具有同时感测和致动的触觉显示屏的制作方法_4

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者 被定位为彼此紧紧地相对。这在本文中将被称为三交叉,并且它将包括用于各电极线的桥 接以避免电极本身的实际交叉。如将解释的,幻影仍可能发生,但是当手指实际移动时,将 不会持续。
[0078]当引入第三组电极时,许多几何结构是可能的。图8a示出了具有三倍对称的优选 实施例。另一个几何结构将是基于标准互锁菱形(图4)、但是也具有对角线的一组电极的一 个几何结构。在任何三电极几何结构的情况下,考虑将是如何处理桥接。图8b示出了能够在 没有任何附加的处理步骤的情况下提供必要的桥接。
[0079]三个轴的优点在图9a_9c中被进一步示出。如果手指触摸存在(由第一圆圈F表 示),则三个电极40、42、44(它们中的全都在手指触摸的位置处相交)应当报告自电容的改 变。如图9a所示,如果两个手指触摸存在(由第一圆圈F和第二圆圈FF表示),则没有错误识 别或幻影是可能的。
[0080] 如图9b所示,如果三个手指触摸存在(由第一圆圈F、第二圆圈FF和第三圆圈FFF表 示),则如虚线圆圈G所表示的,错误识别或幻影是可能的,但是仅针对某些手指触摸配置 (图%)。然而,应当考虑,当触摸触摸界面的表面时,手指通常处于跨越表面的运动或移动 中。因此,错误识别或幻影G将趋向于出现和消失,与图9c一样,在图9c中,手指中的一个 (FFF)的小的移动量导致幻影消失。幸运的是,用于识别并丢弃幻影手指触摸的软件解决方 案应能够利用本文中所描述的至少两种方法来处理该情况。
[0081] 第一方法是基于互电容。在第一方法中,一个轴的电极(例如,图8a_8b和9a_9c中 的X轴)将被作为传输Tx电极(触觉设备)对待。沿着每个Tx线的是一系列"候选"位置,该候 选位置由电极对(一个对来自每个其它轴)的交叉限定。(实际上,在Τχ线的一侧存在这些中 的一些,而在另一侧存在一些,但是这是我们出于阐述的目的将忽略的细节层次。)因此,给 定电极的Tx线,存在与每个位置相关联的两个Rx线。可以对这些信号进行求和以产生每个 位置的信号强度,并然后可以通过插值来产生全映射。由于两个原因,手指触摸错误识别或 幻影将具有减小的大小:手指电阻和不完美的对齐(大多数时间)。简单的时间滤波器一将 几个样本的强度相加起来一将进一步减小每当手指跨越界面设备的表面移动时的幻影大 小。
[0082]第二方法是基于自电容。所有电极的自电容测量将指示它们中的哪个正在报告手 指触摸(由第一圆圈F、第二圆圈FF、第三圆圈FFF和第四圆圈FFFF表示),产生与图10a中所 示的实线类似的数据。这些线将使用插值而被找到,以确保自电容测量的最大精度,以及使 与不同手指相关联的线消歧。然后将计算这些线的交叉的位置(如图l〇b中的点所示),并且 将使用聚类分析(例如,经由边界框)来确定可能的手指触摸,如图l〇c中所示(在图10c中, 幻影残留,但是具有减小的大小)。实际的手指触摸将基于三交叉聚类的紧密度而与幻影分 开。如前一方法中那样,时间滤波将进一步帮助识别并丢弃错误识别或幻影。
[0083] 还应注意,三交叉可以与其它三种方法中的任何一种组合以进一步改进消歧。另 外,将意识到,使用附加的多组交叉轴可以甚至进一步扩展到四交叉、五交叉等等。
[0084]利用镜像电极的多点触觉
[0085]多点触觉需要每个手指触摸位置位于一对电极的上方。而且,用于每个手指触摸 的那对电极应当与用于其它手指的那些对电极电隔离,以确保触觉效应可以被独立地分 配。图3b示出了针对两个手指的这一点的示例,但是如所讨论的,当两个手指在同一活动电 极上时,电隔离是不可能的。
[0086]电极的三交叉图案(以上用于消歧感测)也提供对于触觉中的这个困难的一个解 决方案。在三交叉的情况下,在每个手指触摸下方存在三组电极,并且这三组中的任何两组 可以被选择为用于产生静电场的活动对。如图11所示,手指触摸(由第一圆圈F和第二圆圈 FF表示)保持可独立地定址,即使它们位于公共电极上方。在图11中,公共电极由虚线CE示 出,并且关键是确保该电极仅具有到地或任何电压源的高阻抗路径。这可以通过打开将它 连接到地或源的电路来实现。这仍使两个电极在每个手指下方,并且这些可以被独立地定 址。
[0087]尽管活动电极可以被一起定址,但是最佳的是如下顺序地对它们定址:在a和b连 接到相反极性的电压源时,隔离电极c和d。电荷在指尖触摸的下面聚集,其中时间常数由Cf 和电极的电阻决定。使用早先讨论的值,时间常数可以是1-lOysec。在电荷已在一个手指触 摸下方聚集之后,它们可以被预计在那停留某一时间段,缓慢地通过皮肤的电阻率泄漏。各 种实验估计表明,泄漏时间常数大于lOOysec,尽管准确的数取决于皮肤的状况。因此,在电 极a和b被充电之后,它们可以被隔离(在c和d被充电时)。使用该技术,应当能够循环遍历大 约10个手指触摸位置,将电荷施加于每个手指触摸位置,而没有不当泄漏。
[0088]与感测一样,存在其中触觉效应的独立控制可能不可行的配置。图12示出了这样 的情况。这里,除了第一手指触摸(由第一圆圈Π表示)之外,还存在两个另外的手指触摸 (由第二圆圈f2和第三圆圈f3表示),这两个手指触摸与手指触摸Π共享电极。如果电极A与 电极B配对以便在手指触摸Π上产生静电力,则力将也被施加于手指触摸f3。如果电极A改 为与电极C配对,则力将被施加于手指触摸f2。尽管利用该布置完全独立控制是不可能的, 但是三交叉仍提供一些益处。如果例如电极A和B配对,则手指触摸f2不受影响,而手指触摸 f3仅体验到手指触摸Π所体验到的力的一半,因为在它下面仅存在一个,而不是两个活动 电极(注意手指触摸f2和f3体验到比手指触摸Π低的力的情况的重点,因为由于手指触摸 f2和f3分别可以通过两个独立的电极定址,所以较高的力相对容易实现)。
[0089]对于图12中所示的情况的其它方法是:使用电极A以及作为第二电极的平行于A的 另一个电极;或者,使用四交叉或更高交叉几何结构。
[0090] 另外,应当理解,静电触觉效应通常仅当手指在移动时才被体验到,所以像图12中 的情况那样的情况将不会持续。最后,应当理解,人区分一个手指上的触觉感觉和另一个手 指上的触觉感觉的能力是有限的,取决于刺激的类型。这样,实现完全独立控制不总是必须 的。
[0091] 利用镜像电极的同时感测和致动
[0092] 在本文中教导的方法中,前或顶表面电极(触觉设备)涉及感测和致动(触觉)两 者。当然可取的是在触觉效应被施加的同时,感测手指位置。而且,可取的是触觉不影响感 测的质量。这两个目标都通过适当的时间定序(timesequencing)来实现。
[0093] 当触觉未使用时,前或顶表面电极通常被隔离(换句话说,图7b中所示的开关打 开)。当情况如此时,使用本领域中已知的多个技术中的任何一种来测量底表面电极的自电 容或任何对电极的互电容是直截了当的。例如,可以使用张弛振荡器技术并且测量振荡器 频率(其通常将为1MHz的量级)来测量自电容。
[0094] 如果产生触觉效应变得必要,则图7b中的开关将被闭合足够长以为手指电容Cf充 电。如早先所讨论的,这将需要i-i〇ys。在该间隔期间,镜像底表面电极线上的感测将被暂 停,并且改为这些线将被接地。在该间隔的结束处,感测将开始。感测可以继续长达另一个 90ys,同时仍保持10kHz的触觉切换环路(switchingloop)(对于静电,这是典型的)。作为 代替,感测将被复用。在保持100Hz的合理的多触摸感测速率的同时,可以完成多达100个顺 序感测查询。
[0095]可替代地,顶表面电极的充电可以通过将电荷或电流量注入到它们上、而不是如 前面刚刚描述的那样将它们间歇地连接到电压源来进行。区别是阻抗之一;替代方法使顶 表面电极的到地的阻抗(由于触觉致动而导致)一直保持高,结果是源于低表面电极中的信 号(用于感测)仍可以具有它们的效应,而不因致动被扰乱。
[0096] 从前述描述,将意识到,当触摸界面使用镜像电极时,可以从本公开确定若干附加 方面。
[0097] 例如,在另一方面中,触摸界面可以进一步包括连接到基板的前表面的每个相应 的表面触觉设备和与其对齐并连接到基板的后表面的每个相应的感测设备之间的强电容 耦合。
[0098] 在进一步的方面中,触摸界面可以使所述一个或多个表面触觉设备的图案与所述 一个或多个感测设备的图案相同。
[0099] 在另一方面中,触摸界面可以使用透明的表面触觉设备,或者进一步包括电极和 保护层,其中,保护层可以是透明的和/或可以由介电材料制成。
[0100]在还进一步的方面中,触摸界面可以使用平面的或弯曲的基板,并且该基板可以 是透明的,诸如玻璃或塑料的片材形式。
[0101] 在另一方面中,触摸界面可以使触觉设备提供作为摩擦的改变和/或在多于一个 的触摸位置处可独立控制的触觉效应。
[0102] 在进一步的方面中,触摸界面可以包括提供多于一个的触摸位置的定位的测量的 设备。
[0103] 在还另一方面中,触摸界面可以包括发送到所述一个或多个表面触觉设备中的至 少一个以产生触觉效应的电信号,并且该电信号可以被发送到所述一个或多个感测设备中 的至少一个以测量触摸位置。
[0104] 在进一步的方面中,触摸界面可以包括当所述一个或多个表面触觉设备受损时保 持运行的感测设备。
[0105] 在另一方面中,触摸界面可以包括一个或多个表面触觉设备和一个或多个感测设 备,这些设备被布置成基本上类似并且对齐的图案,其中,每个图案呈现具有呈现交叉位置 的两个或更多个线的不同电极的阵列。
[0106] 在还进一步的方面中,触摸界
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