ДИСПЛЕИ С С СЕНСОРНЫМ ЭКРАНОМ
TOUCH-SCREEN DISPLAY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к улучшенным технологиям для осуществления дисплеев с сенсорным экраном, в частности считывания касания проекционного емкостного экрана для больших электрофоретических экранов дисплеев, и к устройствам для чтения электронных документов, осуществляющих эти технологии.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Предшествующий уровень техники, относящийся к устройствам чтения электронных документов, может быть найден в US6,124,851, US2004/0201633, US2006/0133664, US2006/0125802, US2006/0139308, US2006/0077190, US2005/0260551, US6124851, US6021306, US2005/0151742 и US2006/0119615. Примерами устройств чтения электронных документов являются Iliad Ilex (RTM), Amazon Kindle (KIM) и Sony (RTM) Reader. Предшествующий уровень техники, относящийся к энергосбережению может быть найден в: US2007/0028086, US2007/0115258 и US7058829.
Ранее были описаны устройства чтения электронных документов, использующие электрофоретический дисплей с гибкой или устойчивой к изгибу объединительной платой, основанной на пластичной (осажденной из растворов) электронике, например, в наших более ранних заявках PCT/GB2006/050235, PCT/GB2008/050980, PCT/GB2008/050977, PCT/GB2008/050985, PCT/GB2008/050985 и PCT/GB2008/050985, настоящим включенных в состав этого описания посредством ссылки.
Специалист в данной области технике примет во внимание наличие диапазона технологий сенсорных экранов. Были описаны устройство чтения электронных документов с восприимчивым к касанию дисплеем, использующим технологию резистивного сенсорного экрана, в W02007/012899. Однако особенно полезной технологией сенсорного экрана является емкостное считывание, в частности проекционное емкостное считывание касания. Это обычно применяет XY матрицу тонких проводящих электродов, механически расположенных за передней поверхностью экрана дисплея, проецирующих электрическое поле по ту сторону экрана дисплея. Касание экрана приводит к емкостному сопротивлению между пальцем пользователя и считывающими электродами, изменяющему емкость соединения между проводами в подвергнутом касанию X-Y положении, это изменение взаимного емкостного сопротивления детектируется для обнаружения положения касания. Термин «проекционная емкость» возник из-за линий электростатического поля, проецируемых считывающими электродами. Альтернативная технология емкостного считывания, иногда называемая поверхностным или абсолютным емкостным считыванием, основывается на аппроксимации, посредством пальца пользователя, соединения с землей и детектировании изменения абсолютной емкости (относительно земли) для идентификации местоположения касания.
Проекционное емкостное считывание касания широко применяется в мобильных телефонах, персональных медиаплеерах и тому подобных устройствах, использующих прозрачные электроды ITO (легированного оловом оксида индия), нанесенные на внутреннюю поверхность перед отображаемой информацией. Однако здесь есть проблема с достижением высокого разрешения считывания из-за большого количества соединений электродов, требуемых для прокладки обратно к одной интегральной схеме считывания касания, и из-за того, что мелкие (тонкие) дорожки ITO являются относительно резистивными. Необходимо принимать во внимание, что эти проблемы обостряются по мере того, как увеличивается размер дисплея.
Одно из решений этих проблем состоит в том, чтобы применять интерполяцию между электродами датчиков для увеличения эффективного разрешения считывания. Интегральные схемы считывания касания для проекционных емкостных сенсорных экранов с применением такой интерполяции, например, доступны для приобретения у корпорации Cypress Semiconductor, в частности в их устройствах PSOC (программируемая система на кристалле (RTM)), которые осуществляют так называемые «слайдеры», которые выполняют линейную интерполяцию для повышенной точности считывания. Однако имеется необходимость в улучшенных технологиях, в частности, для больших экранов дисплеев.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поэтому, согласно первому аспекту изобретения, предложена система считывания касания проекционного емкостного экрана, причем система содержит электронный экран дисплея, причем упомянутый экран дисплея включает в себя множество по существу прозрачных строчных и столбцовых электродов для обеспечения проекционного емкостного считывания касания; и множество модулей схемы считывания касания, подключенных к упомянутым строчным и столбцовым электродам для считывания касания упомянутого экрана дисплея, при этом каждый упомянутый модуль схемы считывания касания имеет множество соединений считывания для соединения с множеством упомянутых электродов и выход данных считывания касания, и при этом каждый упомянутый модуль схемы считывания касания сконфигурирован для осуществления интерполяции между считанным одновременным касанием множества смежных упомянутых электродов, и для вывода соответствующих интерполированных данных считывания касания с разрешением, большим, чем для интервала между упомянутыми электродами; и выход данных системы считывания для выдачи интерполированных по строкам и столбцам данных считывания касания; при этом каждый из упомянутых строчных электродов и каждый из упомянутых столбцовых электродов имеет разрыв для деления электрода на первую и вторую части, причем одна из упомянутых первой и второй частей имеет первое электрическое соединение на одной стороне экрана дисплея, а другая из упомянутых первой и второй частей имеет второе электрическое соединение на противоположной стороне экрана дисплея; при этом первый из упомянутых модулей схемы считывания касания имеет упомянутое множество соединений считывания, соединенных с упомянутыми первыми электрическими соединениями упомянутых строчных электродов, при этом второй из упомянутых модулей схемы считывания касания имеет упомянутое множество соединений считывания, соединенных с упомянутыми вторыми электрическими соединениями упомянутых строчных электродов, при этом третий из упомянутых модулей схемы считывания касания имеет упомянутое множество соединений считывания, соединенных с упомянутыми первыми электрическими соединениями упомянутых столбцовых электродов, и при этом четвертый из упомянутых модулей схемы считывания касания имеет упомянутое множество соединений считывания, соединенных с упомянутыми вторыми электрическими соединениями упомянутых столбцовых электродов; и при этом система считывания дополнительно содержит контролер, подключенный к упомянутым выходам данных считывания касания упомянутых первого, второго, третьего и четвертого модулей схемы считывания касания, и при этом упомянутый контроллер сконфигурирован для выбора упомянутых интерполированных данных считывания касания из одного из упомянутых первого и второго модулей схемы считывания касания для выдачи упомянутых интерполированных по строкам данных считывания касания с упомянутого выхода данных системы считывания, при этом упомянутый выбор из упомянутого первого и второго модулей схемы считывания касания зависит от упомянутых интерполированных данных считывания касания из упомянутых третьего и четвертого модулей схемы считывания касания, и при этом упомянутый контроллер сконфигурирован для выбора упомянутых интерполированных данных считывания касания из одного из упомянутых третьего и четверного модулей схемы считывания касания для выдачи упомянутых интерполированных по столбцам данные считывания касания с упомянутого выхода данных системы считывания, при этом упомянутый выбор упомянутых интерполированных данных считывания касания из одного из упомянутых третьего и четвертого модулей схемы считывания касания зависит от упомянутых интерполированных данных считывания касания из упомянутых первого и второго модулей схемы считывания касания.
В вариантах осуществления системы считывания один модуль схемы считывания касания обеспечивается для соединений с каждым концом разорванной строчной и столбцовой линии, и, в вариантах осуществления, по существу все из электрических соединений с каждым из двух концов строчных электродных линий и столбцовых электродных линий идут в один модуль схемы считывания касания, который выполняет интерполяцию по электродным линиям.
Выполнение разрыва строчных и столбцовых электродных линий, в частности приблизительно посередине экрана дисплея, фактически делит пополам длину электрода ITO, используемого для считывания касания. В теории, можно было бы сегментировать экран дисплея на квадранты и применять один модуль схемы считывания касания или интегральную схему, чтобы формировать считывание касания для каждого квадранта, но это создало бы проблемы на границах квадрантов, в частности при интерполяции положений считанного касания между электродными линиями. Поскольку интерполяция использует «необработанные» данные датчика (то есть данные, определяющие уровень взаимного емкостного сопротивления между строчными и столбцовыми электродами) для интерполяции по границам квадранта, представлялось бы, что необходим один модуль схемы считывания касания для передачи необработанных данных считывания по X и по Y в соседние модули схемы считывания касания на сторонах X и Y, соответственно, чтобы обеспечить возможность обработки комбинированных данных для интерполяции положения по границам квадранта. Однако это является относительно неэффективным как с точки зрения соединений для передачи данных, так и требований по питанию.
Поэтому в предпочтительных вариантах осуществления экран дисплея сегментируется таким образом, что как строчные, так и столбцовые электроды продолжаются только приблизительно до половины экрана дисплея с обеих сторон, причем все концы электродов на каждой стороне экрана дисплея идут в соответствующие первый, второй, третий и четвертый модули схемы считывания касания (или интегральные схемы). В таком случае пара (интерполирующих) (строчных) модулей считывания положения Y может применяться для определения того, какой столбцовый модуль считывания должен использоваться для определения положения X (столбца), посредством идентификации того, находится ли строка касания около одного или другого конца столбца и, следовательно, около одного или другого (столбцовых) модулей считывания X. Соответствующим образом (интерполирующий) выход из столбцовых модулей считывания может использоваться для определения того, какой из строчных модулей считывания следует применять при считывании положения Y (интерполятора). Кроме того, в предпочтительных вариантах осуществления применение одной интегральной схемы считывания касания для выполнения функции каждого модуля схемы считывания касания дает возможность расположить каждую из этих интегральных схем (IC) физически рядом с одной стороной (или кромкой) экрана дисплея, близко к соединениям с соответствующими концами строчных и столбцовых электродных линий, таким образом уменьшая расстояние, через которое нужно провести межсоединения, и минимизируя внешний шум. В предпочтительных вариантах осуществления каждый из этих модулей схемы считывания касания или ИС имеет последовательный выход данных, например шину SPI (последовательного синхронного периферийного интерфейса) или шину I2C (связи между интегральными схемами).
В предпочтительных вариантах осуществления контроллер реализован в отдельном микропроцессоре или микроконтроллере, например, микропроцессоре AVR (зарегистрированный товарный знак) от корпорации Atmel. В вариантах осуществления модули схемы считывания касания выполняют интерполяцию считанного положения между электродами, и микропроцессор контроллера выбирает интерполированные данные для вывода. В зависимости от конфигурации считывания касания может выполняться детектирование множественного касания или контроллер может быть сконфигурирован для выполнения отклонения множественного касания на основании выходов из модулей схемы считывания касания. Должно быть принято во внимание, что одна физическая интегральная схема может включать в себя два модуля схемы считывания касания, и поэтому одно физическое устройство может обеспечивать два отдельных слайдерных канала.
В предпочтительных вариантах осуществления микропроцессор контроллера также идентифицирует жесты и/или геометрические объекты, такие как линии или окружности, которые являются примитивами для жестов, и выводит соответствующие данные объекта и/или жеста; в предпочтительных вариантах осуществления микропроцессор контроллера также выводит интерполированные по строкам и столбцам данные положения, а также более высокоуровневые данные, для того чтобы дать возможность записывать соответствующие данные изображения обратно на дисплей в качестве указания на дисплее того, где дисплей подвергался касанию, или в виде пиктограммы, или другой реакции на интерпретированный жест, или и того, и другого. Этот подход, например, обеспечивает комбинацию распознавания жеста и пользовательского аннотирования документа на устройстве для чтения электронных документов, поскольку наличие интерполированных по строкам и столбцам данных положения, в дополнение к данным распознавания жеста, обеспечивает возможность такого аннотирования, а также уменьшения общего потока данных и содействия разделению разных типов задач обработки между контроллером и более высокоуровневым основным процессором.
Варианты осуществления описанной выше системы восприятия касания экрана особенно полезны, когда применяются к большому электрофоретическому экрану дисплея, например, экрану дисплея, имеющему активную или перезаписываемую зону отображения с размером диагонали, по меньшей мере, 20 см, особенно гибкому или устойчивому к изгибу электрофоретическому экрану дисплея, поскольку эти случаи представляют конкретные проблемы для проекционного емкостного считывания касания. В предпочтительных вариантах осуществления устройства чтения электронных документов, активная зона отображения является, по меньшей мере, достаточной для отображения страницы текста на формате A4 или формате США «размер письма» в, по меньшей мере, масштабе 0,7:1.
В предпочтительных вариантах осуществления такого устройства чтения электронных документов контроллер системы считывания касания проекционного емкостного экрана также выполняет управление питанием. Таким образом, устройство чтения документа также может содержать основной процессор для управления отображением информации на экране дисплея, (перезаряжаемую) аккумуляторную батарею и управляемый выключатель питания между основным процессором и аккумуляторной батареей, чтобы полностью выключать питание у основного процессора. В устройстве для чтения документов с электрофоретическим дисплеем, дисплей является энергонезависимым, то есть изображение остается на нем, даже когда питание снято, и поэтому можно работать в режиме, в котором устройство чтения документов является, главным образом, выключенным. Питание включается, только когда необходимо выполнить некоторое действие, более точно, для изменения или обновления отображенной информации. В такой системе желательно полностью выключать питание у основного процессора, поскольку даже несколько микроампер тока в режиме ожидания могут уменьшить время работы от батарей с потенциально нескольких месяцев до потенциально нескольких дней. Однако для того чтобы работать в режиме, в котором питание с основного процессора полностью снято, модули схемы считывания касания и контроллер могут получать питание для того, чтобы можно было распознать жест возобновления работы и подать питание на основной процессор для выполнения требуемого действия (жест возобновления работы необязательно должен быть жестом, специально заданным для возобновления работы устройства, но, например, может содержать жест перелистывания страницы). Таким образом, восприятие касания экрана дисплея и интерпретация примененного жеста может выполняться схемами малого энергопотребления, а основной процессор может получать питание в ответ для выполнения требуемого действия, когда жест будет распознан. Чтобы дополнительно снизить мощность, желательно, что вместо того, чтобы модули схемы считывания касания получали питание все время, они могут опрашиваться с интервалами, а питание может поддерживаться, только когда считано касание. По этой причине желательно, чтобы модули схемы считывания касания (например, PsoCs (RTM)) получали питание на короткий временной интервал, например, меньший, чем 1 мс.
В вариантах осуществления основной процессор выполняет холодную перезагрузку в ответ на подачу питания на основной процессор, включаемый перед выполнением требуемого действия.
По этой причине в вариантах осуществления загружается только выбранная часть операционной системы основного процессора, которая необходима для выполнения требуемого действия, чтобы процессор начинал работать быстро для улучшения впечатления пользователя.
В связанном аспекте изобретение предусматривает способ считывания пользовательского касания электронного экрана дисплея, имеющего четыре стороны, содержащие первую пару противоположных сторон и вторую пару противоположных сторон, ортогональную первой, и имеющего множество по существу прозрачных строчных и столбцовых электродных линий перед информацией, отображаемой упомянутым экраном дисплея, причем способ содержит: разбивание каждой упомянутой электродной линии на две части, одна соединяет по существу все из электродных линий на каждой упомянутой стороне с одним модулем схемы считывания касания; использование касания, считанного модулями на одной упомянутой паре противоположных сторон для определения того, какие модули, соединенные с ортогональной парой противоположных сторон, подлежат использованию для обнаружения положения вдоль направления, параллельного упомянутой ортогональной паре противоположных сторон; и использование упомянутого определенного модуля на каждой из двух ортогональных сторон упомянутого экрана дисплея для определения X-Y положения касания упомянутого экрана дисплея, считанного упомянутыми определенными модулями.
В предпочтительных вариантах осуществления способа, как описано ранее, предпочтительно соединить модуль считывания касания с, по существу, всеми электродными линиями на стороне или кромке экрана дисплея, чтобы обеспечить возможность интерполяции между касанием, считанным этими электродными линиями, без связи между смежными модулями считывания касания.
Изобретение также предусматривает носитель, такой как диск или энергонезависимая память, хранящий код управления процессором для реализации функций контроллера в описанных выше системах/способах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения далее будут описаны только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых:
Фиг. 1a-1c - вид спереди поверхности отображения, вид сзади и вид в вертикальном поперечном сечении устройства для чтения электронных документов;
Фиг. 2 - вертикальное поперечное сечение части дисплея устройства по фиг. 1;
Фиг. 3a и 3b - структурная схема системы управления питанием для устройства чтения электронных документов согласно варианту осуществления изобретения и блок-схема последовательности операций способа процедуры холодной перезагрузки, применяемой системой управления питанием по фиг. 3a;
фиг. 4 - система считывания касания проекционного емкостного экрана согласно варианту осуществления изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сначала описан пример устройства чтения электронных документов, чтобы проиллюстрировать контекст, в котором могут применяться варианты осуществления изобретения. Варианты осуществления изобретения могут быть особенно полезны для устройств с большим экраном, в частности устройств с большими гибкими электрофоретическими экранами дисплея, как дополнительно описано ниже. Однако применения вариантов осуществления изобретения не ограничены такими устройствами и, например, также включают в себя устройство с экраном дисплея ЖКД (жидкокристаллического дисплея, LCD) на стеклянной подложке.
Фиг. 1a-1c схематично иллюстрируют электронное устройство 10 для чтения документов, имеющее переднюю поверхность 12 отображения и заднюю поверхность 14. Как можно видеть на фиг. 1c, в предпочтительных вариантах осуществления, поверхность 12 отображения является по существу плоской до кромок устройства. Однако в вариантах осуществления, описанных ниже, будет видно, что электронный (электрофоретический) дисплей не продолжается прямо от кромок поверхности 12 отображения, а жесткая управляющая электроника встроена вокруг кромок электронного дисплея, этот подход уменьшает общую толщину устройства и, таким образом, содействует устойчивости к изгибу за счет установления слегка большей общей площади устройства.
Фиг. 2 иллюстрирует вертикальное поперечное сечение области отображения устройства между элементами 16 каркаса. Чертежи приведены не в натуральном масштабе.
Как можно видеть, в предпочтительных вариантах осуществления устройство имеет по существу прозрачную переднюю панель 100, например, изготовленную из Перспекса (RTM), которая действует в качестве элемента конструкции. Слой 106 схемы формирователя пикселей активной матрицы может содержать массив органических или неорганических тонкопленочных транзисторов, например, как раскрыто в WO01/47045. Однако такая передняя панель не обязательна - достаточная физическая жесткость, например, может обеспечиваться подложкой 108, возможно, в комбинации с одной или обеими из гидроизолирующих прокладок 102, 110.
Проиллюстрированный пример конструкции содержит подложку 108, обычно из пластика, такого как PET (полиэтилентерефталат), на котором изготовлен тонкий слой 106 схемы формирователей пикселей органической активной матрицы. Поверх этого прикреплен, например, клеем, электрофоретический дисплей 104, хотя также могут использоваться альтернативные средства отображения, такие как средство отображения на органических СИД (светоизлучающих диодах, LED) или жидкокристаллическое средство отображения. Гидроизолирующая прокладка 102 накладывается поверх электронного дисплея 104, например, из полиэтилена и/или Aclar (ТМ), фторполимера (полихлоротрифторэтилена - PCTFE). Гидроизолирующая прокладка 110 также предпочтительно предусмотрена под подложкой 108; поскольку эта гидроизолирующая прокладка необязательно должна быть прозрачной, предпочтительно, гидроизолирующая прокладка 110 включает в себя металлическую гидроизолирующую прокладку, такую как слой из алюминиевой фольги. Это предоставляет гидроизолирующей прокладке возможность быть тоньше, улучшая, таким образом, общую гибкость.
В предпочтительных вариантах осуществления среда отображения является отражательной средой отображения, в частности электрофоретическим средством отображения, а объединительная плата содержит гибкую подложку, такую как PET или PEN (полиэтилен-нафталан). Предпочтительно, объединительная плата изготавливается с использованием основанных на растворах транзисторов, предпочтительно профилированных такими методами, как электромеханическая печать, лазерная абляция или фотолитография. Дополнительные подробности этого могут быть найдены в более ранних патентных заявках заявителя, в частности, включающих в себя WO 01/47045, WO 2004/070466, WO 01/47043, WO 2006/059162, WO 2006/056808, WO 2006/061658, WO 2006/106365 и PCT/GB2006/050265, все из которых настоящим включены в состав данного описания посредством ссылки во всей своей полноте.
Приблизительными примерными толщинами для слоев являются: 100 мкм для гидроизолирующей прокладки 110, 200 мкм для подложки 108, 5-6 мкм для активного слоя 106, 190 мкм для дисплея 104 и 200 мкм для гидроизолирующей прокладки 102. Набор слоев 102-110 образует герметичный электронный дисплей 112; который, предпочтительно, прикреплен, например, клеем, к датчику касания, такому как описанный, и к прозрачной панели 100 отображения. Передняя панель 100 может иметь толщину в диапазоне 0,1-2 мм, например, приблизительно 1 мм или приблизительно 0,2 мм.
Как проиллюстрировано, проводящие электродные линии 101, такие как ITO, для считывания касания расположены за передней панелью устройства, хотя, в альтернативных реализациях, они могут быть расположены где-либо в другом месте. Набор прозрачных электродов сенсорного экрана может быть ламинирован на средство отображения и объединительную плату дисплея (с использованием контактного клея).
Электродный слой может быть проводящим полимером или металлическим слоем, таким как медный, никелевый, золотой или серебряный, либо пригодный для печатания металл. Слой может быть нанесен с использованием таких технологий, как вакуумное осаждение, технологии гальванопокрытия и печати, такие как трафаретная печать. Промежуточный изолирующий слой может быть нанесен посредством таких технологий, как технологии покрытия или печати распылением или накаткой. Соединения с электродными слоями, например, могут формироваться механически, с помощью клея, или посредством процесса сварки или пайки.
Варианты осуществления устройства, таким образом, включают в себя емкостный чувствительный к касанию электрофоретический дисплей, предпочтительно, проекционный емкостной чувствительный к касанию электрофоретический дисплей, использующий систему считывания касания, как более подробно описано позже. Он может использоваться для идентификации жестов, для выбора документов и/или страниц, перелистывания страниц вперед и назад и тому подобного. В вариантах осуществления обработка считывания касания может быть такой, что жесты являются безразличными к местоположению/ориентации, так что пользователь может выполнять один и тот же жест в любом местоположении для получения одного и того же результата и, согласно вариантам осуществления, независимо от ориентации (портретной или ландшафтной) устройства. В таких вариантах осуществления документы, к тому же, могут быть «размечены» электронным образом, данными разметки, записанными или ассоциированными с отображаемым электронным документом. Дополнительные пользовательские элементы управления, опционально, также чувствительные к касанию, могут обеспечиваться на границе вокруг активной области отображения.
В вариантах осуществления устройство для чтения электронных документов имеет разъемы, расположенные вдоль кромки устройства, чтобы давать устройству возможность соединения с другими электронными устройствами, таким как дорожный или настольный компьютер, PDA (персональный цифровой секретарь), мобильный телефон или 'интеллектуальный' сотовый телефон, или другими подобными устройства. USB (универсальная последовательная шина) и один или более беспроводных интерфейсов (например, инфракрасный интерфейс и/или интерфейс Bluetooth) также могут быть предусмотрены, чтобы обеспечивать возможность передачи документов на и с устройства для чтения электронных документов.
УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ
Фиг. 3a показывает предпочтительную архитектуру 500 управления питанием для устройства чтения электронных документов, включающего в себя электрофоретический дисплей 32.
Устройство чтения электронных документов включает в себя чувствительный к касанию дисплей 400, как описано ранее. Это дает пользователю возможность управлять устройством посредством касания и/или жеста; в вариантах осуществления, не нужно никакого ключа или элемента управления включения/выключения питания. В предпочтительных вариантах осуществления, данные с электродов считывания касания обрабатываются набором специализированных процессоров 502a-d, по одному процессору на каждую сторону дисплея, в вариантах осуществления, микроконтроллерными устройствами PSoC (зарегистрированный товарный знак), например, доступными для приобретения у корпорации Cypress Semiconductor. Каждый из них выдает выходной сигнал в дополнительный управляющий процессор 504 через последовательную шину I2C, в вариантах осуществления, устройство AVRmega48 от корпорации Atmel (зарегистрированный товарный знак), которое включает в себя внутрикристальные флэш-память, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, RAM) и ЭСППЗУ (электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство, EEPROM). Процессор 504 обрабатывает данные из процессоров считывания касания для объединения этих данных и принимает решения о касании (как более подробно описано ниже), а также для идентификации примитивов жестов и/или жестов, и выдает обработанную информацию о считанном касании в основное ЦПУ 512 (центральное процессорное устройство, CPU) устройства чтения электронных документов через двунаправленную последовательную шину 522, например, шину SPI. Процессор 504 также предусматривает некоторое количество функций управления питанием, описанных ниже.
Чувствительный к касанию дисплей 400 может реагировать на проводящее перо, а также на палец. В этом случае данные XY местоположения из процессоров 502a-d могут передаваться в основной процессор 512 в дополнение к данным распознанного жеста или примитива жеста, чтобы обеспечить возможность пользователю писать на дисплее пером, а ЦПУ 512 - обрабатывать эти данные и выдавать их на дисплей, управляемый 514 для отображения, для аннотирования документа.
Питание для устройства чтения электронных документов выдается из перезаряжаемой аккумуляторной батареи 508, например 3-вольтовой литиевой аккумуляторной батареи, через основной выключатель 506, который включает и выключает питание всего устройства. Выключатель 506 имеет, по меньшей мере, один вход управления для управления включением и выключением и в вариантах осуществления содержит ключ КМОП (на комплементарном металлооксидном полупроводнике, CMOS), в более общем смысле, твердотельный ключ, такой как ключ MOS-FET (на канальном полевом униполярном МОП-транзисторе). Первая шина 507 подачи питания выдает коммутируемое питание с основного выключателя на вспомогательный выключатель 510 питания ЦПУ, вновь содержащий управляемый ключ КМОП, который в свою очередь выдает питание на вторую коммутируемую шину 511 питания.
Устройство чтения электронных документов включает в себя основное ЦПУ 512, например, устройство ARM (зарегистрированный товарный знак), имеющее шину 512a, подключающую устройство к флэш-памяти 524 NAND, SD RAM 526, интерфейсу 528 Bluetooth и интерфейсу 530 USB, а также, опционально, к другим периферийным устройствам; шина 512a, к тому же, присоединяет ЦПУ 512 к контроллеру 514 дисплея, например, реализованному в виде FPGA (программируемой пользователем вентильной матрицы) или ASIC (специализированной интегральной схемы), который в свою очередь управляет дисплеем 32. В вариантах осуществления, ЦПУ и контроллер дисплея реализованы на одном кристалле, например, с использованием настраиваемого микроконтроллера, такого как Atmel CAP серии 9, контроллер дисплея реализован с использованием внутрикристалльного программируемого блока.
Дисплей 32 имеет специализированный блок 518 питания дисплея для выдачи относительно высоких напряжений, используемых для возбуждения электрофоретического дисплея, с аккумуляторной батареи 508, которые могут быть порядка десятков вольт. В проиллюстрированном варианте осуществления, контроллер 514 дисплея подключен к динамическому ОЗУ 516 (DRAM), содержащему блоки памяти, по меньшей мере, один из которых имеет свой собственный отдельный источник питания. DRAM 516 хранит данные для контроллера 514 дисплея и имеет часть для хранения данных, представляющих текущее состояние электрофоретического дисплея, который имеет отдельно коммутируемый источник питания; память 516 физически может представлять собой одно устройство памяти или множество отдельных устройств памяти.
На фиг. 3a шины подачи электропитания показаны треугольными стрелками, а сигнальные/управляющие линии показаны с использованием стрелок со слегка заостренной задней частью. Таким образом, можно видеть, что шина 511 питания, а также подача питания на основное ЦПУ 512 также обеспечивает источник питания для элементов 524, 526 памяти, периферийных устройств 528, 530, для контроллера 514 дисплея и источника 518 питания дисплея и для первой части памяти 516 дисплея. Основная шина 507 подачи питания выдает питание на вторую часть памяти дисплея, на процессоры 502a-d и процессор 504 (которые обеспечивают функции считывания касания и управления питанием). Эта шина источника питания также предусматривает второй источник питания для интерфейса 528 Bluetooth. Зарядное устройство 532 имеет проводной или беспроводный вход внешнего питания и действует для зарядки аккумуляторной батареи 508, а также обеспечения функции считывания состояния аккумуляторной батареи и выдачи выходного сигнала низкого заряда батареи в основное ЦПУ 512 (в других вариантах осуществления такая функция считывания состояния аккумуляторной батареи может обеспечиваться другими способами). Зарядное устройство 523 также выдает сигнал обнаружения перезарядки, как проиллюстрировано для основного выключателя 506, но в других вариантах осуществления оно может быть сконфигурировано по-другому, например, для выдачи сигнала в процессор 504.
При работе процессор 504 управляет выключателем 510 питания ЦПУ для включения и выключения питания у основного ЦПУ, памяти ЦПУ и периферийных устройств, ОЗУ дисплея, контроллера дисплея и источника питания дисплея, только когда это необходимо, например, в ответ на пользовательский запрос для показа страницы. Чтобы обеспечивать длительное время работы от батарей, предпочтительно, порядка нескольких месяцев, поскольку даже ток утечки через ЦПУ является неприемлемо высоким, предпочтительнее полностью снимать подачу питания с ЦПУ и с как можно большего количества ассоциированных с ним элементов, чем переводить ЦПУ 512 в режим готовности к работе. Однако предпочтительно, чтобы подача питания сохранялась для второй части DRAM 516, которое хранит данные, представляющие текущее состояние электрофоретического дисплея. Поскольку питание для всего ЦПУ отключается, когда питание прикладывается повторно, основное ЦПУ, по определению, выполняет холодную перезагрузку, которая потенциально является медленным процессом. Поэтому предпочтительно минимизировать задержку между повторным прикладыванием питания к ЦПУ и выполнением требуемого пользовательского действия, и сохранение текущего состояния электрофоретического дисплея помогает добиться этого. Когда требуемое пользовательское действие было выполнено, так как процессор выполняет холодную перезагрузку в ответ на пользовательское действие, если желательно, питание ЦПУ может просто сниматься без предварительного уведомления ЦПУ - то есть процесс квитирования, запрашивающий отключение питания и обеспечивающий удостоверение ЦПУ, что может произойти выключение питания, необязателен.
В проиллюстрированном варианте осуществления элементами системы, которые не подвергаются выключению питания выключателем 510 питания ЦПУ, являются вспомогательный процессор 504 и процессоры 502 касания/жеста, так что устройство чтения документов остается восприимчивым к пользовательскому касанию/жесту, когда основное ЦПУ выключено. В качестве альтернативы, однако, процессор 504 может иметь один или более входов для кнопок или выключателей на устройстве, чтобы обеспечить возможность перезагрузки основного ЦПУ.
Когда выключатель 510 питания ЦПУ выключен, предпочтительно, питание по-прежнему подается на интерфейс 528 Bluetooth (RTM), так что, в вариантах осуществления, система Bluetooth (RTM) имеет два источника питания, один для питания основной системы Bluetooth, и второй, извлекаемый из шины 507, для подачи минимальной величины питания на систему Bluetooth, чтобы обеспечивать питание функции 'слежения' на приемнике с интервалами для проверки, присутствует ли локально совместимый с Bluetooth сигнал. Система 528 Bluetooth выдает сигнал в процессор 504, когда детектируется совместимый с Bluetooth (радиочастотный, RF) РЧ-сигнал, и процессор 504 затем может управлять выключателем 510 для включения основного ЦПУ. Таким образом, устройство может быть сконфигурировано для автоматического включения питания и подключения к сети Bluetooth, когда она присутствует (например, для выполнения автоматической синхронизации, когда устройство находится вблизи поддерживающей Bluetooth системы главного компьютера).
Предпочтительные варианты осуществления устройства чтения электронных документов также включают в себя основной выключатель 506, сконфигурированный для включения и выключения питания для всего устройства чтения документов, например, в ответ на обнаружение, что аккумуляторная батарея 508 имеет низкий заряд. Есть много разных возможных путей маршрутизации сигналов, которые могли бы применяться. Как проиллюстрировано, зарядное устройство 532 считывает состояние аккумуляторной батареи и выдает сигнал в основное ЦПУ 512, которое непосредственно или через процессор 504 управляет отключением основного выключателя 506. Однако в других компоновках зарядное устройство 532 может непосредственно управлять выключением основного выключателя 506, или это управление может выполняться через контур, включающий в себя процессор 504, но не основное ЦПУ 512. Основной выключатель 506, например, может включаться посредством обнаружения подзарядки устройства чтения электронных документов и/или посредством функции обнаружения питания USB, предусмотренной интерфейсом 530 USB, которая обнаруживает, когда имеется питание из подключенного гнезда USB. В вариантах осуществления этот источник питания, дополнительно или в качестве альтернативы, может использоваться для подзарядки аккумуляторной батареи 508.
Фиг. 3b показывает блок-схему последовательности операций способа процедуры холодной перезагрузки, применяемой архитектурой управления питанием по фиг. 3a. Процедура начинается при полном отсутствии питания, приложенного к ЦПУ, но при наличии питания, приложенного ко второй части памяти дисплея и, предпочтительно, по меньшей мере, к части рабочей памяти, которая хранит операционную систему и/или параметры для операционной системы.
На этапе S550 питание прикладывается к ЦПУ 512, и начинается процесс холодной перезагрузки, ЦПУ инициализирует системные часы (не показаны на фиг. 3a для ясности), SDRAM 526, управление памятью и другие элементы системы. ЦПУ 512 затем считывает данные управления перезагрузкой из рабочей памяти или флэш-памяти, чтобы определить, происходит ли загрузка в ответ на конкретное пользовательское действие, следовательно, есть ли сохраненное ранее состояние системы, или выполняет ли система запуск с самого начала такого типа, как применяемый при включении основного выключателя 506 (этап S554). Если система выполняет холодную перезагрузку с самого начала, то на этапе S556 система выполняет запуск с самого начала, в том числе самотестирование, инициализацию состояния любых сохраненных документов, проверку обновления программного обеспечения и тому подобное. Процедура затем продолжается на этапе S566, чтобы ожидать пользовательской команды. В предпочтительных вариантах осуществления процедура перезагрузки с самого начала используется только тогда, когда устройство в какой-то момент включается впервые, или после исключительной процедуры, в частности, после разрядки аккумуляторной батареи, полного резервирования питания с устройства, или в ответ на пользовательскую операцию управления (скрытой) перезагрузки.
На этапе S557 в вариантах осуществления, где сохраняется питание для рабочей памяти (SDRAM), затем состояние устройства во время предыдущего выключения питания может возобновляться посредством считывания данных состояния устройства из рабочей памяти. Эти данные состояния устройства могут содержать одну или более настроек регистров, параметры операционной системы и саму операционную систему. В тех случаях, когда питание не сохраняется у рабочей памяти, эти данные могут извлекаться из флэш-памяти.
Если ЦПУ 512 выполняет второй тип холодной перезагрузки, то есть в ответ на пользовательское действие (которое может включать в себя подключение к интерфейсу USB или сети Bluetooth), то на этапе S558 основное ЦПУ 512 выбирает процедуру холодной перезагрузки, зависящую от пользовательского действия, и определяет, может ли требуемое действие выполняться всего лишь ограниченной частью операционной системы, что является желательным, если это возможно, для ускорения отклика. Предпочтительной операционной системой является Windows CE (RTM). Если основное ЦПУ 512 включилось в ответ на перелистывание страницы, или подобный жест манипулирования страницей, то, на этапе 560, основное ЦПУ загружает данные соответствующей страницы из флэш-памяти 524 и выдает их в контроллер 514 дисплея для отображения на электрофоретическом дисплее 32. В предпочтительном варианте осуществления, эти данные страницы хранятся во флэш-памяти 524 в виде данных изображения, которые могут записываться на дисплей через контроллер дисплея без существенной дополнительной обработки.
Вообще, функция манипулирования страницей может выполняться загрузкой (только) специального приложения для выполнения требуемой функции. В вариантах осуществления системы разные функции устройства выполняются разными приложениями, которые могут избирательно загружаться по мере надобности (пользовательской командой, побуждающей устройство к запуску). Таким образом, эффект задержки запуска с холодной перезагрузкой перед выполнением предписанного пользователем действия может быть уменьшен. Подобная процедура выполняется на этапе S564 в ответ на другие пользовательские действия, например, подключение питания к устройству, после которого оно может просто ожидать дальнейшего пользовательского ввода.
Если холодная перезагрузка основного ЦПУ 512 выполнялся в ответ на сигнал возобновления работы USB или Bluetooth, то на этапе S562 в вариантах осуществления загружается модуль связи USB или Bluetooth, и запускается процедура передачи данных, обычно для извлечения одного или более документов или частей документов из другого вычислительного устройства, например, настольной или портативной компьютерной системы, PDA, мобильного телефона или любого другого типа управляемого процессором устройства. Опционально, синхронизация может включать в себя отправку данных обратно в другое вычислительное устройство, например, данных аннотирования для отображенной страницы, зафиксированных датчиком 520 пера.
Как только основное ЦПУ было включено, оно, предпочтительно, ожидает некоторый период времени в режиме ожидания дальнейшего пользовательского ввода/команд (S566). Это способствует улучшению практического опыта пользователя за счет снижения количества запусков с холодной перезагрузкой, например, в тех случаях, когда пользователь выполняет некоторую последовательность действий. Если никакого дальнейшего пользовательского ввода не принимается, затем на этапе S568 ЦПУ 512 дает команду процессору 504 отключить питание у ЦПУ 512, чтобы выключить устройство для чтения документов. Перед отключением питания ЦПУ система записывает вышеупомянутые данные состояния устройства в рабочую память (если у нее сохраняется питание) и/или во флэш-память, таким образом, выполняя управляемое выключение. Как упомянуто ранее, устройство чтения электронных документов может использоваться для записи, а также чтения, например, для аннотирования читаемой страницы. Отображаемый документ, например, может включать в себя изображения, музыку и вообще любой материал, который может ыть напечатан на странице.
СЧИТЫВАНИЕ КАСАНИЯ
Фиг. 4 показывает вариант осуществления системы считывания касания проекционного емкостного экрана согласно изобретению, в которой элементы, подобные элементам на фиг. 3a, указаны идентичными ссылочными позициями. Часть 400 сенсорных датчиков дисплея 32 содержит множество прозрачных строчных электродов 600 и столбцовых электродов 610 ITO. В одной из реализаций применялась матрица 400 датчиков, содержащая 30 столбцов на 38 строк с чувствительными элементами (шагом) 5 мм. Каждый из строчных электродов разделен посередине разрывом электропроводности на две части 600a, 600b, а столбцовые электроды аналогичным образом разделены на части 610a, 610b. «Половинные электродные линии» на каждой стороне матрицы 400a-d датчиков соединены с соответствующим модулем 502a-d схемы считывания касания, все из которых в вариантах осуществления реализованы отдельным PSoC. Таким образом, считывание разделено по 4 PsoC. Одним из преимуществ сегментирования матрицы датчиков этим способом состоит в том, что может применяться более тонкий слой ITO, поскольку архитектура может выдерживать повышенное сопротивление ITO, таким образом улучшая оптическую прозрачность.
Каждый из модулей 502 схемы считывания касания подключен через последовательную шину 612 I2C к управляющему процессору 504. Управляющий процессор 504 также предусматривает отдельные линии 613a-d, 614a-d опроса и подтверждения. Контроллер 504 сообщает данные положения по X и по Y, нажатия и жесты, в вариантах осуществления с частотой 50 Гц, в основной процессор 512, который обрабатывает информацию о жестах обычно с использованием планшетного драйвера устройства ввода, мыши или пера, в операционной системе, такой как WinCETM. В вариантах осуществления шина SPI соединяет контроллер 504 с основным процессором 512.
При работе контроллер 504 управляет системой считывания касания и опрашивает модули 502 схемы считывания касания, чтобы начинать сканирование. Модули 502 схемы либо находятся в режиме ожидания, либо осуществляют сканирование, и контроллер 504 управляет профилем питания: питание режима бездействия для PSoC имеет значение порядка 10 мкВт, а время возобновления работы является меньшим, чем 100 мс. После активации время сканирования имеет значение порядка 30 мс, а обратная битовая карта активных линий выдается через шину 612 I2C. В одной из реализаций каждый из модулей 502 схемы считывания касания содержит устройство CY8C24x94, использующее библиотеку слайдеров Cypress для обеспечения разрешения меньшее, чем число датчиков. Контроллер 504 выполняет слияние координат X и Y и выполняет распознавание нажатия и жеста, а также, опционально, имеет одну или более кнопок «возврат домой». Более подробно, результат по Y определяет, какой результат по X подлежит использованию, а результат по X определяет, какой нужно использовать результат по Y. Подробнее, обратившись к фиг. 4, можно сказать о положении строки (Y), что либо модуль 502a считывания касания, либо модуль 502c считывания касания мог бы использоваться для предоставления этого положения, а модули 502b, 502d применяются для выбора того, какие из модулей 502a, 502с применяются, с использованием модуля 502a, т.е. значения Y0, если положение X является меньшим, чем полпути через экран, и, с использованием модуля 502c, т.е. значения Y1, если считанное положение касания является большим, чем полпути через экран. Подобным образом, модули Y0/Y1 определяют, какой строчный модуль 502b, 502d считывания касания (X0 или X1) следует применять.
В принципе, этот подход может быть расширен подразделением строк вертикально и/или столбцов горизонтально, например, с использованием двух строчных модулей 502aa, 502ab для замены модуля 502a и так далее. В таком случае модули 502b,d выбирали бы, какая пара строчных модулей считывания касания (левая пара или правая пара) использовалась бы, и, опционально, наоборот. Должно быть принято во внимание, что вышесказанное может быть расширено до 3 или более модулей схемы считывания касания по каждой стороне матрицы 400 датчиков. Однако такая компоновка использовала бы связь между модулями схемы считывания касания вдоль каждой стороны матрицы датчиков, если бы потребовалась интерполяция по электродам на границах между модулями.
Описанная выше архитектура также полезна, поскольку контроллер 504 способен обеспечивать единое представление отклонения множественного касания, а в компоновке такого типа, как показан на фиг. 4, сложность уменьшается, так как нет необходимости в связи между модулями 502 схемы считывания касания.
В предпочтительных реализациях контроллер 504 также сконфигурирован для идентификации линейных проведений черты (нажатий), в качестве примитивов для жестов. Это может выполняться посредством определения изменений обнаруженного положения касания по X,Y посредством последовательности сканирований с использованием, например, простого фильтра со скользящим средним или же более сложной фильтрации Кальмана, для улучшения детектирования. Предпочтительные реализации осуществляют ограничение 8 векторами 45° и, после только, как было идентифицировано проведение черты, жест, согласно идентификации, является прямым. Например, кривая может отображаться в последовательность линейных сегментов и/или направлений проведения черты. Некоторые примеры того, как могут быть определены буквы, являются следующими:
Z имеет значение {W→E, NE→SW, W→E}
N имеет значение {+90°, -45°, +90°}
N имеет значение {-45°, +45°, +90°}
Идентификация проведения черты и распознавание жеста, например, могут быть реализованы с использованием конечного автомата либо посредством применения скользящего окна и сопоставления с образцом; в любом случае управляющая программа является небольшой и быстрой.
В одной из реализаций распознаваемые жесты сообщаются основному процессору, выполняющему Windows CE, через интерфейс обработчика клавиатуры, и координаты XY сообщаются в Windows CE через интерфейс планшета. Контроллер 504 в вариантах осуществления к тому же возобновляет работу основного процессора 512 и контролирует управление питанием, как описано ранее. В предпочтительных реализациях координаты XY, сообщенные основному процессору, используются для предоставления возможности аннотирования отображенного документа.
Предпочтительные реализации системы считывания касания были описаны с конкретной ссылкой на систему считывания касания проекционного емкостного экрана, но специалисты должны принять во внимание, что сегментированная конструкция датчика и управление модулем считывания, а также архитектура выбора могут применяться и в контексте других типов емкостного считывания, а также, в принципе, с неемкостными датчиками касания.
Несомненно, многие другие эффективные альтернативные варианты могут быть созданы специалистом в данной области техники. Должно быть понятно, что изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления и охватывает модификации, очевидные специалистам в данной области техники, которые находятся в пределах сущности и объема приложенной формулы изобретения.