.如权利要求2所述的设备，其中，
控制器部通过使用多个压力阈值，确定图形用户界面对象处于启动状态。
13.如权利要求3所述的设备，其中，
控制器部基于来自触摸屏的信号的噪声电平，区分更强推动和更轻推动，更强推动对应于按压事件，更轻推动对应于用户的手指或指点装置的滑动。
14.如权利要求1所述的设备，其中，
控制器部控制该显示部生成与该触觉反馈相关的视觉反馈。
15.如权利要求2所述的设备，其中，
图形用户界面对象的逻辑状态至少包括被选状态和启动状态，被选状态是选择但不启动图形用户界面对象的状态，启动状态是启动图形用户界面对象的状态；
允许该逻辑状态在被选状态后改变成启动状态。
16.一种用于触摸屏的图形用户界面方法，包括：
在触摸屏上显示图形用户界面对象，图形用户界面对象具有多个逻辑状态；
检测用户的手指或指点装置正触摸的触摸屏上的触摸位置；
当检测到触摸位置时，检测施加在该触摸屏上的压力；以及
响应该触摸，生成触觉反馈，根据(i)所检测的触觉位置，(ii)所检测的压力值，以及(iii)图形用户界面对象的当前逻辑状态，确定触觉反馈的形式；
其中，通过使用所检测的触觉位置的历史和所检测的压力值的历史，确定图形用户界面对象的当前逻辑状态。
17.如权利要求16所述的图形用户界面方法，其中，
对图形用户界面对象的不同逻辑状态，生成不同触觉反馈。
18.如权利要求16所述的图形用户界面方法，进一步包括：
通过检测是否存在按压事件，确定图形用户界面对象的当前逻辑状态，按压事件通过使用所检测的按压值的历史识别；
其中，如果识别到按压事件，将该图形用户界面对象确定为处于启动状态。
19.如权利要求18所述的图形用户界面方法，其中，
如果所检测的按压值的历史满足预设图形，确定按压事件。
20.如权利要求16所述的图形用户界面方法，其中，
当所检测的触摸位置和/或所检测的压力变得高于预设阈值时，生成单脉冲的触觉反馈。
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