专利名称：三维物件上的触摸感测的制作方法
三维物件上的触摸感测
背景技术：
位置传感器是可(例如)在覆盖于显示器屏幕上的位置传感器的显示区域内检测由用户的手指或由例如手写笔等物件所做的触摸的存在及位置的装置。在触敏显示器应用中，位置传感器使得用户能够直接与显示在屏幕上的内容交互而非间接与鼠标或触摸垫交互。位置传感器可附接到计算机、个人数字助理(PDA)、卫星导航装置、移动电话、便携式媒体播放器、便携式游戏控制台、公共信息亭及销售点系统等或提供为其一部分。位置传感器也已用作各种器具上的控制面板。存在若干种不同类型的位置传感器/触摸屏，例如电阻性触摸屏、表面声波触摸屏、电容性触摸屏等。举例来说，电容性触摸屏可包括绝缘体，其以特定图案涂覆有透明导体。当例如用户的手指或手写笔等物件触摸屏幕的表面或提供在紧密接近于屏幕的表面处时，存在电容改变。此电容改变被发送到控制器以供处理从而确定所述触摸在屏幕上的位置。近年来，触摸屏已通常用以以二维感测触摸的位置。
发明内容
以下揭示内容描述与提供能够确定三维物件上的一个或一个以上触摸的位置及/ 或手势的触摸传感器相关的应用。
图式仅以实例方式而非限制方式描绘根据本发明教示内容的一个或一个以上实施方案。在各图中，相同的参考编号指代相同或类似的元件。图1示意性地图解说明触摸传感器的二维感测栅格；图2图解说明应用于三维物件的二维感测栅格的透视图；图2A示意性地图解说明映射到图2的二维感测栅格上的推/拉手势；图2B示意性地图解说明映射到图2的二维感测栅格上的旋转手势；图2C示意性地图解说明映射到图2的二维感测栅格上的螺旋手势；图3图解说明经变形以形成三维物件的二维感测栅格；图4图解说明应用于引导轮的感测栅格的俯视图；图5图解说明应用于三维引导轮的感测栅格的透视图；图6图解说明应用于圆锥形物件的感测栅格；图7图解说明应用于棱锥形物件的感测栅格；图8图解说明应用于立方体形物件的感测栅格；图9示意性地图解说明触敏屏幕的侧视图；及图10示意性地图解说明用于检测并处理触敏屏幕处的触摸的设备。
具体实施方式
在以下详细说明中，以实例方式阐述众多具体细节以便图解说明相关教示内容。 为了避免不必要地使本发明教示内容的方面模糊，已在相对高的层面上描述了所属领域的技术人员所熟知的那些方法、程序、组件及/或电路。在所述实例中，描述能够确定三维物件上的触摸的位置的触摸传感器。所显示及描述的实例实施电容性形式的触摸感测。在一个例示性配置中，其有时称作互电容配置，可使用导电驱动电极或线与导电感测电极或线的阵列来形成具有多个电容性节点的触摸屏。 驱动电极与感测电极的每一相交点处形成有节点。虽然称作相交点，但所述电极交叉但不进行电接触。而是，感测电极与驱动电极电容性耦合于相交节点处。图1示意性地图解说明可用于触摸传感器中的二维感测栅格10。感测栅格10包括多个驱动电极14 (图1中的X线)及多个感测电极18 (图1中的Y线)。节点22形成于驱动电极与感测电极的相交点处。在一个实例中，在节点22检测到的电容改变指示所述节点的位置处的触摸。在所述触摸传感器处检测到的任一触摸具有通过在感测栅格10上的位置以二维界定的位置，在一个实例中界定为χ及y坐标。驱动电极及感测电极可经配置以视需要形成任一特定图案且不限于图1中所图解说明的布置。在其它配置中，感测电极18可沿χ方向延伸且驱动电极10可沿y方向延伸。虽然在逻辑上栅格10是二维的，但感测栅格10可应用于三维物件。所述栅格应用于所述三维物件的任一所要表面。所述物件的表面具有三维轮廓。因此，除能够在二维平面中检测触摸及移动以外或替代能够在二维平面中检测触摸及移动，可以三维检测其它手势或运动，例如旋转。通过将二维栅格应用于三维物件，使用二维感测技术而使用输入信息来确定且在一些情况下追踪触摸位置。图2示意性地图解说明三维物件，例如具有应用于其的二维感测栅格10的控制旋钮沈。控制旋钮沈可为用以控制音乐系统上的音量的指尖控制旋钮。控制旋钮沈也可用以控制其它电子装置或器具上的功能，举例来说，经由类似控制旋钮控制烤炉上的温度设定。控制旋钮沈也可为手柄，例如摩托车或其它模式的运输工具的加速器。具体来说，在基于电容的感测的情况下，当物件(例如，用户的手指或手写笔)触摸节点或提供在紧密接近于节点处时，存在电容改变。此电容改变被发送到控制器以供处理从而确定所述电容改变发生的位置。随着时间，由于在不同节点处检测到电容改变，因此可确定触摸物件的移动。用户的手指/手不需要与三维物件接触。举例来说，可将用户的手指准备接近物件解释为触摸，此取决于触敏物件的敏感性。在具有三维轮廓的物件表面上，电极不再严格地遵循笔直线而是成曲线、以角度弯曲等，以遵循所述表面轮廓。在图2的实例中，将类似于图1的感测栅格的感测栅格10 应用于旋钮26的圆柱形表面。因此，电极遵循旋钮沈的圆柱形表面的轮廓。在所述实例中，Y线显示为绕所述圆柱形表面的横向幅度的圆形，而X仍为笔直的且沿纵向方向沿所述圆柱形表面延伸，但X与Y线可成更大角度且沿所述表面具有其它形状。旋钮26的圆柱形表面处的滑动触摸可被检测且用以指示沿指定方向的移动(例如，沿X线14)。在此实例中，所检测的沿χ方向的触摸移动可被视为拉或推事件。可将一个或一个以上功能指派给拉或推事件。举例来说，依据所确定的移动方向，可打开或关闭收音机。如果检测到触摸且其指示绕旋钮沈的移动(例如，沿Y线18)，那么触摸位置中的
5这些改变中的任一者可被视为旋转事件。各种功能可与所述旋转事件相关联。实例可为增加或减小收音机或者其它音频或视频系统的音量。所述控制功能基于所确定的触摸旋转方向。在更详细实例中，如果η(其中η等于从1到5的任一数字)个大致平行的物件 (例如，手指)被感测到沿正X方向(从左到右)触摸及移动，那么确定拉手势，如图2Α中所图解说明。如果η个大致平行的物件(手指)被感测到沿负χ方向触摸及移动，那么确定旋钮处的推手势，如图2Α中所图解说明。同样，如果η个手指被感测到沿Y方向移动，那么在旋钮处确定旋转手势，如图2Β 中所图解说明。在音量控制旋钮的实例中，如果η个手指被感测到沿正y方向移动，那么确定音量的增加。如果η个手指被感测到沿负y方向移动，那么确定音量的减小。可使用确定接触栅格的条目(例如，手指)正在移动的方向的各种方法(例如，与追踪跨越二维感测栅格10的一个或一个以上物件触摸的移动一同使用及与其相关联的技术)，且为简明起见本文中不予以详细描述。对于其它应用，可检测手势中的两者的组合，其可被解释为另一类型的触摸手势。 举例来说，对应于三维螺旋移动的螺旋手势组合了沿X方向及y方向两者的触摸移动。此些手势可被检测及解释为放大及缩小命令输入，且可基于正/负方向确定来区分输入手势的放大/缩小方面。尽管用户触摸物件且以三维在所述物件上方以复合手势移动手指，但 X-Y触摸栅格提供类似于二维平坦栅格的坐标的触摸坐标。三维螺旋手势(在所述手势期间多个手指触摸物件)将被检测为多个线性触摸移动，例如图2C中以实例方式所示的那些线性触摸移动。如果η(其中η等于从1到5的任一数字)个大致平行的物件(例如，手指)被感测到沿组合了 χ方向移动与y方向移动两者的对角方向触摸及移动，那么控制器将确定用户已做螺旋手势，可能其中沿两个方向的移动的量值超过阈值以在所述手势显著为推-拉或旋转时避免所述手势的假分类。控制器可针对螺旋移动确定所述手势沿χ及y 中的一者或两者的正及负方向，这很像图2A及2B的实例中的沿χ及y的正及负方向。此处提及放大及缩小命令作为可利用螺旋手势检测的输入的实例。然而，螺旋手势可用于其它命令的输入；且如果检测到沿χ及y两者的方向，那么命令的可变性可在一定程度上大于缩放控制实例中的放大/缩小输入。在另一实例中，将二维感测栅格10应用于操纵杆。操纵杆可被视为图2中所图解说明的旋钮的伸长形式。在其中三维物件可能被用户的手抓握而非被用户的手指触摸的实例(例如，引导轮及操纵杆实例)中，可通过监视用户的手与栅格之间的间隙所导致的触摸感测栅格处的移动来确定物件处的手势。举例来说，如果用户用手抓握引导轮，那么手的大部分与所述引导轮的表面接触，因此可能不会容易地检测到轴向旋转事件。在此实例中，在多数例示中， 用户的手的接触点与所述引导轮之间将形成间隙，其可被检测及追踪。感测这些间隙的位置改变(例如，移动)以便确定轴向旋转事件。在引导轮及操纵杆实例中，替代追踪从无触摸检测到触摸检测的转变的电容改变或除追踪从无触摸检测到触摸检测的转变的电容改变以外，使用三维触摸检测的系统也可检测及追踪从触摸检测到无触摸检测的转变的电容改变。使用上文所描述的技术，测量栅格上的一个或一个以上触摸的移动而非三维物件的实际移动。三维物件本身可保持固定。在图2的旋钮实例中，所述旋钮不需要沿χ方向旋转，而是，用户的手指跨越所述旋钮的表面的移动被解释为旋扭所述旋钮且因此指示用户期望的音量增加/减小等。类似地，所述旋钮不需要沿y方向移入或移出，而是，用户的手指纵向沿旋钮的圆柱形表面的移动被解释为推入或拉出所述旋钮且因此(举例来说)指示用户的打开或关闭受控制装置的期望。图3图解说明控制旋钮的另一实例。在图3的实例中，所述旋钮已通过在图1的二维栅格中形成突出部形成。在此实例中，形成所述旋钮的所述突出部具有表面，所述表面具有更复杂的三维轮廓，然而，在图3的旋钮处检测到的触摸被检测为X及Y电极的栅格处的触摸。以此方式，通过在三维物件上的节点处进行感测将物件表面处的触摸的三维位置及/或移动翻译成平坦二维栅极上的感测的等效物。用于控制功能(例如，我们较早的实例中的音量控制及打开/关闭控制)的逻辑可基于对复杂的三维轮廓且因此三维触摸的位置的知识。图4图解说明将感测栅格应用于三维物件的另一实例。如所示，图4表示三维物件(例如，引导轮)的俯视图。二维触摸感测栅格可採用圆形形状。可将功能指派给滑动事件/手势(沿Y线)及旋转事件/手势(沿X线)。在使用之前界定这些功能。此外，手势可经指派以在检测到相应手势时致使某些功能发生。在图5的实例中，将触摸传感器应用于引导轮的整个表面。因此，可将用户可抓握所述轮的位置处的绕正切轴的轴向旋转事件检测为沿图4及5的Y方向的触摸移动。在一个实例中的这些轴向旋转事件指示所要的加速/减速。如果所述轮是固定的，那么也可将绕整个轮的中心轴的轴向旋转事件检测为沿图4及5的X方向的移动，举例来说，类似于用户旋扭机械引导轮以指示所要的车辆移动方向。在一个实例中，通过使图2的管的端弯曲来形成图5的引导轮，以使得所述端满足并形成圆环形状。如上文所论述，将二维触摸感测栅格应用于三维物件且在二维栅格的等效物上检测三维物件上的所检测触摸。若放平，感测栅格上将不存在Z方向，但在物件表面上，栅格的节点以三维分布且绕所述三维物件以三维检测各个位置处的触摸及手势。所述弓I导轮可为用于车辆的引导轮，或可为计算机游戏弓I导轮等。在其它实例中，将触摸感测栅格应用于其它三维物件(例如，圆锥(图解说明于图 6中)、棱锥(图解说明于图7中)及立方体(图解说明于图8中))的一个或一个以上表面，以使此些形状的物件为触敏的。图9图解说明例示性位置传感器的侧视图。图9的位置传感器由覆盖面板100、黏合层101、第一导电电极层200、衬底300、第二导电电极层400及保护层500组成。第一导电电极层200包括上文参照图1及2所描述的多个感测电极且第二导电电极层400包括多个驱动电极。所述驱动电极与感测电极可经配置以视需要形成任一特定图案。在图9中，所述驱动电极垂直于所述感测电极而布置，以使得仅所述驱动电极中的一者的侧在所述侧视图中可见。在包括面板的实例中，面板100由适于重复触摸的弹性材料制成。面板材料的实例包括玻璃、聚碳酸酯或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。然而，在其它实例中，不需要面板100。 衬底300及保护层500可为电介质材料。第一及第二导电电极层200、400可由PEDOT (聚 (3，4_亚乙二氧基噻吩))或ITO(氧化铟锡)制成。
驱动电极与感测电极的面板(如图1到8中所图解说明)由相关联电子器件支撑， 所述相关联电子器件确定各种触摸的位置且检测条目(例如，手指)沿各种方向的移动。图 10示意性地图解说明用于检测及处理位置传感器620处的触摸的设备。在此实例中，位置传感器620包含连接到驱动通道660的所述多个驱动电极及连接到感测通道650的所述多个感测电极。驱动通道650及感测通道660经由连接器670连接到控制单元750。控制单元750可提供为单个集成电路芯片，例如通用微处理器、微控制器、可编程逻辑装置/阵列、 专用集成电路(ASIC)或其组合。在一个实例中，控制单元750包括驱动单元710、感测单元 720、存储装置730及处理器单元740。处理器单元740能够处理来自感测单元720的数据且确定触摸的位置。处理器单元740还可追踪触摸的位置的改变以确定如上文所描述的运动。在其中处理器单元740为可编程装置的实施方案中，感测电极的编程可驻存于存储装置730中。在一个实例中，驱动单元710、感测单元720及处理器单元740全部以单独的控制单元提供。在一些实例中，处理器单元740可与另一处理装置通信，所述另一处理装置又起始与所检测触摸或手势相关联的功能。举例来说，处理器单元740可与游戏平台的中央处理单元或数字信号处理器、计算机或类似物通信，其解释所检测的触摸或手势且基于所检测的输入来控制游戏或类似物的方面。来自处理器740的通信可致使其它处理器执行指令以致使事件在屏幕上发生，举例来说，在屏幕上引导虚拟汽车或移动游戏人物(可能具有对应音频输出)。可对前文中所描述的实例及实施例做出各种修改，且可在众多应用中应用任何相关教示内容，本文中仅已描述所述应用中的一些应用。以上权利要求书意在主张任何及所有归属于本发明教示内容的真实范围内的应用、修改及变化。
权利要求
1.一种用于确定三维物件上的触摸的位置的触摸传感器，所述触摸传感器包含多个第一及第二电极以及所述第一与第二电极之间的绝缘体，所述第一及第二电极以及所述绝缘体安装到所述三维物件的表面，所述多个第一电极沿第一方向布置，且所述多个第二电极沿不同于所述第一方向的第二方向布置以使得所述第一与第二电极彼此交叠以相对于所述物件在三维位置处形成触摸感测节点；及处理器，其经配置以处理来自所述电极中的一者或一者以上的表示所述感测节点中的一者或一者以上处的所述触摸的信号，以确定所述三维物件上的所述触摸的位置。
2.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述绝缘体包含绝缘衬底；且所述多个所述第一电极及所述多个所述第二电极中的至少一者形成于所述绝缘衬底的表面上。
3.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述处理器经配置以处理多个所检测触摸且确定所发生的手势，且当检测到手势的发生时起始对应于所述手势的功能的执行。
4.根据权利要求3所述的触摸传感器，其中所述功能选自由以下各项组成的群组调整音量级、给装置接通电力及关断装置处的电力。
5.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述三维物件为圆柱形。
6.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述三维物件为圆盘形。
7.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述第一电极形成驱动电极；所述第二电极形成感测电极；且所述触摸传感器进一步包含驱动单元，其经连接以将驱动信号施加到所述第一电极；及感测单元，其经连接以感测所述第二电极上的电荷改变且将感测结果供应到所述处理ο
8.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述处理器经配置以检测并追踪触摸位置的移动从而检测选自由以下各项组成的群组的一个或一个以上手势推手势、拉手势、沿第一方向的旋转手势及沿与所述第一方向相反的第二方向的旋转手势。
9.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述处理器经配置以检测并追踪触摸位置的移动从而检测所述物件处的三维螺旋移动。
10.根据权利要求9所述的触摸传感器，其中所述处理器进一步经配置以检测沿所述三维螺旋移动的至少一个方向的正与负移动之间的区别。
11.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述处理器经配置以检测并追踪触摸位置的移动从而检测多个手势，所述多个手势包括推手势、拉手势、沿第一方向的旋转手势、 沿与所述第一方向相反的第二方向的旋转手势及三维螺旋手势。
12.一种用于放置于三维物件的表面上的触摸面板，所述触摸面板包含沿第一方向布置的多个第一电极；多个第二电极；及所述第一与第二电极之间的绝缘体，所述多个第二电极沿不同于所述第一方向的第二方向布置以使得所述第一与第二电极彼此交叠以形成触摸感测节点，其中所述多个第一及第二电极以及所述绝缘体经配置以便以使得所述节点中的每一者将相对于所述物件位于三维位置处的方式安装到所述三维物件的所述表面。
13.根据权利要求12所述的触摸面板，其中 所述绝缘体包含绝缘衬底；且所述多个所述第一电极及所述多个所述第二电极中的至少一者形成于所述绝缘衬底的表面上。
14.根据权利要求12所述的触摸面板，其中所述三维物件为圆柱形。
15.根据权利要求12所述的触摸面板，其中所述三维物件为圆盘形。
全文摘要
本申请涉及三维物件上的触摸感测。触摸传感器的实例能够确定三维物件上的一个或一个以上触摸及/或手势的位置。
文档编号G06F3/041GK102346590SQ20111016723
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月16日 优先权日2010年7月26日
发明者克里斯托弗·阿尔德, 埃萨特·伊尔马兹 申请人:爱特梅尔公司