专利名称：具有可区分的用户控制部的系统和对具有个人化的用户控制部的系统进行操作的方法
技术领域：
本发明总体上涉及用户控制部，更具体地说，本发明涉及可区分触 摸控制部的特定用户的用户控制部。
背景技术：
工厂控制室、飞机驾驶舱以及车辆仪表盘通常包括可以由多个用户 同时使用以对系统进行操作的大量物理用户控制部，例如，控制开关、 键盘、鼠标、触摸屏等。常规系统没有办法容易地区分哪一个特定用户 触动了特定控制部。因此，对于每个用户来说，所有控制部都以相同方 式工作。另外，也没有办法记录哪个用户操作了哪些控制部的历史。
有一种试图识别用户并相应地对系统进行操作的单用户系统。登录 到计算机系统上是一普通例子。然而，在这种情况下，假设在登录之后 仅有一个用户对系统(例如，工作站)的物理用户界面进行操作。该系 统没有办法获知是否有多个用户在与该界面进行交互。
个人区域网络(PAN)是一种通过触摸来传递数据的系统，参见 Thomas Zimmerman, " Personal Area Networks : Near-field intrabody communication" ,Vol. 35， No. 3&4， MIT Media Lab, 1996。 PAN利用的是 传导过用户的低频电场。所传递的数据可以包括用户标识，这样，可以 将恰当使能的门把手(doorknob)编程为仅对特定用户作出响应。遗憾的 是，该系统没有针对用户界面应用(如，控制面板)进行设计。将PAN 型界面添加至许多控制部都惊人地昂贵。而且，当单个用户同时操作多 个控制部时，存在需要解决的显著的数据冲突问题。
指纹用户界面是一种基于特定用户的指纹来对装置进行操作的系 统，参见Sugiura， Atsushi， Koseki, Yoshiyuki, "A User Interface using
Fingerprint Recognition: Holding Commands and Data Objects on Fingers", Mynatt, Elizabeth D., Jacob, Robert J. K. (ed.) ， Proceedings of the 11th annual ACM symposium on User interface software and technology, p.71-79, November, 1998。该界面使得功能不仅可以在用户之间进行改变，而且可 以在同一用户的不同指纹之间进行改变。然而，该系统在每个装置中都 需要指纹传感器，因此不适用于小型控制部，如开关，和包括大量控制 部的用户界面应用。另外，将指纹传感器集成到每个控制部中的成本相 当惊人。
Diamond触摸系统是多用户界面装置的例子，参见Dietz等人的 "Diamond Touch: A multi-user touch technology" ， Proc. User Interface Software and Technology (UIST) 2001， pp. 219-226, 2001和在2002年12 月24日颁发给Dietz等人的美国专利No. 6498590 "Multi-user touch surface",其内容通过引用并入于此。Diamond触摸系统具有许多令人满 意的特性。Diamond触摸系统包括嵌入在触摸表面中的天线阵列。每个 天线都发送一可唯一识别的信号。通过感测这些信号怎样通过用户而耦 合，该系统确定该用户是否在触摸所述表面。将每个用户连接至分离的 接收器使得所述系统能够唯一地识别由每个用户触摸的位置。然而， Diamond触摸系统受限于具有嵌入式天线模式的特定的触摸表面。
某些显示系统可以在具有单个显示屏或监视器的单个装置上同时显 示多个图像。这种显示屏可以是CRT、 LCD或类似显示表面。另选的是， 可以利用正面投影或背面投影将图像投影在单个屏幕上。在此，这些显 示系统被总称为多视显示器。利用多视显示器，不同用户会同时察觉到 不同图像。
Montgomery等人的美国专利申请No, 10/875870， "Multiple view display"描述了多视显示系统的例子，其通过引用并入于此。这里，使 用视差栅栏来形成截然不同的视区。每个视区都向该区中的观众提供不 同的图像。
2003年11月18日授与Yerazunis等人的美国专利No. 6650306， "Security-enhanced display device"中给出了多视显示装置的另一个例
子，并且通过引用并入于此。在该系统中，显示装置生成具有不同偏振 的图像。观看显示器的用户通常会察觉到一个图像，而通过光阑装置观 看该显示器的用户会察觉到不同的图像。
希望提供一种可以使系统针对多个用户不同地操作的用户界面。另 外，这种系统应当能够记录每个用户的使用历史。
还希望提供一种包括用于向多个用户同时显示多个图像的装置的多 用户控制系统。
发明内容
本发明提供了一种控制系统和能够在对该控制系统的控制部进行操 作的多个用户之间进行区分并且利用多视显示装置向所述多个用户显示 多个图像的方法。
在本发明的一个实施方式中，所述系统的控制部与所显示的图像物 理地分离。向特定用户显示的图像取决于触动特定控制部的该特定用户。 所述系统的其他用户所察觉到的图像可以与触动一控制部的该特定用户 无关。
在本发明的另一实施方式中，将多个图像显示在触敏显示表面上。 所述系统的一些或所有控制部是虚拟的，并且在触敏表面上显示为图标。 向所述系统的用户显示的控制部集对于每个用户来说可以相同或不同。 向特定用户显示的图像取决于触动一特定控制部的该特定用户。所述系 统的其他用户所察觉到的图像可以与触动一控制部的该特定用户无关。
图1是根据本发明的多用户控制系统的示意图2是具有电阻性触摸屏的多用户控制系统的示意图3是对图2的控制系统进行操作的方法的流程图4是具有单视角显示装置的多用户控制系统的示意图5是具有多视显示装置的多用户控制系统的示意图；而
图6是具有多视显示装置和触敏表面的多用户控制系统的示意图。
具体实施方式
系统概述
本发明根据不同用户来区分对系统的控制部的操作和行为。本发明 涉及通常包括在控制室、飞机以及车辆(提到，但仅为几个示例)中的 系统。希望根据触动控制部的特定用户来对系统进行操作。系统的功能 和行为都可以根据不同用户而改变。行为是指对控制部的"看和摸"。例 如，行为可以通过触觉反馈来改变。
控制部
在本发明的优选实施方式中，系统的控制部与相应的导电表面相关 联。每个导电表面都连接至发送器，该发送器发射与控制部相关联的可 唯一识别的信号。导电表面被设置成，使得用户可以物理地接近该导电 表面以便操作相应的控制部。
另外，导电表面被设置成，使得在用户没有接近相应控制部时基本 上不存在电容耦合。而且，不同控制部的导电表面彼此电绝缘。为帮助 检测多个对于控制部的同时使用，有用的是限制耦合，使得一个控制部
上的重触摸不遮蔽(mask)另一控制部上的轻触摸。因此，采用电介质 绝缘层来防止与导电表面的直接、电阻性接触，从而限制了耦合并降低 了接收器的所需动态范围。 接收器
为所述系统的每个用户连接一接收器。接收器被设置成，当用户选 择并触摸控制部时接收由相应导电表面发射的信号。实现这种操作的便 利方式是利用嵌入在用户占用的椅子的座位和/或背面的导电片。另选的 是，每个用户都可以配备在使用过程中由人佩戴的便携式接收器。
发送器
因为典型系统可以有几十或几百个控制部，所以为每个控制部生成 唯一信号的一种有效方式是使用由连接至导电表面的发送器中的线性反 馈移位寄存器生成的二进制序列的时移变量。在连接至用户的接收器中 也使用相同的二进制序列。交叉相关确定针对每个移位而接收到的信号 的量。这种类型的信令被称为码分多址(CDMA)。然而，作为其他可能 的信令实现，还可以采用其他方式来生成唯一信号，包括时分多址 (TDMA)和频分技术，参见美国专利No. 6498590，其通过引用并入于 此。
在一些安装中，将唯一发送器信号单独传送给每个控制部可能不太 方便。 一种另选方案是，本地地生成一些或所有信号。这在控制部已经 连接至通信总线而没有提供唯一连接时特别有用。在这种情况下，总线 可用于使这些信号同步。
触敏控制部
特别重要的一种控制装置是触敏显示屏。可以在不修改装置的情况 下使用常规电阻性触敏屏的导电表面。因为这些类型的装置己经包括了 导电表面，所以可以直接调制(modulate)这种表面在该实施方式中， 触摸表面可以交替地作为常规电阻性触摸表面和经调制的导电表面而工 作。即使在以常规方式测量触摸位置时也可以连续调制这种导电表面。
系统结构和操作
图1示出了根据本发明的示例性多用户控制系统100。多频道发送 器101向物理地接近控制部102 104的导电表面115提供可唯一识别的 信号。多个用户105 106可以触动控制部。用户接近于相应的接收电极 107和108。在该例中，电极位于用户占用的椅子109和110的座位中。
当用户坐下时，该用户与椅子中的接收电极发生电容耦合。当该用 户触摸特定控制部时，该用户还与该控制部的导电表面115发生电容耦 合。由此，在接近该控制部的导电表面与接近该用户的接收电极之间形 成了电路径。接收电极连接至相应接收器111 112。接收器可以在通过 用户发生了电容耦合时检测到来自导电表面的可唯一识别的信号。
控制部102 104、接收器111和112以及发送器101连接至控制器 200。该控制器向发送器和接收器提供同步信息，并且基于由用户触动的 控制部(在触动时由耦合的用户所确定)的设置而采取恰当的动作。在 一另选实施方式中，将用户耦合至唯一信号发送器，并且可以从每个控 制部独立地接收信号。
图2示出了本发明的使用5线电阻性触敏屏的实施方式，并且如本
领域所公知的那样，导线连接至触摸表面。屏幕220未经改动，但使用 了根据本发明的控制器200。该控制器交替地测量222指示触摸位置的电 压，并且唯一地解码出指示特定用户的发送信号101。
图3示出了该实施方式的操作。对导电表面进行调制310。接着， 针对用户接触进行检查320。如果没有接触，则重复调制。如果存在接触， 则沿对角线测量330 340电压，以确定触摸位置，并且重复。
可以对该基本构造进行改变。例如，可以将相同技术应用于常规4 线电阻性触摸屏，或其他类型的触摸屏。如果经调制的唯一信号在频率 上足够高并且平均值为零，则可以连续地添加该信号，而不会对位置测 量产生影响。
用户标识
图1的实施方式基于和接收电极的接近度来识别用户。在一些情况 下，知道用户的精确标识可能是有利的。可以利用"登录(log-on)"过 程来识别用户。该登录过程可以使用任何公知的识别技术，如提供口令、 读取安全卡或RFID标签、插入密钥、扫描指纹以及眼睛扫描。通过简单 监测接收电极的电容，系统就可以确定用户是否已经进入或退出接近电 极的区域，以便确定何时需要登录。针对这个目的，可以使用其他方式， 包括重量感测。在该实施方式中，系统不接受从最近坐下的用户输入的 控制，直到该用户被正确地识别为止。
在其他情况下，可能知道用户的类别就足够了。例如，如果用户是 孩子，则可能希望禁用某些控制部。在这种情况下，可以利用分类系统， 例如，利用重量感测装置或任何其他对象分类技术来确定用户的类别。 系统可以使用上述任何方法来确定用户何时进入或退出了接近该系统的 区域，以便确定何时需要分类。
在其他情况下，可能希望知道用户在与系统和其他用户进行交互时 所扮演的角色。例如，在汽车中，驾驶员的角色明显不同于乘客的角色。 同样，在驾驶舱或控制室的情形下，教师和指导员的角色不同于学生的 角色。特殊的角色可以与特定的接收器相关联。在车辆的情况下，角色通常与就座位置相关联，例如，驾驶员、乘客、导航员、副驾驶员等。 在控制室中，可能为一组角色指定了特定的便携式接收器。
知道了用户的角色、类别或标识后，系统就可以针对不同用户进行 不同操作。操作可能在提供降低或增强功能方面(即，系统响应于控制 部的操纵而做什么)和/或提供不同行为方面(即控制部本身的响应)不 同。来自控制部的触觉反馈是可以根据每个用户而不同的行为的例子。 在行为与功能之间的范围中明确地存在一些情况，例如针对某些用户角 色使用不同的输出模态(例如针对驾驶员使用音频而针对乘客使用视频) 既是行为也是功能。
在该实施方式中，系统的行为和功能都可以基于操作用户而不同。
触觉反馈
通过改变控制部的触感，用户具有了个性化反馈，这种个性化反馈
是直觉的，并且不会使未触摸该控制部的其他用户分心，参见2004年5 月6日由Dietz等人提交的题为"Hand-Held Haptic Stylus"的10/840748
号美国专利申请，并且通过引用并入于此。触觉反馈在控制部的功能依 赖于用户时特别有用。例如，特定用户可用的触觉笔可以在按压时物理 地"点击"，而不对其他用户作出响应。存在本领域已知的呈现各种各样 的可编程感觉的大量触觉装置。通过添加由根据本发明的唯一信号驱动 的导电表面，触觉响应现在可以取决于特定用户，以及其他传统因素。 视觉输出
可以通过合并一个或更多个连接至控制器的视觉显示装置，来为控 制系统的用户提供视觉反馈。视觉显示装置可以被设置成一次呈现单个 图像(举例来说，如在计算机监视器、投影仪或电视屏中)，或者可以被 设置成同时显示多个图像(举例来说，如视差栅栏或偏振旋转显示装置 的多视显示装置中)。可以将单个图像显示装置和多个图像显示装置的任 何组合用于本发明。向用户呈现的图像可以是静止图像或视频。
根据来自控制器的输入信号来修改向用户呈现的图像。控制器确定 哪个用户在触动特定控制部，并向显示装置发送信号，以根据该用户和 控制部来更新该图像或该多个图像。
图4示出了本发明的使用显示装置400来向用户105 106显示图像 401的实施方式。响应于由控制器200发送的信号，通过显示装置400来 修改图像401。控制器200生成的信号例如可以指示系统状态的变化和接 近并操纵输入控制部的用户。系统向每个用户提供当前系统状态的视觉 反馈。
图5示出了本发明的使用多视显示装置500同时向位于不同视区 503 504 (—般以点画示出)中的用户105 106显示不同图像501 502 的实施方式。响应于控制器200发送来的信号，通过多视显示装置500 来修改图像501 502。控制器200生成的信号例如可以指示系统状态的 变化和接近并操纵输入控制部的用户。系统同时向每个用户提供当前系 统状态的分别的视觉反馈。
图6的实施方式使用了与多视显示装置500相结合的触敏表面600。 这使得用户可以直接与所显示的图像501 502进行交互。因为用户105 106在各自不同的视区503 504中察觉到了不同图像，并且因为本发明 的触敏表面600可以检测到哪个用户接近该触敏表面，所以系统可以呈 现位置相同的虚拟控制部组601 602。这些组可以有不同外观和功能， 并且可以包含不同的虚拟控制部(包括按钮、开关、菜单、图标等)。
当用户的接收器连接至诸如特定椅子的特定物理位置时，每个接收 器一个视区的多视显示系统是优选的。
应用
本发明可以增加车辆控制部。通过在座位或坐椅安全带中放置电极， 系统可以区别由驾驶员或乘客操作的控制部，并相应地可能根据用户角 色和预设的用户偏好来修改对控制部的操作。
一些导航系统在车辆移动时被禁用，以使驾驶员的分心最小化。利 用本发明，可以在车辆移动时准许乘客操作导航功能，而使那些功能对 于驾驶员而言禁用。类似的是，可以根据哪个车辆占据者触摸了控制部 来提供音频或视觉形式的反馈。
在车辆中诸如门、窗、娱乐、座位以及环境控制部的一些控制部是 重复的。这增加了成本。本发明使得能够实现单个控制部组，以根据通
过车辆内的就坐位置和/或预设的用户偏好所确定的用户角色，针对不同 用户进行不同操作。
另外，可以在座位之间设置无线收发器的"一键通"(PTT)控制部。
于是，可以将本发明用于以声学方式将麦克风阵列"引导"至触摸了PTT
控制部的特定用户。由此，可以实现基于单个控制部的多用户语音界面。 飞机驾驶舱和控制室通常要记录由领航员和操作员采取的每一个动 作。这对于训练、操作以及事故分析来说是有用的。目前，还没有获知 领航员或副驾驶员是否触动了特定控制部的便捷方式。根据本发明的个 人化控制部解决了这个问题，特别是在控制数据是为了提供日志而打了 时间戳时。
因为本发明检测在任何指定时间接近的所有用户，所以出于安全的 原因，可以要求多个用户在同一时间触动特定控制部。例如， 一般惯例 是，两个领航员在起飞和着陆期间都将手放在节流阀上。利用本发明， 可以加强这种实践。
权利要求
1、一种具有可区分的用户控制部的系统，该系统包括多个控制部(102～104)；导电表面(115)，其被布置为紧密接近于每个控制部(102～104)；连接至所述导电表面(115)的发送器(101)，该发送器(101)向每个导电表面(115)发射唯一信号；多个电极(107、108)，每个电极(107、108)都被布置为紧密接近于所述多个控制部(102～104)的多个用户中的特定用户；连接至每个相应电极(107、108)的接收器(111、112)；用于在所述特定用户经由所述电极(107、108)、所述接收器(111、112)以及所述发送器(101)电容耦合至特定导电表面时将所述特定用户与一特定控制部关联起来的单元(200)；以及显示装置(400)，其被设置用于同时向所述多个用户显示多个图像，每个用户都根据用于与所述特定控制部和用户相关联的所述特定导电表面的所述唯一信号而察觉到特定图像。
2、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述显示装置(400)利用 视差栅栏在与所述不同用户相关联的不同视区中呈现不同图像。
3、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述显示装置(400)利用 偏振旋转器在所述多个用户通过光阑装置观看所述图像时向所述多个用 户呈现不同图像。
4、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像是静止图像。
5、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像是视频。
6、 根据权利要求1所述的系统，该系统还包括-触敏表面(600)，其中，所述导电表面(115)被布置在所述触敏表 面上。
7、 根据权利要求6所述的系统，其中，所述显示装置(400)显示 所述多个图像，以使这些图像在所述触敏表面(600)上被察觉到。
8、 根据权利要求7所述的系统，其中，所述多个控制部(102 104)是显示在所述触敏表面上的图标。
9、 根据权利要求1所述的系统，该系统还包括显示装置(400)，其被设置用于显示包括所述多个图像的组合的单 个图像。
10、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个控制部(102 104)布置在车辆中。
11、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个控制部(102 104)布置在飞机中。
12、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个控制部(102 104) 布置在控制室中。
13、 根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个图像(501、 502) 是被投影的。
14、 一种对具有个人化的用户控制部的系统进行操作的方法，该方 法包括以下步骤向多个导电表面(115)中的每一个发送(101)唯一信号，每一个 导电表面(115)都被布置为紧密接近于多个控制部(102 104)中的每 一个相应控制部；在耦合至电极(107、 108)的接收器中接收(111、 112)所述唯一信号中的特定唯一信号，所述电极(107、 108)被布置为紧密接近于触摸特定控制部的多个用户中的特定用户；根据所述特定唯一信号对所述系统进行操作(200);以及 同时向所述多个用户显示(400)多个图像，每个用户都根据用于与所述特定控制部和用户相关联的所述特定导电表面的所述唯一信号而察觉到特定图像。
15、 一种用于对具有个人化用户控制部的系统进行操作的方法，该 方法包括以下步骤向多个导电表面(115)中的每一个发送(101)唯一信号，每一个 导电表面(115)都被布置为紧密接近于多个控制部(102 104)中的每 一个相应控制部；在耦合至电极(101、 108)的接收器中接收(111、 112)所述唯一 信号中的特定唯一信号，所述电极(107、 108)被布置为紧密接近于触 摸特定控制部的多个用户中的特定用户；以及同时向所述多个用户显示(400)多个图像，每个用户都根据用于与 所述特定控制部和用户相关联的所述特定导电表面的所述唯一信号而察 觉到特定图像。
全文摘要
本发明涉及具有可区分的用户控制部的系统和对具有个人化的用户控制部的系统进行操作的方法。该系统通过与每个用户控制部紧密接近地布置导电表面来区分多个用户控制部。发送器连接至所述导电表面。所述发送器向每一个导电表面发射唯一信号。紧接于所述控制部的用户设置有电极，并且接收器连接至每个对应电极。当一特定用户经由所述电极、所述接收器以及所述发送器电容耦合至一特定导电表面时将该特定用户和一特定控制部关联起来。显示装置同时向多个用户呈现多个图像。控制部可以包括在显示图像的触敏表面上显示为图标的虚拟控制部。
文档编号G06F3/045GK101183289SQ200710169649
公开日2008年5月21日 申请日期2007年11月13日 优先权日2006年11月17日
发明者宫崎秀人, 布雷特·A·哈沙姆, 松原勉, 相川真実 申请人:三菱电机株式会社