專利名稱：用于防止弄臟顯示設備的方法與設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及顯示設備，更具體而言，涉及能夠進行圖形用戶界面(GUI)的直接操作的顯示設備。本發(fā)明描述了一種用于用戶界面的系統(tǒng)和方法，所述用戶界面能使用戶在處于顯示器的鄰近區(qū)內與顯示器交互作用，不用物理接觸顯示器，以防止指紋弄臟顯示器。
觸摸屏技術賦予的用于圖形用戶接口的直接操作技術，是當前最普通的輸入技術，因為它們遵循點擊感興趣的對象并操作它的概念。直接操作具有將檢測硬件即所謂的觸摸屏或接觸傳感器集成到顯示器本身中的額外優(yōu)點，其提供了產品的緊湊設計，并同時克服了空間限制。同樣，對于各種消費類顯示設備而言，直接操作是誘人的接口技術，其中，交互作用的逼真性和直觀性是關鍵的必要條件之一。
最常規(guī)的觸摸屏技術，與電阻性或聲波觸摸屏相似，憑借用戶手指和顯示器之間的物理接觸。有許多可采用此接觸的情形，著名的是自動柜員機(ATM)。然而，在眾多的其他設備中，例如顯示器鏡面、交互式顯示器、交互式工作臺、投影墻等，由于美觀性或衛(wèi)生的原因，用指紋弄臟顯示器表面是不可接受的。如果產品形成環(huán)境的完整部分，那么美觀性就變?yōu)橐粋€難題?？商鎿Q地，如果產品具有雙重功能，就象在用作工作臺臺面和交互式顯示器的情況下或在顯示器鏡面的情況下，這種顯示器在關掉顯示器時將不會顯露出指紋的污漬。衛(wèi)生在醫(yī)學應用中起到重要的作用。為了確保用于外科環(huán)境的醫(yī)療器械的無菌性，非常期望與圖形用戶界面交互作用不用物理接觸顯示器。
使用直接操作同時又避免指紋弄臟表面的與顯示設備進行交互的方式，可以通過檢測裸露的手在顯示器表面附近的操作來實現(xiàn)，其檢測技術不憑借物理接觸顯示器表面。在技術方面，存在多個檢測顯示器附近裸露的手的替換方式。
國際專利申請No.WO 03/010486公開了使用交叉電容感測的對象感測，在此引入作為參考。美國專利申請公開No.US20010030642公開了不需要用戶實際接觸顯示屏就能夠進行GUI操作的多個技術。然而，因為這些檢測技術憑借電磁場干擾并且電磁場對于用戶是看不見的，因為沒有顯而易見的物理障礙，所以人們具有接觸到顯示器的傾向。
本主題發(fā)明目的在于，提供一種通過鼓勵用戶使用與顯示屏相關的圖形用戶接口的同時不接觸顯示屏表面來防止用戶手指弄臟顯示屏的方法和設備。
此目的用防止用戶手指弄臟顯示屏的方法來實現(xiàn)，所述方法包括以下步驟確定用戶手指可以被檢測到的距離顯示屏的第一閾值距離；確定用戶手指可以被檢測到的距離顯示屏的第二閾值距離，所述第二閾值距離短于所述第一閾值距離；在用戶手指處于所述第一閾值距離之內時進行第一檢測；基于第一檢測步驟中的檢測，向用戶指示用戶手指已經(jīng)進入逼近屏幕的能夠與圖形用戶界面(GUI)交互作用的區(qū)域，所述GUI能夠通過用戶手指的移動來操作各種顯示功能；在用戶手指處于第二閾值距離之內時進行第二檢測；以及，基于第二檢測步驟的檢測，向用戶指示用戶手指已經(jīng)進入了禁區(qū)。
注意，上述和另外的目的與優(yōu)點將在下文出現(xiàn)，本發(fā)明將參照附圖得以說明，其中

圖1A是具有包括在其中的電容傳感器陣列的顯示設備的框圖；圖1B是示出了圖1A傳感器陣列的檢測線路的圖；圖2是示出了從顯示屏表面延伸出的許可區(qū)和禁止區(qū)的圖；以及圖3A和3B示出了在失活和激活狀態(tài)中顯示屏上的圖標；圖4示出了通過用戶手指出現(xiàn)在許可區(qū)中激活的波紋光標；以及圖5A和5B示出了通過用戶手指出現(xiàn)在許可區(qū)中激活的波紋光標以及波紋光標的陰影。
本主題發(fā)明利用3-D顯示器，即，能夠檢測指針、觸筆或用戶手指相對于顯示屏表面的水平和垂直位置以及指針、觸筆或用戶手指距離顯示屏表面的距離的顯示器。有多種已知類型的3-D顯示器，例如使用紅外線感測、電容感測等。在公開號US2002/0000977A1的美國專利申請中描述了一種3-D顯示器，在此引入作為參考。
如圖1A所示，顯示屏10具有附加在其上的導電透明導體柵格，其中，水平導體12與垂直導體14電絕緣。電壓電源16連接接線板18.1和18.2，施加穿過水平導體12和垂直導體14的不同電壓。此布置開發(fā)了遠離顯示器10表面延伸的電磁場20，如圖1B所示，其帶有用作電容器板片的水平導體12和垂直導體14。
例如，當用戶的手指進入檢測范圍20時，電容受到影響，并被X軸檢測器22和Y軸檢測器24檢測到，其中，X軸檢測器22連接到垂直導體14，Y軸檢測器24連接到水平導體12。傳感器控制器26從X檢測器22和Y檢測器24接收輸出信號，并生成X、Y坐標信號和Z距離信號。所述X和Y坐標信號被施加給光標和顯示控制器28，顯示控制器28然后施加控制信號給屏上顯示(On-Screen Display)控制器30。
在本發(fā)明的替換實施例中，使用由半3-D顯示器組成，即，能夠檢測指針、觸筆或用戶手指在第一閾值距離處定義的平行于顯示器表面的平面中相對于顯示器表面的水平和垂直位置的顯示器。此外，這種半3-D顯示器能夠獨立檢測出用戶手指是否已經(jīng)進入了第二閾值距離所確定的非常接近于顯示器表面的禁區(qū)。這種半3-D顯示器可以通過使用位于第一閾值距離處的第一虛擬觸摸屏來實現(xiàn)。一般地，虛擬觸摸屏由多個紅外線發(fā)光器(即，發(fā)射器)和檢測器(即，接收器)組成，其圍繞顯示屏的周邊布置，以便創(chuàng)建多個交叉光路。當用戶手指穿過虛擬觸摸屏的平面時，他/她的手指阻斷某些垂直布置的發(fā)射器/接收器對的光傳輸?；趯Ρ蛔钄嗟陌l(fā)射器/接收器對的識別，觸摸屏系統(tǒng)可以確定交叉的X和Y坐標。虛擬觸摸屏然后檢測進入第一閾值以及由此進入激活區(qū)A的時刻和指針、觸筆或手指的X、Y坐標。在第二閾值這一層，建立第二虛擬觸摸屏來檢查用戶手指是否已經(jīng)穿過禁區(qū)F的邊界。此第二虛擬觸摸屏要么可以是等同于在第一閾值這一層使用的虛擬觸摸屏，要么可以是簡化的虛擬觸摸屏，即，僅檢測用戶手指沿X或Y軸的位置，因為只對用戶手指是否已進入禁區(qū)感興趣，X、Y坐標可從對位于第一閾值層的第一虛擬觸摸屏的讀取中獲得。
如圖2所示，光標和顯示控制器28建立從顯示屏10表面沿Z方向(雙向箭頭32)延伸的兩個區(qū)域。第一區(qū)域A表示在用戶手指34經(jīng)過第一閾值距離36時、用戶手指34被檢測到并允許交互的區(qū)域。第二區(qū)域B表示在用戶手指34經(jīng)過第二閾值距離38時、用戶手指34被檢測到但不允許交互的禁區(qū)。第一閾值距離36例如是距離顯示屏1010cm。而第二閾值距離例如是3cm。同樣，許可的交互區(qū)即第一區(qū)域A從3cm延伸到10cm。
圖3A和3B示出了顯示屏10上的顯示示例，其中，指示選擇“C”的圖標40和指示選擇“D”的圖標42可以由用戶來選擇。使用上述距離示例，當用戶手指34從顯示屏10縮回距離大于10cm時；光標和顯示控制器28認為用戶手指34沒有處于檢測區(qū)的范圍之內，于是圖標40和42沒有被激活(用交叉陰影線指示)。當用戶手指34進入?yún)^(qū)域A時(見圖2)，光標和顯示控制器28確認相同，于是激活允許用戶選擇所需輸出“C”或“D”的圖標40和42(如圖3B所示)。然而，如果用戶繼續(xù)將他/她的手指34前進到進入?yún)^(qū)域F的點，則光標和顯示控制器28感覺手指34進入到區(qū)域F中，并使圖標40和42去激活(如圖3A所示)。
作為替換實施例(或除上述以外的實施例)，在用戶的手指34進入?yún)^(qū)域A時，光標和顯示控制器28使用報警器44激活第一聽得見的聲音，如圖1所示，以便通知所述用戶系統(tǒng)被激活。當用戶的手指34然后進入?yún)^(qū)域F時，光標和顯示控制器28可以使用報警器44激活第二聽得見的聲音?？梢詫⒌诙牭靡姷穆曇羯蔀樵谟脩羰种敢煌顺鰠^(qū)域F時就終止的連續(xù)聲音，或者將第二聽得見的聲音生成為在進入?yún)^(qū)域F時產生的斷續(xù)聽得見的聲音。在后者的情況下，如果用戶的手指在它已經(jīng)處于區(qū)域F之后進入?yún)^(qū)域A，則生成第一聽得見的聲音。
在另一替換實施例(或除上述實施例以外的實施例)中，在用戶的手指34進入所述區(qū)域A時，光標和顯示控制器28可以促使OSD 30在顯示屏10上生成光標，跟蹤用戶手指34的坐標。此光標可以采取圓形波紋46的形式，與物體進入水池時會出現(xiàn)的圓形波紋相類似(見圖4)。然而，任何本領域技術人員將認識到，存在多種可用的不同設想的光標，其可以在除于此描述的波紋設想之外使用。應該理解，本發(fā)明不只局限于使用波紋光標的設想。光標和顯示控制器28然后促使此波紋光標46在用戶手指34處于區(qū)域A時跟蹤用戶手指34的坐標位置。如果用戶手指34進入?yún)^(qū)域F(或退出區(qū)域A)，則光標和顯示控制器28促使OSD 30停止生成波紋光標46，至少直到用戶手指34再次進入?yún)^(qū)域A。
在另外的替換實施中，如圖5A和5B所示，在用戶手指34進入?yún)^(qū)域A時，光標和顯示控制器28促使OSD 30在顯示屏10上生成光標，形式上光標46具有陰影48。取決于由傳感器控制器26檢測的用戶手指的Z坐標，可以顯示光標的陰影接近或進一步遠離光標。用戶手指越接近顯示器，陰影就越接近光標。這一情形圖示在圖5A和5B中，其中，圖5示出了在用戶手指第一次進入?yún)^(qū)域A時的光標46和陰影48，而圖5B示出在用戶手指34接近顯示屏時(通過用戶手的放大圖像來表示)光標46基本上覆蓋了陰影48。此具有在視覺上顯示出用戶在他/她的手指以及顯示器之間的相對距離的優(yōu)點，從而提供連續(xù)的視覺反饋。在用戶已經(jīng)進入禁區(qū)F之后，光標的圖像在視覺上可以被修改，以便在視覺上警告用戶，例如，在此情況下，光標可以開始發(fā)紅光。
除上述實施例之外，當用戶的手指34進入?yún)^(qū)域A，并且其X、Y坐標處于按鈕的“目標區(qū)域”之內時，例如按鈕“C”(或任何其他GUI控制按鈕)的“目標區(qū)域”之內，所述按鈕表明其狀態(tài)的變化，并顯示向用戶指示他/她處于激活的GUI控制之上的“按下”狀態(tài)(或它被高亮顯示)。用戶然后可移動他/她的手指遠離GUI控制目標區(qū)，這使GUI控制恢復為其初始狀態(tài)，或者用戶可以激活按鈕來例如選擇輸出“C”。激活可以采取多種可供選擇的方法。例如，用戶可以在按鈕上保持他/她的手指超過預定的超時，在這之后按鈕被激活并生成對應的輸出?？商鎿Q地，用戶可以沿垂直于顯示器的方向移動他/她的手指遠離按鈕，并且當用戶手指越過第一閾值同時停留在針對那個按鈕定義的激活區(qū)域內時，按鈕被激活。應該理解，本發(fā)明不只局限于使用兩個所述的用于按鈕激活的示例性機構。許多其他的替換方案可以屬于本發(fā)明的范圍之內。
雖然已經(jīng)參照具體實施例描述了本發(fā)明，但是應該理解，在不脫離如所附權利要求所述的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，將采取許多變化。說明書和附圖因此被當作說明性的方式，而非意欲限定所附權利要求的范圍。
在闡述所附權利要求中，應該理解a)詞語“包括”并不排除給定權利要求中所列的元件或動作之外的其他元件或動作的存在；b)放在元件之前的冠詞“一”或“一個”并不排除多個這種元件的存在；c)權利要求中的任何參考標記并不限制它們的范圍；d)多個“裝置”可以用實現(xiàn)結構或功能的相同項目或硬件或軟件來代表；e)任何公開的元件可以由硬件部分(例如，包括分離的和集成的電子電路)、軟件部分(例如，計算機程序)和硬軟件部分及其任何組合組成；f)硬件部分可以由模擬和數(shù)字部分之一或模擬和數(shù)字兩部分組成；g)除非另外特別說明，任何公開的設備或其任何部分可以組合在一起，或可以被分成更多的部分；以及h)除非特別說明，不需要動作的特定順序。
權利要求
1.一種用于防止用戶手指(34)弄臟顯示屏(10)的方法，所述方法包括以下步驟確定(28)用戶手指(34)可以被檢測到的距離顯示屏的第一閾值距離(36)；確定(28)用戶手指(34)可以被檢測到的距離顯示屏的第二閾值距離(38)，所述第二閾值距離短于所述第一閾值距離(36)；在用戶的手指(34)處于所述第一閾值距離(36)之內時進行第一檢測(26，28)；基于所述第一檢測步驟中的檢測，向所述用戶第一指示(28，30)所述用戶的手指(34)已經(jīng)進入逼近屏幕的能夠與圖形用戶界面(GUI)交互作用的區(qū)域(A)，所述GUI能夠通過用戶手指(34)的運動操作各種顯示功能；在用戶的手指(34)處于所述第二秒閾值距離(38)之內時進行第二檢測(26，28)；以及基于在所述第二檢測步驟中的檢測，向所述用戶第二指示(28，30)所述用戶手指(34)已經(jīng)進入禁區(qū)(F)。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述方法還包括以下步驟在所述第二檢測步驟中的檢測之后，當用戶手指(34)超過所述第二閾值距離(38)時進行第三檢測(26，28)，借此所述用戶手指(34)不再處于禁區(qū)(F)內；以及基于所述第三檢測步驟中的檢測，向所述用戶第三個指示(26，28)所述用戶手指(34)已經(jīng)離開禁區(qū)(F)。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述指示步驟包括失活或激活GUI。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述指示步驟包括生成聽得見的聲音(44)。
5.如權利要求4所述的方法，其中，所述聽得見的聲音具有固定的預定持續(xù)時間。
6.如權利要求2所述的方法，其中，所述第二指示步驟包括失活GUI并生成(28，44)連續(xù)的聽得見的聲音，并且其中，所述第三指示步驟包括再激活GUI，并終止(28，44)所述連續(xù)的聽得見的聲音。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一指示步驟還包括生成(28，30)跟蹤用戶手指的坐標的光標(46)，并且所述第二指示步驟包括停止生成所述光標(46)。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述第一指示步驟還包括生成(28，30)跟蹤用戶手指坐標的光標(46)，并且生成所述光標(46)的虛擬陰影(48)，所述虛擬陰影(48)跟蹤所述光標(46)的運動，并且在所述用戶手指進入逼近屏幕的區(qū)域時，從光標的坐標被偏移了預定量，所述偏移量隨著所述用戶手指接近所述第二閾值距離(28)而減少。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述第二指示步驟包括修改所述光標(46)的外觀。
10.如權利要求1所述的方法，其中，所述GUI包括至少一個圖標(40，42)，其表示由用戶選擇激活的可執(zhí)行功能，并且所述方法還包括以下步驟在所述用戶手指(34)覆蓋所述至少一個圖標(40，42)時進行檢測(26，28)；以及當已經(jīng)檢測到所述用戶手指(34)覆蓋所述至少一個圖標(40，42)的時間超過預定時間量時，激活所述圖標(40，42)。
11.如權利要求1所述的方法，其中，所述GUI包括至少一個圖標(40，42)，其表示由用戶選擇激活的可執(zhí)行功能，并且所述方法還包括以下步驟在所述用戶手指(34)覆蓋所述至少一個圖標(40，42)時進行檢測(26，28)；以及當所述用戶手指(34)垂直移動遠離顯示屏時，激活所述圖標(40，42)。
12.一種用于防止用戶手指(34)弄臟顯示屏(10)的設備，所述設備包括
3-D傳感器陣列(12，14，16，18.1，18.2，22，24，26)，用于檢測用戶手指(34)相對于所述顯示屏(10)的橫坐標和縱坐標，以及檢測所述用戶手指(34)離開所述顯示屏(10)的距離；用于確定(28)用戶手指(34)可以被檢測到的距離顯示屏(10)的第一閾值距離(36)的裝置；用于確定(28)用戶手指(34)可以被檢測到的距離顯示屏(10)的第二閾值距離(38)的裝置，所述第二閾值距離(38)短于所述第一閾值距離(36)；耦合于所述3-D傳感器陣列(12，14，16，18.1，18.2，22，24，26)的第一檢測裝置(28)，用于在用戶手指(34)處于所述第一閾值距離(36)之內時進行檢測；用于基于所述第一檢測裝置(28)的檢測，激活(28，30)所述顯示屏(10)的圖形用戶接口(GUI)的裝置，所述GUI能夠通過用戶手指(34)的運動操作各種顯示功能；也耦合于所述3-D傳感器陣列(12，14，16，18.1，18.2，22，24，26)的第二檢測裝置(28)，用于在用戶手指(34)處于所述第二閾值距離(38)之內時進行檢測；用于基于所述第二檢測裝置的檢測，向所述用戶指示(28，30)所述用戶手指(34)已經(jīng)進入禁區(qū)(F)的裝置。
13.如權利要求12所述的設備，其中所述3-D傳感器陣列(12，14，16，18.1，18.2，22，24，26)是電容感測陣列。
14.如權利要求12所述的設備，其中，所述激活裝置(28，30)促使所述GUI生成跟蹤用戶手指(34)相對于顯示屏(10)的位置的可視光標(46)。
15.如權利要求14所述的設備，其中，所述指示裝置(28，30)促使所述GUI停止生成所述可視光標(46)。
16.如權利要求12所述的設備，其中所述3-D傳感器陣列包括圍繞顯示屏周邊布置的第一多個發(fā)光器和檢測器，用于形成多個交叉光路，從而建立第一虛擬觸摸屏；以及也圍繞顯示屏周邊布置的第二多個發(fā)光器和檢測器，用于形成多個交叉光路，從而建立第二虛擬觸摸屏，其中，所述用于確定所述第一閾值距離的裝置包括定位所述第一多個發(fā)光器和檢測器，使得所述第一虛擬觸摸屏處于所述第一閾值距離，以及其中，所述用于確定所述第二閾值距離的裝置包括定位所述第二多個發(fā)光器和檢測器，使得所述第二虛擬觸摸屏處于所述第二閾值距離。
17.如權利要求12所述的設備，其中，所述激活裝置促使所述GUI生成跟蹤用戶手指(48)坐標的光標(46)，并且生成所述光標(46)的虛擬陰影(48)，所述虛擬陰影(48)跟蹤所述光標(46)的運動，并且在所述用戶手指(34)進入逼近屏幕的區(qū)域(A)時，從光標(46)的坐標被偏移了預定量，所述偏移量隨著所述用戶手指(34)接近所述第二閾值距離(38)而減少。
18.如權利要求17所述的設備，其中，所述指示裝置促使所述GUI改變所述光標(46)的外觀。
19.如權利要求12所述的設備，其中，所述GUI包括至少一個圖標(40，42)，其表示由用戶選擇激活的可執(zhí)行功能，并且所述設備還包括用于在所述用戶手指(34)覆蓋所述至少一個圖標(40，42)時進行檢測(28)的裝置；以及用于在已經(jīng)檢測到所述用戶手指(34)覆蓋所述至少一個圖標(40，42)的時間超過預定時間量時，激活(28，30)所述圖標(40，42)的裝置。
20.權利要求12所述的設備，其中，所述GUI包括至少一個圖標(40，42)，其表示由用戶選擇漱活的可執(zhí)行功能，并且所述設備還包括用于在所述用戶手指(34)覆蓋所述至少一個圖標(40，42)時進行檢測(28)的裝置；以及用于在所述用戶的手指(34)垂直移動遠離顯示屏(10)、當穿過第一閾值距離而用戶手指的X和Y坐標仍然處于針對所述圖標(40，42)定義的激活區(qū)域內(處于XY平面內)時激活(28，30)所述圖標(40，42)的裝置。
全文摘要
一種通過促使用戶在使用與顯示屏相關聯(lián)的圖形用戶接口的同時不接觸顯示屏表面的用于防止用戶手指弄臟顯示屏的方法和設備，包括確定用戶手指可以被檢測到的距離顯示屏的第一閾值距離；確定用戶手指可以被檢測到的距離顯示屏的第二閾值距離，第二閾值距離短于第一閾值距離；基于第一檢測步驟中的檢測，向用戶指示用戶手指已經(jīng)進入逼近屏幕的能夠與圖形用戶界面(GUI)交互作用的區(qū)域，GUI能夠通過用戶手指的移動來操作各種顯示功能；在用戶手指處于第二閾值距離的范圍內時進行第二檢測；以及，基于第二檢測步驟的檢測，向用戶指示用戶手指已經(jīng)進入了禁區(qū)。
文檔編號G06F3/033GK1977238SQ200580021712
公開日2007年6月6日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權日2004年6月29日
發(fā)明者T·拉什納 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司