CN103079097A - 一种新的人机交互技术方法和装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光电感应技术的智能电视人机交互技术。包括如下步骤：选择合适的光电材料，设计和制造集成光电感应元件阵列的光电感应屏及能够反应平面位置信息的控制电路，并将该平面位置信息发送到智能电视机的处理器；设计一种集成了微型激光器的遥控器，制定利用遥控器向光电感应屏发射激光信号的规则，感应屏会产生不同的电信号，不同的激光信号对应着不同的操作命令，从而实现对智能电视的操控。本发明继承了触摸感应作为人机交互技术的所有优点，可以实现多点触控，同时又避免了触摸感应技术不适用智能电视机的远距离操作的缺陷；同时也避免了语音控制和体感操作不能适应复杂环境与操作要求标准化的缺陷。

Description

一种新的人机交互技术方法和装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，特别涉及一种智能电视的人机交互技术方法与装置。

背景技术

互联网的快速发展，尤其是宽带互联网的快速发展，使得电信网、广播电视网和互联网的应用融合成为必然。触控技术已经促使移动电话完成了由简单的通信工具向个人便携式互联网终端的角色转变。当前的广播电视也将面临这种影响深远的角色转变：被动的内容接收和播放器转变为可以人机互动的互联网通信终端——即智能电视。

触控技术被称为最人性化的人机交互技术，因为其实现了人与机器最直接的接触与沟通。因此，触控技术在短短几年内就成就了苹果和谷歌在个人移动终端领域的霸主地位，使得曾经的巨无霸诺基亚毫无招架之力。但是触控技术在智能电视上的应用存在无法弥补的缺憾——无法远距离操控。

当前智能电视方兴未艾，传统的红外遥控技术显然无法满足智能电视的多种控制要求，新的技术被不断开发和应用到该领域。当前主要包括语音控制、体感控制和无线通信技术。各智能电视开发商都是基于以上三种技术进行深度开发与应用，如专利201110141433.5，201110397233.6，201110422374.9，201110412192.3，201210190790.5，201110348024.2，201220068882.1和201220068884.0。

但是语音控制和体感控制技术都存在局限性，如语音控制在吵杂的环境中如何分辨，使用人发音是否准确，更别说对方言的辨认和失语人员的使用如何满足的问题；而体感控制也存在着人物环境复杂时的命令分辨问题，其依赖的摄像头要求的视场范围严格。而且多摄像头始终处于工作状态，也不符合节能的需求。同时这些人机交互技术都需要相应的数据库和新的操作软件来支撑，这对智能电视对现有互联网内容的应用将带来极大的局限性。再者，上述人机交互技术对于老人和儿童来说都过于复杂，操作起来不轻松，况且，也不符合家庭成员在一起使用。

因此，当前急需一种适用于智能电视的人机交互技术，使得智能电视可以在不改变人们的应用习惯的条件下方便的满足人机互动，同时又兼容现有的操作系统和互联网内容。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提出一种基于光电感应的人机交互技术方法，既可以继承触控技术的优点，实现在windows、Mac OS 、Android和各种当前基于触控技术的操作系统的直接移植，又实现了智能电视的远距离遥控，最远可以达到数十米；同时又避免了语音控制和体感控制技术在复杂环境中的局限。

为实现这个要求，本发明采用如下技术方案：

智能电视显示屏前端加装一集成了薄膜光电感应元器件阵列的透明屏，该薄膜光电感应屏具有相应的控制电路并与智能电视控制系统连接，实现光电感应信号的传输；遥控器加装一个或者一组有一定排列规则的具有特定亮度和强指向性的光源，该光源至少有一个能够起到指示作用，如红激光；利用遥控器向光电感应屏任意区域发出有规则的光信号，光电感应屏的被照射区域产生相应的电信号并对控制电路发出信号。

其具体步骤如下：

步骤一，按照薄膜晶体管阵列设计方法和制造工艺设计和制造一种集成薄膜光电感应器件阵列的透明屏及控制电路；薄膜光电感应器件包括薄膜光敏电阻、薄膜光敏二极管、薄膜光敏三极管等。光电感应屏可以是感应红外光、单色可见光（红色光、橙色光、黄色光、绿色光、青色光、蓝色光、蓝绿色光和紫色光）或者紫外光中的一种或者多种。

步骤二，将步骤一的透明屏安装在显示屏的前端，将感应屏的控制电路与显示器的控制电路连接，实现光电信号传输。连接方式可以参照当前触摸屏与显示屏的连接方式。

步骤三，在遥控器上加装一个或者一组具有特定亮度和强指向性的光源，如发射特定波长激光的微型激光器，包括微型红外激光、微型单色可见光激光器和微型紫外光激光器。光源分为指示光源和控制光源。指示光源用于定位，其作用相当于鼠标的指针或者触摸屏手指；控制光源用处发出操作命令，其作用相当于鼠标的按键。遥控器上的激光光源可以只有一个单独激光光源，该光源具有指示和控制的双重作用；也可以一组激光光源，分为指示光源与控制光源。

使用方法如下：

步骤一，打开智能电视，进入智能电视操作系统界面中，如基于Android系统、MAC OS系统、Unix系统、Linux系统和windows系统等开发的智能电视操作系统和其他新开发的智能电视操作系统。

步骤二，手持遥控器，启动指示用激光光源，调整遥控器指示方向，使激光光斑移动到图标或者链接内容，启动控制用激光光源，该显示内容正上方的感应屏接收到控制光源的激光照射，从而产生电信号，感应屏的控制电路将获得产生电信号的光电感应器件的平面位置(X轴和Y轴坐标)信息，并将该坐标信息发送到智能电视的处理器。

按照一定的规则向光电感应屏发射控制用激光信号，可以实现各种人机交互操作。如，向光电感应屏某一位置发射控制用激光信号并持续照射，实现类似鼠标或者触摸屏的“选中”操作；向光电感应屏某一位置发射控制用脉冲激光信号，实现类似鼠标或者触摸屏中的“选中和确定”操作；向光电感应屏某一位置发射控制用激光信号持续照射并在感应屏上移动激光光斑，实现类似鼠标或者触摸屏中的“拖拽”“移动”操作；向光电感应屏某一位置连续两次发射控制用脉冲激光信号，实现类似鼠标或者触摸屏中的“放大”或“缩小”操作；向光电感应屏任意位置发射控制用激光信号并移动光斑与输入法或者绘画软件相结合，实现类似鼠标或者触摸屏中的“手写输入”与绘画等操作。

由于激光具有定向性，光束的发散性极小。微型激光器发射激光束照射到显示屏上时，可以忽略距离远近造成的光束发射，光电感应屏被激光束照射的面积与出光口光束面积相同。微型激光器发射的激光光束直径可以达到mm级别，被此尺寸的激光束照射时，光电感应屏上产生光电效应的面积很小，也是mm级别，因此，可以在智能电视上实现精确选择和定位等操作，从而避开了触摸屏感应面积大而带来的定位不精确的缺陷。

当有两束及两束以上的控制用激光信号同时照射光电感应屏时，也可以实现类似于触摸屏的多点控制技术。

附图说明

图1 为薄膜光电感应器件阵列透明屏结构示意图。

图2 为单个光电感应器件接头示意图。

图3 为加装了光电感应屏的智能电视结构示意图。

图4 为加装特定光源的遥控器。

1—TFT玻璃基板 2—薄膜光电感应器件阵列 3—薄膜光电感应器件 4—TFT用玻璃基板 5—薄膜光电感应器件电极与连线 6—绝缘封装层 7—显示屏 8—薄膜光电感应屏 

9—指示用微型红光激光器10—控制用微型激光器

具体实施方式

本发明可以以如下方式实施：

步骤一，选择特定的光电材料。如对紫外线较灵敏的材料，包括硫化镉、硒化镉等；对红外光较灵敏的材料，主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅、锑化铟等；对可见光较灵敏的材料，包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌等。

步骤二，根据技术要求，如光电感应器件大小、薄膜厚度和透光度等，按照与薄膜晶体管阵列设计相似的方法设计薄膜光电感应器件阵列与电路；如紫外光敏电阻器阵列、红外光敏电阻器阵列、可见光光敏电阻器阵列，或者紫外光二极管阵列、红外光二极管阵列、可见光二极管阵列，或者紫外光三极管阵列、红外光三极管阵列、可见光三极管阵列，如图1所示。各个薄膜光电感应器件由薄膜电路连接，并由控制电路进行控制。控制电路主要是对阵列中的薄膜光电感应器件进行编码，生成各光电感应器的X轴和Y轴平面坐标，实现对被光照的薄膜光电感应器件进行定位，并将坐标信息传送智能电视软硬件控制系统。

步骤三，在玻璃基片上制造设计的薄膜光电感应器件阵列并封装，制成透明的薄膜光电感应屏，如图2所示。玻璃基片为平板显示用玻璃，其尺寸大小由生产线决定。在玻璃基片上制造光电感应器件阵列的工艺包括：物理气相沉积，化学气相沉积，化学物理气相沉积，光刻，刻蚀，抛光，退火等半导体制造工艺。

步骤四，将制成的光电感应屏加装到智能电视的显示屏前并与其控制电路连接，连接方式可以参照触摸屏的连接方式，如图3所示。显示屏包括CRT电视机、TN显示屏、TFT-LCD液晶显示屏、PDP显示屏、OLED显示屏或者投影屏幕等。

步骤五，设计和制造带有微型激光器的遥控器，如图4所示。该微型激光器发出的激光波长与光电感应屏的感应光波波长相近，当用激光光束照射感应屏时，被照射区域发生光电感应，控制电路将被照射区域的平面坐标位置发送智能电视的中央处理器，中央处理器根据接收到的电信号发出相应的操作命名，从而实现人机互动。

步骤六，使用遥控器按照前文所述的规定的规则对感应屏发出光信号，实现与智能电视的人机互动操作。

Claims (12)

1.一种智能电视人机交互方法，其特征在于：

A、在普通电视显示屏前加装具有光电感应功能的透明屏成为一种智能电视显示屏；

B、配套的遥控器具有发射某种波长激光的微型激光器；

C、利用遥控器向智能电视显示屏发射规则的激光信号完成人机交互操作。

2.权力要求1所述的智能电视显示屏，其特征在于：

在电视显示屏的前端加装有集成了薄膜光电感应器件阵列的透明屏，该透明屏具有相应的控制电路并与智能电视控制系统连接。

3.权力要求1所述的具有发射某种波长激光的微型激光器的遥控器，其特征在于：

该遥控器加装有一个或者一组有一定排列规则的具有特定亮度和强指向性的光源，该光源至少有一个能够起到指示作用，如红激光；利用遥控器向该透明屏的任意区域发出有规则的光信号，该透明屏的被照射区域产生相应的电信号，对控制电路发出信号，实现特定操作。

4.权力要求2所述的集成为阵列的光电感应屏上的薄膜光电感应器件，其特征为薄膜光敏电阻、薄膜光敏二极管和薄膜光敏三极管中的任一种。

5.权利要求2所述的集成了光电感应器件阵列的透明屏包括无机透明材料（如玻璃）和有机透明材料（如各种有机玻璃和透明高分子材料）。

6.权利要求2所述的集成了光电感应器件阵列的透明屏的控制电路，其特征在于能够对光电感应器件阵列进行编码和向智能电视处理系统传输信号。

7.权力要求2所述的显示屏包括CRT显示屏、TN液晶显示屏、TFT-LCD液晶显示屏、PDP等离子显示屏和OLED有机发光显示屏。

8.权利要求3所述遥控器加装的具有特定亮度和强指向性的光源为微型激光器。

9.权利要求3所述遥控器上的指示性光源为微型红激光器。

10.权利要求3所述遥控器上的控制用光源为微型紫外光激光器、微型红外光激光器、微型红光激光器、微型绿光激光器、微型蓝光激光器或者微型蓝绿光激光器。

11.权利要求3所述的遥控器发出的控制光信号规则包括：持续式照射、间断式照射、脉冲式照射、照射移动、多光束旋转，分别实现“选中”、“点击确定”、“拖拽移动”、“旋转”

、“放大”与“缩小”的操作命令。

12.权利要求3所述的遥控器发出规则光信号的操作命令与输入法软件和绘画软件结合可以实现手写输入和绘画的操作。

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