CN1320421C - 具有触摸检测能力的用于设备的控制面板及其控制方法 - Google Patents

具有触摸检测能力的用于设备的控制面板及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种设备控制面板，包括一个显示了若干控制图标的图形用户界面(GUI)，这些图标代表该设备的各种控制功能。该GUI上的控制图标具有触觉检测能力，这种触觉检测能力是通过振动触觉显示器、电触觉显示器或是二者的组合提供的。此外在这里还公开了一种用于提供此类控制面板的方法。

Description

具有触摸检测能力的用于设备的控制面板及其控制方法
本申请是2002年6月18日提交的共同未决美国专利申请10/174,284的部分继续申请。
技术领域
本发明涉及的是具有平板图形用户界面(graphic userinterface-GUI)的控制面板。此外，本发明还涉及一种具有此类控制面板的遥控器。
背景技术
消费电子产品设备通常会配备遥控器，以便从舒适用户的安乐椅那里控制该设备。这些遥控器通常是矩形的，它们带有多个按键，用于操作电子设备的各种功能。
然而，随着用户获得的设备越来越多，这些遥控器也开始累积，由此在用户的咖啡桌上就堆积了大量遥控器，随之产生了选择合适的遥控器来控制预期设备的问题。这个问题是借助了通用遥控器来解决的，该遥控器包含了用于控制多个不同设备分类中的多个不同设备的代码，或者使用了此类代码来对该遥控器进行编程。同样，此类通用遥控器的用户可以使用一个通用遥控器来控制他/她的立体声系统、电视接收机、盒式磁带录像机、DVD播放器、CD播放器、电缆盒、卫星接收机等等。
毫无疑问，现在，设计这种可以直观地用于控制所有这些设备的通用遥控器成为了一项壮举。
美国专利5,956,025公开了一种用于家庭娱乐系统并具有按照3D方式组织的图形用户界面(GUI)的遥控器，该遥控器包括一个GUI，举例来说，该GUI采用的是具有触摸敏感性的液晶显示器(LCD)，在GUI上显示了不同的图标，这些图标代表了不同的控制功能，用户可以选择这些控制功能来操作不同设备的不同控制功能。
图1和图2显示的是使用了Philips Electronics销售的触感LCD作为GUI的遥控器实例。如图1所示，这个遥控器10包含了一个用于向所要控制的设备发射红外控制信号的红外发射机。遥控器10包含了多个硬开关，其中包括“MUTE(静音)”按钮14、频道“UP(下一频道)”按钮(16)和频道“DOWN(上一频带)”按钮(18)，音量“UP(增大)”按钮(20)和音量“DOWN(减小)”按钮(22)，用于移动光标的“RIGHT(向右)”按钮(24)和“LEFT(向左)”按钮(26)以及“BACKLIGHT(背景光)”按钮(28)。此外，遥控器10还包括一个GUI，该GUI采用了液晶显示器30的形式，该显示器显示了用于所要控制的设备的各种控制图标。如图1所示，所要控制的设备是一个电视接收机，并且举例来说，控制图标包括“ON(接通)”(32)和数字“1”(34)。
图2显示的是图1中的遥控器10，其中将该遥控器设定成对DVD播放器进行控制，并且该遥控器具有不同的控制图标，例如“ON(接通)”(32)，“REWIND(后退)”(36)以及“PLAY(播放)”(38)。然而，这种遥控器存在一个问题，那就是用户必须看着遥控器来对其进行操作。虽然这在使用遥控器操作CD播放器这样的音频设备的时候未必构成问题，但在用户收看电视节目的时候，为了增强画面，大多数情况下的室内照明都是非常昏暗的。就此而论，要想看清楚遥控器显示器上的标记将是非常困难的。并且举例来说，虽然图1和图2中的遥控器10包含了用于为该显示器激活背景光的按钮，但是用户仍旧需要将他/她的眼睛离开电视，这样才可以可靠地操作遥控器。
由此需要一种克服了这些和其他缺陷的改良遥控器。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于解决相关技术中的上述及其他缺陷且用于设备的控制面板。
本发明的第一实施例是一种用于设备的控制面板，包括：
图形用户界面(GUI)，显示多个控制图标，其中所述多个控制图标代表用于对所述设备进行控制的多个相应控制功能；以及
用于为所述GUI提供触觉检测能力，以使用户能够在选择多个控制图标中至少一个图标之前通过触摸来检测所述多个控制图标中至少一个图标的装置。
本发明的第二实施例是一种方法，用于为控制设备提供一个图形用户界面，所述方法包括：
提供所述控制设备，该控制设备包含一个用于显示所述图形用户界面(GUI)的显示器；
在GUI上显示多个代表各种控制功能的控制图标，这些控制功能使得用户能够通过所述GUI来控制系统；以及
对多个控制图标中的至少一个图标进行适配，以使用户可以借助从以下群组中选出的装置来检测图标：振动触觉装置、电触觉装置以及这两者的组合。
附图说明
在这里将会就所关注的上述及附加目标和优点而对本发明进行描述，其中：
图1显示的是相关技术中的具有图形用户界面(GUI)的遥控器的平面图，其中所述图形用户界面显示的是用于TV接收机的控制图标；
图2显示的是图1中的遥控器的平面图，其中GUI显示的是用于DVD播放器的控制图标；
图3显示的是依照本发明实施例的GUI部分的平面图；
图4显示的是引入了本发明第一实施例的图3中的遥控器GUI的边缘视图；
图5显示的是引入了本发明第二实施例的图3中的遥控器GUI的边缘视图；
图6显示的是致动器(actuator)阵列和用于控制致动器的框图；
图7显示的是依照本发明并具有振动触觉显示器的控制面板的侧视图；
图8A显示的是依照本发明并具有电触觉显示器的一部分控制面板的侧视图；
图8B显示的是依照本发明并具有电触觉显示器的控制面板的侧视图；
图9A显示的是依照本发明的集中式振动触觉显示器的一部分的平面图；
图9B显示的是依照本发明的分布式振动触觉显示器的一部分的平面图；
图9C显示的是依照本发明的分布式振动触觉显示器的一部分的另一个实施例的平面图；
图10A显示的是依照本发明并描述电视显示界面的集中式振动触觉显示器的平面图；
图10B显示的是依照本发明并描述VCR显示界面的集中式振动触觉显示器的平面图；
图10C显示的是依照本发明并描述VCR显示界面的分布式振动触觉显示器的平面图；
图11A显示的是依照本发明并且描述TV显示界面的控制面板实施例的平面图；
图11B显示的是依照本发明并且描述了将TV显示界面转变成VCR显示界面的控制面板实施例的平面图；
图11C显示的是依照本发明并且描述了将TV显示器界面进一步转变成VCR显示器界面的控制面板实施例的平面图；以及
图11D显示的是依照本发明并且描述了VCR显示器界面的控制面板实施例的平面图。
具体实施方式
图3显示的是引入了本发明的遥控器的GUI 50。该GUI包括三个区域：一个包含了选定设备信息的信息部分52，一个显示了用于选择例如TV 58和LD(激光影碟)60之类的预期设备的控制图标的设备选择部分54，以及一个显示了用于控制预期设备的控制图标的控制操作部分56，并且在本范例中显示的是编号为1～0的图标61～70。
图4显示的是GUI 50的侧视图，很明显，图标62、64、66、68和70附近的GUI表面是抬高的。应该理解的是，虽然图4仅仅显示将某些图标抬高，但是包括58、60、61、63、65、67和69在内的其他图标附近的GUI表面也是可以抬高的。
一旦遥控器50的用户熟悉了控制图标布局，那么用户只需要在GUI表面上滑动他/她的手指由此检测抬高的区域，随后用户可以选择由恰当的抬高区域所代表的预期控制图标，从而选择恰当的图标。
虽然本发明的这个实施例允许用户通过触摸来辨别各种的控制功能，但是当在GUI表面上形成抬高区域时，显示器上的控制图标布局就可以不用改变了。
图5显示的是本发明的第二实施例，其中触控式显示器是一个柔性显示器。在美国专利6,368,730中公开了一种可用于GUI 50′中的显示器的柔性场致发光器件。抬高的部分62′、64′、66′、68′以及70是由排列在柔性显示器50′下方的致动器72.0-72.9构成的。每一个致动器72.0-72.9都包括一个推动杆74.1-74.9，一旦激活相应致动器，那么推动杆将会压到柔性显示器50′的下表面上。这样一来，为了适应图3中的GUI 50所显示的那些构成数字“2”、“4”“6”、“8”和“0”的图标，致动器72.1、72.3、72.5、72.7和72.9将被激活，同时致动器72.2、72.4、72.6和72.8将会停用。
如图6所示，为了适应柔性显示器50′上的不同的控制图标布局，可以将致动器排列在一个致动器阵列80中，其中该阵列构成了一个具有多个致动器行以及致动器列的矩阵。致动器阵列80中的致动器行通过行接口82寻址，而致动器阵列80中的致动器列则通过列接口84寻址。然后，致动器控制器86与接口82以及84相连，以便激活一个与显示器控制器88所控制的控制图标的位置相对应的选定致动器。使用这样的安排，可以使用单个致动器抬高小的控制图标，并且可以使用多个相邻致动器抬高较大的控制图标。实际上，如果致动器足够小，那么可以使用多个致动器来为图标(例如箭头)形成一个抬高的可区别形状，此外多个致动器还可以用于形成一种摇臂开关。
虽然至此已经结合在显示器表面上形成抬高区域的方式而对本发明进行了描述，但是应该理解，作为选择，也可以改为在显示器表面上形成下陷。为此目的，致动器72.1-72.9的推动杆74.1-74.9附着在显示器50′的下表面上。根据施加给各个致动器72.1-72.9的控制信号，相应推动杆74.1-74.9可以在朝上的方向上压住显示器(例如74.1)，由此保持在一个中性位置(例如74.2)，此外也可以下拉到显示器上。
虽然本发明考虑到的是显示器部分的触感性，但是应该指出的是，对美国专利6,368,730而言，这个特性并未得到公开。因此，举例来说，为了提供这种特性，致动器控制器86还可以对激活的致动器上的压力进行检测，这个压力是因为用户按下预期图标而产生的(需要注意的是将接口82和84连接到致动器阵列80的双向箭头，以及将接口82和84连至致动器控制器86的双向箭头)。
应该注意的是，虽然以上描述涉及的是图3所示的GUI布局，尤其是其中的GUI底端行，但是本发明同样适用于其他布局。例如，本发明可以用于为图1和图2所示的遥控器的显示器提供触摸检测能力。特别地，通过激活致动器阵列中的单个致动器，可以适应诸如32，34和36这样的小图标，而38这样的大图标则可以通过激活两个或更多致动器来适应。
接下来将要公开的是为本发明的GUI提供触觉或触摸检测能力的两个附加实施例。首先，在GUI上存在一个振动触觉显示器(也就是至少一个表面振动)；其次，在GUI上存在一个电触觉激励(也就是皮肤电激励)。
图7显示的是对振动触觉显示器实施例(也就是第一种触感显示器)进行描述的控制面板100的侧视图。多个单元101或是单元101的阵列(即101A-101G)经由多个推动杆102(即102A-102G)而与多个致动器103相连。致动器103为不同的单元101提供振动装置。在图7中激活了三个致动器103D、103E、103F，由此分别为单元101D、101E、101F提供振动。单元101D、101E、101F的振动是用定向箭头“V”描述的。致动器101可以由不同的装置驱动，这些不同装置最终可以在压电晶体、小型马达等相应单元(未显示)中产生至少一个振动。
相反，图8A和8B分别显示的是对结合了提供触觉检测能力(也就是电触觉激励)的第二实施例的控制面板100的一部分以及控制面板100的侧面图。多个单元101构成了振动触觉实施例中的控制面板100(参见图7)，而多个电极-皮肤接口单元120(即120A-120G)则构成了电触觉实施例中的控制面板100(参见图8B)。通常，图8A中描绘的单个电极-皮肤单元120(即120A-120G)包含了一个介于两个回流电极121之间的激活电极122(即是122A-122G)。激活电极122借助绝缘体123以及处于绝缘体123上方的空气间隙124而与回流电极相分离。电流125则提供给激活电极122。当用户的一个或多个手指200(如图8中的虚影所示)触摸激活电极122并且同时触摸一个或多个回流电极121(也就闭合了该电路)的时候，电流将会从中心的激活电极125经由用户的皮肤和皮下组织返回到其中一个或是两个回流电极121。结果，用户将会感受到电触觉刺激(即轻微电击)。在图8中，三个激活电极122D、122E、122F都提供有电流，由此以电触感的方式分别从控制面板100激活了三个电极-皮肤接口单元120D、120E、120F。
图9A和9B显示的是控制面板100的一部分的平面图。在所谓的集中式(图9A)振动触觉显示器中，控制显示器(也就是屏幕)99的一部分是由柔性材料(例如塑料等等)构成的。这样一来，在通过激活致动器103来振动控制显示器99的某个部分的时候，不但激活了致动器所振动的控制显示器99的部分，而且所述振动效果还会传送到振动“节点”105所连接的初始振动点周围的所有相邻区域。作为选择，图9B描述的是所谓的分布式振动触觉显示器。其中在分布式振动触觉显示器中存在着单元101的阵列或矩阵。在图9B中，带有阴影的单元101L都产生振动，而无阴影单元101则并未振动。图9C中显示的是分布式振动触觉显示器的替换实施例。同样，带有阴影的单元101K都产生振动，而无阴影单元101L则并未振动。通过改变各个单元振动的布局、模式或密度，可以产生不同的振动触觉感觉或感受。其中举例来说，虽然图9B和9C的振动区域周长是相似的，但是图9B和9C中的振动区域的纹理或感觉却是不同的。
现在，如果使用图9A～9C中的前面的任一个振动触觉系统，最终用户可以预先设定振动或是对其进行编程。振动可以采用无限的设定组合来进行设定。通过改变振动特性，用户可以识别控制面板100的功能、控制图标或状态。可以改变的不同特性包括振动的纹理、频率、粒度、持续时间、幅度和位置。
在分布式振动触觉系统中，振动频率即为致动器103激活和振动特定单元101的速率，而在集中式振动触觉系统中，它是振动整个控制面板100的速率。该频率可以是从大约30赫兹一直到大约1000赫兹之高。
振动纹理包括用户的手对于振动的感觉。举例来说，在分布式类型中，通过改变振动单元101的数量以及振动单元101的模式，可以调整振动纹理。在图9B和9C中显示了振动纹理中的这种差别，并且在上文中对其进行了描述。
振动的粒度也是可以改变的。振动粒度指的是振动的最小单位。因此，每一个单元101都可以是最小的振动单位。其中举例来说，粒度可以介于大约1毫米与5毫米之间。并且在设备上，粒度是可以配置的。
振动幅度即为不同振动装置致动(即振动)控制面板100给定的单元101或区域时所采用的强度。该幅度是可以编程的。
振动的持续时间和位置同样是可以编程的。持续时间即为特定振动保持的时间长度。振动位置即为控制面板100上正在振动的一个或多个单元101的确切位置。因此，通过对控制面板100的上述不同的振动触觉特性进行编程，可以创建数量近乎无限的模式。同样，通过对电触觉显示器的不同特性进行编程，也可以产生不同的感觉。
例如，不同显示器界面上的相似控制图标具有相似的触觉特性。此外，不同的控制图标可以具有触觉特性，而周围的显示器区域(即背景)则没有触觉特性。反之，在这里也可以用相反的方案来对显示器界面进行编程。也就是说，控制图标可以不具有触觉特性，而显示器周围区域则表现出触觉特性。此外还可以提供屏幕保护之类的附加特征，这样一来，在不使用控制设备的时候，无论电触觉还是振动触觉的触觉效果都是可以关闭或处于低能量状态的。当用户拿起控制设备或是触摸到控制图标或控制面板的时候，系统将会激活，并且全部触觉效果都会最大化。这种特性可以节约能量。
图10A、10B和10C显示的是控制显示器100的显示器界面(即屏幕)的不同实施例。例如，图10A显示的是使用了集中式电触觉显示器的控制面板100的显示器界面，在这种情况下，它描述的是用于电视显示器界面的不同按钮。图10B显示的是使用了集中式电触觉显示器的控制面板100的显示器界面，在这种情况下，它显示的是用于VCR显示器界面的不同按钮。图10C显示的则是反之使用了分布式电触觉显示器的控制面板100的显示器界面，它同样描述的是用于VCR显示器界面的不同按钮。由此，通过按下显示器界面上的特定按钮，用户可以在显示器界面(也就是屏幕显示)之间切换或转变控制面板100。
图11A～11D显示的是从用于TV的显示器界面(图11A)转变到用于VCR的显示器界面(图11D)的控制面板100的平面图。在这些图中描述了为至少一个设备提供控制功能的不同控制图标115。当用户希望将控制面板100从用于某个特定设备(例如TV)的一个显示器界面转变到用于第二设备(例如VCR)的第二显示器界面时，他/她将会按下特定的控制图标107，并且该图标将会改变显示。本发明为控制面板100提供了一种特殊的触觉显示或效果，由此用户可以通过感觉了解到控制面板100正从第一显示器界面转变到第二显示器界面。这种转变效果可以借助振动触觉显示器或电触觉显示器来实现。例如，这种表明显示器界面变换的特定触觉显示器可以是一种“波浪效果”。也就是说，如图11B和11C所述，与波浪一样，至少一个振动区域105可以在控制面板100上扩展开来；由此将其称为“波浪效果”。这种“波浪效果”可以是在控制面板100上从一端移动到另一端的单一振动，也可以是从顶部到底部的振动；此外也可以是某种相类似的效果。与控制面板100的其他振动相比，“波浪效果”振动区域105可以具有不同的振动特性，由此使用户能够感觉和了解到显示器界面之间正在发生转变。“波浪效果”的前沿是用定向箭头“W”表示的。
对本领域技术人员而言，目前存在很多涉及这里所公开的结构的替换和修改。然而应该理解的是，上述实施例只用于描述目的，并且不应该将其视为是对本发明进行限制。所有这些没有背离本发明实质的修改都被确定成是包含在附加权利要求的范围以内。

Claims (20)

1.一种用于设备的控制面板，包括：
图形用户界面(GUI)，显示多个控制图标，其中所述多个控制图标代表用于对所述设备进行控制的多个相应控制功能；以及
用于为所述GUI提供触觉检测能力，以使用户能够在选择多个控制图标中至少一个图标之前通过触摸来检测所述多个控制图标中至少一个图标的装置。
2.权利要求1的控制面板，其中所述用于提供触觉检测能力的装置向所述GUI提供了至少一个表面振动。
3.权利要求2的控制面板，其中所述至少一个表面震动的范围在大约10赫兹到大约1000赫兹。
4.权利要求2的控制面板，其中所述多个控制控制图标中的至少两个图标具有不同的表面振动。
5.权利要求2的控制面板，其中所述至少一个表面振动出现在所述多个控制图标中的至少一个图标上，而不出现在周围的显示器区域上。
6.权利要求2的控制面板，其中所述至少一个表面振动出现在包围所述多个控制图标的显示器区域上，而不出现在所述多个控制图标上。
7.权利要求5的控制面板，其中所述至少一个表面振动出现在多个控制图标中的所有所述控制图标上，而不出现在周围的显示器区域上。
8.权利要求1的控制面板，其中所述提供触觉检测能力的装置向所述GUI提供电触觉激励。
9.权利要求1的控制面板，其中所述GUI显示分布在系统控制层级中的多个显示器界面上的多个用户可选和用户可控制的功能。
10.权利要求9的控制面板，其中所述系统是消费电子产品系统。
11.权利要求9的控制面板，其中当用户在控制层级的多个显示器界面之间进行转变的时候，将所述至少一个表面振动中的一个表面振动提供给所述GUI。
12.一种方法，用于为控制设备提供一个图形用户界面，所述方法包括：
提供所述控制设备，该控制设备包含一个用于显示所述图形用户界面(GUI)的显示器；
在GUI上显示多个代表各种控制功能的控制图标，这些控制功能使得用户能够通过所述GUI来控制系统；以及
对多个控制图标中的至少一个图标进行适配，以使用户可以借助从以下群组中选出的装置来检测图标：振动触觉装置、电触觉装置以及这两者的组合。
13.权利要求12的方法，其中所述振动触觉装置包括至少一个范围在大约10赫兹到大约1000赫兹的振动。
14.权利要求12的方法，其中所述多个控制图标中的至少两个图标具有不同的振动触觉特性。
15.权利要求12的方法，其中至少一个振动触觉特性出现在所述多个控制图标中的至少一个控制图标上，而不出现在周围的显示器区域上。
16.权利要求12的方法，其中至少一个振动触觉特性出现在包围所述多个控制图标的显示器区域上，而不出现在所述多个控制图标上。
17.权利要求15的方法，其中至少一个振动触觉特性出现在所述多个控制图标中的所有所述控制图标上，而不出现在周围的显示器区域上。
18.权利要求12的方法，其中所述GUI显示了分布在系统控制层级中的多个显示器界面上的多个用户可选和用户可控功能。
19.权利要求18的方法，其中所述系统是一个消费电子产品系统。
20.权利要求18的方法，其中当用户在控制层级的多个显示器界面之间进行转变的时候，将至少一个表面振动中的一个表面振动提供给所述GUI。
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