專利名稱：用于觸摸屏幕的系統(tǒng)和方法
用于觸摸屏幕的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
觸摸屏幕可以使用電阻、電容或光學(xué)檢測系統(tǒng)來確定與觸摸屏幕的接觸位置。與觸摸屏幕的接觸位置可以例如選擇在觸摸屏幕上顯示的對象。


在以下詳細描述中并參考附圖來描述某些示例性實施例，在附圖中:
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有具有疊加在前表面106上的光學(xué)檢測器104的屏幕的監(jiān)視器的 圖1B是根據(jù)本發(fā)明的實施例具有具有疊加在屏幕周界周圍的光學(xué)檢測器的屏幕的監(jiān)視器的 圖2是示出了在本發(fā)明的實施例中可以存在的功能的圖1的監(jiān)視器的方框 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的一體式(all-1n-one)計算機系統(tǒng)的 圖4是示出了在本發(fā)明的實施例中可以存在的不同單元的一體式計算機系統(tǒng)的方框圖；以及
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的可以用來使光學(xué)觸摸系統(tǒng)與力傳感器相關(guān)的方法。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例提供了一種將力傳感器結(jié)合到保持屏幕的底座中的觸摸屏幕。觸摸檢測器可以確定接近于屏幕的前表面的對象的位置和尺寸，但是可以不確認實際觸摸或報告接觸的力。在實施例中，可以使由力傳感器報告的力與觸摸的位置相關(guān)。如本文所討論的，該相關(guān)可以用來修改在屏幕上顯示的項目的特征，諸如虛擬刷尺寸、線尺寸、文本尺寸或其任何組合。此外，可以以任何數(shù)目的其他方式來使用該相關(guān)，例如以允許至少部分地基于施加于力觸摸屏幕的力的圖的不同層上的對象的選擇。如本文所使用的，屏幕是顯示單元，諸如薄膜晶體管液晶顯示器，其可以用來示出由程序輸出的項目。監(jiān)視器是具有屏幕及用于將屏幕保持在適當(dāng)位置并在屏幕上顯示數(shù)據(jù)的物理和電子結(jié)構(gòu)的單元。一體式計算機將具有被構(gòu)建到殼體中的屏幕，該殼體還包含處理器及其他單元，并且其起自包含式計算機系統(tǒng)的作用。圖1A是具有具有檢測器104的屏幕102的監(jiān)視器100的圖。檢測器104可以在屏幕102的周界106周圍，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以在屏幕102前面，或者可以在另一位置上。檢測器104包括檢測器108和發(fā)射器110，其可以例如位于屏幕102的上拐角處的光學(xué)檢測器104中。在實施例中，可以使用二維光學(xué)檢測器104，其中，光學(xué)檢測器104的內(nèi)部側(cè)表面112和內(nèi)部底表面114可以是反射式的。在本示例中，發(fā)射器110可以連續(xù)地或間歇性地發(fā)射光信號，諸如紅外(IR)信號。光信號被從側(cè)表面112和底表面114反射并被檢測器108檢測。將諸如指尖之類的對象接近于屏幕放置可以降低在屏幕102上的特定位置處所檢測的強度，這可以促使光學(xué)檢測器104報告一組X、y坐標處的觸摸?？梢允褂貌煌拈撝祦泶_定觸摸，諸如光強度25%的降低、50%的降低、75%的降低或者甚至更高。在另一實施例中，可以使用三維光學(xué)檢測器104。在本示例中，發(fā)射器110可以發(fā)送出脈沖光信號。來自光信號的反射被檢測器108接收到，并且發(fā)射和檢測的脈沖之間的飛行時間確定可以用來識別接近于屏幕的對象的X、y和z坐標。發(fā)射器108和檢測器110不限于上文所討論的布置，因為在本技術(shù)的實施例中可以使用任何數(shù)目的光學(xué)檢測系統(tǒng)。例如，可以使用交叉照明幕，其中，與沿著頂表面的第一組檢測器相對，沿著光學(xué)檢測器104的底表面放置第一組發(fā)射器?？梢耘c第二組檢測器相對在一側(cè)光學(xué)檢測器104處放置第二組發(fā)射器。在本實施例中，發(fā)射器和檢測器的交叉配置產(chǎn)生垂直和水平光束，其可以用來確定接近于屏幕102的前表面106的對象的位置，例如，通過識別哪些光束被中斷。此外，可以使用中斷光束的數(shù)目來確定接近于前表面106的對象的尺寸。監(jiān)視器100還可以具有被結(jié)合到支撐屏幕102的支架(stand) 118中的一個或多個力傳感器116。力傳感器116可以位于支架118中的任何數(shù)目的位置上，例如在被附著于保持屏幕102的殼體124的背面122的托架(bracket) 120中。力傳感器116不限于此位置，并且可以位于任何數(shù)目的其他位置上。例如，力傳感器116可以位于保持支架118的基座(pedestal) 126中，諸如在其中支架118連接到基座126的點1128處。相對于圖1B來討論本實施例。監(jiān)視器100可以具有用于耦合到計算機系統(tǒng)130的許多輸入和輸出系統(tǒng)。例如，視頻系統(tǒng)可以通過將監(jiān)視器100耦合到計算機系統(tǒng)130的視頻電纜132來獲得視頻信號。信號系統(tǒng)可以使用信號電纜134來向計算機系統(tǒng)130提供觸摸和/或力數(shù)據(jù)。例如，信號系統(tǒng)可以是通用串行總線(USB)系統(tǒng)或用于將信號從監(jiān)視器100載送至計算機系統(tǒng)130的任何數(shù)目的其他系統(tǒng)。在實施例中，尤其，可以使用諸如以太網(wǎng)電纜或HDMI電纜的單個電纜來從兩個系統(tǒng)載送兩個信號。可以將其他單元附著于計算機系統(tǒng)130。例如，計算機系統(tǒng)130可以具有用于輸入文本和命令的鍵盤136，雖然可以將監(jiān)視器100的觸摸屏幕用于文本輸入。此外，計算機系統(tǒng)130可以具有以太網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)連接138。圖1B是根據(jù)本發(fā)明的實施例具有具有疊加在屏幕周界周圍的光學(xué)檢測器的屏幕的監(jiān)視器的圖。在本實施例中，還可以將力傳感器116定位于保持支架118的基座126中，例如，在其中支架118附著于基座126的點128處?？梢詫⒘鞲衅?16定位于任何數(shù)目的其他位置上，諸如在基座下面。此外，支架不限于附著于監(jiān)視器的背面，而是可以附著于殼體124的底座。相對于圖2來進一步討論監(jiān)視器100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖2是圖1的監(jiān)視器100的方框圖200，示出了在本發(fā)明的實施例中可以存在的功能。如方框圖200中所示，監(jiān)視器100具有被耦合到驅(qū)動器202的屏幕102，驅(qū)動器202保持激活單獨像素所需的電路，諸如薄膜晶體管(TFT)背板。可以將驅(qū)動器202耦合到總線204以便與監(jiān)視器100中的其他單元通信。監(jiān)視器100可以具有被耦合到總線204以執(zhí)行各種功能的處理器206，所述功能諸如將視頻信號解碼或確定觸摸的位置或測量屏幕102上的力。處理器206可以通過總線204來訪問存儲器208。尤其，存儲器208可以包括隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。ROM可以用來存儲被處理器206使用的程序，例如，被配置成指引處理器206通過總線204來訪問光學(xué)傳感器104并確定對象正在阻擋光束的一部分且因此接近于屏幕102的代碼。存儲器208的ROM還可以用來存儲被配置成指引處理器206對力傳感器116進行輪詢例如以確定是否已向屏幕102的前面施加力的代碼。RAM可以用來保持中間結(jié)果，諸如解碼的視頻幀或關(guān)于被阻擋的水平和垂直光束的數(shù)據(jù)，而處理器206使用該結(jié)果來計算接近對象的位置。RAM還可以用來保持來自力傳感器116的值，同時從光學(xué)傳感器104確定相應(yīng)的位置。監(jiān)視器100可以包括被耦合到總線204的視頻接口 210。可以將視頻接口 210配置成通過視頻電纜132從計算機系統(tǒng)130獲得視頻數(shù)據(jù)。處理器206可以處理視頻信息，例如在將視頻信息發(fā)送到驅(qū)動器202以在屏幕102上顯示之前將其緩存在存儲器208中。監(jiān)視器100還可以具有被耦合到總線204的觸摸系統(tǒng)接口 212。處理器206可以使用觸摸系統(tǒng)接口 212通過諸如USB電纜的接口電纜134將從光學(xué)傳感器104識別的用于對象的位置和尺寸信息以及來自力傳感器116的力信息傳輸至計算機系統(tǒng)130。在實施例中，存儲器208包括被配置成只有當(dāng)檢測到大于閾值值的力時才指引處理器206報告觸摸、例如用于接近于屏幕102的對象的尺寸和位置信息的代碼。例如，監(jiān)視器100可以不對小于約0.25N、0.5 NU N或5 N的觸摸進行定位或報告。在其他實施例中，監(jiān)視器100可以使用光學(xué)傳感器104來檢測任何光學(xué)擾動，例如屏幕102上的任何位置處的任何光的強度的大于約75%、50 %或10 %的降低，并且在檢測到光學(xué)擾動時報告尺寸位置和力讀數(shù)。在實施例中，計算機系統(tǒng)130可以具有許多單元，包括硬件和軟件，以促進位置、尺寸和力信息的使用。例如，計算機系統(tǒng)130可以具有視頻系統(tǒng)214以通過視頻電纜132向監(jiān)視器100提供視頻信號。計算機系統(tǒng)130還可以例如在操作系統(tǒng)中具有人機接口(MMI)216，以從監(jiān)視器100接收位置信息并將信息轉(zhuǎn)換成指針位置。MMI 216還可以對接至鍵盤136以獲得文本信息。計算機系統(tǒng)130將具有處理器218以操作提供功能的軟件和硬件模塊。存儲系統(tǒng)220可以存儲被配置成指引處理器218啟動和運行程序的代碼模塊，例如提供用于本發(fā)明的實施例的功能。存儲系統(tǒng)220可以包括非臨時計算機可讀介質(zhì)的、包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、硬盤驅(qū)動器、光學(xué)驅(qū)驅(qū)動器、RAM驅(qū)動器、閃盤驅(qū)動器等的任何組合。模塊可以包括例如鼠標驅(qū)動器222，其被配置成指引處理器使用來自監(jiān)視器100的位置信息來提供鼠標或指針功能，諸如移動或選擇在屏幕102上顯示的項目。其他模塊可以包括圖形程序224，諸如繪圖程序或計算機輔助設(shè)計(CAD)程序，其被配置成指引處理器基于由力傳感器116測量的力的量來修改從光學(xué)傳感器104確定的位置處的在屏幕102上示出的項目的特征。在計算機系統(tǒng)130中可以包括其他單元以提供另外功能，諸如被配置成為計算機系統(tǒng)130提供通過網(wǎng)絡(luò)電纜138的網(wǎng)絡(luò)接入的網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC) 226。技術(shù)不限于用單獨計算機系統(tǒng)130進行操作的獨立監(jiān)視器100。替代地，可以將上文所述的所有功能包括在單個一體式計算機系統(tǒng)中，如相對于圖3和4所討論的。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的一體式計算機系統(tǒng)300的圖。一體式計算機系統(tǒng)300包括疊加在屏幕304的前表面上的光學(xué)檢測系統(tǒng)302。關(guān)于先前所討論的監(jiān)視器100(圖1)，可以將光學(xué)檢測系統(tǒng)302構(gòu)建到一體式計算機系統(tǒng)300的殼體中。光學(xué)檢測系統(tǒng)302如相對于監(jiān)視器100的光學(xué)檢測器104所述的那樣運行。此外，可以將力檢測傳感器306放置在保持一體式計算機系統(tǒng)300的支架308中。如相對于用于監(jiān)視器100的力傳感器116所述的，可以將力檢測傳感器306放置在將一體式計算機系統(tǒng)300保持到支架308的托架(bracket)310中。在實施例中，可以將力檢測傳感器306放置在其中支架308接合基座312的點314處的基座312中?！w式計算機系統(tǒng)300 —般將包括用于直接輸入和輸出的許多設(shè)備。例如,可以附著鍵盤316以允許輸入文本和命令。在實施例中，可以省略鍵盤316以支持將光學(xué)檢測系統(tǒng)302用于數(shù)據(jù)輸入的屏幕上鍵盤。一體式計算機系統(tǒng)300還可以包括單獨的指點設(shè)備(pointing device)，諸如鼠標318，雖然可以將其去掉，并且可以將觸摸屏幕用于在屏幕304上示出的項目的選擇。一體式計算機系統(tǒng)300可以包括揚聲器320、照相機322、網(wǎng)絡(luò)接口 324、驅(qū)動器326或任何數(shù)目的其他設(shè)備。圖4是示出了在本發(fā)明的實施例中可以存在的不同單元的一體式計算機系統(tǒng)300的方框圖400。在實施例中，處理器402可以通過總線404與各種單元通信，諸如屏幕304。如所示，屏幕304包括驅(qū)動器電子裝置和屏幕。處理器402還可以通過總線404來監(jiān)視光學(xué)檢測系統(tǒng)302和力檢測系統(tǒng)306。存儲系統(tǒng)406可以用來保持用于一體式計算機系統(tǒng)400的操作程序，諸如用以啟動一體式計算機系統(tǒng)300的程序和用以實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的程序。存儲系統(tǒng)406可以包括非臨時計算機可讀介質(zhì)、包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、硬盤驅(qū)動器、光學(xué)驅(qū)動器、RAM驅(qū)動器、閃盤驅(qū)動器等的任何組合。存儲系統(tǒng)406可以包括被配置成指引處理器402通過總線404來訪問光學(xué)檢測系統(tǒng)302并確定對象正在阻擋光束的一部分并因此接近于屏幕304的代碼。存儲系統(tǒng)406還可以用來保持存儲代碼，該存儲代碼被配置成指引處理器402對力檢測系統(tǒng)306進行輪詢，例如以確定是否已向屏幕304的前面施加力。在實施例中，存儲系統(tǒng)406包括被配置成只有當(dāng)檢測到大于閾值值的力時才指引處理器402報告觸摸、例如用于接近于屏幕304的對象的尺寸和位置信息的代碼。例如，小于約0.1N, 0.25 N、0.5 NU N或5 N的觸摸可能不會被一體式計算機系統(tǒng)300識別或使用。在其他實施例中，一體式計算機系統(tǒng)300可以在有或沒有同時施加的力的情況下使用光學(xué)檢測系統(tǒng)302來檢測任何光學(xué)擾動，并將尺寸、位置以及力讀數(shù)提供給應(yīng)用程序。例如，鼠標驅(qū)動器408可以使用位置信息來在所檢測位置處在屏幕304上示出了指針圖標。在實施例中，當(dāng)力讀數(shù)在閾值值以上時，可以僅示出指針圖標，如上文所討論的。諸如圖形軟件410的其他應(yīng)用程序可以使用位置和力兩者來至少部分地基于尺寸、位置或力或其任何組合來改變在屏幕上顯示的項目的特征。例如，應(yīng)用程序可以改變虛擬刷尺寸、線尺寸、文本尺寸或其任何組合。此外，應(yīng)用程序可以使用力輸入來模擬真實的物理過程。在本實施例中，應(yīng)用程序可以允許至少部分地基于施加于屏幕的力來選擇所顯示層中的對象。如本文所使用的，層可以對應(yīng)于在屏幕上顯示的項目或項目組。在各種應(yīng)用程序中，項目可以重疊。在屏幕上選擇不同的層選擇哪些項目可能受到輸入的影響?？梢詫⒉煌牧Ψ秶峙浣o不同的層，較低的力范圍被分配給較高的層。作為示例，力范圍可以對于頂層而言可以為約0.1至0.25 N，對于中間層而言可以為約0.5至I N，并且對于底層而言可以為約1.5至2 N。將顯而易見的是這些范圍和層并不是限制性的，但是可以使用任何數(shù)目的可能的不同力范圍。一體式計算機系統(tǒng)300可以包括其他單元以執(zhí)行不同的功能。例如，可以包括人機接口 412以對接到鍵盤316或外部指點設(shè)備320，如果需要的話。此外，可以使用聲音系統(tǒng)414來驅(qū)動揚聲器320或頭戴式耳機。另外，可以使用網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)416通過網(wǎng)絡(luò)電纜324、無線網(wǎng)絡(luò)適配器或其他設(shè)備來提供到一體式計算機系統(tǒng)300的網(wǎng)絡(luò)接入。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的可以用來使光學(xué)觸摸系統(tǒng)與力傳感器相關(guān)的方法500。方法500在方框502處從處理器針對光學(xué)擾動監(jiān)視光學(xué)檢測器開始。光學(xué)擾動可以是例如檢測器陣列中的一個或多個光束的光強的下降。在方框504處,進行關(guān)于光學(xué)擾動是否表示觸摸的確定。例如，使用二維光學(xué)檢測器，可以將閾值選擇成發(fā)起觸摸的檢測，諸如屏幕上的位置處的光強的75 %、50 %或25 %的下降。使用三維光學(xué)檢測器，對象與屏幕位置之間的接近位置可以表示諸如與屏幕相距I毫米(mm)、與屏幕相距2mm或任何其他位置的觸摸。如果未檢測到觸摸，則過程流程可以返回至方框502以繼續(xù)監(jiān)視?？梢耘c光學(xué)檢測并行地監(jiān)視力傳感器，如在方框506處所指示的。如果在方框510處未檢測到力，則過程可以返回至方框506以繼續(xù)監(jiān)視力傳感器。在本實施例中，第一組存儲器位置可以表示可以被設(shè)置成指示已檢測到用于光學(xué)或力測量的新值的標志，而第二組存儲器位置可以保持針對位置、尺寸和力所檢測的最后的值。在實施例中，如果由光學(xué)傳感器和力傳感器兩者檢測到觸摸，則在方框510處，可以由系統(tǒng)來報告或登記觸摸的位置、力以及尺寸。該過程然后返回至方框502和506以繼續(xù)監(jiān)視光學(xué)檢測器和力傳感器。在某些實施例中，在在由光學(xué)檢測器定義的位置處登記觸摸之前，向屏幕施加力。應(yīng)用程序可以使用位置、力和/或尺寸來控制功能，如相對于圖4所討論的。例如，在實施例中，可以在所報告位置處在屏幕上顯示虛擬刷。可以由觸摸的力、觸摸屏幕的對象的尺寸或兩者來控制所顯示的虛擬刷的尺寸。監(jiān)視器和一體式計算機系統(tǒng)的應(yīng)用程序不限于上文所討論的那些，因為可以創(chuàng)建任何數(shù)目的其他可能應(yīng)用程序。
權(quán)利要求
1.一種觸摸輸入系統(tǒng)，包括: 屏眷; 支架，被附著于保持屏幕的殼體； 檢測器，被配置成確定接近于屏幕的前表面的對象的位置；以及 力傳感器，接近于支架設(shè)置，其中，所述力傳感器被配置成確定對象在屏幕上放置的力。
2.權(quán)利要求1的觸摸輸入系統(tǒng),包括一體式計算機。
3.權(quán)利要求1的觸摸輸入系統(tǒng)，包括監(jiān)視器。
4.權(quán)利要求3的觸摸輸入系統(tǒng)，包括被配置成向外部計算機系統(tǒng)報告力的力傳感器系統(tǒng)。
5.權(quán)利要求3的觸摸輸入系統(tǒng)，包括用以向計算機系統(tǒng)報告位置、力或兩者的信號系統(tǒng)。
6.權(quán)利要求5的觸摸輸入系統(tǒng)，其中，所述信號系統(tǒng)包括通用串行總線(USB)系統(tǒng)。
7.權(quán)利要求1的觸摸屏幕系統(tǒng)，包括: 處理器；以及 存儲系統(tǒng)，包括被配置成指引處理器在對象的位置處在屏幕上顯示項目的代碼。
8.權(quán)利要求7的觸摸屏幕系統(tǒng)，其中，所述存儲系統(tǒng)包括被配置成至少部分地基于施加于屏幕的力來確定項目的尺寸的代碼。
9.權(quán)利要求7的觸摸屏幕系統(tǒng)，其中，所述存儲系統(tǒng)包括被配置成一旦檢測到力、則指引處理器在對象的位置處在屏幕上登記觸摸的代碼。
10.一種用于操作觸摸屏幕系統(tǒng)的方法，包括: 監(jiān)視觸摸檢測器以確定接近于屏幕的前表面的對象的位置；以及 通過讀取支撐觸摸屏幕系統(tǒng)的支架中的力傳感器來測量對象在屏幕上放置的力。
11.權(quán)利要求10的方法，包括至少部分地基于力來確認對象正在觸摸屏幕。
12.權(quán)利要求10的方法，包括至少部分地基于尺寸、位置或力或其任何組合來改變在屏幕上顯示的項目的特征。
13.權(quán)利要求12的方法，其中，所述特征是虛擬刷尺寸、線尺寸、文本尺寸或其任何組入口 ο
14.權(quán)利要求12的方法，其中，所述特征是至少部分地基于施加于屏幕的力選擇的層上的項目。
15.權(quán)利要求10的方法，包括至少部分地基于尺寸、位置或力或其任何組合來改變程序的操作。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供了一種觸摸屏。觸摸屏包括被配置成確定接近于屏幕的前表面的對象的位置的觸摸檢測器以及被配置成確定對象在屏幕上放置的力的力檢測器。
文檔編號G06F3/041GK103154861SQ201080069857
公開日2013年6月12日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者R.坎貝爾 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)