CN1602498A - 具有触觉导引的显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种显示系统，包括显示图形表示的显示屏幕(101)。显示屏幕的表面具有起伏(103，104)，以便向使用者提供触觉和/或视觉导引。根据本发明的显示系统包括一个起伏产生器，用于在显示屏幕上动态产生起伏(103，104)。因而可以根据当前应用的图形输出，使起伏动态变化。

Description

具有触觉导引的显示系统
技术领域
本发明涉及一种包括显示屏的显示系统，用于在显示屏幕上显示图形表示，该显示屏幕通过起伏向使用者提供触觉和/或视觉导引。
本发明进一步涉及包括上述显示系统的数据处理系统。
背景技术
在US6,072,475中公开了上述显示系统的一个实例。已知的系统包括一个在三维方向上延伸的触摸屏。当使用者在触摸屏的有效表面区域滑动手指时，触觉反馈向他提供关于手指位置的信息。特别是当使用者正在移动或者在看不到触摸屏的情况下，使用这种触摸屏特别便利。已知系统的一个问题是它只能应用到非常有限的应用范围，即屏幕布局符合相同设计规则的应用。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在开篇段落中所定义的系统的改进系统。为此，根据本发明的显示系统包括在显示屏幕上动态产生起伏的起伏产生器。起伏可以根据当前应用的图形输出而被动态改变。例如，一个应用也许需要在屏幕顶部的触觉导引，另一个应用需要屏幕底部的触觉导引。进一步的，在单个应用中，要求的触觉导引的位置在执行时可以改变。例如，如果应用程序包括多个处理屏幕，第一个屏幕可以要求在屏幕顶部的触觉导引，而第二个屏幕可以要求在屏幕底部的触觉导引。通过提供在显示屏幕上动态产生起伏的起伏产生器，可以得到提供触觉导引的灵活系统。
在根据本发明的显示系统的一个实施例中，起伏产生器包括压电材料，用以响应电信号来提供所述起伏。上述材料通常用于响应机械变形而产生电信号。但是，也可以通过这些材料获得相反的效果：根据提供的电信号产生机械变形。可选择的或者附加的，也可以使用产生机械变形的其他装置，比如机电结构，形状记忆合金，液体储存器(fluid reservoir)等。
根据本发明的显示系统的一个实施例进一步包括根据来自起伏产生器的电信号检测使用者的动作。如果使用者可以通过触摸或按压显示屏幕与系统进行交互，在屏幕上产生起伏将特别有用。产生触摸屏的各种技术是公知的并被广泛应用，例如在计算机，个人数字助理和蜂窝电话中。通常，图形显示(例如LCD)与感光层结合，用于感应手指或触笔触摸的位置。本发明的起伏产生器可被用作这种感光层。如上所述，响应电信号提供机械变形的装置通常也具有相反的特性。例如压电材料响应机械变形而产生电信号。因此专用的触摸感光膜可被省略。
在根据本发明的显示系统的一个实施例中，起伏产生器在显示屏幕的选定位置产生突出或凹陷。根据当前相关例如感应到触摸的屏幕区域的使用者信息，在屏幕上滑动手指时，上述突出或凹陷易被感知。
在根据本发明的显示系统的一个优选实施例中，起伏产生器包括单独可寻址的起伏单元，每个起伏单元在基本垂直于显示屏幕的方向上产生位移。可在特定位置和特定时刻提供触觉导引。例如，可以提供压电单元矩阵，在显示屏幕的任意希望的位置产生起伏。单元可以有不同的大小，但是它们最好具有与单个图形像素或者一小组图形像素相同的大小。
在根据本发明的显示系统的一个实施例中，起伏产生器包括透明材料并且位于显示屏幕的前面。如果起伏产生器基本透明，可以很方便地安装在显示屏幕的前面。图形表示通过透明材料保持仍然可见，同时使用者可以很容易地感觉到起伏。
在根据本发明的显示系统的一个备选实施例中，起伏产生器位于显示屏幕的背面，显示屏幕是一个可以随着起伏产生器产生的起伏而变形的显示屏幕。如果选择不透明材料制造起伏产生器，应该安装在显示屏幕的背面。随着柔性显示器的出现(例如基于有机LED或者电子墨水)，可以在显示屏幕的背面产生起伏，该显示屏幕的前面仍然可见。例如，如果用电机装置比如磁铁和线圈产生起伏，它不像透明装置一样方便。在这种情况下，起伏产生器可以位于显示屏幕的背面。
在根据本发明的显示系统的一个实施例中，起伏产生器可以自动确定预定图形对象(比如按钮和滑动触头)的起伏。本发明尤其适用于用触觉导引来增强图形表示。例如，按钮的图形表示可通过该图形表示之后或之前的突出(或凹陷)增强，因此使用者可以真实地感觉按钮，将之与周围区分开来。通常该增强可通过产生图形表示的软件应用程序产生。但是，根据本发明的显示系统的本实施例可以识别预定图形用户接口(GUI)对象，比如按钮和滑动触头，为这些对象产生适当的起伏。上述结构可以很容易的与一个单独的GUI组件(比如X-Windows终端)集成。如今，图形操作系统几乎总是具有一个预定义图形对象的单独层，用于应用程序的某些扩展，但是行为被预定义。上述GUI对象的定义利用适当触觉导引的定义而被扩展。
在根据本发明的显示系统的一个实施例中，起伏产生器响应使用者动作动态产生起伏的变化，以便提供触觉反馈。注意触觉导引和触觉反馈之间的差别。触觉导引是静态的(对于当前图形表示来说)，但是触觉反馈是动态的，响应于使用者动作。例如，物理推按钮最初会抵抗使用者的压力。当施加的压力超过一个阈值，按钮被激活，使用者感觉到“突然”动作(snap action)，确定按钮实际被压下。在GUI中，该突然动作经常通过改变图形表示来模拟，有时通过单击或嘟嘟声来模拟。在本实施例中，可通过实时触觉反馈进一步增强。例如，当使用者用足够的力压下图形按钮时，初始突出可能突然消失或者甚至变成凹陷，清楚地向使用者表示按钮被压下。在前面的实施例中，使用者甚至可以沿着滑动调节器“压”滑动按钮。为此，显示系统可以在滑动按钮和周围部分检测使用者手指的压力，通过将突出“远离”手指进行响应，相对于使用者手指触摸滑动按钮周围的位置。使用者可以随后收回手指或者跟随突出的运动继续滑动按钮。
本发明尤其适用于利用触摸输入与系统进行使用者交互的数据处理设备，比如PDA，蜂窝电话等。
附图说明
参考下文中描述的非限定的实施例，本发明的这些和其他方面将更清楚，并对其进行说明。在附图中：
图1描述了根据本发明的数据处理系统的一个实施例的个人数字助理的结构图；
图2描述了包括本发明的起伏产生器的显示屏幕的横截面的示意图，
图3描述了包括本发明的起伏产生器的备选显示屏幕的横截面的示意图，
图4描述了包括具有触觉反馈能力的起伏产生器的显示屏幕的示意图，
图5描述了包括具有触觉反馈能力的起伏产生器的另一个显示屏幕的示意图。
实施例描述
为了一致和更容易理解，不同附图中的相同的附图标记表示执行相同或相似功能的结构。
图1描述了个人数字助理100的结构图，作为根据本发明的数据处理系统的一个实施例。PDA 100包括显示屏幕101，该显示屏幕为触摸感应液晶显示器(LCD)，可以显示图形表示并且感应使用者的触摸输入。PDA 100进一步包括硬件推按钮，例如用于激活常规用途的应用程序(比如议程，计算器，地址列表和记事本)。当前显示在显示屏幕101上的图形表示包括一个消息“继续？”和两个软按钮103，104，分别表示继续或取消当前操作。两个按钮103和104从显示屏幕101突出，由起伏产生器在与按钮的图形表示一致的位置产生。因此，使用者在屏幕上操作时不必仔细观看屏幕，因为他在屏幕上滑动手指时可以感觉按钮的出现。在黑暗环境或多任务设置时这会非常方便。优选的，使用者施加的压力超过某个阈值时按钮才被激活，因此使用者可以先用手指搜索按钮而不会激活任何一个。
图2描述了包括本发明的起伏产生器的显示屏幕的横截面的示意图。显示屏幕包括常用类型的LCD显示器201。显示器的上面包括透明压电单元层202，该透明压电单元构成起伏产生器。每个单元可被单独寻址，因此可在任何希望的位置产生起伏。响应按钮103和104的突出在图2的侧视图中描述。每个按钮的宽度相应于四个突出单元，每个按钮的高度可以例如相应于两个突出单元。在可选的实施例中，单元可以更大或更小，其依赖于系统的复杂性。在理想的例子中，这些单元相应于单个图形像素。按钮103和104的图形表示可通过透明层202观看。由于层202的光折射，图形表示可轻微变形，但是可以通过使按钮更突出(比如通过放大)将其变成有利。突出可通过在相应位置激活起伏单元来实现，或者在所有非相关位置互补地产生凹陷来实现(比如提供一个相反信号到非相关单元。也可以使用两种方法的组合。
图3描述了包括本发明的起伏产生器的可选的显示屏幕的横截面的示意图。在这个可选的实施例中，起伏产生器302位于显示屏幕301的背面。显示屏幕301是一个柔性显示器(flexible display)，可以在起伏产生器302产生的起伏周围弯曲。在这个例子中，起伏产生器302不必透明，因此可以由不透明的压电材料或机电部分构成，驱动显示屏幕301背面的管脚以产生起伏。
图4描述了包括具有触觉反馈能力的起伏产生器的显示屏幕的示意图。该图描述了与图2相同的情况，但是按钮104被使用者的手指401压下。最初，当使用者的手指401轻轻触摸按钮104时，突出保持。只有当使用者手指施加的压力超过某个阈值时，突出被取消或者甚至变化成凹陷，给使用者一种指示按钮被实际压下的“突然”感觉。为了这个目的，起伏产生器和产生图形按钮的交互应用程序应该可以就超过阅值进行沟通。如果按钮104实际被激活，即当施加的压力超过预定阈值时，应用程序将只取消当前操作。如上所述，压电层可被额外用作触摸感光层。使用者手指401最开始的触摸导致按钮104的凹陷，其依次引起由压电材料所产生一个小的电压。该电压与施加到按钮、用于产生突出的电压反向。后者可以保持或者甚至临时增加以产生电阻，当施加的压力超过预定阈值时，压力突然减小，消除或者甚至反向。产生类似于操作硬件推按钮感觉的突然动作。
在前面的实施例中，触发推按钮(通常是开/关按钮)可通过控制图形按钮模拟，在使用者的手指放开后，保持在较低位置(表示“开”状态)或返回到较高位置(表示“关”状态)。较低位置可以低于或等于中间位置，较高位置可以等于或高于中间位置。这些不同的位置可以通过提供不同的电压电平来实现，或者全部是正电压，或者既有正电压也有负电压。例如，中间位置正电压可用于产生中间位置，零电压可被用于产生凹陷。可选的，中间位置可以相应于零电压，而凹陷相应于负电压。
图5描述了包括具有触觉反馈能力的起伏产生器的另一个显示屏幕的示意图。描述了使用者手指401沿着滑动控制器502推动滑动按钮501。滑动控制器502由椭圆形压下区域表示，其中滑动按钮501用沿着滑动控制器的适当位置的突出表示。只在垂直于显示屏幕201的方向压下滑动按钮501不会产生任何作用，至少不会改变将被调整的滑动调节器的变量。例如，它可以被认为是对调整的确认。通过检测使用者手指401在滑动按钮501和滑动控制器502的触摸来获得实际调整。系统解释为希望在相反方向推动滑动按钮501，即向图5的左边。起伏产生器202通过将对应该滑动按钮501的突出以预定距离定位到左边进行响应，该预定距离进一步依赖于所施加的压力。随后，使用者可以放开手指以停止调整滑动按钮，或者也将手指向左移动来跟随突出的移动。最后，如果滑动按钮到达滑动控制器的末端，起伏产生器202通过不再移动突出将其通知给使用者，因此将突出保持在当前位置。使用者可以通过将手指401同时放置在按钮501的另一侧和滑动控制器502的末端或者在其范围之外的“中间”区域，来反向移动滑动按钮501。在前面的实施例中，起伏产生器202可以检测使用者施加的不垂直于显示屏幕201的压力的分量。在这种情况下，不需要使用者同时触摸滑动按钮501和滑动控制器502的一部分，因此使用者可以只在不垂直于显示屏幕201的方向按压来推动滑动按钮501。
总之，本发明涉及一种显示系统，其包括用于显示图形表示的显示屏幕。显示屏幕的表面有起伏，以便向使用者提供触觉和/或视觉导引。根据本发明的显示系统包括一个起伏产生器，用于在显示屏幕上动态产生起伏。根据当前应用的图形输出，起伏可被动态改变。
尽管本发明已经参考特定实施例进行了描述，可以在本发明的思想范围内进行变化和修改。例如，起伏产生器可被应用于一个没有任何触摸控制支持的设备，只是用于视觉和/或触觉导引。可选择的，当起伏产生器专用于起伏的产生时，可以应用一个单独的触觉感光层，专用于具有触觉检测功能。
用语“包括”不排除权利要求中所列出的单元和步骤之外其它单元和步骤的存在。在这些权利要求中，括号中的任何附图标记不应解释为对权利要求的限定。本发明可用包括几个不同单元的硬件装置实现，也可用适当编程计算机实现。在列举了几个装置的设备权利要求中，其中某些装置可用同一硬件实现。

Claims (10)

1.一种显示系统(100)，包括用于显示图形表示的显示屏幕(101)，显示屏幕通过起伏向使用者提供触觉和/或视觉导引，其中显示系统包括一个起伏产生器(202，302)，用于在显示屏幕上动态产生起伏。
2.根据权利要求1的显示系统，其中起伏产生器(202，302)包括压电材料，用于响应电信号来提供所述的起伏。
3.根据权利要求1或2的显示系统，进一步被用于根据从起伏产生器(202，302)接收的电信号来检测使用者的动作。
4.根据权利要求1或3之一的显示系统，其中起伏产生器(202，302)用于在显示屏幕的被选择的位置产生突出(103)或凹陷(104’)。
5.根据权利要求1至4中之一的显示系统，其中起伏产生器(202，302)包括单独可寻址的起伏单元(202)，每个起伏单元在基本垂直于显示屏幕的方向上产生位移。
6.根据权利要求1至5之一的显示系统，其中起伏产生器包括透明材料(202)，并且位于显示屏幕(101)的前面。
7.根据权利要求1至5之一的显示系统，其中起伏产生器(302)位于显示屏幕(101)的背面，显示屏幕(301)是一个软性显示器，其可以追随起伏产生器所产生的起伏。
8.根据权利要求1至7之一的显示系统，其中起伏产生器(202，302)可以自动确定预定图形对象，比如按钮和滑动按钮，的起伏。
9.根据权利要求1至8之一的显示系统，其中起伏产生器响应使用者动作动态产生起伏的变化(104’)，以便提供触觉反馈。
10.一种数据处理系统(100)，其包括权利要求1至9中任何一个所述的显示系统。
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