CN1977238A - 用于防止弄脏显示设备的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

一种通过促使用户在使用与显示屏相关联的图形用户接口的同时不接触显示屏表面的用于防止用户手指弄脏显示屏的方法和设备，包括：确定用户手指可以被检测到的距离显示屏的第一阈值距离；确定用户手指可以被检测到的距离显示屏的第二阈值距离，第二阈值距离短于第一阈值距离；基于第一检测步骤中的检测，向用户指示用户手指已经进入逼近屏幕的能够与图形用户界面(GUI)交互作用的区域，GUI能够通过用户手指的移动来操作各种显示功能；在用户手指处于第二阈值距离的范围内时进行第二检测；以及，基于第二检测步骤的检测，向用户指示用户手指已经进入了禁区。

Description

用于防止弄脏显示设备的方法与设备
本发明涉及显示设备，更具体而言，涉及能够进行图形用户界面(GUI)的直接操作的显示设备。本发明描述了一种用于用户界面的系统和方法，所述用户界面能使用户在处于显示器的邻近区内与显示器交互作用，不用物理接触显示器，以防止指纹弄脏显示器。
触摸屏技术赋予的用于图形用户接口的直接操作技术，是当前最普通的输入技术，因为它们遵循点击感兴趣的对象并操作它的概念。直接操作具有将检测硬件即所谓的触摸屏或接触传感器集成到显示器本身中的额外优点，其提供了产品的紧凑设计，并同时克服了空间限制。同样，对于各种消费类显示设备而言，直接操作是诱人的接口技术，其中，交互作用的逼真性和直观性是关键的必要条件之一。
最常规的触摸屏技术，与电阻性或声波触摸屏相似，凭借用户手指和显示器之间的物理接触。有许多可采用此接触的情形，著名的是自动柜员机(ATM)。然而，在众多的其他设备中，例如显示器镜面、交互式显示器、交互式工作台、投影墙等，由于美观性或卫生的原因，用指纹弄脏显示器表面是不可接受的。如果产品形成环境的完整部分，那么美观性就变为一个难题。可替换地，如果产品具有双重功能，就象在用作工作台台面和交互式显示器的情况下或在显示器镜面的情况下，这种显示器在关掉显示器时将不会显露出指纹的污渍。卫生在医学应用中起到重要的作用。为了确保用于外科环境的医疗器械的无菌性，非常期望与图形用户界面交互作用不用物理接触显示器。
使用直接操作同时又避免指纹弄脏表面的与显示设备进行交互的方式，可以通过检测裸露的手在显示器表面附近的操作来实现，其检测技术不凭借物理接触显示器表面。在技术方面，存在多个检测显示器附近裸露的手的替换方式。
国际专利申请No.WO 03/010486公开了使用交叉电容感测的对象感测，在此引入作为参考。美国专利申请公开No.US20010030642公开了不需要用户实际接触显示屏就能够进行GUI操作的多个技术。然而，因为这些检测技术凭借电磁场干扰并且电磁场对于用户是看不见的，因为没有显而易见的物理障碍，所以人们具有接触到显示器的倾向。
本主题发明目的在于，提供一种通过鼓励用户使用与显示屏相关的图形用户接口的同时不接触显示屏表面来防止用户手指弄脏显示屏的方法和设备。
此目的用防止用户手指弄脏显示屏的方法来实现，所述方法包括以下步骤：确定用户手指可以被检测到的距离显示屏的第一阈值距离；确定用户手指可以被检测到的距离显示屏的第二阈值距离，所述第二阈值距离短于所述第一阈值距离；在用户手指处于所述第一阈值距离之内时进行第一检测；基于第一检测步骤中的检测，向用户指示用户手指已经进入逼近屏幕的能够与图形用户界面(GUI)交互作用的区域，所述GUI能够通过用户手指的移动来操作各种显示功能；在用户手指处于第二阈值距离之内时进行第二检测；以及，基于第二检测步骤的检测，向用户指示用户手指已经进入了禁区。
注意，上述和另外的目的与优点将在下文出现，本发明将参照附图得以说明，其中：
图1A是具有包括在其中的电容传感器阵列的显示设备的框图；
图1B是示出了图1A传感器阵列的检测线路的图；
图2是示出了从显示屏表面延伸出的许可区和禁止区的图；以及
图3A和3B示出了在失活和激活状态中显示屏上的图标；
图4示出了通过用户手指出现在许可区中激活的波纹光标；以及
图5A和5B示出了通过用户手指出现在许可区中激活的波纹光标以及波纹光标的阴影。
本主题发明利用3-D显示器，即，能够检测指针、触笔或用户手指相对于显示屏表面的水平和垂直位置以及指针、触笔或用户手指距离显示屏表面的距离的显示器。有多种已知类型的3-D显示器，例如使用红外线感测、电容感测等。在公开号US2002/0000977A1的美国专利申请中描述了一种3-D显示器，在此引入作为参考。
如图1A所示，显示屏10具有附加在其上的导电透明导体栅格，其中，水平导体12与垂直导体14电绝缘。电压电源16连接接线板18.1和18.2，施加穿过水平导体12和垂直导体14的不同电压。此布置开发了远离显示器10表面延伸的电磁场20，如图1B所示，其带有用作电容器板片的水平导体12和垂直导体14。
例如，当用户的手指进入检测范围20时，电容受到影响，并被X轴检测器22和Y轴检测器24检测到，其中，X轴检测器22连接到垂直导体14，Y轴检测器24连接到水平导体12。传感器控制器26从X检测器22和Y检测器24接收输出信号，并生成X、Y坐标信号和Z距离信号。所述X和Y坐标信号被施加给光标和显示控制器28，显示控制器28然后施加控制信号给屏上显示(On-Screen Display)控制器30。
在本发明的替换实施例中，使用由半3-D显示器组成，即，能够检测指针、触笔或用户手指在第一阈值距离处定义的平行于显示器表面的平面中相对于显示器表面的水平和垂直位置的显示器。此外，这种半3-D显示器能够独立检测出用户手指是否已经进入了第二阈值距离所确定的非常接近于显示器表面的禁区。这种半3-D显示器可以通过使用位于第一阈值距离处的第一虚拟触摸屏来实现。一般地，虚拟触摸屏由多个红外线发光器(即，发射器)和检测器(即，接收器)组成，其围绕显示屏的周边布置，以便创建多个交叉光路。当用户手指穿过虚拟触摸屏的平面时，他/她的手指阻断某些垂直布置的发射器/接收器对的光传输。基于对被阻断的发射器/接收器对的识别，触摸屏系统可以确定交叉的X和Y坐标。虚拟触摸屏然后检测进入第一阈值以及由此进入激活区A的时刻和指针、触笔或手指的X、Y坐标。在第二阈值这一层，建立第二虚拟触摸屏来检查用户手指是否已经穿过禁区F的边界。此第二虚拟触摸屏要么可以是等同于在第一阈值这一层使用的虚拟触摸屏，要么可以是简化的虚拟触摸屏，即，仅检测用户手指沿X或Y轴的位置，因为只对用户手指是否已进入禁区感兴趣，X、Y坐标可从对位于第一阈值层的第一虚拟触摸屏的读取中获得。
如图2所示，光标和显示控制器28建立从显示屏10表面沿Z方向(双向箭头32)延伸的两个区域。第一区域A表示在用户手指34经过第一阈值距离36时、用户手指34被检测到并允许交互的区域。第二区域B表示在用户手指34经过第二阈值距离38时、用户手指34被检测到但不允许交互的禁区。第一阈值距离36例如是距离显示屏1010cm。而第二阈值距离例如是3cm。同样，许可的交互区即第一区域A从3cm延伸到10cm。
图3A和3B示出了显示屏10上的显示示例，其中，指示选择“C”的图标40和指示选择“D”的图标42可以由用户来选择。使用上述距离示例，当用户手指34从显示屏10缩回距离大于10cm时；光标和显示控制器28认为用户手指34没有处于检测区的范围之内，于是图标40和42没有被激活(用交叉阴影线指示)。当用户手指34进入区域A时(见图2)，光标和显示控制器28确认相同，于是激活允许用户选择所需输出“C”或“D”的图标40和42(如图3B所示)。然而，如果用户继续将他/她的手指34前进到进入区域F的点，则光标和显示控制器28感觉手指34进入到区域F中，并使图标40和42去激活(如图3A所示)。
作为替换实施例(或除上述以外的实施例)，在用户的手指34进入区域A时，光标和显示控制器28使用报警器44激活第一听得见的声音，如图1所示，以便通知所述用户系统被激活。当用户的手指34然后进入区域F时，光标和显示控制器28可以使用报警器44激活第二听得见的声音。可以将第二听得见的声音生成为在用户手指一退出区域F时就终止的连续声音，或者将第二听得见的声音生成为在进入区域F时产生的断续听得见的声音。在后者的情况下，如果用户的手指在它已经处于区域F之后进入区域A，则生成第一听得见的声音。
在另一替换实施例(或除上述实施例以外的实施例)中，在用户的手指34进入所述区域A时，光标和显示控制器28可以促使OSD 30在显示屏10上生成光标，跟踪用户手指34的坐标。此光标可以采取圆形波纹46的形式，与物体进入水池时会出现的圆形波纹相类似(见图4)。然而，任何本领域技术人员将认识到，存在多种可用的不同设想的光标，其可以在除于此描述的波纹设想之外使用。应该理解，本发明不只局限于使用波纹光标的设想。光标和显示控制器28然后促使此波纹光标46在用户手指34处于区域A时跟踪用户手指34的坐标位置。如果用户手指34进入区域F(或退出区域A)，则光标和显示控制器28促使OSD 30停止生成波纹光标46，至少直到用户手指34再次进入区域A。
在另外的替换实施中，如图5A和5B所示，在用户手指34进入区域A时，光标和显示控制器28促使OSD 30在显示屏10上生成光标，形式上光标46具有阴影48。取决于由传感器控制器26检测的用户手指的Z坐标，可以显示光标的阴影接近或进一步远离光标。用户手指越接近显示器，阴影就越接近光标。这一情形图示在图5A和5B中，其中，图5示出了在用户手指第一次进入区域A时的光标46和阴影48，而图5B示出在用户手指34接近显示屏时(通过用户手的放大图像来表示)光标46基本上覆盖了阴影48。此具有在视觉上显示出用户在他/她的手指以及显示器之间的相对距离的优点，从而提供连续的视觉反馈。在用户已经进入禁区F之后，光标的图像在视觉上可以被修改，以便在视觉上警告用户，例如，在此情况下，光标可以开始发红光。
除上述实施例之外，当用户的手指34进入区域A，并且其X、Y坐标处于按钮的“目标区域”之内时，例如按钮“C”(或任何其他GUI控制按钮)的“目标区域”之内，所述按钮表明其状态的变化，并显示向用户指示他/她处于激活的GUI控制之上的“按下”状态(或它被高亮显示)。用户然后可移动他/她的手指远离GUI控制目标区，这使GUI控制恢复为其初始状态，或者用户可以激活按钮来例如选择输出“C”。激活可以采取多种可供选择的方法。例如，用户可以在按钮上保持他/她的手指超过预定的超时，在这之后按钮被激活并生成对应的输出。可替换地，用户可以沿垂直于显示器的方向移动他/她的手指远离按钮，并且当用户手指越过第一阈值同时停留在针对那个按钮定义的激活区域内时，按钮被激活。应该理解，本发明不只局限于使用两个所述的用于按钮激活的示例性机构。许多其他的替换方案可以属于本发明的范围之内。
虽然已经参照具体实施例描述了本发明，但是应该理解，在不脱离如所附权利要求所述的本发明的精神和范围的前提下，将采取许多变化。说明书和附图因此被当作说明性的方式，而非意欲限定所附权利要求的范围。
在阐述所附权利要求中，应该理解：
a)词语“包括”并不排除给定权利要求中所列的元件或动作之外的其他元件或动作的存在；
b)放在元件之前的冠词“一”或“一个”并不排除多个这种元件的存在；
c)权利要求中的任何参考标记并不限制它们的范围；
d)多个“装置”可以用实现结构或功能的相同项目或硬件或软件来代表；
e)任何公开的元件可以由硬件部分(例如，包括分离的和集成的电子电路)、软件部分(例如，计算机程序)和硬软件部分及其任何组合组成；
f)硬件部分可以由模拟和数字部分之一或模拟和数字两部分组成；
g)除非另外特别说明，任何公开的设备或其任何部分可以组合在一起，或可以被分成更多的部分；以及
h)除非特别说明，不需要动作的特定顺序。

Claims (21)

1.一种用于防止用户手指(34)弄脏显示屏(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
确定(28)用户手指(34)可以被检测到的距离显示屏的第一阈值距离(36)；
确定(28)用户手指(34)可以被检测到的距离显示屏的第二阈值距离(38)，所述第二阈值距离短于所述第一阈值距离(36)；
在用户的手指(34)处于所述第一阈值距离(36)之内时进行第一检测(26，28)；
基于所述第一检测步骤中的检测，向所述用户第一指示(28，30)所述用户的手指(34)已经进入逼近屏幕的能够与图形用户界面(GUI)交互作用的区域(A)，所述GUI能够通过用户手指(34)的运动操作各种显示功能；
在用户的手指(34)处于所述第二秒阈值距离(38)之内时进行第二检测(26，28)；以及
基于在所述第二检测步骤中的检测，向所述用户第二指示(28，30)所述用户手指(34)已经进入禁区(F)。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤：
在所述第二检测步骤中的检测之后，当用户手指(34)超过所述第二阈值距离(38)时进行第三检测(26，28)，借此所述用户手指(34)不再处于禁区(F)内；以及
基于所述第三检测步骤中的检测，向所述用户第三个指示(26，28)所述用户手指(34)已经离开禁区(F)。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述指示步骤包括失活或激活GUI。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述指示步骤包括生成听得见的声音(44)。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述听得见的声音具有固定的预定持续时间。
6.如权利要求2所述的方法，其中，所述第二指示步骤包括失活GUI并生成(28，44)连续的听得见的声音，并且其中，所述第三指示步骤包括再激活GUI，并终止(28，44)所述连续的听得见的声音。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一指示步骤还包括：生成(28，30)跟踪用户手指的坐标的光标(46)，并且所述第二指示步骤包括停止生成所述光标(46)。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一指示步骤还包括：生成(28，30)跟踪用户手指坐标的光标(46)，并且生成所述光标(46)的虚拟阴影(48)，所述虚拟阴影(48)跟踪所述光标(46)的运动，并且在所述用户手指进入逼近屏幕的区域时，从光标的坐标被偏移了预定量，所述偏移量随着所述用户手指接近所述第二阈值距离(28)而减少。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述第二指示步骤包括修改所述光标(46)的外观。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述GUI包括至少一个图标(40，42)，其表示由用户选择激活的可执行功能，并且所述方法还包括以下步骤：
在所述用户手指(34)覆盖所述至少一个图标(40，42)时进行检测(26，28)；以及
当已经检测到所述用户手指(34)覆盖所述至少一个图标(40，42)的时间超过预定时间量时，激活所述图标(40，42)。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述GUI包括至少一个图标(40，42)，其表示由用户选择激活的可执行功能，并且所述方法还包括以下步骤：
在所述用户手指(34)覆盖所述至少一个图标(40，42)时进行检测(26，28)；以及
当所述用户手指(34)垂直移动远离显示屏时，激活所述图标(40，42)。
12.一种用于防止用户手指(34)弄脏显示屏(10)的设备，所述设备包括：
3-D传感器阵列(12，14，16，18.1，18.2，22，24，26)，用于检测用户手指(34)相对于所述显示屏(10)的横坐标和纵坐标，以及检测所述用户手指(34)离开所述显示屏(10)的距离；
用于确定(28)用户手指(34)可以被检测到的距离显示屏(10)的第一阈值距离(36)的装置；
用于确定(28)用户手指(34)可以被检测到的距离显示屏(10)的第二阈值距离(38)的装置，所述第二阈值距离(38)短于所述第一阈值距离(36)；
耦合于所述3-D传感器阵列(12，14，16，18.1，18.2，22，24，26)的第一检测装置(28)，用于在用户手指(34)处于所述第一阈值距离(36)之内时进行检测；
用于基于所述第一检测装置(28)的检测，激活(28，30)所述显示屏(10)的图形用户接口(GUI)的装置，所述GUI能够通过用户手指(34)的运动操作各种显示功能；
也耦合于所述3-D传感器阵列(12，14，16，18.1，18.2，22，24，26)的第二检测装置(28)，用于在用户手指(34)处于所述第二阈值距离(38)之内时进行检测；
用于基于所述第二检测装置的检测，向所述用户指示(28，30)所述用户手指(34)已经进入禁区(F)的装置。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述3-D传感器阵列(12，14，16，18.1，18.2，22，24，26)是电容感测阵列。
14.如权利要求12所述的设备，其中，所述激活装置(28，30)促使所述GUI生成跟踪用户手指(34)相对于显示屏(10)的位置的可视光标(46)。
15.如权利要求14所述的设备，其中，所述指示装置(28，30)促使所述GUI停止生成所述可视光标(46)。
16.如权利要求12所述的设备，其中所述3-D传感器阵列包括：
围绕显示屏周边布置的第一多个发光器和检测器，用于形成多个交叉光路，从而建立第一虚拟触摸屏；以及
也围绕显示屏周边布置的第二多个发光器和检测器，用于形成多个交叉光路，从而建立第二虚拟触摸屏，
其中，所述用于确定所述第一阈值距离的装置包括：定位所述第一多个发光器和检测器，使得所述第一虚拟触摸屏处于所述第一阈值距离，
以及其中，所述用于确定所述第二阈值距离的装置包括：定位所述第二多个发光器和检测器，使得所述第二虚拟触摸屏处于所述第二阈值距离。
17.如权利要求12所述的设备，其中，所述激活装置促使所述GUI生成跟踪用户手指(48)坐标的光标(46)，并且生成所述光标(46)的虚拟阴影(48)，所述虚拟阴影(48)跟踪所述光标(46)的运动，并且在所述用户手指(34)进入逼近屏幕的区域(A)时，从光标(46)的坐标被偏移了预定量，所述偏移量随着所述用户手指(34)接近所述第二阈值距离(38)而减少。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述指示装置促使所述GUI改变所述光标(46)的外观。
19.如权利要求12所述的设备，其中，所述GUI包括至少一个图标(40，42)，其表示由用户选择激活的可执行功能，并且所述设备还包括：
用于在所述用户手指(34)覆盖所述至少一个图标(40，42)时进行检测(28)的装置；以及
用于在已经检测到所述用户手指(34)覆盖所述至少一个图标(40，42)的时间超过预定时间量时，激活(28，30)所述图标(40，42)的装置。
20.权利要求12所述的设备，其中，所述GUI包括至少一个图标(40，42)，其表示由用户选择漱活的可执行功能，并且所述设备还包括：
用于在所述用户手指(34)覆盖所述至少一个图标(40，42)时进行检测(28)的装置；以及
用于在所述用户的手指(34)垂直移动远离显示屏(10)、当穿过第一阈值距离而用户手指的X和Y坐标仍然处于针对所述图标(40，42)定义的激活区域内(处于XY平面内)时激活(28，30)所述图标(40，42)的装置。
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