專利名稱：雙模數字化器的自動轉換的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種數字化器(digitizer)，更具體但不排它地涉及一種用于向計算設備輸入多用戶交互作用(interaction)的數字化器。
背景技術：
觸摸技術通常被用作各種產品的輸入設備。各種觸摸設備的使用由于新的移動設備的出現而迅速增長，所述新的移動設備例如Web-Pad(無線移動上網機)、Web Tablet(網絡圖形輸入板)、個人數字助理(PDA)、Tablet PC(圖形輸入板PC)和無線平板顯示(FPD)屏幕顯示器。這些新設備通常沒有連接至被視為限制它們的移動性的標準鍵盤、鼠標等輸入設備。取而代之，存在使用一種或另一種觸摸(touch)輸入技術的趨勢。
一些新的移動設備，諸如Tablet PC，是功能強大的計算機工具。諸如Tablet PC的設備使用基于指示筆(stylus)的輸入設備，并且作為計算工具的Tablet PC的使用取決于指示筆輸入設備的能力。輸入設備具有支持手寫識別和完全鼠標仿真(例如懸停(hovering)、右擊等)的精確性。這些新移動設備的制造商和設計者已經確定指示筆輸入系統可以基于各種電磁技術，就分辨率、快速更新速率和鼠標功能性而言，其可以滿足計算機工具的極高性能需求。
轉讓給N-trig公司的名稱為“Physical Object Location Apparatusand Method and a Platform using the same”的美國專利第6,690,156號(其內容作為參考插入于此)描述了一種用于在平板屏幕顯示器(即，可以被插入到電子設備的有效顯示屏幕中的數字化器)上定位物理對象的電磁方法，。
轉讓給N-trig公司的名稱為“Physical Object Location Apparatusand Method and a Platform using the same”的美國專利第6,690,156號介紹了一種能夠檢測位于顯示器的頂部的諸如指示筆的物理對象的位置和身份(identity)的設備。以上的電磁技術使能精確地檢測一個或多個電磁指針的位置，以及感測多個物理對象，例如游戲中使用的參與組件(playingpiece)。
轉讓給N-trig公司的名稱為“Physical Object Location Apparatusand Method and a Platform using the same”的美國專利第6,690,156號和為N-trig公司提交的名稱為“透明數字化器”美國專利申請第10/649,708號描述了一種能夠檢測位于平板屏幕顯示器的頂部的多個物理對象(優選為指示筆)的定位設備。兩個專利中的優選實施例之一描述了由包含垂直和水平傳導體(conductor)的矩陣的透明的箔(foil)制成的系統。由環繞箔的激勵線圈對指示筆供給能量。通過處理由水平和垂直傳導體的矩陣所感測的信號來確定指示筆的確切位置。
轉讓給N-trig公司的名稱為“Touch detection for a digitizer”的美國專利第10/757,489號描述了三種使用在以上引用的第10/649,708號美國專利申請中描述的透明傳感器(sensor)的觸摸檢測的方法。
然而，上述申請中沒有一個提供一種用于在不同用戶交互作用之間轉換以及適當地利用不同用戶交互作用(例如移動電磁指示筆、移動另一對象或用手指觸摸屏幕)的方法和裝置。
在運行計算機程序的同時，當考慮到使用手指觸摸和電磁指示筆進行鼠標仿真的用戶時能夠最佳地解釋該問題。當用戶在將電磁指示筆靠近傳感器放置的同時用戶觸摸屏幕時，數字化器同時識別到兩個物理對象。為了允許鼠標仿真，必須對計算機光標的位置進行判定。計算機光標不能同時位于兩個地方，也不應當不可控制地從指示筆位置跳到手指位置。該系統必須在指示筆和手指坐標之間進行選擇并據此移動光標。
因此，廣泛意識到需要一種沒有以上限制的數字化器系統，并且具有所述數字化器系統將具有極大益處。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供一種用于檢測多個用戶交互作用的裝置，包括檢測器，用于感測用戶交互作用；控制器，與所述傳感器相關聯，用于發現用戶交互作用的位置；以及轉換器(switcher)，與控制器相關聯，用于根據規定的策略處理用戶交互作用。
優選地，所規定的策略包括依據專用用戶手勢的性能，允許一個用戶交互作用優先于另一用戶交互作用。
用戶交互作用可以包括例如經過電磁指示筆的交互作用或使用觸摸的交互作用。
根據本發明的第二方面，提供一種用于檢測多個用戶交互作用的系統，包括至少一個數字化器，其被配置為用于檢測至少一個用戶交互作用；和轉換模塊，與所述至少一個數字化器相關聯，用于處理與至少一個用戶交互作用有關的數據。所述轉換模塊可以實現在數字化器上。該轉換模塊也可以實現在轉換單元上，或實現在與所述數字化器相關聯的主計算機上。
根據本發明的第三方面，提供一種檢測多個用戶交互作用的方法，包括檢測與每個用戶交互作用相關的位置；根據所規定的策略處理該位置；以及提供與該位置處理相關的數據。
根據本發明的第四方面，提供一種用于手勢識別的裝置，包括檢測器，用于檢測至少一個用戶交互作用；和手勢識別器，與所述檢測器相關聯并且被配置為用于確定所述用戶交互作用是否為預先確定手勢。
除非另有規定，在此使用的所有技術和科學術語具有與本發明所屬技術領域的一個普通技術人員所通常理解的含義相同的含義。這里提供的資料、方法和示例僅僅是說明性的而不是為了限制。
本發明的方法和系統的實現涉及手動地、自動地或它們二者組合地執行或完成一定所選任務或步驟。此外，根據本發明的方法和系統的優選實施例的實際的儀器和裝備，若干所選步驟可以通過硬件或通過任何固件的任何操作系統上的軟件或它們的組合來實現。例如，作為硬件，本發明的所選步驟可以被實現為芯片或電路。作為軟件，本發明的所選步驟可以被實現為由使用任何適合的操作系統的計算機執行的多個軟件指令。在任何情況下，本發明的方法和系統的所選步驟可以被描述為諸如通過執行多個指令的計算圖形輸入板的數據處理器來執行，
在此參照附圖并僅以舉例的發生來描述本發明。在現在詳細地具體引用附圖的同時，要強調的是所示的細節是作為示例的并且僅僅用于說明性地討論本發明的優選實施例，并且呈現所述細節以便提供被認為是對本發明的原理和概念性方面的最有用和易于理解的描述的內容。在這點上，沒有試圖示出比基本理解本發明所需的結構細節更詳細的結構細節，參照附圖的描述使本領域的技術人員清楚可以如何在實踐中實施本發明的若干形式。
在附圖中圖1是根據本發明的優選實施例的用于檢測用戶交互作用的裝置的框圖。
圖2是根據本發明的優選實施例的可能系統的框圖。
圖3是圖示根據本發明的優選實施例的用于檢測模式轉換的第一狀態機的流程圖。
圖4是圖示根據本發明的優選實施例的用于檢測模式轉換的第二狀態機的流程圖。
圖5是圖示根據本發明的優選實施例的用于檢測模式轉換的第三狀態機的流程圖。
圖6是圖示根據本發明的優選實施例的用于檢測用戶交互作用的第一系統的框圖。
圖7是圖示根據本發明的優選實施例的用于檢測用戶交互作用的第二系統的框圖。
圖8是圖示根據本發明的優選實施例的用于檢測用戶交互作用的第三系統的框圖。
圖9是根據本發明的優選實施例的用于手勢識別的裝置的框圖。
圖10是圖示根據本發明的優選實施例的用于檢測用戶交互作用的方法的流程圖。
具體實施例方式
本發明包括用于通過在與不同用戶交互作用相關的檢測模式之間轉換檢測不同用戶交互作用的裝置、方法和系統。
參照附圖和附隨的描述可以更好地理解根據本發明的裝置、方法和系統的原理和操作。
在詳細解釋本發明的至少一個實施例之前，要理解本發明的應用不受限于在后面的描述中闡述或在附圖中圖示的元件的布置和構造的細節。本發明可以為其它實施例或以各種方式被實踐或執行。此外，要理解在此應用的短語和術語是用于描述的，因此不應當被認為是限制。
通過參照在此申請的背景技術部分中描述的數字化器系統可以更好地解釋本發明，其中，在通過引用合并于此的轉讓給N-trig公司的名稱為“Physical Object Location Apparatus and Method and a Platform usingthe same”的美國專利第6,690,156號和為N-trig公司提交的名稱為“透明數字化器”的美國專利申請第10/649,708號中對所述數字化器進行了教導。然而，本發明可以實現在接收兩個或多個用戶交互作用的任何系統中。所述用戶交互作用可以是但不限于兩個特定種類的交互作用，即，通過觸摸的那些交互作用和通過電磁指示筆的那些交互作用。例如，如果在該系統中每個指示筆都具有將其信號與其它電磁指示筆區分開的唯一特性，則本發明可以被用于使能在兩個電磁指示筆之間的轉換。
本實施例試圖提高能夠檢測多個物理對象的數字化器系統的可用性。所述數字化器實際上是與計算機相關聯的檢測器或者是能夠跟蹤用戶交互作用的輸入設備。在多數情況下，數字化器與顯示屏幕相關聯以便使能觸摸或指示筆檢測。
在優選的非常高的分辨率和更新速率的情況下，數字化器可以檢測至少一個物理對象的位置。所述物理對象可以指示筆、手指(即，觸摸)或任何觸摸該屏幕的傳導性對象。該物理對象可以用于點入、描繪、書寫(手寫識別)以及典型的用戶與設備交互作用的任何其它活動。
物理對象檢測可以被用于鼠標仿真、圖形應用程序(applications)等。例如，當數字化器能夠檢測兩種用戶交互作用時，其可能有必要規定哪個交互作用是主要的，以便允許方便地使用可用的應用程序。
例如，考慮能夠檢測電磁(EM)指示筆和觸摸二者的數字化器系統。用戶的交互作用被用于鼠標仿真，因此，該用戶可以通過觸摸傳感器或使用EM指示筆來控制光標移動。當用戶在使用指示筆的同時觸摸傳感器時或當該用戶在使用指示筆和觸摸屏幕之間轉換時，問題出現了。顯然，光標不應當同時位于兩個地方，如果簡單地從傳感器平面移走該指示筆，則光標也不應當從指示筆位置跳到觸摸位置。
現在參照圖1，圖1是根據本發明的優選實施例的用于檢測用戶交互作用的裝置的框圖。
裝置100包括連接至檢測器104的控制器102。
控制器102被配置為用于根據預先確定的策略使用轉換模塊105為每個用戶交互作用設置檢測模式。以下使用狀態機流程圖來介紹示例性轉換邏輯。
現在參照圖2，圖2是根據本發明的優選實施例的系統的框圖。
在一個系統200中，轉換模塊被實現在放置在數字化器203和主計算機201之間的獨立的轉換單元202上。轉換模塊從數字化器203接收關于用戶交互作用的信息，在所接收的用戶交互作用之間轉換并且向主計算機201傳送適當的信息。
對于系統210來說，若干數字化器213被連接至轉換模塊212。在該系統中，轉換模塊212根據特定轉換策略選擇要被傳輸到主機211的檢測信息。
在某些優選實施例中，轉換模塊可以是第一數字化器213的集成部分而其它數字化器可以作為從屬裝置(slave)被連接至第一數字化器213。
在優選實施例中，所圖示的裝置或系統可以根據使用下面的狀態機流程圖描述的轉換邏輯在一個或多個用戶交互作用的檢測模式當中轉換。這樣的狀態機邏輯使用一組為每個用戶交互作用預定的檢測模式和包括一組用于在所述檢測模式之間轉換的規則的策略。控制器102施加用于每個用戶交互作用的檢測模式。
優選地，根據與用戶交互作用相關的預定的策略來規定檢測模式和規則。可選地，這樣的策略可以包括授予一個用戶交互作用高于另一用戶交互作用的所規定的優先權。
在優選實施例中，控制器102可以將一個用戶交互作用視為主要的用戶交互作用而將另一用戶交互作用視為次要次要的用戶交互作用。
在此實施例中，該算法總是越過次要信號而選擇主要信號。當輸入信號來源于傳感器平面的附近的物理對象的出現時，該算法總是越過次要對象位置坐標而選擇主要對象位置坐標。當主要對象沒有出現時，該算法可以選擇次要對象位置坐標。
該策略可以是動態變化策略。該策略可以包括根據動態變化的參數來授予優先權。例如，該優選(preference)策略可以包括將高于在新輸入用戶交互作用之前接收的在前輸入用戶交互作用的優先權授予任何一個新輸入的用戶交互作用。
在本發明的優選實施例中，通過在預先確定的一組用于指示筆的檢測模式中動態地轉換來檢測指示筆。該組可以包括但是不限于指示筆搜索-搜索指示筆存在的指示、指示筆跟蹤-跟蹤指示筆確切位置并使用其作為鼠標仿真的指示或任何其它相關的應用程序、或包括近似檢測指示筆位置的指示筆存在。
例如，當指示筆懸停在包括若干感測元件的檢測器104上方某個距離處(所述距離高于用于精確檢測指示筆位置的臨界高度)時，感測元件可以檢測到指示筆的存在但是不能計算出該指示筆的精確位置坐標。在此情況下，控制器102為此指示筆設置指示筆存在檢測模式。
在另一示例中，經過用戶的手將手持指示筆信號傳輸至裝置100。所述手易受來自環境的各種信號的影響，因此該指示筆信號可以被用作在該傳感器附近存在所述指示筆的指示，但是指示筆的確切位置不能被精確地確定。在此情況下，控制器102為此指示筆設置指示筆存在檢測模式。
在優選實施例中，觸摸用戶交互作用可以以下面的檢測模式之一來檢測觸摸用戶交互作用手指搜索-發現用戶觸摸的指示、手指跟蹤-發現觸摸的確切位置并使用該觸摸位置作為鼠標仿真或任何其它相關應用程序的指示、或等待-保持觸摸位置的跟蹤，而不使用該位置作為任何應用程序的指示。
在優選實施例中，控制器102可以根據在后面的示例中使用狀態機流程圖描述的那樣的轉換邏輯來在檢測模式之間轉換。在轉換模塊102中實現所述轉換邏輯。
現在參看圖3，圖3是圖示根據本發明的優選實施例的用于檢測模式轉換的第一狀態機的流程圖。
此示例性第一狀態機示出的邏輯用于控制指示筆和觸摸用戶交互作用的檢測模式的轉換。在此示例中，指示筆定位被視為是主用戶交互作用而觸摸被視為次要用戶交互作用。因此，當兩個交互作用同時發生時，控制器102總是優先于觸摸坐標而選擇指示筆坐標。
其它實施例可以實現類似的轉換邏輯，其將觸摸視為主要交互作用而將指示筆定位視為次要交互作用。
某些實施例可以使用圖3中描述的狀態機來控制與一對用戶交互作用相關的檢測模式轉換。然而，此第一狀態機可以容易地被擴展為包括在涉及若干各自對象的檢測模式中轉換。
在啟動時，該狀態機處在S1中。只要在檢測器104的表面沒有檢測到用戶交互作用，該系統就保持在S1中。在S1中，該控制器設置用于指示筆和觸摸用戶交互作用二者的搜索模式。
在優選實施例中，當用戶用手指在傳感器平面上產生局部影響時，識別出觸摸。當用戶觸摸影響了有限數目的感測元件(即，該觸摸影響傳感器表面上的小面積)時，該觸摸被視為局部的觸摸。在此情況下，忽略影響傳感器表面上的大面積的任何觸摸事件。
在S1中，如果檢測到局部的觸摸(T1——，則該狀態機轉換至S2，如果檢測到指示筆信號(T3)，則該狀態機轉換至S4。
在S2中，控制器102設置用于觸摸的手指跟蹤檢測模式，同時應用用于指示筆的指示筆搜索檢測模式。在一個示例中，觸摸坐標被用作計算機程序的指示。其間，檢測器保持對指示筆信號的搜索。在檢測到指示筆信號(T4)的基礎上，狀態機轉換至S3。還是在S2中，如果觸摸消失，例如，當從傳感器移走手指時，狀態機轉換回S1。
只要同時檢測到觸摸和指示筆二者，狀態機就處在S3中。在此狀態中，指示筆位置被用作在計算設備上運行的任何相關應用程序的指示而忽略觸摸坐標。當已檢測不到觸摸時，例如，當從傳感器移走手指時(T7)，該狀態機轉換至S4。當移走指示筆或當失去對指示筆的跟蹤時，狀態機從S3轉換回S5。
在S4中，檢測到指示筆信號而沒有觸摸的指示。結果是，檢測器分別將指示筆跟蹤檢測模式和觸摸搜索檢測模式設置給指示筆和觸摸。如果移走指示筆或失去對指示筆的跟蹤(T9)，則狀態機轉換至S1。在檢測到觸摸的(T10)基礎上，狀態機從S4轉換至S3。
當在搜索指示筆信號的同時有當前策略視為要被忽略的大面積觸摸指示時、或當狀態機處在S3中而失去對指示筆的跟蹤時，狀態機轉換至S5。
在S5中，如果觸摸消失或手指從傳感器移走(T11)，則狀態機轉換至S1，并且如果檢測到指示筆(T12)，則狀態機轉換至S3。
在本發明的優選實施例中，在當觸摸是要檢測的第一次用戶交互作用時的情況和當觸摸是在檢測到指示筆之后被檢測到的情況之間存在差別。
該差別在于下面假設的情況用戶可能短暫地移走指示筆而沒有打算將該應用程序的控制轉換至手指觸摸，以及在用戶真的打算轉換至觸摸控制的情況下，他/她從傳感器移走手指，然后在期望的位置再次觸摸傳感器。
在指示筆可以根據其狀態(即，懸停對比觸摸傳感器表面等)改變其頻率的應用中該差別也是所期望的。
例如，考慮在用戶觸摸傳感器的同時在傳感器上方懸停的指示筆。用戶正試圖在顯示屏幕上將鼠標光標移動至期望的圖標并且點擊該圖標。在此情況下，狀態機處在規定指示筆跟蹤和手指等待檢測模式的S3中。因此，指示筆坐標被用來定位鼠標光標并且跟蹤觸摸坐標但不使用其作為任何相關應用的指示。
當指示筆觸摸傳感器時，其頻率可能改變，這導致檢測器失去對其的跟蹤。然而，在此情況下，指示筆卻仍然處于傳感器表面上并且控制器102轉換至指示筆的搜索模式，以便為該指示筆設置新頻率。
如果狀態機轉換至S2，則觸摸坐標被用于重新定位鼠標光標。到裝置100識別出指示筆的新頻率并將控制轉換回指示筆時，該光標已不再處于所述期望的位置。然而，當狀態機從S3轉換至S5時，忽略觸摸坐標而鼠標光標停留在其位置上直到再一次檢測到該指示筆信號。
本發明的優選實施例合并了一種手掌排斥方法(palm rejectionmethod)，即，在用戶將他/她的手掌或手放置在屏幕的上方的情況下，忽略觸摸情況。手掌排斥的必要性起因于在用戶使用指示筆但沒有打算使此類型的觸摸被解釋為用戶交互作用的同時將用戶的手放置在傳感器上的便利性。
優選的實施例通過在局部的觸摸事件和大面積的觸摸事件之間進行區分來實現手掌排斥。當在比預先確定的數目多的連續天線或傳感器上接收到觸摸信號時發生大面積觸摸事件。其它實施例可以利用其它方法來實現手掌排斥。
為了闡明如何將手掌排斥合并到該優選實施例中，我們現在返回參照圖3。當在S1中此第一狀態機為指示筆和觸摸信號二者規定搜索檢測模式、并且發生大面積觸摸事件時，該狀態機轉換至S5，其中忽略觸摸信號并且檢測器繼續其對指示筆信號的搜索。
當該狀態機處于其中檢測器正在跟蹤局部觸摸/手指信號的S2中的同時檢測到大面積觸摸事件時，發生到控制狀態S5的另一轉換T5。
本發明的其它實施例可以不利用手掌排斥。在將任何類型的觸摸視為合法觸摸事件的情況下，每當檢測器識別出觸摸信號，狀態機就從S1轉換至S2。在這些其它實施例中，轉換T5和T2不存在。
在本發明的另一實施例中，可以將此第一狀態機邏輯修改為當在傳感器附近檢測到指示筆時忽略觸摸信號，盡管精確的指示筆檢測是不可能的。此檢測模式被稱為上述的存在等級(exist-level)模式。
為了每當指示筆處于傳感器的所在之處時禁止觸摸信號，對如圖3所描述的第一狀態機增加一對修改。不僅當檢測到大面積觸摸時，狀態機從S2轉換到S5，而且當感測到指示筆的存在時，狀態機也從S2轉換到S5。此外，當同時檢測到觸摸事件和指示筆存在或者在檢測到大面積觸摸的情況下，狀態機從S1轉換至S5。
現在參照圖4，圖4是根據本發明的優選實施例的圖示檢測模式轉換的邏輯的第二狀態機的流程圖。
圖4示出了在前面(在圖3中)描述的具有實現觸摸手勢識別的附加狀態(S1-B)的狀態機。
本發明的優選實施例規定被用作在檢測模式間轉換的指示的專用觸摸手勢。
例如，當被檢測到時，可以使用預定的觸摸手勢作為在指示筆的兩個檢測模式之間轉換的指示。
在另一示例中，經指示筆的交互作用被視為主要交互作用而觸摸被視為次要交互作用。通常，當在指示筆跟蹤檢測模式或在指示筆存在檢測模式中指示筆存在于傳感器的附近時，忽略觸摸交互作用。一旦用戶作出專用觸摸手勢以表示他/她期望利用觸摸信號而非指示筆，數字化器就忽略指示筆交互作用直到該用戶作出專用觸摸手勢作為他期望轉換回指示筆交互作用的指示。在其它實施例中，只要沒有檢測到指示筆，專用手勢就可以授予觸摸以優先權。在此情況下，在作出專用手勢(即，系統在S1或S5中)之前，應當移走該指示筆。這些示例消除了當從傳感器移走指示筆時利用偶然觸摸事件的風險。
一種這樣的觸摸手勢為輕打(tap)手勢，優選實施例可以使用‘輕打’手勢來允許利用觸摸坐標作為相關應用的指示。當用戶打算使用觸摸信號時，他/她輕打傳感器。一旦識別出‘輕打’手勢，將繼之而來的觸摸信號用作相關應用的指示。在優選實施例中，專用手勢是觸摸手勢并且只要指示筆沒處于傳感器的附近就可以利用觸摸信號。在其它實施例中，可以通過觸摸或指示筆來作出專用手勢，并且該專用手勢可以根據作出該手勢的用戶交互作用的類型而具有不同的解釋。
‘輕打’手勢可以被規定為‘輕觸’，其意味著用戶在短時間段內觸摸傳感器。其它實施例可以利用其它手勢，例如，‘雙擊’手勢或涉及描畫諸如圓圈、線或X的一定的形狀的手勢。此外，也可以考慮移動的方向，例如，從左向右描畫線可以被視作對指示筆授予優先權的手勢，而從右向左描畫線可以被用來對觸摸授予優先權。
在優選實施例中，觸摸手勢被用來使能觸摸信號。其它實施例可以利用指示筆手勢以便使能觸摸信號，反之亦然。
本發明的優選實施例一旦識別出‘輕打’手勢就利用作為設置(SET)的標記(flag)信號而一旦檢測到指示筆就利用作為重置(RESET)的標記信號。在啟動時，狀態機處于S1-A中。只要在傳感器表面不存在物理對象，狀態機就保持在S1-A。在S1-A中，檢測模式規定指示筆-搜索等級以及手指-搜索等級。
一旦檢測到觸摸信號并且標記信號為RESET時(T13)，狀態機就轉換到S1-B。在此狀態中，檢查觸摸事件的性質。如果在延長的持續時間內檢測到觸摸信號(T15)，則狀態機轉換至S5，因此忽略該觸摸信號，并且所述標記保持RESET不變。如果在短時間段內發生觸摸事件(T14)(即，觸摸事件類似‘輕打’手勢)，則狀態機轉換回S1-A，并且標記信號為SET。從此點開始，當檢測到附加觸摸信號T1時，狀態機轉換至S2。
如圖4所示的狀態機被設計用于識別輕打手勢。
某些實施例可以改變此狀態機圖示的邏輯以識別其它手勢。
某些實施例可以使用兩個手勢，一個用于使能觸摸信號而另一個用于使能指示筆信號。后一種方法可以根據最后接收的手勢來使能動態優先權。例如，觸摸頻率的輕打手勢可以對觸摸信號授予高優先權，并且忽略指示筆信號直到以指示筆頻率檢測到相應的手勢。
該第二狀態機可以容易地擴展至在涉及若干單獨對象的輸入信號之間轉換。
現在參照圖5，圖5示出了根據本發明的優選實施例的用于檢測模式轉換的邏輯的第三狀態機的流程圖。
在本發明的該優選實施例中，檢測模式策略實現動態變化用戶交互作用偏好。此策略規定動態優先權判定。
此示例性第三狀態機邏輯被規定為控制涉及指示筆和手指用戶交互作用的檢測模式的轉換。然而，此第三狀態機可以容易地擴展至在涉及各種單獨檢測到的對象的若干輸入信號的檢測模式之間轉換。
在此實施例中，賦予新接收的用戶交互作用相對于現有用戶交互作用的優先權。
在啟動時，狀態機處于S1中，其規定手指搜索檢測模式和指示筆搜索檢測模式。狀態機可以從S1轉換至S2或S4。
當檢測到觸摸信號時(T1)，此第三狀態機轉換至控制狀態S2，其規定手指跟蹤為觸摸交互作用的檢測模式而規定指示筆搜索為指示筆交互作用的檢測模式。如果用戶從傳感器移走他的/她的手指且該觸摸信號丟失(T3)，則該狀態機轉換回S1。
當檢測到指示筆信號時(T2)，此狀態機從S1轉換至S4，其規定指示筆跟蹤為指示筆信號的檢測模式而規定手指搜索為觸摸信號的檢測模式。如果用戶從傳感器移走他的/她的手指且已檢測不到該觸摸信號(T7)，則該狀態機轉換回S1。
當狀態機處于S2中時，檢測模式被設置為規定手指搜索和指示筆搜索檢測模式。由于只存在一種檢測到的用戶交互作用，所以觸摸坐標被用作任何相關應用的指示。現在，如果檢測到指示筆信號(T4)，則狀態機轉換至S3，并且如果用戶從傳感器T3移走他的/她的手指，則狀態機轉換回S1。
在S3中，除了觸摸信號之外還跟蹤指示筆信號。在該狀態下，指示筆坐標用作任何相關應用的指示(即，指示筆跟蹤模式)而忽略手指坐標，盡管正在跟蹤手指坐標(即，等待檢測模式)。
在S3中，狀態機可以轉換至下述之一如果移走指示筆(T5)，則狀態機轉換回S2。如果已檢測不到觸摸信號(T6)，則系統轉換至S4。
當狀態機處于S4中時，指示筆信號是僅存的輸入信號，并且指示筆位置是與任何相關應用有關的唯一指示。盡管如此，檢測器104仍然搜索觸摸信號。在S4中，當檢測到觸摸交互作用時(T8)，狀態機轉換至S5，并且當移走指示筆時(T7)，狀態機轉換至S1。
在S5中，賦予觸摸用戶交互作用高于指示筆用戶交互作用的優先權。因此，利用觸摸坐標而忽略指示筆坐標。然而，數字化器保持對指示筆位置的跟蹤并且一旦移走該觸摸(T9)，則狀態機轉換回S4。當移走指示筆時(T10)，狀態機轉換至S2。
如上所述，此優選實施例賦予所檢測到的最新交互作用優先權。當檢測器使用指示筆坐標和產生新的觸摸事件時，檢測器開始使用觸摸坐標。只要檢測到觸摸和指示筆信號二者，檢測器就繼續這樣做。
利用此實施例，為了將控制轉換回到指示筆，必須將指示筆視為比觸摸交互作用更新的交互作用。可以通過從傳感器移走指示筆、然后將其帶回到傳感器平面來建立此情況。這種操縱使指示筆信號被識別為較新的信號，因此指示筆坐標隨后被作為應用的指示，而忽略觸摸坐標。
本發明的優選實施例利用能夠同時檢測若干用戶交互作用的數字化器。其它實施例可以涉及若干數字化器，每個都能夠檢測特定類型的用戶交互作用。
可以利用下面的示例來證明使用能夠檢測若干用戶交互作用的一個數字化器是有利的。
在其中第一數字化器能夠感測電磁指示筆而第二數字化器能夠檢測觸摸的系統中，觸敏數字化器完全感覺不到從電磁指示筆產生的信號，反之亦然。因此，來自模仿手的電磁指示筆的任何信號沒有被觸敏數字化器檢測到。換言之，不能通過觸敏數字化器感測到指示筆的存在，也不可能根據指示筆存在檢測模式實現轉換策略。事實上，被設計用來檢測特定用戶交互作用的任何系統在感覺不到其它用戶交互作用的同時將受到同樣的限制。因此，后面的例子被用于被設計用于感測不同用戶交互作用的任何一組數字化器。
其中單個數字化器最好是一組數字化器的另一情景是圖5所示的情景。轉換策略被規定為將優先權授予系統中的最新對象。當經過單個數字化器檢測到系統中的所有對象時，檢測次序是非常明確的(well defined)。然而，包括若干數字化器的系統必須同步不同的數字化器單元以便實現該轉換策略。考慮到每個數字化器可能以不同速率操作，這不是簡單的任務。
通過使用能夠檢測若干用戶交互作用的單個數字化器，我們避免了定時問題、關于檢測次序的不明確性、不能夠通過另一用戶交互作用感測到涉及一個用戶交互作用的信號。
現在參照圖6，圖6示出了根據本發明優選實施例用于檢測用戶交互作用的第一系統的框圖。
第一系統包括主計算設備610，用于運行計算機應用程序；數字化器620，用于輸入多個用戶交互作用，與主計算設備610相關聯，并被配置為向主計算設備610提供涉及用戶交互作用的輸入數據；轉換模塊630，實現在數字化器620上，用于在每個用戶交互作用的檢測模式之間轉換。
轉換模塊630被實現為控制器632的一部分，用于使用如以上的狀態機流程圖中所圖示的轉換邏輯、根據預先確定的策略為每個用戶交互作用設置檢測模式。
數字化器模塊620還包括檢測器634，其與控制器632相關聯，用于根據為每個用戶交互作用設置的檢測模式檢測輸入用戶交互作用；和輸出端口638，其與檢測器634相關聯，用于向主計算設備610提供相關的用戶交互作用檢測數據。
控制器632讀取采樣數據、對其進行處理并且確定諸如指示筆或手指的物理對象的位置。轉換模塊630可以實現在使用數字信號處理(DSP)內核或處理器的數字化器620上。轉換模塊630也可以被嵌入在專用集成電路(ASIC)元件、FPGA或其它適合的HW(硬件)元件中。如在美國專利申請第10/649,708中的標題“(Digital unit)數字單元”下所圖示的那樣，所計算的位置坐標經鏈路被發送至主計算設備610。
本發明的實施例可以被應用于非移動的設備，諸如、臺式PC、計算機工作站等。
在優選實施例中，計算設備610是移動計算設備。可選地，移動計算設備具有平板顯示(FPD)屏幕。移動計算設備可以是使能用戶和設備之間的交互作用的任意設備。這樣的設備的示例為-Tablet PC、筆使能的膝上型計算機、PDA或諸如掌上導向器(palm pilot)和移動電話的任何手持設備。在優選實施例中，移動設備是具有其自己的CPU的獨立的計算機系統。在其它實施例中，該移動設備僅僅是的一部分，利如個人計算機的無線移動屏幕。
在優選實施例中，數字化器620是與能夠跟蹤用戶交互作用的計算機相關聯的輸入設備。在多數情況中，數字化器620與顯示屏幕相關聯以使能觸摸或指示筆檢測。可選地，數字化器620放置在顯示屏幕的頂部。例如，通過引用包括于此的美國專利第6,690,156號“Physical Object LocationApparatus and Method and a Platform using the same”(轉讓給N-trig公司)和美國專利申請第10/649,708號“透明數字化器”描述了一種能夠檢測位于平板屏幕顯示器的頂部的多個物理對象(優選為指示筆)的定位設備。
可選地，數字化器620是使用透明傳感器實現的用于移動計算設備510的透明數字化器。
在本發明的優選實施例中，如在以上引用的美國專利申請第10/649,708號中、在“(Sensor)傳感器”下所說明的那樣，透明傳感器是由諸如氧化銦錫(ITO)的傳導材料制成的傳導線的或在透明的箔或基底上模制的(patterned)傳導聚合物的柵格(grid)。
在本發明的此優選實施例中，前端是處理感測信號的第一級。差動放大器放大所述信號并將它們傳輸給用于選擇要進一步處理的輸入的開關。在采樣之前，對通過放大器和濾波器濾波對所選信號進行放大和濾波。然后，如在以上引用的美國專利申請第10/649,708號中、在“(Front end)前端”下所說明的那樣，通過模數轉換器(A2D)對所述信號進行采樣并且將其通過串行緩沖器發送至數字單元。
在本發明的優選實施例中，前端接口從各種前端接收采樣信號的串行輸入并將它們打包(pack)成并行的表示。
在優選實施例中，數字化器620向主計算設備610一次發送一組坐標和指示存在物理對象的狀態信號。
當不只一個對象存在時，數字化器620必須對向主計算設備610發送哪些坐標作出判定。此判定可以利用可以實現在數字化器620上的轉換模塊630來進行。
在優選實施例中，轉換模塊630實現用于在檢測模式中轉換的轉換邏輯。在一個實施例中，根據與用戶交互作用相關的預先確定的策略來規定轉換邏輯。
可選地，此優選策略可以包括授予一種類型的用戶交互作用相對于另一種用戶交互作用的確定的(definite)優選級。
作為選擇，此策略可以是動態變化策略，其可以包括根據動態變化的參數授予優先權。例如，此優選策略可以包括對新輸入用戶的交互作用授予相對于在新輸入的用戶交互作用之前接收到的先前輸入的用戶交互作用的優先權。
使用圖3-5中的狀態機流程圖，在以上提供了轉換邏輯的示例。
在優選實施例中，數字化器620被集成到平板顯示(FPD)屏幕的頂部的主計算設備610中。在其它實施例中，可以作為可以備放置在屏幕的頂部的附件來提供透明數字化器。這樣的配置可以對在市場上已經大量存在的膝上型計算機非常有用，即，將膝上型計算機變成支持手寫、繪畫或通過所述透明數字化器使能的任何其它操作的計算設備。
數字化器620也可以是使用非透明傳感器實現的非透明的數字化器。這樣的實施例的一個示例是Write Pad(寫墊)設備，其是放置在正常紙張之下的薄(thin)數字化器。在此示例中，指示筆結合了真實的墨水和電磁功能。用戶在正常的紙上寫，而利用實現在數字化器620上的轉換模塊630在數字化器620上處理該輸入，同時將該輸入傳送至主計算設備610以便存儲或分析該數據。
使用非透明數字化器620的另一實施例是電子娛樂板。在此示例中，數字化器620被安裝在所述板的圖形圖像之下，并檢測位于所述板的頂部的游戲人物(figure)的位置和身份(identity)。此情況中的圖形圖像是靜止的，但是可以不時手動地更換(例如，當轉換至不同游戲時)。
例如，與主計算機相關聯的數字化器可以被用作游戲板。該游戲板與諸如電磁標記(token)或具有唯一特性的容性游戲組件(gaming piece)的可區分的若干游戲組件相關聯。在此應用中，存在數字化傳感器檢測到不只一個游戲組件的情況。在游戲中任何給定時刻，必須判定哪個游戲組件應當被賦予優先權。通過其控制游戲組件(即，用戶交互作用)的策略可以通過在主計算機上運行的相關應用程序來動態地配置。
在本發明的一些實施例中，非透明的數字化器集成在FPD屏幕的后部。這樣的實施例的一個示例是具有FPD顯示器的電子娛樂設備。該設備可以用于其中數字化器檢測游戲手指的位置和身份的游戲。也可以將其用于其中該數字化器檢測一個或多個指示筆的繪畫和/或書寫。在多數情況中，當高性能對于應用來說不重要時，使用具有FPD屏幕的非透明數字化器的配置。
數字化器620可以檢測多個手指觸摸。數字化器620可以分別或同時檢測若干電磁對象。此外，可以與指示筆檢測同時實現觸摸檢測。本發明的其他實施例可以用于支持不只一個在同一屏幕上同時操作的對象。這樣的配置對于其中很少用戶能夠對相同的類似紙張的屏幕繪畫或書寫的娛樂應用來說非常有用。
在本發明的優選實施例中，數字化器620可以檢測來自電磁指示筆和用戶手指的同時和單獨的輸入。然而，在其他實施例中，數字化器620可能只能夠檢測電磁指示筆或只能夠檢測手指觸摸。
對于雙檢測數字化器的實施例來說，讀取器被稱為以上引用的美國第6,690,156號專利和第10/649,706專利申請。然而，本發明的實施例可以被實現在接收兩個或多個類型的用戶交互作用的任何系統中。
在本發明的優選實施例中，如果所使用的物理對象是指示筆，則數字化器620支持完全鼠標仿真。只要指示筆懸停在屏幕上方，鼠標光標就跟隨指示筆的位置。觸摸屏幕代表左點擊而位于指示筆上的專用開關模仿右點擊操作。
在本發明的優選實施例中，所檢測的專用物理對象可以是無源電磁指示筆。外部激勵線圈可以圍繞數字化器的傳感器并且供給指示筆能量。然而，其他實施例可以包括電池操作的或有線連接的有源指示筆，其不需要外部激勵電路。在優選實施例中，對激勵作出響應的電磁對象是指示筆。然而，其他實施例可以包括包含諧振電路或有源振蕩器的其他物理對象，例如，本領域公知的游戲組件。
在優選實施例中，數字化器支持使用指示筆的完全鼠標仿真。然而，在不同實施例中，指示筆用于諸如擦除器、改變顏色等附加功能。在其他實施例中，指示筆是壓敏的，因此響應于用戶壓力而改變其頻率或改變其他信號特性。
現在參照圖7，圖7是圖示根據本發明優選實施例的用于檢測多個用戶交戶的第二系統。
第二系統類似于圖6中呈現的第一系統。
然而，在第二系統中，轉換模塊實現在主計算機710上而不是實現在數字化器上。
因此，第二系統包括主計算設備710，用于運行計算機應用程序；數字化器720，用于檢測用戶交互作用，與主計算設備相關聯并配置為向主計算設備710提供涉及多個用戶交互作用的輸入數據；和轉換模塊730，實現在主計算設備710上，用于在用戶交互作用之間轉換。
轉換模塊730根據特定策略動態地設置并更新每個用戶交互作用的檢測模式。數字化器包括控制器732，用于處理通過檢測器接收到的信息；檢測器734，與控制器732相關聯，用于根據所設置的檢測模式檢測輸入的用戶交互作用；和輸出端口738，用于向主計算設備710提供相關用戶交互作用檢測數據。
在本發明的優選實施例中，以上從技術上描述的數字化器720向主計算設備710發送若干組坐標和狀態信號。然后在主計算設備710上通過實現在主計算設備710上的轉換模塊730來處理所述坐標和信號。
如上所述的轉換模塊730實現如使用以上在圖3、4和5中的狀態機流程圖描述的轉換邏輯。
現在參照圖8，圖8是圖示根據本發明的優選實施例的檢測多個用戶交互作用的第三系統。
第三系統包括主計算設備810，用于運行計算機應用程序；若干數字化器820-821，用于輸入用戶交互作用，與主計算設備810相關聯，數字化器820-821中的每一個被配置為向主計算設備810提供涉及用戶交互作用的輸入數據；和轉換模塊830，實現在主計算設備810上，用于在所述用戶交互作用之間仲裁。
每個數字化器820-821包括控制器832，用于處理從檢測器取回的信息；檢測器834，與控制器832相關聯，用于檢測輸入用戶交互作用；和輸出端口838，與數字化器820-821相關聯，用于向主計算設備810提供相關用戶交互作用檢測數據。
在本發明的一個優選實施例中，以上從技術上描述的數字化器820-821的每個感測不同類型的用戶交互作用，并且對于每個用戶交互作用將相應的一組坐標和狀態信號發送至主計算設備810。然后，在主計算設備810上通過實現在該主計算設備810上的轉換模塊830來處理所述坐標和信號。
如上所述的轉換模塊830實現如使用以上在圖3、4和5中的狀態機流程圖描述的轉換邏輯。
現在參照圖9，圖9是根據本發明的優選實施例的用于手勢識別的裝置。
在優選實施例中，裝置900包括用于輸入用戶交互作用的檢測器904。這些用戶交互作用可以包括各種手勢，例如輕打、雙擊和描畫諸如線或圓圈的形狀。也可以相對于方向來規定所述手勢，例如從右向左描畫。
裝置900還包括手勢識別器902，用于確定輸入用戶交互作用是否是如所描述的那樣的專用手勢。手勢識別器902配備有識別手勢必不可少的邏輯，如以上圖4中所示。
現在參照圖10，圖10示出了根據本發明的優選實施例的用于檢測多個用戶交互作用的方法的流程圖。
在本發明優選實施例中，該方法包括檢測用戶交互作用的位置1002。最好為每個用戶交互作用設置檢測模式并且動態地對其進行更新。例如，指示筆跟蹤檢測模式可以被設置成只要是指示筆停留在跟蹤該指示筆的運動的數字化器附近，就規定指示筆的跟蹤模式，但是，當該指示筆被移走時，更新該檢測模式并將其設置成指示筆的位置未知的指示筆搜索模式。
最好根據預先確定的策略為每個用戶交互作用設置檢測模式。此策略可以在各種用戶交互作用中設置偏愛(preference)。這樣的策略可以是固定的偏愛策略，例如，通過在檢測到觸摸交互作用的同時放棄(discard)任何其他用戶交互作用，來賦予觸摸用戶交互作用高于任何其他用戶交互作用的優先權。另外，例如，通過將高于在前輸入的用戶交互作用的優先權授予任一輸入用戶，所述策略可以被規定為在用戶交互作用中動態地授予優先權，根據優選實施例的方法還包括根據為用戶交互作用設置的檢測模式和所設置的策略處理每個用戶交互作用的位置1004。基于此處理，可以向鼠標仿真計算機程序提供根據為該交互作用設置的檢測模式拾取的手指檢測信息。
所預期的是在此專利有效期內，將開發出許多能夠檢測多個物理對象的相關數字化器系統和設備，并且這里的術語的范圍，特別是“數字化器”、“PDA”、“計算機”、“指示筆”、“鼠標”、“屏幕”，旨在包括由此推理出的所有這樣的新技術。
對于本領域的普通技術人員來說，在對下面的目的不是進行限制的示例進行研究時，本發明的另外的對象、優點和新穎的特征將變得很明顯。另外，以下，如以上描繪以及在權利要求部分中要求的本發明的各種實施例和方面中的每個在后面的示例中找到實驗性支持。
可以理解為了清楚而在分立的實施例的上下文中描述的本發明的某些特征也可以在單個實施例中組合地提供。相反，為了簡潔而在單個實施例的上下文中描述的本發明的各種特征也可以分立地或以任何適合的子組合的方式提供。
盡管已經結合本發明的特定實施例描述了本發明，但是，不言而喻，對于本領域的技術人員來說許多改變、修改和變化是很顯然的。因此，旨在包括落在所附權利要求的精神和廣義范圍內的所有這樣的改變、修改和變化。在此通過引用將在此說明書中提到的所有公開、專利和專利申請全部合并到此說明書中，以達到如同具體并單獨地指示每個單獨的公開、專利或專利申請要被通過引用而合并于此那樣的程度。此外，在此申請中的任何引用的援引或標識不應當被解釋為承認這樣的引用可以用作本發明的現有技術。
權利要求
1.一種用于檢測多個用戶交互作用的裝置，包括至少一個檢測器，用于感測所述用戶交互作用；至少一個各自的控制器，與所述至少一個傳感器相關聯，用于發現所述用戶交互作用的位置；以及轉換模塊，與所述控制器相關聯，用于根據規定的策略處理所述用戶交互作用。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述檢測器包括分布在感測區域上的多個感測元件。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，所述轉換模塊在多個模式間轉換以便處理所述用戶交互作用。
4.如權利要求1所述的裝置，包括多個檢測器。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，至少一個所述用戶交互作用是通過電磁指示筆的交互作用。
6.如權利要求1所述的裝置，其中，至少一個所述用戶交互作用是觸摸。
7.如權利要求1所述的裝置，其中，至少一個所述用戶交互作用是經過容性對象執行的。
8.如權利要求1所述的裝置，其中，所述策略是根據用戶交互作用的位置規定的。
9.如權利要求1所述的裝置，其中，所述策略是根據用戶交互作用的特征規定的。
10.如權利要求1所述的裝置，還與主計算設備相關聯，其中，可以操作在所述主計算設備上運行的應用程序以用于設置所述策略。
11.如權利要求6所述的裝置，其配置有放棄大面積觸摸的策略。
12.如權利要求1所述的裝置，其被配置為檢測專用手勢。
13.如權利要求12所述的裝置，其被配置為使用所述專用手勢的所述檢測來設置與所述檢測相關的策略。
14.如權利要求12所述的裝置，其中，所述策略規定將高于其它用戶交互作用的優先權授予一個用戶交互作用。
15.如權利要求1所述的裝置，其被配置為在禁止檢測第二用戶交互作用的同時選擇一個與檢測相關的用戶交互作用。
16.如權利要求1所述的裝置，其中，所述策略包括授予至少一個所述用戶交互作用高于至少一個其它所述用戶交互作用的優先權。
17.如權利要求1所述的裝置，其中，所述策略是動態變化的策略。
18.如權利要求1所述的裝置，其中，所述策略包括授予最新用戶交互作用高于較早用戶交互作用的優先權。
19.一種用于檢測多個用戶交互作用的系統，包括至少一個數字化器，其被配置為用于檢測至少一個用戶交互作用；和轉換模塊，與所述至少一個數字化器相關聯，用于處理與至少一個用戶交互作用有關的數據。
20.如權利要求19所述的系統，還包括主計算機，與所述數字化器相關聯，其中，所述轉換模塊實現在所述主計算機上。
21.如權利要求19所述的系統，其中，所述轉換模塊實現在轉換單元上。
22.一種檢測多個用戶交互作用的方法，包括檢測與每個所述用戶交互作用相關的位置；根據所規定的策略處理所述位置；以及提供與所述位置相關的數據。
23.如權利要求22所述的方法，其中，所述策略是根據動態變化的參數規定的。
24.如權利要求22所述的方法，其中，至少一個所述用戶交互作用是經過電磁指示筆的交互作用。
25.如權利要求22所述的方法，其中，至少一個所述用戶交互作用是觸摸。
26.如權利要求22所述的方法，其中，至少一個所述用戶交互作用是經過容性對象執行的。
27.如權利要求22所述的方法，其中，所述策略被配置為放棄大面積觸摸。
28.如權利要求22所述的方法，其中，所述方法還被配置為用于檢測至少一個專用手勢。
29.如權利要求22所述的方法，其中，所述策略是可配置的。
30.如權利要求22所述的方法，其中，所述策略包括授予至少一個所述用戶交互作用高于至少一個所述其它用戶交互作用的優先權。
31.一種用于手勢識別的裝置，其包括檢測器，用于檢測至少一個用戶交互作用；和手勢識別器，與所述檢測器相關聯，并且被配置為用于確定所述用戶交互作用是否為預先確定手勢。
32.如權利要求31所述的裝置，其中，所述手勢是觸摸手勢。
33.如權利要求31所述的裝置，其中，所述手勢包括移動對象。
34.如權利要求33所述的裝置，其中，所述手勢包括在特定方向上移動所述對象。
35.如權利要求31所述的裝置，其中，所述手勢識別器是數字化器裝置的控制器。
36.如權利要求31所述的裝置，還被配置為根據所述手勢識別觸發控制模式之間的轉換。
全文摘要
本發明提供一種用于檢測多個用戶交互作用的裝置，其包括至少一個檢測器，用于感測所述用戶交互作用；相應的控制器，與所述傳感器中的每個相關聯，用于發現所述用戶交互作用的位置；以及轉換器，與所述控制器相關聯，用于根據規定的策略處理所述用戶交互作用。
文檔編號G06F3/033GK101057271SQ200580030976
公開日2007年10月17日 申請日期2005年7月14日 優先權日2004年7月15日
發明者哈爾姆·珀斯基, 奧利·里蒙 申請人:N－Trig有限公司