CN1969254A - 在触摸屏上使用两手指输入 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测在诸如计算机等的显示器的触摸屏上至少两手指输入的系统和方法，包括：显示屏；被安排用于传感在所述显示屏上的触摸的传感栅格；被电连接到传感栅格的多个电极。控制器从传感栅格接收输出，并且一个模块识别在栅格上用于指示被用户触摸的显示屏位置的至少两个点并且识别基于所述至少两个点被识别的显示屏的地理部分。由于手指的位置经由Z坐标的方向改变而与屏的位置有关，可以由传感栅格提供与多个手指被从显示屏传感的不同距离相称的可变的缩放。

Description

在触摸屏上使用两手指输入
本发明涉及在计算机终端、信息亭、PDA等中使用的触摸屏显示器。更具体地，本发明涉及在触摸屏上的多手指输入。
触摸屏在现代生活的很多领域已经有巨大增长。现在触摸屏在诸如机场的信息亭、自动出纳机(ATM)、售货机、各种计算机的地方非常普遍。在很多应用中消除对于定点设备和/或光笔的需要已经相当成功。
存在几种不同的触摸技术，其中很多技术的区别在于检测触摸的方式。例如，电容式技术利用手指作为对通过操作员的身体流向地面的小的交流的分路(shunt)。利用扫描红外系统，当手指(或铁笔)遇到一红外光束阵列时，用户的触摸被登记。还有一种表面声波触摸屏，其中该屏吸收在触摸表面上传播的声波，并且触摸通过来自触摸位置的声信号下降而被识别。电阻式触摸技术基于由小的、几乎不可见的间隔物分开的两层传导材料。当屏被触摸时，两层相接触，并且通过在触摸位置生成的电压来产生二维坐标信息。
典型的触摸机制的其中一个问题在于：如果使用一个以上的手指，则它们不能确定手指抵靠屏幕按压的准确位置。这样的检测机制对多手指定点存在问题的一个原因是使用了传感栅格(sensing grid)而不是很多个点传感器。
图1图示了传感栅格。该图示出了具有预定形状的栅格系列。因此，如果两个手指同时触摸到屏，则它不能确定栅格A’、A、B’、B是由手指触摸A和B还是A’和B引起的。
存在一个问题，其中会发生当两手指触摸不同的垂直线(点A和B在不同的垂直线和不同的水平线上)使得两条垂直线和两条水平线都被激活(即，每个点既有不同的Y坐标，也有不同的Y坐标)。因此，在本技术领域中仍然存在使用传感栅格来识别两手指输入的需要。
当前要求的本发明提供了用于检测在触摸屏上的两手指输入的触摸机制的方法和装置。尽管在典型的传感栅格系统中，难以确定手指在栅格上的部位，但是在本发明的第一方面中，由两手指触摸引起的传感栅格上的线激活所形成的正方形可被用于选择在该正方形内显示的项，以便于进行选择、缩放(zoom)、复制、移动、删除等等，或者选择一个转盘以旋转该栅格的内容。在本发明中，组合矩阵触摸屏被用于用两手指指示一个正方形。
在本发明的另一方面中，使用本发明的两手指输入的3D虚拟触摸屏允许一个可被用于绕Z轴旋转被选择项的Z坐标。此外，Z坐标可被用做一种通过将选择的尺寸按到屏的距离的函数来改变的“缩放”。
图1是触摸屏检测机制使用的栅格阵列的图示。
图2A图示本发明的第一方面，其示出了被激活的传感栅格的单条线。
图2B图示本发明的第二方面，其利用正方形的中心来形成触摸传感到的更准确的区域。
图3图示了本发明的第三方面，其可以与三维观察系统一起使用。
本领域的技术人员应当理解以下的描述被提供用于图示而非限制的目的。技术人员理解存在处于本发明的精神和所附权利要求的范围内的多种变化。已知功能和操作的不必要的细节将从当前的描述中省略，以免模糊本发明的更细的要点。
根据本发明的一个方面，由A、B、A’和B’形成的、图1中示出的正方形可以由系统使用而不需准确地识别这四点中的哪两点正被用户触摸。换句话说，不是区分点A和B或A’和B’(或A’和B或A和B’)，而是将有界矩形A’BB’A取作输入，然后其被用于诸如选择、缩放、颜色改变、加亮、删除等等功能。手指沿着屏的移动可能改变该屏的被选择部分。然而，例如，一旦选择了一项，则将手指横越屏移动可以执行拖曳功能，正常地，人们为该功能使用定点设备，诸如鼠标。
此外，手指被定位的距屏的距离然后可被用于，例如，选择项、改变缩放度、改变有界方框区域内的颜色、或者甚至加亮该有界方框内的项。
根据本发明的另一方面，如果同一条线被在多个位置处触摸，则这个多手指触摸通过比较水平方向上哪些线被触摸来检测。图2A图示了在两个点被触摸的单条线，从而激活了传感栅格AB的单条线。该特殊的情形与第一示例相比将不太可能发生，并且会具有特定的值，举例而言如果在例如给定可选择的被显示项的粒度的情况下，在某个方向上激活的线之间的差异太小的话。
在图2A示出的特殊情形中，假设垂直线由两手指触摸激活：手指中的一个触摸点A 205而另一个手指触摸点B 215。尽管在点A 215和点B 205之间存在可测量的垂直距离(在Y方向上)，但是这两点之间的水平距离基本为零。如果仅仅AB传感线210是工作的，根据本发明，通过使用正交于AB并且通过它的中点的线，在屏上可以加亮一个正方形。应当指出，完全相同的概念对水平激活的传感线也成立，其中一个以上的手指沿着相同的水平线触摸，激活一条水平线和两条垂直线，或者可能是以其他角度，诸如对角线的，因为这些项与用户观看触摸屏的位置有关。
换句话说，如果人们测量AB 210之间的距离，则该距离的一半是线的中心或者中点。有AB210的距离的精确长度、但是垂直于线AB 210的另一条线通过该中点来激活，以形成水平线A’B’230，如图2b中所示。因此，假设例如其中一个手指正在触摸点205而另一个手指正在触摸点221，则在显示屏上可以点亮由这两手指输入组成的、传感栅格上的单个正方形/矩形。
因此，不像本发明的第一方面，其中有界方框由具有不同的X和Y坐标的两个点产生，在本例中，显示器上示出的矩形的尺寸通过以下方式来计算：传感至少一条被传感线(sensed line)的长度，并且在上述至少一条被传感线的中点，计算垂直于上述至少一条被传感线并且具有与所述至少一条被传感线210相同长度的第二条线221。因此，基于由至少两手指触摸的显示屏的所述至少两个点205、220位置定义的长度以及由第二条线220的两个端点225、230定义的宽度，提供坐标以示出在显示屏上识别的矩形。
图3图示了本发明的又一方面，其中屏包括3D虚拟触摸屏。通常，在本发明的这个方面中，屏将优选地包括电容传感屏。然而，可以有在其它类型的触摸屏中的应用，这是在本发明的精神和范围内的。
屏305由用户利用两个手指在相应的点310、312触摸。这样，电容传感场(field)传感多个“反射脉冲(blip)”，因为两手指用作(通过用户的身体)流到地面的小的交流的分路。除了图1和2中示出的水平和垂直坐标(即，X和Y)以外，作为离开触摸屏表面的高度的“Z”坐标也可以利用前面描述的两手指输入来实现。
每个手指离开触摸屏的表面的距离可以影响到通过用户分流的电流量。可以基于例如电流相对于数值表的落差(drop)来确定手指的距离。当然，如果手指距屏超出了允许用户担当分路的距离，则该特定的手指将不再被传感为“触摸到屏”。实际上，术语“触摸”在本实例中是相对的，因为手指可以不必按压屏便导致屏显示的启动。
Z坐标可被用于，例如绕Z轴旋转屏上被选择的项。此外，根据本发明，Z坐标也可以被用作缩放，尤其是当屏上想要选择的尺寸大于手上手指的跨度时。该缩放在大型计算机监视器、电视机、浴室镜等中将尤其有用。手指离开屏的距离可被定标(scale)以提供可变的缩放。
Z坐标然后可被用于按到屏的距离的函数来缩放选择的尺寸。如果角α(图3中所示)对整个距离保持恒定，则选择的表面尺寸按离开屏的距离变化的平方增长。如果用户通过将他的手指移动得更靠在一起或者更远地分开来改变角α，这将导致用什么构成选择的区域，意味着由于角α的变化，将选择多于或少于图3中所示的点310和312之间的区域。
例如，图3首先示出了与屏305接近地接触的用户手指。如果用户拉回他/她的手指以便于让它们具有离开屏的距离2h，则在点310和312处的手指之间的可见范围现在将被增大以便于在点320和322之间被显示。如果手指被移动，比距离2h稍微更接近于屏，但是仍然比点310、312更远离屏，则点310和312之间的屏的区域将被增大到覆盖点330和332之间的空间。因此，用户可以通过将他/她的手指移动得更接近或者更远离屏来按需要改变缩放。
应当指出，图3中所示的“h”取大约等于手到屏的距离或者手指的长度以使得成比例的变化较为直观。将表面的缩放因子取做离开屏的距离平方的函数可以根据需要变化。关于缩放，距离“d”(图3中所示)和高度“h”之间的关系在位置改变时可以被定义为：
d = ( h + Δh ) Δh * d (其中Δh＞0)
例如，如果h加倍，则Δh等于h并且d将为
( 1 + 1 ) 1 * d = 2 d
只要角α(阿尔法，alpha，图3中所示)恒定并且Δh＞0，上面的关系就成立。然而，对于给定的阿尔法，用户可能不能跨越整个屏幕且角α必须被改变。在这种情况下，d和h之间的关系可以定义为：
d＝e*((h+Δh)/Δh)*d，其中厄普西隆(epsilon(e))是附加的乘数。例如如果厄普西隆等于2，则距离的加倍导致d的四倍(区域的高度和宽度)。
还应当指出，当根据手指距触摸屏的距离(例如基于传感电流沿着传感栅格分流的量)来改变缩放时，确定手指距屏的距离的精度对于所有距屏的距离并不是恒定的。例如，手指距屏越远，距离检测趋于变得越不准确，直到最终甚至不能检测到由手指引起的分流效应。要重申的是，即使其中可检测到手指的距屏的距离从当前可检测的距离改变，本发明也是可应用的。此外，虽然图3给人们以缩放因子是严格线性的印象，但应当理解，事实上它可能根本不是线性的。更接近屏的距离的轻微差别可能导致缩放的量的变化，其相比于当手指相对更远离屏时距离的轻微变化是不同的。
也有可能存在由于手指的尺寸而导致的分流的个体差异，例如当以与成人用大手指时一样的量来靠近接触屏时，儿童的手指可能不会分流电流。然而，个体分流可导致具有不同手指大小的人必须将他们的手指放在稍微不同的距离h处以获得与其它用户一样的缩放程度。当然，原理并没有改变，因为缩放是根据手指距屏的距离而变化的。
关于基于两手指输入的可变缩放，当前要求的本发明还可适于与基于手指压力改变电阻量的电阻式屏一起使用。在这种情况下，可将在两个点处以一定的压力度去触摸屏用来初始地选择一个区域用于观察，然后用两手指更用力地(或者更轻地，就那点而论)按压屏可被用于被选择区域的可变放大和缩小。
图4图示了根据本发明可被使用的硬件的例子。该特定的例子图示了电容技术，但是应当指出，它可以适于其它类型的触摸屏是在当前要求的发明的精神和范围内的。
电压源401将提供预定电压到接触405、406、407、408。有可能电压可仅仅被递送到这些接触中的某些，然后在预定的时间量之后交替递送给其它接触，或者递送给所有的接触。通常屏将具有利用透明的金属氧化物涂覆的覆层。当电压被加到接触时，可以存在流过栅格408的小电流。当两个手指触摸屏(由点409表示)或者进入到预定距离内以便于在点X1、Y1、X2、Y2上产生压降，其在图中由圆点409表示。手指用作分路以从栅格汲取一些电流/电压。点的准确位置由控制器415计算并且被发送到提供屏输出的显示逻辑420。
控制器415具有模块417，其被用于检测通常为矩形的屏的区域，该屏的初始区域由屏上接触到的点确定。模块417包含硬件和/或软件以通过找到在圆点409处的触摸激活的传感线中点来构造矩形并且提供通过该中点的相同长度的垂直传感线。
此外，模块417还适于允许3D能力，其中被选区域可以绕Z坐标旋转，或者允许有手指以其间的一个公共角度的距屏的接近度(proximity)，以提供可变的缩放。随着手指后退离开圆点409，缩放变得更大，并且两个手指靠近实际的点409，缩放可被减小。还可能颠倒缩放，因此随着你将你的手指移离屏，缩放变得更小，并且随着你更移近屏，缩放变得越大。
本领域的技术人员还应当理解，手指距屏的距离还可以被用作缩放功能以外的功能。举例而言，诸如距离可被用于增大/降低可被控制的区域的选择尺寸。
本领域的技术人员可以对本发明进行不偏离本发明的精神或者所附权利要求的范围的各种修改。例如，触摸屏可以使用电阻式、电容式、SAW、红外或NFI(近场成像)式。尽管申请人公开了由两个手指触摸来加亮矩形，但是也可能表示其它形状，其将仍然是在本发明的精神和所附权利要求的范围内的。当矩形被加亮时，屏上可能出现一系列选项，诸如移动、删除、旋转，其可以通过触摸其中单词(诸如删除、旋转90度、45度、移动、改变颜色、改变形状等等)可被加亮的栅格的特定区域来激活。应当指出，旋转和平移最好是通过旋转或移动手而不仅仅是手指来完成。此外，其它项，诸如改变颜色和改变形状可以通过触摸来执行。
屏可以利用任何已知的用于触摸显示器的膜来覆盖，并且可以在任何类型的显示器上使用，包括镜、窗、电视机、车辆的挡风屏(其中地图可以在其小区域上显示，而手指可以放大和缩小)计算机、PDA、无线通信设备、标准无线电话、视频蜂窝电话等等。此外，尽管由触摸识别的地理部分在图示中被示范为矩形或正方形，但是它可以是圆形、椭圆形、三角形、菱形(两个相对的三角形)、多边形、平行四边形(parallelpiqued)等等。

Claims (34)

1.一种用于检测触摸屏上的两手指输入的系统，包括：
显示屏；
被安排用于传感在所述显示屏上的触摸的传感栅格；
被安排在所述传感栅格的角落上并且被电连接到所述传感栅格的多个电极；
从所述传感栅格接收输出的控制器；以及
识别在所述栅格上指示已被用户触摸的显示屏位置的至少两个点和识别基于所述至少两个点被识别的所述显示屏的地理部分的模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少两个点具有不同的X和Y坐标，并且所述地理部分包括矩形。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述矩形包括在水平方向上的传感栅格的两条工作线以及在垂直方向上的两条工作线。
4.根据权利要求1所述的系统，其中至少一条被传感线被连接在所述至少两个点之间。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述被识别的显示屏的地理部分的形状包括矩形。
6.根据权利要求4所述的系统，其中如果在所述传感栅格上仅仅一条垂直或一条水平传感线是工作的，则通过控制模块通过以下方式来计算所述矩形的尺寸：传感所述至少一条被传感线的长度，并且在所述至少一条被传感线的中点处计算与所述至少一条被传感线垂直并且具有与所述至少一条被传感线相同长度的第二条线，以及基于由所述至少两个点的位置定义的长度以及由所述第二条线的两个端点定义的宽度，提供要在所述显示屏上识别的矩形的坐标。
根据权利要求5所述的系统，其中所述控制模块提供矩形的坐标给显示逻辑，该显示逻辑控制在所述显示屏上显示的图像。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏适于电容式传感。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏适于电阻式传感。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏适于光传感。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏适于声波传感。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏适于光传感。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏适于近场成像(NFI)。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏的被识别的地理部分适于选择由所述传感栅格传感且由所述控制器确定的两手指输入的位置所确定的、在所述显示屏上显示的区域。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏的被识别的地理部分适于通过改变由所述传感栅格传感且由所述控制器确定的两手指输入的位置而进行旋转和删除中的至少一个。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏的被识别的地理部分适于通过改变由所述传感栅格传感且由所述控制器确定的两手指输入的位置来对所述显示屏上的项进行加亮和改变颜色中的至少一个。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏的被识别的地理部分适于通过改变由所述传感栅格传感且由所述控制器确定的两手指输入的位置来移动在所述显示屏上显示的项。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示屏的被识别的地理部分适于基于由所述传感栅格传感且由所述控制器确定的两手指输入的位置的改变来可变地缩放。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述两手指输入的位置的改变是基于由所述控制器确定的、距所述屏的被传感距离。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述被传感距离由所述传感栅格传感且由所述控制器确定的电流下降量来确定。
20.一种用于在触摸屏上的三维触摸传感、但至少是两手指的系统，包括：
显示屏；
被安排用于传感在所述显示屏上的触摸的传感栅格；
被安排在所述传感栅格的边缘上并且被电连接到所述传感栅格的多个电极；
接收接近所述传感栅格的至少两手指的输出的控制器；以及
识别在所述栅格上指示已被用户触摸的显示屏位置的至少两个点并且识别基于所述至少两个点被识别的所述显示屏的地理部分以确定每个点的X和Y坐标的模块，
其中所述模块基于包括所述至少两手指距所述显示屏的距离的Z坐标来提供可变的缩放因子。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述模块计算在所述至少两个点处检测到的电流下降量以确定所述至少两手指离开所述显示屏的高度h。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述显示屏的被识别的地理部分的视图随着所述两手指离开屏的高度h增加到预定的最大值而被可变地扩大。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述可变扩大的量大约与两手指距所述显示屏的高度h相关。
24.根据权利要求20所述的系统，其中在所述显示屏上识别的图像的被识别地理部分适于根据由所述传感栅格410传感且由所述控制器确定的两手指输入的位置的改变而进行旋转、选择或删除的至少一个。
25.根据权利要求20所述的系统，其中在所述显示屏上图像的被识别地理部分适于根据由所述传感栅格传感且由所述控制器确定的两手指输入的位置的改变来改变颜色。
26.根据权利要求20所述的系统，其中在所述显示屏上图像的被识别地理部分适于根据由所述传感栅格传感且由所述控制器确定的两手指输入的位置的改变来改变形状。
27.根据权利要求20所述的系统，其中在所述显示屏上图像的被识别地理部分适于根据由所述传感栅格传感且由所述控制器确定的两手指输入的位置的改变来改变所述图像的照明量。
28.一种检测在触摸屏上的两手指输入的方法，包括：
(a)提供显示屏；
(b)安排与所述显示屏通信的传感栅格用于传感在所述显示屏上的触摸；
(c)将多个电极电连接到所述传感栅格；
(d)提供从所述传感栅格接收输出的控制器；并且
(e)识别在所述栅格上用于指示被用户触摸的显示屏位置的至少两个点，以选择包括基于由至少两手指触摸的所述至少两个点而识别的显示屏的矩形部分的地理部分。
29.根据权利要求28所述的方法，其中由所述控制模块通过以下方式来计算所述地理部分的尺寸，即：传感由所述至少两手指触摸的所述至少两个点激活的至少一条被传感线的长度，并且在所述至少一条被传感线的中点处计算与所述至少一条被传感线垂直并且具有与所述至少一条被传感线相同长度的第二条线，以及基于由所述至少两个点的位置定义的长度和由所述第二条线的两个端点定义的宽度，提供要在所述显示屏上识别的地理部分的坐标。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述显示屏上图像的地理部分适于根据由所述传感栅格传感且由所述控制器确定的两手指输入的位置的改变来改变颜色。
31.根据权利要求28所述的系统，其中所述显示屏上图像的地理部分适于根据由所述传感栅格传感并且由所述控制器确定的两手指输入的位置的改变来改变形状。
32.根据权利要求28所述的系统，其中在所述显示屏上图像的被识别的地理部分适于根据由所述传感栅格传感并且由所述控制器确定的两手指输入的位置的改变来改变该图像的照明量。
33.一种用于检测在触摸屏上通过至少两手指的三维触摸传感的方法，包括：
(a)提供显示屏；
(b)安排与所述显示屏通信的传感栅格用于传感在所述显示屏上的触摸；
(c)电连接排列在所述传感栅格的角落的多个电极；
(d)提供从所述传感栅格接收输出的控制器；传感栅格410被安排用于传感所述显示屏上的触摸；
(e)识别在所述栅格上用于指示被用户触摸的显示屏的至少两个位置的至少两个点，并且识别所述显示屏的基于所述至少两个点的位置的地理部分以确定每个点的X和Y坐标；并且
(f)基于包括所述至少两手指距所述显示屏的距离的Z坐标来提供可变的缩放因子。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述显示屏的被识别的地理部分的视图随着距所述屏的高度h增加达到预定的最大值而可变地扩大。
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