具有具备两种以上自由度的用户接口的电子装置，所述用户接口包括触敏表面及非接触 ...的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于确定关于例如至少一个用户的手或至少一个触笔的用户输入物体的第一位置信息及第二位置信息的电子装置，所述电子装置包括：触敏表面；非接触式检测装置；及控制器装置，其操作性地连接到所述触敏表面及所述非接触式检测装置；其中所述第一位置信息取决于所述用户输入物体接触所述触敏表面的位置，且其中所述第二位置信息取决于所述用户输入物体相对于所述触敏表面的空间配置，其特性在于：所述控制器装置适于同时和/或交替地经由所述触敏表面确定所述第一位置信息及经由所述非接触式检测装置确定所述第二位置信息。
【专利说明】具有具备两种以上自由度的用户接口的电子装置，所述用 户接口包括触敏表面及非接触式检测装置
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及具有具备两种以上自由度的用户接口的电子装置。特定来说， 本发明涉及使用例如跟踪板或触敏显示器等触敏表面作为用户接口的部分的电子装置。
【背景技术】
[0002] 具有呈触敏表面（例如触摸板，及触敏显示器（也称为"触摸屏"））的形式的用 户接口的电子装置在此【技术领域】中是众所周知的。触敏表面可通过检测触碰所述表面的作 用区域的用户输入物体（例如触笔、用户手指或用户的手）而用作用户接口。借此，触敏 表面不仅检测物体触碰所述触敏表面的作用区域；而且其还检测所述物体接触所述作用区 域的位置，即，所述触敏显示器可提取触敏表面与所述用户输入物体之间的接触区域（例 如，几何平均位置或（如果作用区域被分段）所接触的所有段）的位置（例如X及y坐 标）。触敏表面可基于多种不同的传感器技术。因此，触敏表面可基于电阻性、电容性（例 如，表面电容性、投射电容性、互电容性、自电容性）、表面声波、红外线、光学成像、扩散信号 (dispersive signal)及声学脉冲辨识传感器技术。取决于触敏表面的传感器技术，一些触 敏表面适用于仅检测单一接触，而其它触敏表面适用于检测多个接触。
[0003] 呈触敏显示器的形式的触敏表面履行额外的功能：其显示通过其相应的电子装置 产生的信息。
[0004] 当触碰触敏表面的区域时，触敏表面从触碰事件提取位置信息，将所提取位置信 息提交给所述电子装置的控制器装置。取决于电子装置的当前状态，所述电子装置可保持 在当前状态或转变为另一状态。此功能性允许具有触敏表面的此电子装置的用户对所述电 子装置的功能进行控制。考虑电话作为实例电子装置，用户可将电话解除锁定、拨打电话或 调出地址簿。考虑个人计算机（或平板计算机）作为另一实例电子装置，用户可发出关于 图形用户接口的命令、改变所显示对象（例如地图）的视角等等。
[0005] 触敏表面主要产生表示用户输入物体与触敏表面之间的物理接触的平均位置的 二维数据。因此，用作用户接口的触敏表面允许具有任何两种自由度的用户输入。
[0006] 然而，在电子装置上运行的许多应用程序需要扩展超出由一般用户接口（例如触 敏表面、计算机鼠标及轨迹球）提供的常规二维控制（即，两种自由度）的三维或多维控 制可能性。其实例为显示三维内容的应用程序，例如，谷歌地球（Google Earth)(及用于 提供地理信息的类似系统）；用于3D构造及3D可视化的3D呈现软件（例如，AutoCAD3D、 Photoshop、Cinema4D);通过3D电视机及3D移动电话三维显示的用户接口；及3D游戏。为 提供3D环境中的控制，明显需要两种以上自由度。
[0007] 在现有技术中，已知通过提供额外的控制元件提供具有扩展超出常规的二维控制 的额外的自由度的用户接口。此类额外的控制元件的实例为计算机鼠标滚轮以及看而后动 (look andmove)操纵杆。然而，这些控制元件造成一连串问题：首先，其通常并非基于或符 合用户的直观思维且因此并不容易学习或理解。进一步来说，相应的额外控制元件通常为 庞大的且不便携带，尤其考虑到当前最先进的移动装置（例如，平板计算机及移动电话）通 常仅包括触敏表面和/或显示器作为其主要用户接口。额外的控制元件无法与此类触敏表 面无缝集成。相反地，用户将所述控制元件视为在本质及特性上不同于触敏表面，以致于认 为其不兼容。最后，这些额外的控制元件具有以下共同点：其容易遭受显著的机械磨损。
[0008] 因此，需要与具有触敏表面的电子装置（尤其是小型移动电子装置，例如移动电 话及平板计算机）无缝集成且不会经历机械磨损的更直观、易学易用的多维控制可能性。
[0009] 本发明经设想且具体实施以克服前述缺陷的至少一些且获得进一步优点。
【发明内容】
[0010] 本发明在技术方案1、19及21中予以陈述及特性化，而从属技术方案描述本发明 的其它特性。
[0011] 根据本发明的一方面，一种电子装置适于确定关于用户输入物体的第一位置信息 及第二位置信息。在此意义中，电子装置可为本身为用户接口或包括用户接口的任何电子 装置，例如移动电话、mp3播放器、PDA、平板计算机、计算机、遥控器、收音机、计算机鼠标、触 敏显示器及电视机。用户输入物体可为如同触笔（例如，小的笔形仪器）或数字笔的任何 事物。在此意义中，用户输入物体还可为用户的手或手指。优选地，所述用户输入物体可包 含一或多个分离或连接部分，例如多个手指或甚至两只手。然而，取决于设计本发明的实施 例的方式，所述用户输入物体必须满足某些需求（即，必须具有某些电和/或光学性质）以 作为适当的用户输入物体。将关于电子装置所包括的控制器描述依据所述第一位置信息及 所述第二位置信息所应了解的内容。
[0012] 所述电子装置包括触敏表面。在此申请案的意义中，触敏表面为适合于取决于用 户输入物体触碰触敏表面的作用区域的位置而确定第一位置信息（在此申请案的意义中， "触碰所述触敏表面"是指"触碰所述触敏表面的作用区域"）的任何用户接口装置。为此 目的，触敏表面不仅检测物体触碰所述触敏表面的作用区域；而且其还检测所述物体接触 所述作用区域的位置，即，触敏表面可提取所述触敏表面与所述用户输入物体之间的接触 区域（例如，几何平均位置或（如果所述作用区域分为传感器段）所接触的所有传感器段） 的位置（例如X及y坐标）。借此，所述触敏表面确定所述第一位置信息，所述第一位置信 息取决于（或仅取决于）用户输入物体接触所述触敏表面的位置。触敏表面可基于多种不 同的传感器技术。因此，触敏表面可基于电阻性、电容性（例如，表面电容性、投射电容性、 互电容性、自电容性）、表面声波、红外线、光学成像、扩散信号及声学脉冲辨识传感器技术。 取决于所述传感器技术，一些触敏表面适用于仅检测单一接触，而其它触敏表面适用于检 测多个接触。进一步来说，所述传感器技术对可用作用户输入物体的事物施加了限制。例 如基于电容性传感器的触敏表面无法透过例如手套的绝缘材料检测用户手指/手。触敏表 面还可为触敏显示器且借此履行额外的功能：显示由电子装置产生的信息。
[0013] 所述电子装置进一步包括非接触式检测装置。在此意义中，非接触式检测装置为 适用于取决于用户输入物体的空间配置且优选地取决于所述用户输入物体相对于触敏表 面的空间配置而确定第二位置信息的任何装置。所述用户输入物体的空间配置应被理解为 所述用户输入物体相对于所述触敏表面的三维布置、位置及定向。如果所述用户输入物体 为（例如）用户手指，那么空间配置可指代在（检测）空间中所述手指占据的位置。如果 所述用户输入物体由（例如）两只手组成，那么空间配置可指代在（检测）空间中所述两 只手占据的位置。用户输入物体的空间配置与用户输入物体接触所述触敏表面的位置（第 一位置信息）的不同之处在于：所述用户输入物体在其空间配置改变时仍可保持触碰触敏 表面上的相同接触区域。此情形的实例为：用户手指触碰触敏区域上的特定接触区域，而 连接到所述手指的手左右、上下移动。此情形的另一实例为用户的一个手指触碰触敏区域 上的特定接触区域，而在检测空间内的另一用户手指左右、上下移动。借此，手指的空间配 置改变，而与触敏表面的接触区域仍保持相同。通过确定第二位置信息，所述电子装置取决 于用户输入物体相对于触敏表面（和/或相对于其上的预定义参考点）的空间配置而确定 信息。应注意，非接触式检测装置可仅确定用户输入物体的位于所述非接触式检测装置的 检测空间内的部分的空间配置。所述检测空间取决于所述非接触式检测装置的具体设计。 一般来说，非接触式检测装置可为适用于确定第二位置信息的任何装置。具体来说，非接触 式检测装置可为：（1)有源非接触式3D扫描仪，其发射某种辐射（例如光、红外光或无线电 波）和/或机械波（例如超音波）并检测其反射以探测物体或环境；（2)无源非接触式3D 扫描仪，其本身不发射任何种类的辐射，而是依赖于检测所反射的周围辐射和/或机械波， 其中此类型的大部分扫描仪检测可见光，因为可见光为易于获得的周围辐射；（3)电容性 感测布置，例如操作性地连接到分析模块的电场产生及检测电极的布置；或（4)基于飞行 时间测量的非接触式3D扫描仪，例如飞行时间摄影机。下文将尤其关于实施例描述关于相 应的非接触式检测装置的细节。
[0014] 所述电子装置还包括控制器装置，其操作性地连接到所述触敏表面及所述非接触 式检测装置。控制器装置可为适用于处理从所述触敏表面及从所述非接触式检测装置获得 的信息和/或数据（可为模拟或数字信息和/或数据）的任何装置。控制器装置可包括一 或多个控制器、处理器、集成电路（1C)、专用集成电路（ASIC)、模/数转换器（ADC)和/或 可编程计算机器。特定来说，所述控制器装置可包括用于触敏表面及非接触式检测装置中 的每一者的至少一个单独控制器。
[0015] 相应的控制器装置适于同时和/或交替地经由所述触敏表面确定所述第一位置 信息且经由所述非接触式检测装置确定所述第二位置信息。同时和/或交替地确定所述第 一位置信息及所述第二位置信息两者的方式取决于电子装置的具体实施例。例如，如果所 述非接触式检测装置基于至少一个摄影机及图像分析模块，那么可按通过图像分析模块进 行图像采集的速率确定所述第二位置信息，所述图像分析模块为所述控制器装置的整体部 分或将所述第二位置信息传输到所述控制器装置的单独模块。触敏检测装置结合所述控制 器装置优选地以与第二位置信息相同的速率同时和/或交替地确定第一位置信息。对于每 一时间间隔（其长度由信息产生的速率导致），产生包括第一位置信息及第二位置信息的 位置信息元组（tupel)。或者，如果所述非接触式检测装置是基于操作性地连接到分析模块 的电场产生及检测装置的布置，那么可通过使用多路复用方法（例如，频分多路复用和/或 时分多路复用）同时和/或交替地获得第二位置信息。如果触敏表面使用可干扰第二位置 信息的此种确定的传感器技术（例如，如果触敏表面是基于电容性传感器技术（其甚至可 为与非接触式检测装置相同的电极结构）），那么需要此多路复用方法。
[0016] 这是有利的，因为此电子装置提供了延伸越过典型的二维控制（即，具有两种自 由度）的基于触敏表面的用户接口。此效果是通过触敏表面与非接触式检测装置的有利组 合实现，所述非接触式检测装置通过取决于用户输入物体（例如用户手指或触笔）的空间 配置确定第二位置信息而引入额外的自由度。因为这些检测装置为非接触式装置，所以其 与触敏表面无缝集成且不会经历机械磨损。此外，其提供直观、易学易用且易于由用户理解 的进一步自由度。
[0017] 在一些实施例中，所述控制器装置适于使用时分多路复用和/或频分多路复用同 时和/或交替地确定第一位置信息及第二位置信息。如果触敏表面及非接触式检测装置会 彼此干扰，那么此实施例是有利的。例如，如果触敏表面及非接触式检测装置两者皆依赖于 电容性传感器技术，那么可发生此干扰情况。
[0018] 在一些实施例中，所述第一位置信息包括取决于用户输入物体接触触敏表面的 位置的第一位置，且所述第二位置信息包括取决于用户输入物体的空间配置的第二位置。 第一位置信息及第二位置信息可含有经由触敏表面及非接触式检测装置获得的多种数据 (包含原始数据）。为了给电子装置的用户提供两种自由度，提取取决于用户输入物体接触 触敏表面的位置的第一位置即已足够。为了提供额外的自由度，提取另一第二位置。此第 二位置是用户输入物体的整个空间配置的容易解译且容易分析的表示。特定来说，如果用 户输入物体呈指状和/或棒状，那么第一位置及第二位置足以以适用于用户接口目的的准 确度确定用户输入物体相对于触敏表面的空间配置。此实施例因此是有利的，因为第一位 置及第二位置比可由第一位置信息及第二位置信息组成的更复杂数据集合更加易于解译 及分析。可减小计算能力及存储器需求。
[0019] 在一些实施例中，所述第一位置为用户输入物体接触触敏表面的位置的平均位置 (优选地为实质上几何平均位置），优选地相对于用户输入装置的电性质而加权。用户输入 物体接触触敏表面的位置为用户输入物体与触敏表面之间的接触区域。应将何位置理解为 平均位置和/或其几何平均位置取决于具体实施例，且尤其取决于用以确定所述第一位置 信息的传感器技术。在实例情况中，通过电容性传感器技术确定位置信息。为此目的，将触 敏表面的作用区域分段，每一段具有和/或承载电容性传感器元件。因此，在触敏表面上布 置多个电容性传感器。当用户输入物体（例如，呈用户手指的形式）接触触敏表面时，诱发 电场的不同变化及因此电容性传感器的电容的不同变化并通过这些电容性传感器加以测 量。根据由布置在触敏表面上的不同位置处的电容性传感器元件测量的不同变化，计算和 /或确定平均接触位置（或几何平均位置）。优选地，通过对在电容性传感器的电容中诱发 的变化加权，计算并确定所述第一位置（即，平均位置或实质上几何平均位置）。在后一情 况中，通过加权用户输入装置的电性质确定所述第一位置。
[0020] 在一些实施例中，第二位置为用户输入物体的平均位置（优选地实质上为几何平 均位置）。优选地，第二位置为用户输入物体在非接触式检测装置的检测空间中的平均位 置（优选地实质上为几何平均位置）。用户输入物体的平均位置（或几何平均位置）指示 空间中的表示用户输入物体在检测空间中的空间配置的一点。所述点由所述第二位置信息 加以确定。如果非接触式检测装置基于电容性传感器技术，那么用户输入物体的平均位置 (或实质上几何平均位置）是通过分析用户输入物体对对应的电场产生及检测电极的电场 的电气影响来确定。从 W02011/128116A2、DE10 2007 020 873A1 及 DE10 2010 007 455A1 已 知一种相应的方法，所述案的每一者特此以引用方式并入。优选地，通过加权在电容性传感 器的电容中诱发的变化计算并确定第二位置（即，平均位置或实质上几何平均位置）。在后 一情况中，通过加权用户输入装置的电性质确定所述第二位置。所述第二位置不一定为被 用户输入物体占据的位置。特定来说，如果用户输入物体由一个以上部分组成（例如，如果 用户输入物体由用户的两个手指或用户的两只手组成），那么可频繁地确定第二位置处于 空间中并未被用户输入物体占据的位置中。
[0021] 在一些实施例中，以二维方式确定和/或表不第一位置信息。此实施例是有利的， 因为所述第一位置信息（仅仅）取决于用户输入物体与触敏表面之间的接触区域。因此可 通过表示触敏表面上的位置的两个坐标及（如果需要）表示所测量的量的纯量值（例如在 电容性传感器元件的电容或电阻性传感器元件的电阻中诱发的变化）描述任何触碰事件。 此描述的实施例可为二维纯量场。此描述的另一实施例可为表示（例如）第一位置的2元 组（也称为对）。因此，可以二维方式确定和/或表示接触区域信息。
[0022] 在一些实施例中，以三维方式确定并表示第二位置信息。此实施例是有利的，因为 第二位置信息取决于用户输入物体在三维空间中的空间配置。可通过三个坐标及（如果需 要）纯量值描述物体的任何空间配置。此描述的实施例可为三维纯量场。此描述的另一实 施例可为表示（例如）第二位置的3元组（也称为三联）。因此，可以三维方式确定和/或 表不布置信息。
[0023] 然而，在一些实施例中，以三维方式确定和/或表不第一位置信息。此实施例是有 利的，因为无需为了对第一位置信息及第二位置信息进行比较或运算而执行坐标变换。
[0024] 在一些实施例中，以相同的坐标系统确定和/或表不第一位置信息及第二位置信 息两者。此实施例是有利的，因为其允许容易地确定由第一位置信息及第二位置信息组成 的坐标和/或位置的相对布置。
[0025] 在一些实施例中，以相同的坐标系统确定和/或表示第一位置及第二位置两者。 此实施例是有利的，因为其允许容易地确定第一位置及第二位置的相对布置。
[0026] 在一些实施例中，相对于触敏表面上的优选地固定的参考位置确定第一位置信息 及第二位置信息两者。此实施例是有利的，因为其允许容易地确定由第一位置信息及第二 位置信息组成的坐标和/或位置相对于触敏表面上的参考位置的相对布置。
[0027] 在一些实施例中，相对于触敏表面上的优选地固定的参考位置确定第一位置及第 二位置两者。此实施例是有利的，因为其允许容易地确定第一位置及第二位置相对于触敏 表面上的参考位置的相对布置。
[0028] 在一些实施例中，第二位置信息取决于用户输入物体的在触敏表面的预定义距离 内（即，检测空间内）的一部分的空间配置，其中所述预定义距离优选地小于：0.5厘米、1 厘米、1. 5厘米、2厘米、2. 5厘米、3厘米、3. 5厘米、4厘米、4. 5厘米、5厘米、5. 5厘米、6厘 米、7厘米、8厘米、9厘米、10厘米、15厘米、20厘米、50厘米、1米、2米、5米或10米。一般 来说，用户输入物体由用户固持（例如，触笔）或为用户身体的一部分（例如，手指）。因 此，非接触式检测装置必须区分用户输入物体与不应被用作或视为用户输入物体的用户身 体部分。如果用户输入物体本身为用户输入物体（例如，为经由手臂等等连接到躯干的手 的部分的手指），那么此区分尤其难以实现。通过将检测空间减小到触敏表面前面的预定义 距离，仅用户输入物体的一部分（即，在触敏表面的预定义距离内的部分）会影响通过非接 触式检测装置确定的第二位置信息。优选地，可取决于电子装置及用户输入物体的几何形 状选取或设定所述预定义距离，使得（1)所检测及确定的部分足以实现具有额外的自由度 的便捷、易学易用及直观控制，且（2)不检测/确定不应用作或视为用户输入物体的用户的 部分，（3)避免/防止归因于辨识不应用作用户输入物体的用户身体部分而意外激活或停 用电子装置的功能。
[0029] 在一些实施例中，可通过控制器装置和/或非接触式检测装置定义预定义距离。 在基于电容性感测的非接触式检测装置的情况中，所述预定义距离可取决于通过电场产生 及检测装置产生的电场的几何形状，及因此取决于所述电场产生及检测装置本身的几何形 状。
[0030] 在一些实施例中，触敏表面为触敏显示器的一部分。许多电子装置（尤其是小型 移动装置）具有触敏显示器，其中触敏表面为触敏显示器的一部分或整体部分。可使用和 /或相应地修改（现有技术装置中已经存在的）此组件及功能性以构造根据本发明的实施 例。此实施例是有利的，因为触敏显示器使用户能够直接与所显示的内容交互，而非间接地 与受控于单独的触敏表面的指针交互。进一步来说，触敏显示器使用户直接与所显示的内 容交互而无需任何中间装置。
[0031] 在一些实施例中，非接触式检测装置包括非接触式3D扫描仪（有源或无源扫描 仪）。有源扫描仪发射某种辐射或机械波且检测其反射以探测物体或环境。可能的发射类 型包含电磁辐射（例如光）及机械波（例如超音波）。无源扫描仪本身并不发射任何种类 的辐射，而是依赖于检测所反射的周围辐射。此类型的大部分扫描仪检测可见光和/或机 械波，因为可见光为易于获得的周围辐射。还可使用其它类型的辐射（例如红外线）。无源 方法可极为便宜，因为在大部分情况中其并不依赖于特定硬件，而是依赖于简单的CCD摄 影机。然而，有源扫描仪及无源扫描仪两者皆需要3D传感器模块。3D传感器模块可为具有 经稍微分开地布置且观察相同场景的两个视频摄影机的立体系统。通过分析每一摄影机所 见的图像之间的细微差别，可确定图像中的每一点处的距离。此方法基于导致人类立体视 觉的相同原理。3D传感器模块还可基于剪影技术，所述技术使用由在对比鲜明的背景中的 三维物体周围的一系列相片产生的轮廓。
[0032] 在一些实施例中，非接触式3D扫描仪包括用于记录用户输入物体的图像的至少 一个视频摄影机及用于从所记录图像确定第二位置信息的图像分析模块，其中所述图像分 析模块为单独模块或控制器装置的整体部分。
[0033] 在一些实施例中，非接触式检测装置包括：电容性感测装置，例如用于产生静态或 准静态的电场的电场产生装置；电场检测装置，其用于检测由用户输入物体引起的电场变 化，其中所述电场检测装置为单独装置或所述电场产生装置的整体部分；分析模块，其用于 从所述电场的所检测变化确定第二位置信息，其中所述分析模块为单独模块或控制器装置 的整体部分。从各自特此以引用方式并入的W02011/128116A2、DE10 2007 020 873A1及DE10 2010 007 455A1已知相应的非接触式检测装置。下文将描述其实例实施例。
[0034] 在一些实施例中，电场产生装置和/或电场检测装置为触敏表面和/或触敏显示 器的整体部分。此实施例是有利的，因为相同的组件可对触敏表面、显示器及非接触式检测 装置履行不同的功能。借此，电子装置的形态可生产得较小，且其可以较低成本生产。
[0035] 在一些实施例中，电子装置进一步包括手势辨识模块，其为单独模块或控制器装 置的整体部分，其中所述手势辨识模块适于从以下各者识别手势是属于预定义手势种类： 第一位置信息、第二位置信息、第一位置和/或第二位置或此信息的变化，其中每一者是通 过控制器装置加以确定，且其中所述电子装置适于在通过所述手势辨识模块识别预定义手 势时或之后从第一状态转变为第二状态。所述电子装置可采取多种状态。状态可指代（例 如）由电子装置呈现的图形用户接口的状态、应用程序（例如关于文本编辑、消息传递、图 形编辑、电子邮件发送、音乐播放或游戏）的状态或锁定/解除锁定状态。经由用户接口， 用户可与电子装置交互并将电子装置从第一状态转变为第二状态。与其相关联的问题为： 归因于（例如）与用户接口的意外交互，可能意外调出此类转变。通过仅允许用户凭借预 定义手势进行交互，解决了此问题。仅在手势辨识模块识别预定义手势时，电子装置才从第 一状态转变为第二状态。提供此手势辨识模块的另一优点在于：可提供用户可借以与电子 装置交互的预定义手势种类的集合，所述手势对于用户来说特别直观且易于学习。
[0036] 在一些实施例中，所述手势辨识模块适于：优选地存储和/或获得预定义手势种 类；从第一位置信息及第二位置信息和/或从通过控制器装置确定的第一位置及第二位置 记录手势，其中将所记录手势识别为对应于预定义手势种类；优选地从所识别手势提取参 数，例如缩放因子或离散旋转角，其中手势优选地为相位空间中的轨迹，所述相位空间由第 一位置信息及第二位置信息和/或第一位置及第二位置的所有可能状态定义，即，由第一 位置信息及第二位置信息和/或第一位置及第二位置可采取的状态定义。
[0037] 在一些实施例中，只要用户输入物体触碰触敏表面，便由所述手势辨识模块记录 手势。此实施例是有利的，因为对于必须执行手势的用户及必须记录和/或识别手势的手 势辨识模块都明确地定义了手势的开始及结束。
[0038] 在一些实施例中，如果所述第二位置在实质上圆形轨迹上围绕旋转轴移动，所述 旋转轴垂直于触敏表面且与第一位置交叉，所述第一位置保持实质上恒定，那么手势属于 预定义种类。可通过用指尖触碰触敏表面并移动手指的剩余部分使得所述手指描述圆锥体 的横向表面（的一部分）来执行此手势。还可通过用第一只手的指尖触碰触敏表面并移动 第二只手的手指使得所述手指描述圆圈或所述圆圈的部分来执行此手势。在电子装置中与 此手势相关联的功能可为旋转，尤其为2D或3D视图的围绕指向所显示视图内的轴的旋转。 在后一情况中，第一状态将为未旋转视图且第二状态将为旋转视图，借此旋转角可取决于 通过以实质上圆形运动移动所述手指而横越的角度。
[0039] 在一些实施例中，如果第二位置在轨迹上（所述轨迹实质上为直线）朝向或远离 触敏表面移动，所述第一位置保持实质上恒定，所述直线优选地垂直于触敏表面，那么手势 属于预定义种类。可通过用一根手指（例如，拇指或食指）的指尖触碰触敏表面并用同一 只手的剩余手指（或指尖）或用另一只手的手指（或指尖）朝向或远离触敏表面移动来执 行此手势。在电子装置中与此手势相关联的功能可为缩放，尤其是放大或缩小2D或3D视 图。在后一情况中，第一状态将为未缩放视图且第二状态将为缩放视图，借此缩放因子可取 决于通过移动手指朝向或远离触敏表面而横越的距离。
[0040] 在一些实施例中，如果第二位置在实质上圆形轨迹上围绕旋转轴移动，所述旋转 轴位于触敏表面内并与第一位置交叉，所述第一位置保持实质上恒定，那么手势属于预定 义种类。可通过用一根手指（例如，拇指或食指）触碰触敏表面并在实质上圆形轨迹上移 动所述手指的剩余部分（和/或整只手）或移动另一只手的手指（或指尖）同时使所述一 根手指保持接触触敏表面来执行此手势。在电子装置中与此手势相关联的功能可为（例 如）3D控制的另一种自由度。
[0041] 在一些实施例中，如果第二位置在轨迹上（所述轨迹实质上为直线）平行于触敏 表面移动，所述第一位置保持实质上恒定，那么手势属于预定义种类。可通过用指尖（例 如，拇指或食指）触碰所述触敏表面并在轨迹（所述轨迹实质上为直线）上平行于触敏表 面移动同一只手的手指的剩余部分（和/或整只手）或移动另一只手的手指（或指尖）同 时使所述一根手指保持接触触敏表面来执行此手势。在电子装置中与此手势相关联的功能 可为（例如）30控制的另一种自由度。
[0042] 在一些实施例中，如果第一位置及第二位置同时在实质上相同方向上移动，其中 所述相同方向实质上平行于触敏表面，那么手势属于预定义种类。可通过用一根手指（例 如，拇指或食指）触碰触敏表面并在轨迹上平行于触敏表面移动同一只手的手指的剩余部 分（和/或整只手）或移动另一只手的手指（或指尖）来执行此手势。在电子装置中与此 手势相关联的功能可为"经典的"平移移动，其还可通过现有技术触摸板或鼠标执行。
[0043] 应注意，电子装置不一定呈现作为离散状态的第一状态及第二状态。相反地，所述 电子装置可呈现和/或经历通过连续转变和/或通过在多个中间状态之间进行多个转变而 在第一状态与第二状态之间进行的转变。
[0044] 在一些实施例中，所述手势辨识模块适于确定向量（尤其是向量的长度、向量的 初始点、向量的终止点、屏幕表面与向量之间的角度、投影到触敏表面上的向量与位于所述 触敏表面内的优选轴之间的角度），其中向量的初始点为第一位置且向量的终止点为第二 位置。
[0045] 在一些实施例中，所述手势辨识模块适于确定圆柱坐标系统中的第二位置和/或 将所述第二位置变换到圆柱坐标系统中，其中所述圆柱坐标系统的原点为第一位置，其中 高度轴垂直于触敏表面，且其中参考轴位于触敏表面内。如果可从通过所述圆柱坐标系统 定义的自由度（即，高度、方位角及半径）的仅一者的变化识别预定义手势（或所述预定义 手势的一者），那么此实施例是有利的。
[0046] 在一些实施例中，此圆柱坐标系统的每一种自由度为与预定义手势种类相关联。 此实施例是有利的，因为其允许容易地辨识属于与此圆柱坐标系统的自由度中的一者相关 联的预定义手势种类的一者的手势。在一些实施例中，可根据此圆柱坐标系统的自由度将 一手势分解为多个手势，这些自由度中的每一者属于另一预定义手势种类。
[0047] 根据本发明的另一方面，一种用于控制根据上述实施例中的一者的电子装置的方 法包括以下步骤：同时和/或交替地经由触敏显示器确定第一位置信息及经由非接触式检 测装置确定第二位置信息。
[0048] 在一些实施例中，同时和/或交替地确定第一位置及第二位置的步骤是基于时分 多路复用方法和/或频分多路复用方法。
[0049] 根据本发明的另一方面，一种用于控制根据上述实施例中的一者的电子装置的方 法包括：当所述电子装置在第一状态时确定第一位置信息及第二位置信息；记录手势，在 所检测手势对应于预定义手势的情况下将所述电子装置转变为第二状态；及在所检测相位 空间轨迹不对应于预定义手势的情况下将所述装置维持在第一状态。
[0050] 根据本发明的另一方面，一种结合根据上述实施例中的一者的电子装置使用的计 算机程序产品，其中嵌入有可执行计算机程序机构，所述可执行计算机程序机构包括用于 以下操作的指令：同时和/或交替地经由触敏显示器确定第一位置信息及经由非接触式检 测装置确定第二位置信息，其中同时和/或交替地确定第一位置及第二位置的步骤可基于 时分多路复用方法和/或频分多路复用方法。
[0051] 根据本发明的另一方面，一种结合根据上述实施例中的一者的电子装置使用的 计算机程序产品，其中嵌入有可执行计算机程序机构，所述可执行计算机程序机构包括用 于以下操作的指令：当电子装置在第一状态时确定第一位置信息及第二位置信息；记录手 势，在所检测手势属于预定义手势种类的情况下将电子装置转变为第二状态；及在所检测 相位空间轨迹并不属于预定义手势种类的情况下将装置维持在第一状态，其中只要用户输 入物体触碰所述触敏表面，便可记录所述手势，且其中。
[0052] 在一些实施例中，所述可执行计算机程序机构进一步包括用于以下操作的指令： 从所识别手势提取参数，例如缩放因子或离散旋转角。
【专利附图】
【附图说明】
[0053] 为了更好地理解本发明的前述实施例以及本发明的额外的实施例，应结合下列图 式参考下文"【具体实施方式】"，在所有图中相同的参考数字指代对应部分。
[0054] 图1为根据本发明的一些实施例的具有触敏表面及非接触式检测装置的电子装 置的一般示意表示的等角视图。
[0055] 图2为根据本发明的一些实施例的具有触敏表面及非接触式检测装置的电子装 置的一般不意表不的横截面图。
[0056] 图3为根据本发明的一些实施例的属于第一预定义手势种类的手势的示意图。
[0057] 图4为根据本发明的一些实施例的属于第二预定义手势种类的手势的示意图。
[0058] 图5为根据本发明的一些实施例的属于第三预定义手势种类的手势的示意图。
[0059] 图6为根据本发明的一些实施例的属于第四预定义手势种类的手势的示意图。
[0060] 图7为图解说明根据本发明的一些实施例的实例电子装置的框图。
[0061] 图8为根据本发明的一些实施例的组合非接触式检测装置的触敏显示器的一般 示意表示的俯视图。
[0062] 图9为根据本发明的一些实施例的组合非接触式检测装置的触敏显示器的一般 示意表示的侧视图。
[0063] 图10为根据本发明的一些实施例的组合非接触式检测装置的触敏显示器的一般 示意表示的俯视图。
[0064] 图11为根据本发明的一些实施例的组合非接触式检测装置的触敏显示器的一般 示意表示的侧视图。
【具体实施方式】
[0065] 现在将详细地参考其实例在附图中加以图解说明的实施例。在下列详细描述中， 陈述众多特定细节以提供对本发明的完全理解。然而，所属领域的一般技术人员将明白，可 在不具备这些特定细节的情况下实践本发明。在其它例项中，并未详细描述众所周知的方 法、过程、组件及电路以免不必要地混淆所述实施例的方面。
[0066] 图1为电子装置100的一般不意表不，电子装置100适于确定关于用户输入物体 500的第一位置信息及第二位置信息。所述电子装置为平板计算机100,但是其可为本身作 为用户接口或包括用户接口的任何电子装置，例如移动电话、mp3播放器、PDA、平板计算机、 计算机、遥控器、收音机、计算机鼠标、触敏显示器及电视机。用户输入物体500被展示为用 户手指500,但是其可为如同触笔（例如，小的笔形仪器）或数字笔的任何事物。
[0067] 电子装置100包括触敏表面200,触敏表面200通过适用于检测触碰触敏表面200 的作用区域202的用户输入物体500而用作用户接口。借此，触敏表面200不仅检测用户 输入物体500触碰其作用区域202 ;更确切地，其还检测用户输入物体500接触所述作用区 域的位置，即，所述触敏显示器提取触敏表面200与所述用户输入物体500之间的接触区域 (例如，加权几何平均位置或（如果所述作用区域分为传感器段）所接触的所有传感器段） 的X及y坐标。借此，触敏表面200确定所述第一位置信息，所述第一位置信息仅取决于用 户输入物体500接触触敏表面200的位置。在此实施例中，所述触敏表面基于电容性传感 器技术，其中触敏表面200的作用区域202分为段，每一段包括电容性传感器元件204 :然 而，触敏表面200同样也可基于多种不同的传感器技术，例如：电阻性、电容性（例如，表面 电容性、投射电容性、互电容性、自电容性）、表面声波、红外线、光学成像、扩散信号及声学 脉冲辨识传感器技术。在此实施例中，触敏表面200为触敏显示器200,触敏显示器200适 用于显示由电子装置100产生的信息。
[0068] 电子装置100进一步包括非接触式检测装置300。一般来说，在此意义中，非接触 式检测装置300为适用于取决于用户输入物体500相对于触敏表面200的空间配置确定第 二位置信息的任何装置。用户输入物体500的空间配置应被理解为用户输入物体500相对 于触敏表面200的三维布置、位置及定向。如所述图中所示，用户输入物体500为用户手指 500 ;因此，空间配置指代手指500占据的空间。虽然用户输入物体500可保持触碰触敏表 面200上的相同接触区域210,但是其空间配置可改变。具体实例为用户手指500触碰所述 触敏区域上的一个特定接触区域，而连接到手指500的手左右、上下移动。借此，手指500的 空间配置改变，而与触敏表面202的接触区域210保持相同。通过确定第二位置信息，电子 装置100取决于所述用户输入物体相对于触敏表面200 (和/或相对于其上的预定义参考 点）的空间配置确定信息。具体来说，非接触式检测装置300基于通过多个电极进行的电 容性感测。图1示意地展示接地电极306及4个电场产生及检测电极301、302、303、304的 相应的布置。此处，4个电场产生及检测电极301、302、303、304被展示为单独单元，而接地 电极306被展示为触敏表面200的一部分。然而，所述电场产生及检测电极301、302、303、 304中的每一者及接地电极306可为触敏表面200的一部分或单独实体。至少所述电场产 生及检测电极301、302、303、304中的每一者操作性地连接到非接触式检测控制器124。优 选地，接地电极306还操作性地连接到非接触式检测控制器124。所述接地电极可为（例 如）包括触敏表面200的触敏显示器的VC0M电极。呈电容性感测系统的形式的非接触式 检测装置300可以两种模式操作，S卩：（1)在互电容性模式中，其中用户输入物体500变更4 个电场产生及检测电极301、302、303、304之间的相互耦合，其中每一电极循序地相对于其 它电极中的每一者受到扫描；及（2)在自电容模式或绝对电容模式中，其中用户输入物体 500对电场产生及检测电极301、302、303、304加载或增加相对于接地的寄生电容。下文将 描述关于此类非接触式检测装置300的进一步实施例。
[0069] 电子装置100还包括操作性地连接到触敏表面200及非接触式检测装置300的控 制器装置。控制器装置可为适用于处理从触敏表面及非接触式检测装置获得的信息和/或 数据（可为模拟或数字信息和/或数据）的任何装置。控制器装置可包括一或多个控制器、 处理器、集成电路（1C)、专用集成电路（ASIC)、模/数转换器（ADC)和/或可编程计算机器。 在此特定实施例中，所述控制器装置包括具有以下至少两个控制器的I/O子系统120 :触敏 表面控制器122及上文已提及的非接触式检测装置控制器124。所述两个控制器被具体实 施为专用集成电路（ASIC)。在一些实施例中，所述两个控制器被具体实施为单一 ASIC。
[0070] 相应的控制器装置120适于同时和/或交替地经由触敏表面确定第一位置信息且 经由非接触式检测装置300确定第二位置信息。如何同时和/或交替地确定第一位置信息 及第二位置信息两者取决于电子装置100的具体实施例。此处，非接触式检测装置300及触 敏表面200两者都基于电容性感测。可能出现其测量彼此干扰的问题。为解决所述干扰问 题或防止此问题出现，使用多路复用方法。在目前论述的一些实施例中，实施频分多路复用 以及时分多路复用两者。对于时分多路复用，将时间分为若干间隔，其中在两个连续时间间 隔中，在所述两个时间间隔的一者中经由触敏表面200确定第一位置信息，且在所述两个 时间间隔的另一者中经由非接触式检测装置确定第二位置信息。每一时间间隔可为毫秒的 量级。每一时间间隔可小于100毫秒、10毫秒、1毫秒或〇. 1毫秒。时分多路复用允许交替 地确定第一位置信息及第二位置信息，使得电子装置100可在任何给定的时间点取得最新 的第一位置信息及第二位置信息两者。对于频分多路复用，将非重叠频率范围指派给触敏 表面200及非接触式检测装置300以产生并检测电场（且因此进行电容性感测）。以此方 式，触敏表面200及非接触式检测装置300两者可使用相同的媒介（所述触敏表面和/或 常用电极前面的空间）。因此，频分多路复用允许同时确定第一位置信息及第二位置信息， 使得电子装置100可在任何给定的时间点取得最新的第一位置信息及第二位置信息两者。
[0071] 在目前论述的一些实施例中，所述第一位置信息包括取决于用户输入物体接触触 敏表面的位置的第一位置，且所述第二位置信息包括取决于所述用户输入物体在所述触敏 表面的预定义距离内的一部分的空间配置的第二位置，其中预定义距离0小于3厘米。长 方体310展示由触敏表面及预定义距离界定的空间。所述预定义距离由控制器装置120及 非接触式检测装置300定义。特定来说，所述预定义距离由通过电场产生及检测电极301、 302、303、304及（如果适用）接地电极306产生的电场的几何形状定义且因此由这些电极 本身的几何形状定义。
[0072] 在目前论述的一些实施例中，所述第一位置实质上为用户输入物体500接触触敏 表面200的位置的几何平均位置。所述几何平均位置是通过加权由用户输入物体500在所 述表面的每一电容性传感器元件204处诱发的电容变化加以计算。用户输入物体500接触 触敏表面200的位置为用户输入物体与触敏表面之间的接触区域210。此处，通过电容性传 感器技术确定位置信息。在触敏表面200上布置多个电容性传感器兀件204。用户输入物 体500 (例如，呈用户手指的形式）接触触敏表面200。接着，诱发并通过电容性传感器元件 204测量电容性传感器元件204的电场的不同变化。根据通过布置在触敏表面200上的不 同位置处的电容性传感器元件204测量的这些不同变化，计算和/或确定几何平均接触位 置。为此目的，可产生映射，所述映射指示所有电容性传感器元件204的位置并指示在每一 传感器元件204处由用户输入物体500诱发的电容变化。可通过确定观察到电容变化的所 有位置的几何平均数（即，平均位置）计算所述几何平均位置。还可通过确定由电容变化 的量值加权的几何平均数计算所述几何平均位置。
[0073] 在目前论述的一些实施例中，所述第二位置实质上为用户输入物体500在由用户 输入装置500的电性质加权的触敏表面200的预定义距离D内的一部分的几何平均位置。 然而，用户输入物体500的平均位置还可仅仅指示空间中的表示用户输入物体500的空间 配置的一点。无论所述第二位置表示什么，都必须从第二位置信息确定所述第二位置。此 处，所述非接触式检测装置是基于电容性传感器技术，用户输入物体500的平均位置是通 过分析所述用户输入物体对对应的电场产生及检测电极的电场的电气影响而加以确定。由 W02011/128116A2、DE10 2007 020 873A1 及 DE10 2010 007 455A1 已知一种相应的方法，所述 案的每一者特此以引用方式并入。
[0074] 在目前论述的一些实施例中，以二维方式确定且表示所述第一位置信息，因为所 述第一位置信息（仅仅）取决于用户输入物体500与触敏表面200之间的接触区域210。 通过表示触敏表面上的位置的两个坐标描述任何触碰事件。在目前论述的一些实施例中， 所述第一位置信息包括呈2元组的形式的第一位置。
[0075] 在目前论述的一些实施例中，以三维方式确定且表示所述第二位置信息，因为所 述第二位置信息取决于所述用户输入物体在三维空间中的空间配置。可通过三个坐标及 (如果需要）纯量值描述物体的任何空间配置。此描述的优选实施例为三维纯量场。此描 述的另一优选实施例将为表示（例如）所述第二位置的3元组（也称为三联）。在目前论 述的一些实施例中，所述第二位置信息包括呈3元组的形式的第二位置。
[0076] 在目前论述的一些实施例中，优选地以相同的坐标系统确定和/或表不第一位置 信息及第二位置信息两者。为此目的，将所述第一位置信息变换到所述第二位置信息的坐 标系统中。同样地，可将所述第二位置信息变换到所述第一位置信息的坐标系统中，或可将 第一位置信息及第二位置信息两者变换为另一坐标系统。
[0077] 在目前论述的一些实施例中，相对于触敏表面200上的固定参考位置确定所述第 一位置信息、所述第二位置信息、第一位置及第二位置。
[0078] 在目前论述的一些实施例中，电子装置100进一步包括手势辨识模块138,手势辨 识模块138为电子装置100的存储器102中的单独软件模块。手势辨识模块138适于根据 由控制器装置120确定的第一位置及第二位置将手势识别为属于预定义手势种类。电子 装置100适于在通过手势辨识模块138识别预定义手势时或之后将第一状态转变为第二 状态。电子装置100可采取多种状态。例如，状态指代通过电子装置呈现的图形用户接口 的状态、应用程序（例如关于文本编辑、消息传递、图形编辑、电子邮件发送、音乐播放或游 戏）的状态或锁定状态。经由用户接口，用户可与所述电子装置交互并使所述电子装置从 第一状态转变为第二状态。
[0079] 在目前论述的一些实施例中，所述手势辨识模块适于：存储和/或获得多个预定 义手势种类；根据以下各者记录手势：由控制器装置120确定的第一位置及第二位置，其中 将所记录手势识别为属于所述多个预定义手势种类中的至少一者；从所述所识别手势提取 参数，例如缩放因子或离散旋转角，其中手势为相位空间中的轨迹，所述相位空间由第一位 置信息及第二位置信息和/或第一位置及第二位置的所有可能状态定义，即，由第一位置 信息及第二位置信息和/或第一位置及第二位置可采取的状态定义。
[0080] 在目前论述的一些实施例中，只要用户输入物体触碰触敏表面200,便通过手势辨 识模块138记录手势。此为有利的，因为对于执行手势的用户及记录所述手势的手势辨识 模块138两者，都明确地定义了手势的开始及结束。
[0081] 在目前论述的一些实施例中，如果所述第二位置在实质上圆形轨迹上围绕旋转轴 移动，所述旋转轴垂直于触敏表面且与所述第一位置交叉，所述第一位置保持实质上恒定， 那么手势属于第一预定义种类。图3展示：可通过用指尖502触碰触敏表面并移动手指504 的剩余部分使得所述手指描述圆锥体（的一部分）来执行此手势。在电子装置100中与此 手势相关联的功能可为旋转，尤其为2D或3D视图围绕指向所显示视图内的轴的旋转。在 后一情况中，第一状态将为未旋转视图且第二状态将为旋转视图，借此旋转角可取决于通 过以实质上圆形运动移动所述手指而横越的角度。
[0082] 在目前论述的一些实施例中，如果所述第二位置在轨迹上（所述轨迹实质上为直 线）移动朝向或远离触敏表面，所述第一位置保持实质上恒定，所述直线优选地垂直于所 述触敏表面，那么手势属于第二预定义种类。图4展示：可通过用一个指尖502触碰所述触 敏表面并移动剩余手指504朝向或远离所述触敏表面来执行此手势。在电子装置100中与 此手势相关联的功能可为缩放，尤其为放大或缩小2D或3D视图。在后一情况中，第一状态 将为未缩放视图且第二状态将为缩放视图，借此缩放因子可取决于通过移动所述手指朝向 或远离触敏表面200而横越的距离。
[0083] 在目前论述的一些实施例中，如果所述第二位置在实质上圆形轨迹上围绕旋转轴 移动，所述旋转轴位于触敏表面内并与所述第一位置交叉，所述第一位置保持实质上恒定， 那么手势属于第三预定义种类。可通过用指尖（例如，拇指或食指）触碰触敏表面200并在 实质上圆形轨迹上移动所述手指的剩余部分同时使所述一根手指保持静止来执行此手势。 在电子装置100中与此手势相关联的功能可为（例如）3D控制的另一种自由度。
[0084] 在目前论述的一些实施例中，如果所述第二位置在轨迹上（所述轨迹实质上为直 线）平行于触敏表面移动，所述第一位置保持实质上恒定，那么手势属于第四预定义种类。 图5展示：可通过用指尖502触碰触敏表面200并在轨迹（所述轨迹实质上为直线）上平 行于所述触敏表面移动所述手指504的剩余部分同时使所述一根手指保持静止来执行此 手势。在电子装置100中与此手势相关联的功能可为（例如）3D控制的另一种自由度。
[0085] 在目前论述的一些实施例中，如果第一位置及第二位置同时在实质上相同方向上 移动，其中所述相同方向实质上平行于触敏表面，那么手势属于第五预定义种类。图6展 示：可通过用指尖502 (例如，拇指或食指）触碰触敏表面200并在轨迹上平行于触敏表面 200移动整只手500连同所述指尖及手指504的剩余部分来执行此手势。在电子装置100中 与此手势相关联的功能可为"经典的"平移移动，其还可通过现有技术触摸板或鼠标执行。 [0086] 在目前论述的一些实施例中，所述手势辨识模块适于确定向量（尤其是向量的长 度、向量的初始点、向量的终止点、屏幕表面与向量之间的角度、投影到触敏表面上的向量 与位于所述触敏表面内的优选轴之间的角度），其中向量的初始点为第一位置且向量的终 止点为第二位置。
[0087] 在目前论述的一些实施例中，手势辨识模块138适于确定圆柱坐标系统中的第二 位置和/或将所述第二位置变换为圆柱坐标系统，其中所述圆柱坐标系统的原点为所述第 一位置，其中高度轴垂直于触敏表面，且其中参考轴位于触敏表面内。如果可从通过所述圆 柱坐标系统定义的自由度（即，高度、方位角及半径）中的仅一者的变化识别手势（或所述 预定义手势中的一者），那么此实施例是有利的。
[0088] 一种用于控制根据上述实施例中的一者的电子装置100的方法包括以下步骤：同 时和/或交替地经由触敏表面200确定第一位置信息及经由非接触式检测装置确定第二位 置信息。
[0089] 在目前论述的一些实施例中，同时和/或交替地确定第一位置及第二位置的步骤 基于时分多路复用。
[0090] 在目前论述的一些实施例中，用于控制根据上述实施例中的一者的电子装置100 的方法包括：当所述电子装置在第一状态时确定第一位置信息及第二位置信息；记录手 势，在所检测手势对应于预定义手势的情况下将所述电子装置转变为第二状态；及在所检 测相位空间轨迹不对应于所述预定义手势的情况下将所述装置维持在所述第一状态。
[0091] 实例电子装置100
[0092] 图7为实例电子装置100的更详细示意表示。在不应被视为将本发明限于所揭示 的精确形式的此实例中，装置100包含存储器102、存储器控制器104、一或多个处理模块 (CPU) 106、外围接口 108、RF电路112、音频电路114、扬声器116、麦克风118、输入/输出 (I/O)子系统120、触敏显示器126、非接触式检测装置128及外部端口 148。这些组件经由 一或多个通信总线或信号线110通信。装置100可为任何电子装置，包含（但不限于）手持 式计算机、平板计算机、移动电话、媒体播放器、个人数字助理（PDA)或类似物，包含这些项 中的两者或两者以上的组合。应明白，装置100仅为电子装置100的一个实例，且装置100 可具有多于或少于所示的组件或不同的组件配置。图1中所示的各种组件可以硬件、软件 或硬件与软件两者的组合实施，包含一或多个信号处理电路和/或专用集成电路。
[0093] 存储器102可包含高速随机存取存储器且还可包含非易失性存储器，例如一或多 个磁盘存储装置、快闪存储器装置或其它非易失性固态存储器装置。存储器102可进一步 包含经定位而远离一或多个处理器106的存储装置，例如经由RF电路112或外部端口 148 及通信网络（未展示）（例如因特网、企业内部网络、局域网（LAN)、广域网（WLAN)、存储局 域网络（SAN)等等或其任何适当的组合）存取的网络附接存储装置。装置100的其它组件 (例如CPU106及外围接口 108)对存储器102的存取可受控于存储器控制器104。
[0094] 外围接口 108将所述装置的输入及输出外围设备耦合到CPU106及存储器102。一 或多个处理器106运行存储于存储器102中的各种软件程序和/或指令集合以对装置100 执行各种功能并处理数据。
[0095] 外围接口 108、CPU106及存储器控制器104可实施于单芯片（例如芯片111)上。 其可实施于多个单独芯片上。
[0096] 射频（RF)电路112接收并发送电磁波。RF电路112将电信号转换为电磁波/从 电磁波转换电信号，并经由所述电磁波与通信网络及其它通信装置通信。RF电路112可包 含用于执行这些功能的众所周知的电路，包含（但不限于）天线系统、RF收发器、一或多 个放大器、调谐器、一或多个振荡器、数字信号处理器、CODEC芯片组、用户识别模块（SM) 卡、存储器等等。RF电路112可通过无线通信与网络（例如也称为万维网（VV1A/VV)的 因特网、企业内部网络和/或无线网络（例如蜂窝式电话网络、无线局域网（LAN)和/或 城域网（MAN)))及其它装置通信。所述无线通信可使用多个通信标准、协议及技术中的任 一者，包含（但不限于）全球移动通信系统（GSM)、增强数据GSM环境（EDGE)、宽带码分 多址（W-CDMA)、码分多址（COMA)、时分多址（TDMA)、蓝牙、无线保真技术（Wi-Fi)(例如， IEEE802. 11a、IEEE802. lib、IEEE802. llq 和 / 或 IEEE802. 11η)、因特网语音协议（VoIP)、 Wi-MAX、用于电子邮件、即时消息传递和/或短信服务（SMS)的协议或任何其它适当的通信 协议，包含在此文件的 申请日期:之时尚未开发的通信协议。
[0097] 音频电路114、扬声器116及麦克风118在用户与装置100之间提供音频接口。音 频电路114从外围接口 108接收音频数据，将所述音频数据转换为电信号并将所述电信号 传输到扬声器116。所述扬声器将所述电信号转换为人类可听声波。音频电路114还接收 通过麦克风116从声波转换成的电信号。音频电路114将所述电信号转换为音频数据并将 所述音频数据传输到外围接口 108以供处理。音频数据可由外围接口 108从存储器102和 /或RF电路112采集和/或传输到存储器102和/或RF电路112。音频电路114还可包 含耳机插孔（未展示）。所述耳机插孔在音频电路114与可抽换式音频输入/输出外围设 备（例如仅输出耳机，或具有输出（用于一或两只耳朵的耳机）及输入（麦克风）的头戴 式耳机）之间提供接口。
[0098] 呈I/O子系统120的形式的控制器装置在装置100上的输入/输出外围设备之间 提供接口，外围设备例如触敏显示器126及非接触式检测装置128。110子系统120包含触 敏显示控制器122及非接触式检测装置控制器124。
[0099] 装置100还包含用于对各种组件供电的电力系统130。电力系统130可包含电力 管理系统、一或多个电源（例如，电池、交流电（AC))、再充电系统、电力故障检测电路、电力 转换器或逆变器、电力状态指示器（例如，发光二极管（LED))及与便携式装置中的电力产 生、管理及分配相关联的任何其它组件。
[0100] 所述软件组件可包含操作系统132、通信模块（或指令集合）134、手势辨识模块 (或指令集合）138、图形模块（或指令集）140、用户接口状态模块（或指令集）144,及一或 多个应用程序（或指令集）146。
[0101] 操作系统 132 (例如，Darwin、RTXC、LINUX、UNIX、0S X、WINDOWS 或例如 VxWorks 的嵌入式操作系统）包含各种软件组件和/或驱动程序，其用于控制及管理一般系统任务 (例如，存储器管理、存储装置控制、电力管理等等）并促进各种硬件组件与软件组件之间 的通信。
[0102] 通信模块134促进经由一或多个外部端口 148的与其它装置的通信，且还包含用 于处置由RF电路112和/或外部端口 148接收的数据的各种软件组件。外部端口 148 (例 如，通用串行总线（USB)、FIREWIRE等等）适于直接耦合到其它装置或经由网络（例如，因 特网、无线LAN等等）间接耦合。
[0103] 手势辨识模块138适于从（I/O)子系统120接收第一位置信息及第二位置信息 (尤其是第一位置及第二位置）。手势辨识模块138包含用于执行与分析第一位置信息及 第二位置信息（尤其是第一位置及第二位置）有关的各种操作（例如确定是否发生接触、 确定是否存在第一位置及第二位置的移动并追踪所述移动及确定所述接触是否已经中断 (即，所述接触是否已经停止））的各种软件组件。确定移动可包含确定第一位置及第二位 置的速度（量值）、速率（量值及方向）和/或加速度（包含量值和/或方向）。
[0104] 图形模块140包含用于在触敏显示器126上呈现并显示图形的各种已知软件组 件。注意，术语"图形"包含可对用户显示的任何对象，包含（但不限于）文本、网页、图标 (例如包含软键的用户接口对象）、数字图像、视频、动画等等。
[0105] 电子装置状态模块144控制装置100的电子装置状态。电子装置状态模块144可 包含第一状态模块150及第二状态模块152。第一状态模块检测是否满足将装置100转变 为第一状态的一或多个条件中的任一者及将装置100转变为所述第一状态。所述第二状态 模块检测是否满足将装置100转变为电子装置第二状态的一或多个条件中的任一者及将 装置100转变为所述第二状态。
[0106] -或多个应用程序130可包含安装在装置100上的任何应用程序，包含（但不限 于）浏览器、地址簿、联络人列表、电子邮件、即时消息传递、文字处理、键盘仿真、小组件、 启用JAVA的应用程序、加密、数字版权管理、语音识别、语音复制、位置确定能力（例如由全 球定位系统（GES)提供）、音乐播放器（其回放存储于一或多个文件（例如iVIP3、AAC文 件）中的所记录音乐）。
[0107] 实例触敏表面200及非接触式检测装置300
[0108] 图8到14提供作为呈触敏显示器200的形式的触敏表面200的整体部分的非接 触式检测装置300的实例实施例的更详细示意表示。此触敏显示器允许同时和/或交替地 检测第一位置信息及第二位置信息，其中此触敏显示器以稳固且低成本的设计为特性。
[0109] 图8展示组合接触检测装置300的简化触敏显示器200,触敏显示器200包括：由 透明且绝缘材料组成的屏幕层201。在此屏幕层201上，布置连接到所述屏幕层的透明电极 层。此电极层被分为多个电极段204,其中电极段204为电容性传感器元件204。所有电极 段204的全体形成此处所示的呈段阵列202的形式的作用区域202。此段阵列202形成段 线Z1、Z2、Z3、Z4及Z5以及段列S1、S2、……、S9,即归因于以下事实：对应的水平和/或垂 直连续相邻电极段204通过小的导电区段206、208而彼此连接。段线Z1…Z5及段列SP·· S9相对于彼此而隔离，其中每一者连接到供应线LZ1/5及LS1/9。导电区段206、208相对 于彼此而隔离，只要其在触敏显示器200的区域202中彼此交叉便可。
[0110] 所述段列及所述段线经由这些供应连接件LZ1/5及LS1/9连接到控制器装置120， 尤其是非接触式检测控制器124。这些控制器装置120U24经设计使得其可同时（通过频 分多路复用）和交替地（通过时分多路复用）确定关于用户输入物体500的第一位置信息 及第二位置信息，其中通过将段阵列202的多个电极段204组合成电极群组301、302、304、 304 (尤其为电极线Z1…Z5或电极列S1 "49)执行非接触式检测。
[0111] 在图9中，将触敏显示器的玻璃201的设计示意地展示为简化实例。屏幕层201 优选地由塑料或玻璃材料组成且具有（例如）0.8毫米的厚度。在屏幕层201的两侧上，设 置透明导电层204、306(例如，ΙΤ0层）。
[0112] 在使用位置中经定向朝向用户的顶部表面具有经结构化且借此分为多个段204 的层204,所述层借此具有分组为线及列的紧密相邻段204 (例如，菱形）。经由专用供应线 执行电接触分组成行及列的电极段204。底侧（经定向朝向所述显示器）被用透明ΙΤ0层 306连续涂布。因此构造的屏幕层1布置在适当的显示器前面以将已知触敏显示器功能性 提供给此显示器。电极层204、306中的每一者可通过其它隔离透明层（此处未展示）而覆 盖。因此，电极层204、306不能直接以通电流方式接触。
[0113] 如图10中所示，靠近边缘的4个菱形线（S卩，通过水平分组形成的段线Z1/303及 Z5/301、通过垂直分组形成的段列S1/302及S9/304)用于确定第二位置信息。通过使用分 组为线及列的电极段，获得手势辨识电极的"框架"。
[0114] 通过阴影突显用于确定第二位置信息的上部水平电极段群组Z1/303及下部水平 电极段群组Z5/301以及左右电极列S1/302及S9/304 (靠近边缘）。水平电极段群组Z1/303 及Z5/301两者都用于确定用户手指500的平均位置的y位置。同时或直接在y位置确定 之后，可执行分析，通过此分析，通过分组电极段，各自在左边缘区域S1/302中及右边缘区 域S9/304中形成细长检测电极。通过两个电极群组Sl/302、S9/304,可确定用户手指500 的平均位置的X位置。进一步，从所测量信号计算用户手指的平均位置的z距离。为确定 所述平均位置，可使用其它分析方法。
[0115] 显示区域中可能具有辅助所述第二位置信息的确定的进一步电极，例如用作接地 电极306的背面电极306。例如，借助于此等额外的电极，可放大预定义距离，使得用户输入 物体（例如用户的手）的部分促成由所述非接触式检测装置确定的空间布置。
[0116] 在以此显示器为特征的电子装置中，可同时和/或交替地确定第一位置信息及第 二位置信息。为此目的，使用多路复用，尤其是时分多路复用和/或频分多路复用。
[0117] 控制器装置120 (尤其是所述非接触式检测控制器124)包括群组驱动器，其中所 述群组驱动器确定当前将哪些电极段群组Zl/303、Z5/301、Sl/302、59/304(或如果需要， 哪些单电极段204)用以确定所述第二位置信息。群组驱动可将关于当前电极段分组的信 息转递到补偿控制器，其因此强加在分析经由电极段群组Zl/303、Z5/301、51/302、S9/304 检测的电场现象时要考虑的特定特性化值或首选项及参考电平。这些特性化值可为一配置 中的当前作用电极系统的总容量或正常接地电平，其中未存留任何外部影响（例如由用户 输入物体所致的外部影响）。所述特性化值接着可被视为校准值。所述补偿控制器可为单 独实体或所述非接触式检测控制器124的整体部分。
[0118] 控制器装置120 (尤其为用于暂时激活电极段线及列且用于分析经由所激活电极 段线及列测量的信号的非接触式检测控制器124)可实施为ASIC120/124。ASIC120/124可 经布置成靠近屏幕层201，且可物理地连接到屏幕层201。ASIC120/124可经设计使得其适 于同时和/或交替地经由触敏表面200确定第一位置信息且经由非接触式检测装置300确 定第二位置信息。ASIC120/124可经设计使得其某些功能可通过对ASIC120/124编程来进 行定义。ASIC120/124可经设计使得ASIC120/124定义当前将电极段阵列的哪些电极段群 组（尤其是哪些电极段线ΖΡ··Ζ5及电极段列S1-S9)用以确定第二位置信息。
[0119] ASIC120/124本身以现有技术触敏表面提供信号的方式提供关于第一位置信息 (尤其关于第一位置）的信号。此外，ASIC120/124提供关于所述第二位置信息（尤其关于 第二位置）的信号。在ASIC120/124中，可运行执行关于所确定的第一位置信息及第二位 置信息的特定预分析的应用程序。ASIC120/124可使用所述第一位置信息，且可取决于所述 第一位置信息而选取应用以确定第二位置信息的电极段群组。此是有利的，因为可通过选 取适当的电极段群组提高确定所述第二位置信息的精确度。ASIC120/124可通过分析以下 每一者的变化确定第二位置信息：相对于接地的电容性耦合、电势的耦入和/或所激活电 极段群组的环境的介电性质的变化（其可通过（例如）在触敏表面200前面于所述预定义 距离内移动用户输入物体诱发）。为此目的，ASIC120/124可使用不同的测量方法。典型的 测量方法在于（例如）检测所激活电极段相对于接地电极的耦合作为模拟信号（即，在一 定范围内变化的信号）。
[0120] 非接触式检测控制器124可包括RX及ΤΧ连接器。例如，有可能通过通道多路复 用使用多个电极段链以确定第二位置信息。因为执行多物体辨识（例如，对两个指尖的辨 识及针对所述指尖中的每一者的第一位置信息及第二位置信息的对应确定），可执行对在 对应的电极段链处的信号电平的分析。
[0121] 在图11中，展示根据实例实施例的组合接触检测装置300的触敏显示器200，其中 更详细地显示第一位置信息及第二位置信息的确定。借助于靠近边缘且分组为段列S1/302 及S9/304的电极段，检测信号电平，所述信号电平指示所述用户手指500相对于触敏表面 200的平均位置的距离LI、L2。由这些信号电平计算用户手指500的平均位置的X距离及 z距离。借助于连续连接触敏显示器200的特定电极段群组与控制器装置120 (尤其是与非 接触式检测控制器124)的群组驱动器执行信号检测。控制器装置120包括模/数转换器 (ADC)并从因此获得的数字第二信号位置信息计算第一位置信息及第二位置信息。所述触 敏显示器具有布置在背侧上的ΙΤ0层306,所述背侧与布置有电极段204的侧相反。施加方 波信号到布置在背侧上的ΙΤ0层306。
[0122] 触敏表面200及非接触式检测装置300可由现有技术触敏显示器200及根据本发 明的控制器装置120建构。
[0123] 可在透明多层屏幕结构中实施电极阵列的电极段。为实现所述电极段之间的交 叉点的尤其可靠的隔离，可将形成电极段线的电极段布置在不同于形成电极段列的电极段 的层中，和/或将形成电极段线的电极段及形成电极段列的电极段布置在一层的相反两侧 上。进一步来说，在使用期间背离用户的侧上，可通过VC0M层形成背面电极306 (例如，其 可用作接地电极）。
[0124] 为解释的目的，已参考特定实施例描述前述描述。然而，上文阐释性论述并不旨在 面面俱到或将本发明限于所揭示的精确形式。鉴于上文教示，许多修改及变动为可能的。所 属领域的技术人员了解，可随意地组合、修改和/或移除不同实施例的技术特征。选取并描 述所述实施例以充分解释本发明的原理及其实际应用，以借此使所属领域的其它技术人员 能够充分利用本发明及具有适用于预期特定用途的各种修改的各种实施例。
【权利要求】
1. 一种用于确定关于例如用户的至少一个手或至少一个触笔等用户输入物体的第一 位置信息及第二位置信息的电子装置，所述电子装置包括： 触敏表面； 非接触式检测装置；以及 控制器装置，其操作性地连接到所述触敏表面及所述非接触式检测装置： 其中所述第一位置信息取决于所述用户输入物体接触所述触敏表面的位置，且 其中所述第二位置信息取决于所述用户输入物体相对于所述触敏表面的空间配置， 其中 所述控制器装置适于同时和/或交替地经由所述触敏表面确定所述第一位置信息且 经由所述非接触式检测装置确定所述第二位置信息，所述控制器装置优选地包括至少一个 控制器。
2. 根据权利要求1所述的电子装置，其中所述控制器装置适于使用时分多路复用和/ 或频分多路复用同时确定所述第一位置信息及所述第二位置信息。
3. 根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第一位置信息包括取决于所述用户输入 物体接触所述触敏表面的位置的第一位置，且所述第二位置信息包括取决于所述用户输入 物体的所述空间配置的第二位置。
4. 根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第二位置信息取决于所述用户输入物体 的在所述触敏表面的预定义距离内的一部分的所述空间配置，其中所述预定义距离优选地 小于：〇. 5厘米、1厘米、1. 5厘米、2厘米、2. 5厘米、3厘米、3. 5厘米、4厘米、4. 5厘米、5厘 米、5. 5厘米、6厘米、7厘米、8厘米、9厘米、10厘米、15厘米、20厘米、50厘米、1米、2米、5 米或10米。
5. 根据权利要求3所述的电子装置，其中所述第一位置是所述用户输入物体接触所述 触敏表面的位置的平均位置。
6. 根据权利要求3所述的电子装置，其中所述第二位置是所述用户输入物体或所述用 户输入物体的一部分的平均位置。
7. 根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第一位置信息以二维方式确定和/或表 示，和/或其中所述第二位置信息以三维方式确定和/或表示。
8. 根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第一位置信息及所述第二位置信息两者 以相同的坐标系统确定和/或表示， 其中所述第一位置及所述第二位置两者优选地以所述相同的坐标系统确定和/或表 示， 其中所述第一位置信息及所述第二位置信息两者优选地相对于所述触敏表面上的参 考位置加以确定， 其中所述第一位置及所述第二位置两者优选地相对于所述触敏表面上的参考位置加 以确定。
9. 根据权利要求1所述的电子装置，其中所述触敏表面为触敏显示器的部分。
10. 根据权利要求1所述的电子装置，其中所述非接触式检测装置包括非接触式3D扫 描仪，所述非接触式3D扫描仪为有源或无源型扫描仪。
11. 根据权利要求10所述的电子装置，其中所述非接触式3D扫描仪包括用于记录所述 用户输入物体的图像的至少一个视频摄影机及用于从所述所记录图像确定所述第二位置 信息的图像分析控制器，其中图像分析模块为单独模块或所述控制器装置的整体部分。
12. 根据权利要求1所述的电子装置，其中所述非接触式检测装置包括电容性感测装 置，所述电容性感测装置又优选地包括： 电场产生装置，其用于产生静态或准静态的电场；电场检测装置，其用于检测所述电场 的由所述用户输入物体引起的变化，其中所述电场检测装置为单独装置或所述电场产生装 置的整体部分。
13. 根据权利要求12所述的电子装置，其中所述电容性感测装置包括： 电场产生装置，其用于产生静态或准静态的电场；电场检测装置，其用于检测所述电场 的由所述用户输入物体引起的变化，其中所述检测装置为单独装置或所述电场产生装置的 整体部分；以及分析模块，其用于从所述电场的所述所检测的变化确定所述第二位置信息， 其中所述分析模块为单独模块或所述控制器装置的整体部分。
14. 根据权利要求1所述的电子装置，其中所述电场产生装置和/或所述电场检测装置 为所述触敏表面和/或所述触敏显示器的整体部分。
15. 根据权利要求1所述的电子装置，其中所述电子装置进一步包括手势辨识模块，所 述手势辨识模块为单独模块或所述控制装置的整体部分， 其中所述手势辨识模块适于从以下各者中将一手势识别为属于预定义手势种类：通过 所述控制器装置确定的所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述第一位置和/或所述 第二位置，且 其中所述电子装置适于在通过所述手势辨识模块将所述手势识别为属于所述预定义 手势种类时或之后从第一状态转变为第二状态。
16. 根据权利要求15所述的电子装置，其中所述手势辨识模块适于： 优选地存储和/或获得预定义手势种类， 从通过所述控制器装置确定的所述第一位置信息及所述第二位置信息和/或所述第 一位置及所述第二位置记录手势，其中优选地，只要所述用户输入物体触碰所述触敏表面 便记录所述手势，将所记录手势识别为属于所述预定义手势种类，优选地从所述所识别手 势提取参数，例如缩放因子或离散旋转角， 其中手势优选地为相位空间中的轨迹，所述相位空间由所述第一位置信息及所述第二 位置信息和/或所述第一位置及所述第二位置的所有可能状态定义，即，由所述第一位置 信息及所述第二位置信息和/或所述第一位置及所述第二位置可占据的那些状态定义。
17. 根据权利要求15所述的电子装置， 其中在以下情况下，手势属于所述预定义种类： 如果所述第二位置在实质上圆形轨迹上围绕旋转轴移动，所述旋转轴垂直于所述触敏 表面且与所述第一位置交叉，所述第一位置保持实质上恒定，或 如果所述第二位置在实质上直线的轨迹上移动朝向或远离所述触敏表面，所述第一位 置保持实质上恒定，所述直线优选地垂直于所述触敏表面，或 如果所述第二位置在实质上圆形轨迹上围绕旋转轴移动，所述旋转轴位于所述触敏表 面内并与所述第一位置交叉，所述第一位置保持实质上恒定，或 如果所述第二位置在实质上直线的轨迹上平行于所述触敏表面移动，所述第一位置保 持实质上恒定，或 如果所述第一位置及所述第二位置同时在实质上相同方向上移动，其中所述相同方向 实质上平行于所述触敏表面。
18. 根据权利要求15所述的电子装置， 其中所述手势辨识模块适于确定向量（尤其是所述向量的长度、所述向量的初始点、 所述向量的终止点、屏幕表面与所述向量之间的角度、投影到所述触敏表面上的所述向量 与位于所述触敏表面内的优选轴之间的角度），其中所述向量的所述初始点为所述第一位 置且所述向量的所述终止点为所述第二位置。
19. 根据权利要求15所述的电子装置， 其中所述手势辨识模块适于确定在圆柱坐标系统中的所述第二位置和/或将所述第 二位置变换到圆柱坐标系统中， 其中所述圆柱坐标系统的原点为所述第一位置，其中高度轴垂直于所述触敏表面，且 其中参考轴位于所述触敏表面内。
20. -种用于控制根据权利要求1所述的电子装置的方法，其包括同时和/或交替地经 由触敏显示器确定第一位置信息及经由非接触式检测装置确定第二位置信息的步骤。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述同时和/或交替地确定所述第一位置及所 述第二位置的步骤是基于时分多路复用方法和/或频分多路复用方法。
22. -种用于控制根据权利要求1所述的电子装置的方法，其包括： 当所述电子装置在第一状态时确定所述第一位置信息及所述第二位置信息； 记录手势， 在所检测手势属于预定义手势种类的情况下将所述电子装置转变为第二状态；以及 在所检测相位空间轨迹不属于预定义手势种类的情况下将所述装置维持在所述第一 状态。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中只要用户输入物体触碰触敏表面便记录所述手 势。
24. 根据权利要求22所述的方法，其进一步包括从所述所识别手势提取例如缩放因子 或离散旋转角等参数的步骤。
【文档编号】G06F3/041GK104067206SQ201280068047
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年12月6日 优先权日:2011年12月9日
【发明者】罗兰·奥鲍尔, 罗曼·格布哈特 申请人:微晶片科技德国第二公司