CN103154861A

CN103154861A - 用于触摸屏幕的系统和方法

Info

Publication number: CN103154861A
Application number: CN2010800698579A
Authority: CN
Inventors: R.坎贝尔
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2013-06-12
Also published as: WO2012030322A1; EP2612224A1; US20130154989A1; EP2612224A4; TW201209682A; TWI547846B

Abstract

本发明的实施例提供了一种触摸屏。触摸屏包括被配置成确定接近于屏幕的前表面的对象的位置的触摸检测器以及被配置成确定对象在屏幕上放置的力的力检测器。

Description

用于触摸屏幕的系统和方法

背景技术

触摸屏幕可以使用电阻、电容或光学检测系统来确定与触摸屏幕的接触位置。与触摸屏幕的接触位置可以例如选择在触摸屏幕上显示的对象。

附图说明

在以下详细描述中并参考附图来描述某些示例性实施例，在附图中：

图1A是根据本发明的实施例的具有具有叠加在前表面106上的光学检测器104的屏幕的监视器的图；

图1B是根据本发明的实施例具有具有叠加在屏幕周界周围的光学检测器的屏幕的监视器的图；

图2是示出了在本发明的实施例中可以存在的功能的图1的监视器的方框图；

图3是根据本发明的实施例的一体式（all-in-one）计算机系统的图；

图4是示出了在本发明的实施例中可以存在的不同单元的一体式计算机系统的方框图；以及

图5是根据本发明的实施例的可以用来使光学触摸系统与力传感器相关的方法。

具体实施方式

本发明的实施例提供了一种将力传感器结合到保持屏幕的底座中的触摸屏幕。触摸检测器可以确定接近于屏幕的前表面的对象的位置和尺寸，但是可以不确认实际触摸或报告接触的力。在实施例中，可以使由力传感器报告的力与触摸的位置相关。如本文所讨论的，该相关可以用来修改在屏幕上显示的项目的特征，诸如虚拟刷尺寸、线尺寸、文本尺寸或其任何组合。此外，可以以任何数目的其他方式来使用该相关，例如以允许至少部分地基于施加于力触摸屏幕的力的图的不同层上的对象的选择。

如本文所使用的，屏幕是显示单元，诸如薄膜晶体管液晶显示器，其可以用来示出由程序输出的项目。监视器是具有屏幕及用于将屏幕保持在适当位置并在屏幕上显示数据的物理和电子结构的单元。一体式计算机将具有被构建到壳体中的屏幕，该壳体还包含处理器及其他单元，并且其起自包含式计算机系统的作用。

图1A是具有具有检测器104的屏幕102的监视器100的图。检测器104可以在屏幕102的周界106周围，根据本发明的实施例，可以在屏幕102前面，或者可以在另一位置上。检测器104包括检测器108和发射器110，其可以例如位于屏幕102的上拐角处的光学检测器104中。在实施例中，可以使用二维光学检测器104，其中，光学检测器104的内部侧表面112和内部底表面114可以是反射式的。在本示例中，发射器110可以连续地或间歇性地发射光信号，诸如红外（IR）信号。光信号被从侧表面112和底表面114反射并被检测器108检测。将诸如指尖之类的对象接近于屏幕放置可以降低在屏幕102上的特定位置处所检测的强度，这可以促使光学检测器104报告一组x、y坐标处的触摸。可以使用不同的阈值来确定触摸，诸如光强度25%的降低、50%的降低、75%的降低或者甚至更高。在另一实施例中，可以使用三维光学检测器104。在本示例中，发射器110可以发送出脉冲光信号。来自光信号的反射被检测器108接收到，并且发射和检测的脉冲之间的飞行时间确定可以用来识别接近于屏幕的对象的x、y和z坐标。

发射器108和检测器110不限于上文所讨论的布置，因为在本技术的实施例中可以使用任何数目的光学检测系统。例如，可以使用交叉照明幕，其中，与沿着顶表面的第一组检测器相对，沿着光学检测器104的底表面放置第一组发射器。可以与第二组检测器相对在一侧光学检测器104处放置第二组发射器。在本实施例中，发射器和检测器的交叉配置产生垂直和水平光束，其可以用来确定接近于屏幕102的前表面106的对象的位置，例如，通过识别哪些光束被中断。此外，可以使用中断光束的数目来确定接近于前表面106的对象的尺寸。

监视器100还可以具有被结合到支撑屏幕102的支架（stand）118中的一个或多个力传感器116。力传感器116可以位于支架118中的任何数目的位置上，例如在被附着于保持屏幕102的壳体124的背面122的托架(bracket)120中。力传感器116不限于此位置，并且可以位于任何数目的其他位置上。例如，力传感器116可以位于保持支架118的基座（pedestal）126中，诸如在其中支架118连接到基座126的点1128处。相对于图1B来讨论本实施例。

监视器100可以具有用于耦合到计算机系统130的许多输入和输出系统。例如，视频系统可以通过将监视器100耦合到计算机系统130的视频电缆132来获得视频信号。信号系统可以使用信号电缆134来向计算机系统130提供触摸和/或力数据。例如，信号系统可以是通用串行总线（USB）系统或用于将信号从监视器100载送至计算机系统130的任何数目的其他系统。

在实施例中，尤其，可以使用诸如以太网电缆或HDMI电缆的单个电缆来从两个系统载送两个信号。

可以将其他单元附着于计算机系统130。例如，计算机系统130可以具有用于输入文本和命令的键盘136，虽然可以将监视器100的触摸屏幕用于文本输入。此外，计算机系统130可以具有以太网或其他网络连接138。

图1B是根据本发明的实施例具有具有叠加在屏幕周界周围的光学检测器的屏幕的监视器的图。在本实施例中，还可以将力传感器116定位于保持支架118的基座126中，例如，在其中支架118附着于基座126的点128处。可以将力传感器116定位于任何数目的其他位置上，诸如在基座下面。此外，支架不限于附着于监视器的背面，而是可以附着于壳体124的底座。相对于图2来进一步讨论监视器100的内部结构。

图2是图1的监视器100的方框图200，示出了在本发明的实施例中可以存在的功能。如方框图200中所示，监视器100具有被耦合到驱动器202的屏幕102，驱动器202保持激活单独像素所需的电路，诸如薄膜晶体管（TFT）背板。可以将驱动器202耦合到总线204以便与监视器100中的其他单元通信。监视器100可以具有被耦合到总线204以执行各种功能的处理器206，所述功能诸如将视频信号解码或确定触摸的位置或测量屏幕102上的力。处理器206可以通过总线204来访问存储器208。尤其，存储器208可以包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。ROM可以用来存储被处理器206使用的程序，例如，被配置成指引处理器206通过总线204来访问光学传感器104并确定对象正在阻挡光束的一部分且因此接近于屏幕102的代码。存储器208的ROM还可以用来存储被配置成指引处理器206对力传感器116进行轮询例如以确定是否已向屏幕102的前面施加力的代码。RAM可以用来保持中间结果，诸如解码的视频帧或关于被阻挡的水平和垂直光束的数据，而处理器206使用该结果来计算接近对象的位置。RAM还可以用来保持来自力传感器116的值，同时从光学传感器104确定相应的位置。

监视器100可以包括被耦合到总线204的视频接口210。可以将视频接口210配置成通过视频电缆132从计算机系统130获得视频数据。处理器206可以处理视频信息，例如在将视频信息发送到驱动器202以在屏幕102上显示之前将其缓存在存储器208中。监视器100还可以具有被耦合到总线204的触摸系统接口212。处理器206可以使用触摸系统接口212通过诸如USB电缆的接口电缆134将从光学传感器104识别的用于对象的位置和尺寸信息以及来自力传感器116的力信息传输至计算机系统130。在实施例中，存储器208包括被配置成只有当检测到大于阈值值的力时才指引处理器206报告触摸、例如用于接近于屏幕102的对象的尺寸和位置信息的代码。例如，监视器100可以不对小于约0.25 N、0.5 N、1 N或5 N的触摸进行定位或报告。在其他实施例中，监视器100可以使用光学传感器104来检测任何光学扰动，例如屏幕102上的任何位置处的任何光的强度的大于约75 %、50 %或10 %的降低，并且在检测到光学扰动时报告尺寸位置和力读数。

在实施例中，计算机系统130可以具有许多单元，包括硬件和软件，以促进位置、尺寸和力信息的使用。例如，计算机系统130可以具有视频系统214以通过视频电缆132向监视器100提供视频信号。计算机系统130还可以例如在操作系统中具有人机接口（MMI）216，以从监视器100接收位置信息并将信息转换成指针位置。MMI 216还可以对接至键盘136以获得文本信息。计算机系统130将具有处理器218以操作提供功能的软件和硬件模块。存储系统220可以存储被配置成指引处理器218启动和运行程序的代码模块，例如提供用于本发明的实施例的功能。存储系统220可以包括非临时计算机可读介质的、包括随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、硬盘驱动器、光学驱驱动器、RAM驱动器、闪盘驱动器等的任何组合。模块可以包括例如鼠标驱动器222，其被配置成指引处理器使用来自监视器100的位置信息来提供鼠标或指针功能，诸如移动或选择在屏幕102上显示的项目。其他模块可以包括图形程序224，诸如绘图程序或计算机辅助设计（CAD）程序，其被配置成指引处理器基于由力传感器116测量的力的量来修改从光学传感器104确定的位置处的在屏幕102上示出的项目的特征。

在计算机系统130中可以包括其他单元以提供另外功能，诸如被配置成为计算机系统130提供通过网络电缆138的网络接入的网络接口卡（NIC）226。技术不限于用单独计算机系统130进行操作的独立监视器100。替代地，可以将上文所述的所有功能包括在单个一体式计算机系统中，如相对于图3和4所讨论的。

图3是根据本发明的实施例的一体式计算机系统300的图。一体式计算机系统300包括叠加在屏幕304的前表面上的光学检测系统302。关于先前所讨论的监视器100（图1），可以将光学检测系统302构建到一体式计算机系统300的壳体中。光学检测系统302如相对于监视器100的光学检测器104所述的那样运行。此外，可以将力检测传感器306放置在保持一体式计算机系统300的支架308中。如相对于用于监视器100的力传感器116所述的，可以将力检测传感器306放置在将一体式计算机系统300保持到支架308的托架（bracket）310中。在实施例中，可以将力检测传感器306放置在其中支架308接合基座312的点314处的基座312中。

一体式计算机系统300一般将包括用于直接输入和输出的许多设备。例如，可以附着键盘316以允许输入文本和命令。在实施例中，可以省略键盘316以支持将光学检测系统302用于数据输入的屏幕上键盘。一体式计算机系统300还可以包括单独的指点设备（pointing device），诸如鼠标318，虽然可以将其去掉，并且可以将触摸屏幕用于在屏幕304上示出的项目的选择。一体式计算机系统300可以包括扬声器320、照相机322、网络接口324、驱动器326或任何数目的其他设备。

图4是示出了在本发明的实施例中可以存在的不同单元的一体式计算机系统300的方框图400。在实施例中，处理器402可以通过总线404与各种单元通信，诸如屏幕304。如所示，屏幕304包括驱动器电子装置和屏幕。处理器402还可以通过总线404来监视光学检测系统302和力检测系统306。

存储系统406可以用来保持用于一体式计算机系统400的操作程序，诸如用以启动一体式计算机系统300的程序和用以实现本发明的实施例的程序。存储系统406可以包括非临时计算机可读介质、包括随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、硬盘驱动器、光学驱动器、RAM驱动器、闪盘驱动器等的任何组合。存储系统406可以包括被配置成指引处理器402通过总线404来访问光学检测系统302并确定对象正在阻挡光束的一部分并因此接近于屏幕304的代码。存储系统406还可以用来保持存储代码，该存储代码被配置成指引处理器402对力检测系统306进行轮询，例如以确定是否已向屏幕304的前面施加力。

在实施例中，存储系统406包括被配置成只有当检测到大于阈值值的力时才指引处理器402报告触摸、例如用于接近于屏幕304的对象的尺寸和位置信息的代码。例如，小于约0.1N，0.25 N、0.5 N、1 N或5 N的触摸可能不会被一体式计算机系统300识别或使用。在其他实施例中，一体式计算机系统300可以在有或没有同时施加的力的情况下使用光学检测系统302来检测任何光学扰动，并将尺寸、位置以及力读数提供给应用程序。例如，鼠标驱动器408可以使用位置信息来在所检测位置处在屏幕304上示出了指针图标。在实施例中，当力读数在阈值值以上时，可以仅示出指针图标，如上文所讨论的。

诸如图形软件410的其他应用程序可以使用位置和力两者来至少部分地基于尺寸、位置或力或其任何组合来改变在屏幕上显示的项目的特征。例如，应用程序可以改变虚拟刷尺寸、线尺寸、文本尺寸或其任何组合。此外，应用程序可以使用力输入来模拟真实的物理过程。在本实施例中，应用程序可以允许至少部分地基于施加于屏幕的力来选择所显示层中的对象。如本文所使用的，层可以对应于在屏幕上显示的项目或项目组。在各种应用程序中，项目可以重叠。在屏幕上选择不同的层选择哪些项目可能受到输入的影响。可以将不同的力范围分配给不同的层，较低的力范围被分配给较高的层。作为示例，力范围可以对于顶层而言可以为约0.1至0.25 N，对于中间层而言可以为约0.5至1 N，并且对于底层而言可以为约1.5至2 N。将显而易见的是这些范围和层并不是限制性的，但是可以使用任何数目的可能的不同力范围。

一体式计算机系统300可以包括其他单元以执行不同的功能。例如，可以包括人机接口412以对接到键盘316或外部指点设备320，如果需要的话。此外，可以使用声音系统414来驱动扬声器320或头戴式耳机。另外，可以使用网络接口卡（NIC）416通过网络电缆324、无线网络适配器或其他设备来提供到一体式计算机系统300的网络接入。

图5是根据本发明的实施例的可以用来使光学触摸系统与力传感器相关的方法500。方法500在方框502处从处理器针对光学扰动监视光学检测器开始。光学扰动可以是例如检测器阵列中的一个或多个光束的光强的下降。在方框504处，进行关于光学扰动是否表示触摸的确定。例如，使用二维光学检测器，可以将阈值选择成发起触摸的检测，诸如屏幕上的位置处的光强的75 %、50 %或25 %的下降。使用三维光学检测器，对象与屏幕位置之间的接近位置可以表示诸如与屏幕相距1毫米（mm）、与屏幕相距2mm或任何其他位置的触摸。如果未检测到触摸，则过程流程可以返回至方框502以继续监视。可以与光学检测并行地监视力传感器，如在方框506处所指示的。如果在方框510处未检测到力，则过程可以返回至方框506以继续监视力传感器。在本实施例中，第一组存储器位置可以表示可以被设置成指示已检测到用于光学或力测量的新值的标志，而第二组存储器位置可以保持针对位置、尺寸和力所检测的最后的值。

在实施例中，如果由光学传感器和力传感器两者检测到触摸，则在方框510处，可以由系统来报告或登记触摸的位置、力以及尺寸。该过程然后返回至方框502和506以继续监视光学检测器和力传感器。在某些实施例中，在在由光学检测器定义的位置处登记触摸之前，向屏幕施加力。

应用程序可以使用位置、力和/或尺寸来控制功能，如相对于图4所讨论的。例如，在实施例中，可以在所报告位置处在屏幕上显示虚拟刷。可以由触摸的力、触摸屏幕的对象的尺寸或两者来控制所显示的虚拟刷的尺寸。监视器和一体式计算机系统的应用程序不限于上文所讨论的那些，因为可以创建任何数目的其他可能应用程序。

Claims

1.一种触摸输入系统，包括：

屏幕；

支架，被附着于保持屏幕的壳体；

检测器，被配置成确定接近于屏幕的前表面的对象的位置；以及

力传感器，接近于支架设置，其中，所述力传感器被配置成确定对象在屏幕上放置的力。

2.权利要求1的触摸输入系统，包括一体式计算机。

3.权利要求1的触摸输入系统，包括监视器。

4.权利要求3的触摸输入系统，包括被配置成向外部计算机系统报告力的力传感器系统。

5.权利要求3的触摸输入系统，包括用以向计算机系统报告位置、力或两者的信号系统。

6.权利要求5的触摸输入系统，其中，所述信号系统包括通用串行总线（USB）系统。

7.权利要求1的触摸屏幕系统，包括：

处理器；以及

存储系统，包括被配置成指引处理器在对象的位置处在屏幕上显示项目的代码。

8.权利要求7的触摸屏幕系统，其中，所述存储系统包括被配置成至少部分地基于施加于屏幕的力来确定项目的尺寸的代码。

9.权利要求7的触摸屏幕系统，其中，所述存储系统包括被配置成一旦检测到力、则指引处理器在对象的位置处在屏幕上登记触摸的代码。

10.一种用于操作触摸屏幕系统的方法，包括：

监视触摸检测器以确定接近于屏幕的前表面的对象的位置；以及

通过读取支撑触摸屏幕系统的支架中的力传感器来测量对象在屏幕上放置的力。

11.权利要求10的方法，包括至少部分地基于力来确认对象正在触摸屏幕。

12.权利要求10的方法，包括至少部分地基于尺寸、位置或力或其任何组合来改变在屏幕上显示的项目的特征。

13.权利要求12的方法，其中，所述特征是虚拟刷尺寸、线尺寸、文本尺寸或其任何组合。

14.权利要求12的方法，其中，所述特征是至少部分地基于施加于屏幕的力选择的层上的项目。

15.权利要求10的方法，包括至少部分地基于尺寸、位置或力或其任何组合来改变程序的操作。