CN101341460B

CN101341460B - 用于用户互动的方法和器件

Info

Publication number: CN101341460B
Application number: CN2006800484200A
Authority: CN
Inventors: G·J·德斯图拉; A·C·纽科克; J·T·乌斯特维恩
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: US8558799B2; JP2009521173A; RU2008130112A; CN101341460A; RU2450319C2; US20080303802A1; EP1966677A2; WO2007072392A3; WO2007072392A2

Abstract

本发明涉及一种用户互动器件(200、300)，这种用户互动器件(200、300)包括：光学模块(210、310)，这种光学模块(210、310)具有物质层(5)和电气开关(6a、6b)，这种物质层(5)可在第一视觉状态与第二视觉状态之间电气切换，且这种电气开关(6a、6b)用于在第一视觉状态与所述第二视觉状态之间电气切换这种物质；探测器(6a、11b)，这种探测器(6a、11b)用于探测物理对象的出现；以及控制单元(290、390)，这种控制单元(290、390)用于响应于对这种物理对象的出现的探测而对这种电气开关进行控制。

Description

用于用户互动的方法和器件

技术领域

本发明涉及一种用户互动器件、包括这种用户互动器件的系统和用户互动方法。

背景技术

WO03012618公开了一种触摸屏显示器，这种触摸屏显示器包括用于在显示器的一部分附近的探测用户手指的出现或触笔的出现的传感器。这种触摸屏显示器涂有电阻层。或者，在表面波技术或电容技术的基础上构造这种触摸屏显示器。这种触摸屏显示器可显示图形窗口。当传感器探测到用户的手指在显示器附近出现时，临时显示图形菜单，且从中观看内容的图形窗口的大小自动减小或由图形菜单重叠。在预定的时间段之后，图形菜单再次隐藏。为了使图形菜单再次显示，用户必须将手从触摸屏显示器移开并再次邻近显示屏。

从WO03012618获知的传感器将信号传递到中央处理器(CPU)以对显示器进行控制。传感器本身并不具有用于与用户通信的任何装置。要求显示器来与用户进行通信。同时，显示器与传感器的组合是一种复杂而昂贵的系统。

发明内容

希望提供一种用户互动器件，这种用户互动器件能够探测用户与这种器件的互动，并且能够向用户提供反馈，而无需将这种用户互动器件与昂贵的显示器耦合。

本发明的用户互动器件包括：

光学模块，所述光学模块具有物质层和电气开关，所述电气开关包括在所述物质层的相对的侧面上的两个电极，以用于在第一视觉状态与第二视觉状态之间电气切换所述物质层，其中所述物质层包括用于将环境光的一部分散射的散射层，

用于将所述散射的环境光的部分反射的反射层，

探测器，所述探测器用于探测物理对象的触摸或邻近，以及

控制单元，所述控制单元用于响应于对所述物理对象触摸或邻近的探测而对所述电气开关进行控制。

这种探测器通常适合于探测通过物理对象的触摸或邻近的用户输入事件。根据探测器的类型探测不同种类的用户输入。例如，这种用户输入是用户对器件的触摸、用户与器件的特别邻近(如预定距离)、用户所触摸的器件上的特定位置。物理对象可以是用户的手指、触笔等。

这种光学模块虑及了响应于对物理对象出现的探测的向用户的视觉反馈。根据本发明的光学模块包括这种物质层，在施加电场如通过电气开关加到这种物质的压差时，这种物质改变其视觉状态。例如，这种电气开关包括两个透明电极(如铟锡氧化物ITO，或者铟锌氧化物IZO)，这两个透明电极在该层的相对侧面并用于将压差加到这种物质。这种光学模块比如公知的LCD和CRT显示器要廉价得多。

这种层可以是一种基于如PDLC(聚合物分散液晶)、聚合物网络液晶或液晶凝胶的散射物质。这种物质可将其视觉状态从透明状态改变成散射状态，反之亦然，即从散射状态改变成透明状态。术语“散射”是指以任意方向引导光。出于漫反射的原因，在散射层上引导的环境光的一部分被部分地反射。这种环境光可以是室内的灯光或阳光，这种器件位于这种室内。这种散射层允许将对象隐藏在散射层之后。我们的发明名称为“An image display apparatus”的欧洲专利申请号05109148公开了可将这种光学模块用于隐藏显示屏，如电视屏幕。除了散射层和电气开关之外，这种光学模块还包括反射层，以改进环境光的反射，例如，这种反射层在显示屏与散射层之间。我们的欧洲专利申请号05109149公开了一种光学模块(电光开关)，这种光学模块也可用在本发明之中。将一种反射层加在这种光学模块中，以提高散射层的寻址带的复用比。

在这些视觉状态的一种状态中，这些电极之间的压差可最小，以避免不必要的能力消耗。优选将这种光学模块设计成使最小电压加到其上的物质的视觉状态对应于在并不主动使用这种光学模块的情况下所需的透明或不透明。在主动使用这种光学模块时如对用户与这种器件的互动进行探测时，触发这种物质的另一种视觉状态，此时，施加较高的压差。

根据本发明，通过物理对象的出现探测用户向器件的输入。为了产生用户互动界面，这种器件适合于对用户的输入作出反应。器件对用户的反馈包括物质如光学散射物质的视觉状态的改变。出于这种目的，这种器件包括这种控制单元，这种控制单元用于响应于对这种物理对象出现的探测而通过这种电气开关触发这种物质的视觉状态的改变。因此，将这种探测器和光学模块结合以产生一种主动用户互动界面，而无需任何另外的显示器件。

有利的是，可将探测器和电气开关集成以探测用户输入，这样就降低这种器件的复杂度和成本。例如，可通过将电气开关的这些电极中的一个用作感测用户对电极的触摸的电阻传感器来实现这种集成。当这些电极上的压差低于这种物质改变其视觉状态的水平时，可以用触感模式运行电气开关的这些电极，且在压差高于这种水平时以视觉切换模式运行电气开关的这些电极。例如，可首先用触感模式运行这种电气开关。在探测到这种触摸时，可以用视觉切换模式运行这种电气开关。

本发明的系统包括用户互动器件和显示器件，如LCD显示器或CRT显示器。

本发明的用户互动方法包括以下步骤：

利用光学模块，所述光学模块具有物质层和电气开关，所述电气开关包括在所述物质层的相对的侧面上的两个电极，以用于在第一视觉状态与第二视觉状态之间电气切换所述物质层，其中所述物质层包括用于将环境光的一部分散射的散射层，并且所述光学模块还包括用于将所述散射的环境光的部分反射的反射层，

探测物理对象的触摸或邻近，以及

响应于对物理对象触摸或邻近的探测而对所述电气开关进行控制。

这种方法描述了本发明的器件的运行。

附图说明

将通过示例并参考下面的附图对本发明的这些和其它方面进行进一步说明和描述：

图1是根据电阻感测技术的触摸屏的功能性框图；

图2是根据本发明的器件的实施例的功能性框图，在这种器件中，电气开关的电极中的一个用于探测用户的触摸；

图3是根据本发明的器件的实施例的功能性框图，在这种器件中，电气开关的电极中的一个可用于探测用户的触摸位置；

图4是本发明的方法的实施例。

为了简短和清楚，在整个这些附图中，本发明的器件的相同的或相应的构件和元件将带有相同的名称或标记。

具体实施方式

有许多公知的探测用户的手指或触笔对(触摸)灵敏表面的触摸或邻近的方法。在这些公知的方法中，主要的感测技术是电阻、电容和表面声波。这些主要技术为包括传感板和控制器的组件做好了准备。通常将一种触摸框架安装在显示器上方。

图1示出了一种根据电阻技术的触摸屏板组件的示例。在外壳100中的这种组件包括触摸板110、LCD显示器180和控制器190。

这种触摸板包括柔性层和支撑层，柔性层具有抗磨损和化学物质膜1a和第一透明导电涂层1b，且支撑层具有基板2a和第二透明导电涂层2b。膜1a可用柔性材料如透明塑料膜制成，这种透明塑料膜如光学等级的聚酯膜。基板2a可以是一种透明材料，如玻璃和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸脂。涂层1b或2b可以是一种(半)透明金属薄层，如溅射铟锡氧化物(ITO)。柔性层和支撑层由绝缘可分拆隔片分离，如透明隔离点或隔离圈3。还可将粘合剂涂覆在柔性层与支撑层之间的边缘上。这些层也可由一种垫圈分离。

在运行时，可将从一个边缘到另一个相对的边缘的线性压降加到这些涂层1b或2b中的任何一个上。将另一个相对的电极用作将压降加到其上的电极的电压探针。当柔性层由触摸压下时，涂层1b和2b相互接触以形成一种电路，且在所触摸的位置通过起到电压探针的作用的电极感测电压，并将电压传输到控制器190以进行处理。

此外，控制器190可包括用于将电压变换成X触摸位置和Y触摸位置的一种模数变换器和某种逻辑电路。通过电压探针所测得的电压与触摸位置坐标成正比。为了确定这种触摸的X坐标和Y坐标，还可将电压加到这些涂层1b和2b。例如，首先将在这些涂层中的一个上所测得的电压平移到X坐标。然后以与前面的压降方向垂直的方向将线性电压加到另一个涂层，以获得Y坐标。电阻技术的优点在于这种技术可对任何触笔起作用，包括戴手套的手。

涂层1b或2b可具有与另一个涂层的导电带垂直的平行导电带。可用如ITO材料或导电油墨形成这些导电带。

可用触摸板来实现这种电容感测技术，例如，这种触摸板用涂有导电材料如ITO的玻璃制成并连接到电源。当用户触摸这种触摸板时，用户的人体电容可引起电容场(capacitance field)的特征的变化。电子电路如位于触摸板的角中的电子电路对失真进行测量。可从所测得的失真计算这种触摸的X坐标和Y坐标。这种电容触摸技术可有效地感测裸露手指的触摸，但对笔或戴手套的手指的触摸并不有效。不过，若笔设有如一种谐振线圈，则就能够感测这种笔。若这种触摸板与一种显示器一起使用，则可将这种电容感测涂层设在显示器之后，以提高显示器的能见度。

表面声波技术采用听不到的波，如超声波，这些听不到的波沿着这种触摸板的表面从一个边缘传播到另一个相对的边缘。这些波沿着触摸板的表面分布性传播。由于所导致的不同的路径长度的原因，这些波按时间顺序达到传感器的侧面。这样，触摸坐标就与时延成比例，即从波的发射到波到达传感器的侧面的延迟。当触摸这种表面时，穿过触摸位置传播的波的能量部分地衰减。这样就探测这种衰减并指明相应的时延，并将这种时延平移到触摸坐标位置。

根据本发明，将一种用于探测物理对象的出现的探测器用在这种用户互动器件中。这种探测器可适合于以电阻技术、电容技术或前面所描述的表面声波技术的原理为基础感测用户或问题如笔的触摸或邻近。

为了生成向用户的反馈，本发明的用户互动器件还包括一种用于提供视觉响应的光学单元和一种用于响应于对用户输入探测的控制单元而触发这种视觉响应。

图2示出了本发明的一个实施例。在此实施例中，器件200包括光学单元210、控制单元290和备选显示器280。光学单元210可包括物质层5，这种物质如一种极化仪，这种极化仪的视觉状态适于通过加上电场进行切换；光学单元210还可包括一种电气开关，如电极6a和6b，这种电气开关用于将这种物质在其第一视觉状态与第二视觉状态之间电气切换。光学单元210可设有用如一种绝缘材料制成的基板7，这种绝缘材料如玻璃或塑料。

可电气切换物质的层5的一种示例是一种散射层，这种散射层布置成将环境光222的至少一部分任意改变方向并且还可将该至少一部分反射，这种环境光222如来自环境光源220的日光。不同种类的物质可用于形成层5。例如，可使用具有透明状态和不透明状态的物质，就隐藏效果而言，这种物质特别适于与显示器280结合使用。若这种物质具有透明状态，则用透明导电材料制成这些电极6a和6b是有利的，这种透明导电材料如ITO或IZO。层5中的这种物质可基于如胆甾型液晶，这些胆甾型液晶可根据某些条件和所施加的电场在扩散反射、镜面反射、散射和透明状态之间切换。层5还可与一种物质一起使用，这种物质可在两种视觉上不同的不透明状态之间切换，或者可在多种灰度视觉状态之间切换。

层5还可设有一种用于将环境光的部分反射回如该散射层的反射层5a。反射层5a可基于一种极化仪，这种极化仪如一种散射极化仪或一种反射极化仪，这种散射极化仪具有用于各自的极化方向的不同表现，这种反射极化仪如在我们的发明名称为“An image displayapparatus”的欧洲专利申请号05109148中详细公开的反射极化仪。还可将反射层5a布置在层5之外，如在基板7与显示器280之间。

器件200包括这种探测器，这种探测器用于根据电阻技术探测物理对象的出现，例如，用一种简单的导电元件实现这种电阻技术。当用户触摸这种元件时，控制单元可记录如这种元件的阻抗的变化。这种阻抗的变化可用信号表示用户与器件互动。这种导电元件可与光学模块210分开提供。不过，当这种导电元件与这种光学模块结合时，就实现这种器件的更加简单而有效的结构。例如，电气开关的电极6a适合于起到这种探测器的作用。

在图2的实施例中，电极6a和6b耦合到控制单元290的适配器290a。适配器290a适合于将所要求的电压加到这些电极。在触感模式中，电极6a与6b之间的压差不足以在光学模块210的视觉状态之间切换，但足以探测电极6a中的阻抗变化。这种电阻的变化由控制单元290的控制器290b记录。在响应时，控制器290b可触发这种适配器以改变电极6a与6b之间的压差，以使层5的物质从一种视觉状态向另一种视觉状态切换。

控制器290b可实现为一种数据处理单元，这种数据处理单元适当地布置成实现本发明并且使本说明书中所描述的器件能够运行。适配器290a可包括用于向层5提供所要求的电压的电源装置和电路。

这种电气开关的电极6b可包括驱动电极的一种或多种晶格，以通过如在我们的欧洲专利申请号05109149中公开的对应电极的被动矩阵寻址在这些视觉状态之间切换层5的各自的部分。也可将这些晶格定位于分离的电极层中，以产生多功能显示器。

有利的是，反射层5a可包括一种导电材料。这种反射层可适合于根据电容感测技术探测物理对象邻近。

图3示出了器件300，器件300与示于图2中的器件200的主要区别在于用于物理对象的出现的探测的装置。器件300还包括柔性层，这种柔性层具有膜11a和导电涂层11b。可用柔性材料制成这种膜1a，这种柔性材料也可透明，如光学等级的聚酯膜。导电涂层也可是透明的，例如，用溅射ITO材料制成。柔性层和电极6a由绝缘弹性隔片12分离，如透明隔离点或隔离圈。

应注意图3中的元件的布置可不同于图中所示出的布置。例如，膜11a可以是硬基板，而电极6a和6b以及物质层5可具有柔性。为了将这种物质保持在层5中的适当位置，可将另一种支撑层(未示出)设在电极6a与层5之间，而这种物质仍可电气切换。

在这种触感模式中，将控制单元390的一种适配器390a构造成向涂层11b供应电压。当用户用手指或触笔触摸这种柔性层时，涂层11b接触电极6a，而且产生一种电路。这种电气接触触发这种适配器，以向控制单元390的控制器390b传递信号。可将这种控制单元构造成对这种适配器进行控制，以向电极6a和6b施加电压，以将物质层5从一种视觉状态向另一种视觉状态切换。根据特定实现方式，对施加到涂层11b和电极6a的电压水平进行选择。

可将探测器构造成探测触摸的位置，例如，这种探测通过测量涂层11b的电阻和/或电极6a的电阻来进行。例如，可将控制器390b构造成利用电极6a作为一种探针来首先测量接触点与涂层11b的边缘中的一个之间的阻抗，以确定一个坐标，如X坐标。然后通过将电极11b作为一种探针来再次测量该接触点与这些侧面中的一个之间的阻抗，且将该侧面选择为与在确定另一个坐标时所选择的电极6a的侧面垂直。例如，若电极6a的总电阻R为(A×R+(1-A)×R)，则可利用这些测量值确定触摸位置，式中，0＜A＜1，且参数A取决于这种触摸位置。

在一种先进的实施例中，将控制器390b构造成对适配器390a进行控制，以驱动作为各自的所确定的位置的光学显示的电极图案。例如，当器件300具有体积控制带的形成且用户在中间触摸这种带时，这种带的一半被示出，这样，用户就获知相应地设置这种体积。

显示器280是备选的。也可将器件300安装在显示屏之外的任何表面上。例如，可将器件300嵌入一种窗口内，这种窗口的玻璃或塑料可起到基板7的作用。这种窗口往往在汽车和公共终端等中是有利的，在汽车中，驾驶员往往能够触摸前窗口以进行控制，这种公共终端如ATM，在ATM中，往往并不要求大型的分离显示器。

可选择层5的物质，以使这种物质的视觉状态中的一种匹配于或取决于一种环境色彩。例如，在将这种器件覆盖在具有灰色外壳的TV显示器280上时，这种物质可在透明状态与灰色之间切换。在将这种TV关闭时，这种器件具有灰色，且在用户观看这种TV时，这种层5是透明的。

在本发明的一个实施例中，这种器件适合于测量物理对象的压力。例如，测量手指或触笔在器件200的电极6a上的压力。可像从US 5,510,813获知的那样来实现适合于测量这种压力的探测器。在公知的测量触摸的压力的方法中，这种器件的支撑装置适合于响应于所加的触摸压力而引起导电板之间的变窄。这些板之间变窄的距离导致电容的变化。从所测得的电容确定这种压力。

图4示出了本发明的方法的实施例。这种方法包括与层5和电气开关一起使用这种光学模块的步骤410，这种电气开关作为一种用户反馈装置。在步骤420中，如结合图2和图3所说明的那样通过探测器探测一种物理对象的出现。在步骤430中，响应于所探测的用户互动而对这种电气开关进行控制，以使这种视觉反馈提供给用户。可如结合示于图2和图3中所示出的器件所说明的那样得出这种方法的另一种实施例。

在本创造性概念的范围内可有所描述的这些实施例的变化和修改。例如，可在一种单器件中单独实现根据本发明的系统，而无需显示屏180或280。

可将这种器件集成到各种消费者电子器件中，如电视机(TV机)、VCR、DVD记录仪或HDD记录仪、家庭影院系统、便携式CD播放器、遥控器件和蜂窝电话等，这种遥控器件如一种iPronto遥控器。

Claims

1.一种用户互动器件(200、300)，所述用户互动器件(200、300)包括：

光学模块(210、310)，所述光学模块(210、310)具有物质层(5)和电气开关，所述电气开关包括在所述物质层的相对的侧面上的两个电极(6a、6b)，以用于在第一视觉状态与第二视觉状态之间电气切换所述物质层，其中所述物质层包括用于将环境光(222)的一部分散射的散射层，

用于将所述散射的环境光的部分反射的反射层(5a)，

探测器(6a、11b)，所述探测器(6a、11b)用于探测物理对象的触摸或邻近，以及

控制单元(290、390)，所述控制单元(290、390)用于响应于对所述物理对象触摸或邻近的探测而对所述电气开关进行控制。

2.如权利要求1所述的器件，其特征在于：将所述电气开关和所述探测器集成，以探测所述物理对象的触摸或邻近。

3.如权利要求2所述的器件，其特征在于：所述两个电极中的一个用于探测所述物理对象的触摸或邻近。

4.如权利要求1所述的器件，其特征在于：所述散射层包括液晶聚合物组分。

5.如权利要求1所述的器件，其特征在于：将所述探测器构造成测量压力。

6.如权利要求1所述的器件，其特征在于：将所述探测器构造成探测触摸位置。

7.如权利要求1所述的器件，其特征在于：所述物质层具有透明的第一视觉状态或第二视觉状态。

8.如权利要求1所述的器件，其特征在于：所述物质层具有对应于环境色彩的第一视觉状态或第二视觉状态。

9.如权利要求1所述的器件，其特征在于：所述探测器包括透明的导电材料。

10.如权利要求1至9中的任一项所述的器件，其特征在于：所述电气开关包括用于在所述第一视觉状态和第二视觉状态之间选择性地切换所述物质层的一部分的多个电极(6b)。

11.一种用户互动系统，所述用户互动系统包括如权利要求1至10中的任一项所述的用户互动器件以及显示器件。

12.如权利要求11所述的用户互动系统，其特征在于：所述用户互动器件覆盖在所述显示器件上，以通过所述用户互动器件显示。

13.一种用户互动方法，所述方法包括以下步骤：

利用(410)光学模块，所述光学模块具有物质层和电气开关，所述电气开关包括在所述物质层的相对的侧面上的两个电极，以用于在第一视觉状态与第二视觉状态之间电气切换所述物质层，其中所述物质层包括用于将环境光(222)的一部分散射的散射层，并且所述光学模块还包括用于将所述散射的环境光的部分反射的反射层(5a)，

探测(420)物理对象的触摸或邻近，以及

响应于对物理对象触摸或邻近的探测而对所述电气开关进行控制(430)。