專利名稱：三維物件上的觸摸感測的制作方法
三維物件上的觸摸感測
背景技術：
位置傳感器是可(例如)在覆蓋于顯示器屏幕上的位置傳感器的顯示區(qū)域內檢測由用戶的手指或由例如手寫筆等物件所做的觸摸的存在及位置的裝置。在觸敏顯示器應用中，位置傳感器使得用戶能夠直接與顯示在屏幕上的內容交互而非間接與鼠標或觸摸墊交互。位置傳感器可附接到計算機、個人數字助理(PDA)、衛(wèi)星導航裝置、移動電話、便攜式媒體播放器、便攜式游戲控制臺、公共信息亭及銷售點系統(tǒng)等或提供為其一部分。位置傳感器也已用作各種器具上的控制面板。存在若干種不同類型的位置傳感器/觸摸屏，例如電阻性觸摸屏、表面聲波觸摸屏、電容性觸摸屏等。舉例來說，電容性觸摸屏可包括絕緣體，其以特定圖案涂覆有透明導體。當例如用戶的手指或手寫筆等物件觸摸屏幕的表面或提供在緊密接近于屏幕的表面處時，存在電容改變。此電容改變被發(fā)送到控制器以供處理從而確定所述觸摸在屏幕上的位置。近年來，觸摸屏已通常用以以二維感測觸摸的位置。

發(fā)明內容
以下揭示內容描述與提供能夠確定三維物件上的一個或一個以上觸摸的位置及/ 或手勢的觸摸傳感器相關的應用。


圖式僅以實例方式而非限制方式描繪根據本發(fā)明教示內容的一個或一個以上實施方案。在各圖中，相同的參考編號指代相同或類似的元件。圖1示意性地圖解說明觸摸傳感器的二維感測柵格；圖2圖解說明應用于三維物件的二維感測柵格的透視圖；圖2A示意性地圖解說明映射到圖2的二維感測柵格上的推/拉手勢；圖2B示意性地圖解說明映射到圖2的二維感測柵格上的旋轉手勢；圖2C示意性地圖解說明映射到圖2的二維感測柵格上的螺旋手勢；圖3圖解說明經變形以形成三維物件的二維感測柵格；圖4圖解說明應用于引導輪的感測柵格的俯視圖；圖5圖解說明應用于三維引導輪的感測柵格的透視圖；圖6圖解說明應用于圓錐形物件的感測柵格；圖7圖解說明應用于棱錐形物件的感測柵格；圖8圖解說明應用于立方體形物件的感測柵格；圖9示意性地圖解說明觸敏屏幕的側視圖；及圖10示意性地圖解說明用于檢測并處理觸敏屏幕處的觸摸的設備。
具體實施方式
在以下詳細說明中，以實例方式闡述眾多具體細節(jié)以便圖解說明相關教示內容。 為了避免不必要地使本發(fā)明教示內容的方面模糊，已在相對高的層面上描述了所屬領域的技術人員所熟知的那些方法、程序、組件及/或電路。在所述實例中，描述能夠確定三維物件上的觸摸的位置的觸摸傳感器。所顯示及描述的實例實施電容性形式的觸摸感測。在一個例示性配置中，其有時稱作互電容配置，可使用導電驅動電極或線與導電感測電極或線的陣列來形成具有多個電容性節(jié)點的觸摸屏。 驅動電極與感測電極的每一相交點處形成有節(jié)點。雖然稱作相交點，但所述電極交叉但不進行電接觸。而是，感測電極與驅動電極電容性耦合于相交節(jié)點處。圖1示意性地圖解說明可用于觸摸傳感器中的二維感測柵格10。感測柵格10包括多個驅動電極14 (圖1中的X線)及多個感測電極18 (圖1中的Y線)。節(jié)點22形成于驅動電極與感測電極的相交點處。在一個實例中，在節(jié)點22檢測到的電容改變指示所述節(jié)點的位置處的觸摸。在所述觸摸傳感器處檢測到的任一觸摸具有通過在感測柵格10上的位置以二維界定的位置，在一個實例中界定為χ及y坐標。驅動電極及感測電極可經配置以視需要形成任一特定圖案且不限于圖1中所圖解說明的布置。在其它配置中，感測電極18可沿χ方向延伸且驅動電極10可沿y方向延伸。雖然在邏輯上柵格10是二維的，但感測柵格10可應用于三維物件。所述柵格應用于所述三維物件的任一所要表面。所述物件的表面具有三維輪廓。因此，除能夠在二維平面中檢測觸摸及移動以外或替代能夠在二維平面中檢測觸摸及移動，可以三維檢測其它手勢或運動，例如旋轉。通過將二維柵格應用于三維物件，使用二維感測技術而使用輸入信息來確定且在一些情況下追蹤觸摸位置。圖2示意性地圖解說明三維物件，例如具有應用于其的二維感測柵格10的控制旋鈕沈?？刂菩o沈可為用以控制音樂系統(tǒng)上的音量的指尖控制旋鈕?？刂菩o沈也可用以控制其它電子裝置或器具上的功能，舉例來說，經由類似控制旋鈕控制烤爐上的溫度設定?？刂菩o沈也可為手柄，例如摩托車或其它模式的運輸工具的加速器。具體來說，在基于電容的感測的情況下，當物件(例如，用戶的手指或手寫筆)觸摸節(jié)點或提供在緊密接近于節(jié)點處時，存在電容改變。此電容改變被發(fā)送到控制器以供處理從而確定所述電容改變發(fā)生的位置。隨著時間，由于在不同節(jié)點處檢測到電容改變，因此可確定觸摸物件的移動。用戶的手指/手不需要與三維物件接觸。舉例來說，可將用戶的手指準備接近物件解釋為觸摸，此取決于觸敏物件的敏感性。在具有三維輪廓的物件表面上，電極不再嚴格地遵循筆直線而是成曲線、以角度彎曲等，以遵循所述表面輪廓。在圖2的實例中，將類似于圖1的感測柵格的感測柵格10 應用于旋鈕26的圓柱形表面。因此，電極遵循旋鈕沈的圓柱形表面的輪廓。在所述實例中，Y線顯示為繞所述圓柱形表面的橫向幅度的圓形，而X仍為筆直的且沿縱向方向沿所述圓柱形表面延伸，但X與Y線可成更大角度且沿所述表面具有其它形狀。旋鈕26的圓柱形表面處的滑動觸摸可被檢測且用以指示沿指定方向的移動(例如，沿X線14)。在此實例中，所檢測的沿χ方向的觸摸移動可被視為拉或推事件?？蓪⒁粋€或一個以上功能指派給拉或推事件。舉例來說，依據所確定的移動方向，可打開或關閉收音機。如果檢測到觸摸且其指示繞旋鈕沈的移動(例如，沿Y線18)，那么觸摸位置中的
5這些改變中的任一者可被視為旋轉事件。各種功能可與所述旋轉事件相關聯。實例可為增加或減小收音機或者其它音頻或視頻系統(tǒng)的音量。所述控制功能基于所確定的觸摸旋轉方向。在更詳細實例中，如果η(其中η等于從1到5的任一數字)個大致平行的物件 (例如，手指)被感測到沿正X方向(從左到右)觸摸及移動，那么確定拉手勢，如圖2Α中所圖解說明。如果η個大致平行的物件(手指)被感測到沿負χ方向觸摸及移動，那么確定旋鈕處的推手勢，如圖2Α中所圖解說明。同樣，如果η個手指被感測到沿Y方向移動，那么在旋鈕處確定旋轉手勢，如圖2Β 中所圖解說明。在音量控制旋鈕的實例中，如果η個手指被感測到沿正y方向移動，那么確定音量的增加。如果η個手指被感測到沿負y方向移動，那么確定音量的減小。可使用確定接觸柵格的條目(例如，手指)正在移動的方向的各種方法(例如，與追蹤跨越二維感測柵格10的一個或一個以上物件觸摸的移動一同使用及與其相關聯的技術)，且為簡明起見本文中不予以詳細描述。對于其它應用，可檢測手勢中的兩者的組合，其可被解釋為另一類型的觸摸手勢。 舉例來說，對應于三維螺旋移動的螺旋手勢組合了沿X方向及y方向兩者的觸摸移動。此些手勢可被檢測及解釋為放大及縮小命令輸入，且可基于正/負方向確定來區(qū)分輸入手勢的放大/縮小方面。盡管用戶觸摸物件且以三維在所述物件上方以復合手勢移動手指，但 X-Y觸摸柵格提供類似于二維平坦柵格的坐標的觸摸坐標。三維螺旋手勢(在所述手勢期間多個手指觸摸物件)將被檢測為多個線性觸摸移動，例如圖2C中以實例方式所示的那些線性觸摸移動。如果η(其中η等于從1到5的任一數字)個大致平行的物件(例如，手指)被感測到沿組合了 χ方向移動與y方向移動兩者的對角方向觸摸及移動，那么控制器將確定用戶已做螺旋手勢，可能其中沿兩個方向的移動的量值超過閾值以在所述手勢顯著為推-拉或旋轉時避免所述手勢的假分類?？刂破骺舍槍β菪苿哟_定所述手勢沿χ及y 中的一者或兩者的正及負方向，這很像圖2A及2B的實例中的沿χ及y的正及負方向。此處提及放大及縮小命令作為可利用螺旋手勢檢測的輸入的實例。然而，螺旋手勢可用于其它命令的輸入；且如果檢測到沿χ及y兩者的方向，那么命令的可變性可在一定程度上大于縮放控制實例中的放大/縮小輸入。在另一實例中，將二維感測柵格10應用于操縱桿。操縱桿可被視為圖2中所圖解說明的旋鈕的伸長形式。在其中三維物件可能被用戶的手抓握而非被用戶的手指觸摸的實例(例如，引導輪及操縱桿實例)中，可通過監(jiān)視用戶的手與柵格之間的間隙所導致的觸摸感測柵格處的移動來確定物件處的手勢。舉例來說，如果用戶用手抓握引導輪，那么手的大部分與所述引導輪的表面接觸，因此可能不會容易地檢測到軸向旋轉事件。在此實例中，在多數例示中， 用戶的手的接觸點與所述引導輪之間將形成間隙，其可被檢測及追蹤。感測這些間隙的位置改變(例如，移動)以便確定軸向旋轉事件。在引導輪及操縱桿實例中，替代追蹤從無觸摸檢測到觸摸檢測的轉變的電容改變或除追蹤從無觸摸檢測到觸摸檢測的轉變的電容改變以外，使用三維觸摸檢測的系統(tǒng)也可檢測及追蹤從觸摸檢測到無觸摸檢測的轉變的電容改變。使用上文所描述的技術，測量柵格上的一個或一個以上觸摸的移動而非三維物件的實際移動。三維物件本身可保持固定。在圖2的旋鈕實例中，所述旋鈕不需要沿χ方向旋轉，而是，用戶的手指跨越所述旋鈕的表面的移動被解釋為旋扭所述旋鈕且因此指示用戶期望的音量增加/減小等。類似地，所述旋鈕不需要沿y方向移入或移出，而是，用戶的手指縱向沿旋鈕的圓柱形表面的移動被解釋為推入或拉出所述旋鈕且因此(舉例來說)指示用戶的打開或關閉受控制裝置的期望。圖3圖解說明控制旋鈕的另一實例。在圖3的實例中，所述旋鈕已通過在圖1的二維柵格中形成突出部形成。在此實例中，形成所述旋鈕的所述突出部具有表面，所述表面具有更復雜的三維輪廓，然而，在圖3的旋鈕處檢測到的觸摸被檢測為X及Y電極的柵格處的觸摸。以此方式，通過在三維物件上的節(jié)點處進行感測將物件表面處的觸摸的三維位置及/或移動翻譯成平坦二維柵極上的感測的等效物。用于控制功能(例如，我們較早的實例中的音量控制及打開/關閉控制)的邏輯可基于對復雜的三維輪廓且因此三維觸摸的位置的知識。圖4圖解說明將感測柵格應用于三維物件的另一實例。如所示，圖4表示三維物件(例如，引導輪)的俯視圖。二維觸摸感測柵格可採用圓形形狀?？蓪⒐δ苤概山o滑動事件/手勢(沿Y線)及旋轉事件/手勢(沿X線)。在使用之前界定這些功能。此外，手勢可經指派以在檢測到相應手勢時致使某些功能發(fā)生。在圖5的實例中，將觸摸傳感器應用于引導輪的整個表面。因此，可將用戶可抓握所述輪的位置處的繞正切軸的軸向旋轉事件檢測為沿圖4及5的Y方向的觸摸移動。在一個實例中的這些軸向旋轉事件指示所要的加速/減速。如果所述輪是固定的，那么也可將繞整個輪的中心軸的軸向旋轉事件檢測為沿圖4及5的X方向的移動，舉例來說，類似于用戶旋扭機械引導輪以指示所要的車輛移動方向。在一個實例中，通過使圖2的管的端彎曲來形成圖5的引導輪，以使得所述端滿足并形成圓環(huán)形狀。如上文所論述，將二維觸摸感測柵格應用于三維物件且在二維柵格的等效物上檢測三維物件上的所檢測觸摸。若放平，感測柵格上將不存在Z方向，但在物件表面上，柵格的節(jié)點以三維分布且繞所述三維物件以三維檢測各個位置處的觸摸及手勢。所述弓I導輪可為用于車輛的引導輪，或可為計算機游戲弓I導輪等。在其它實例中，將觸摸感測柵格應用于其它三維物件(例如，圓錐(圖解說明于圖 6中)、棱錐(圖解說明于圖7中)及立方體(圖解說明于圖8中))的一個或一個以上表面，以使此些形狀的物件為觸敏的。圖9圖解說明例示性位置傳感器的側視圖。圖9的位置傳感器由覆蓋面板100、黏合層101、第一導電電極層200、襯底300、第二導電電極層400及保護層500組成。第一導電電極層200包括上文參照圖1及2所描述的多個感測電極且第二導電電極層400包括多個驅動電極。所述驅動電極與感測電極可經配置以視需要形成任一特定圖案。在圖9中，所述驅動電極垂直于所述感測電極而布置，以使得僅所述驅動電極中的一者的側在所述側視圖中可見。在包括面板的實例中，面板100由適于重復觸摸的彈性材料制成。面板材料的實例包括玻璃、聚碳酸酯或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。然而，在其它實例中，不需要面板100。 襯底300及保護層500可為電介質材料。第一及第二導電電極層200、400可由PEDOT (聚 (3，4_亞乙二氧基噻吩))或ITO(氧化銦錫)制成。
驅動電極與感測電極的面板(如圖1到8中所圖解說明)由相關聯電子器件支撐， 所述相關聯電子器件確定各種觸摸的位置且檢測條目(例如，手指)沿各種方向的移動。圖 10示意性地圖解說明用于檢測及處理位置傳感器620處的觸摸的設備。在此實例中，位置傳感器620包含連接到驅動通道660的所述多個驅動電極及連接到感測通道650的所述多個感測電極。驅動通道650及感測通道660經由連接器670連接到控制單元750。控制單元750可提供為單個集成電路芯片，例如通用微處理器、微控制器、可編程邏輯裝置/陣列、 專用集成電路(ASIC)或其組合。在一個實例中，控制單元750包括驅動單元710、感測單元 720、存儲裝置730及處理器單元740。處理器單元740能夠處理來自感測單元720的數據且確定觸摸的位置。處理器單元740還可追蹤觸摸的位置的改變以確定如上文所描述的運動。在其中處理器單元740為可編程裝置的實施方案中，感測電極的編程可駐存于存儲裝置730中。在一個實例中，驅動單元710、感測單元720及處理器單元740全部以單獨的控制單元提供。在一些實例中，處理器單元740可與另一處理裝置通信，所述另一處理裝置又起始與所檢測觸摸或手勢相關聯的功能。舉例來說，處理器單元740可與游戲平臺的中央處理單元或數字信號處理器、計算機或類似物通信，其解釋所檢測的觸摸或手勢且基于所檢測的輸入來控制游戲或類似物的方面。來自處理器740的通信可致使其它處理器執(zhí)行指令以致使事件在屏幕上發(fā)生，舉例來說，在屏幕上引導虛擬汽車或移動游戲人物(可能具有對應音頻輸出)?？蓪η拔闹兴枋龅膶嵗皩嵤├龀龈鞣N修改，且可在眾多應用中應用任何相關教示內容，本文中僅已描述所述應用中的一些應用。以上權利要求書意在主張任何及所有歸屬于本發(fā)明教示內容的真實范圍內的應用、修改及變化。
權利要求
1.一種用于確定三維物件上的觸摸的位置的觸摸傳感器，所述觸摸傳感器包含多個第一及第二電極以及所述第一與第二電極之間的絕緣體，所述第一及第二電極以及所述絕緣體安裝到所述三維物件的表面，所述多個第一電極沿第一方向布置，且所述多個第二電極沿不同于所述第一方向的第二方向布置以使得所述第一與第二電極彼此交疊以相對于所述物件在三維位置處形成觸摸感測節(jié)點；及處理器，其經配置以處理來自所述電極中的一者或一者以上的表示所述感測節(jié)點中的一者或一者以上處的所述觸摸的信號，以確定所述三維物件上的所述觸摸的位置。
2.根據權利要求1所述的觸摸傳感器，其中所述絕緣體包含絕緣襯底；且所述多個所述第一電極及所述多個所述第二電極中的至少一者形成于所述絕緣襯底的表面上。
3.根據權利要求1所述的觸摸傳感器，其中所述處理器經配置以處理多個所檢測觸摸且確定所發(fā)生的手勢，且當檢測到手勢的發(fā)生時起始對應于所述手勢的功能的執(zhí)行。
4.根據權利要求3所述的觸摸傳感器，其中所述功能選自由以下各項組成的群組調整音量級、給裝置接通電力及關斷裝置處的電力。
5.根據權利要求1所述的觸摸傳感器，其中所述三維物件為圓柱形。
6.根據權利要求1所述的觸摸傳感器，其中所述三維物件為圓盤形。
7.根據權利要求1所述的觸摸傳感器，其中所述第一電極形成驅動電極；所述第二電極形成感測電極；且所述觸摸傳感器進一步包含驅動單元，其經連接以將驅動信號施加到所述第一電極；及感測單元，其經連接以感測所述第二電極上的電荷改變且將感測結果供應到所述處理ο
8.根據權利要求1所述的觸摸傳感器，其中所述處理器經配置以檢測并追蹤觸摸位置的移動從而檢測選自由以下各項組成的群組的一個或一個以上手勢推手勢、拉手勢、沿第一方向的旋轉手勢及沿與所述第一方向相反的第二方向的旋轉手勢。
9.根據權利要求1所述的觸摸傳感器，其中所述處理器經配置以檢測并追蹤觸摸位置的移動從而檢測所述物件處的三維螺旋移動。
10.根據權利要求9所述的觸摸傳感器，其中所述處理器進一步經配置以檢測沿所述三維螺旋移動的至少一個方向的正與負移動之間的區(qū)別。
11.根據權利要求1所述的觸摸傳感器，其中所述處理器經配置以檢測并追蹤觸摸位置的移動從而檢測多個手勢，所述多個手勢包括推手勢、拉手勢、沿第一方向的旋轉手勢、 沿與所述第一方向相反的第二方向的旋轉手勢及三維螺旋手勢。
12.一種用于放置于三維物件的表面上的觸摸面板，所述觸摸面板包含沿第一方向布置的多個第一電極；多個第二電極；及所述第一與第二電極之間的絕緣體，所述多個第二電極沿不同于所述第一方向的第二方向布置以使得所述第一與第二電極彼此交疊以形成觸摸感測節(jié)點，其中所述多個第一及第二電極以及所述絕緣體經配置以便以使得所述節(jié)點中的每一者將相對于所述物件位于三維位置處的方式安裝到所述三維物件的所述表面。
13.根據權利要求12所述的觸摸面板，其中 所述絕緣體包含絕緣襯底；且所述多個所述第一電極及所述多個所述第二電極中的至少一者形成于所述絕緣襯底的表面上。
14.根據權利要求12所述的觸摸面板，其中所述三維物件為圓柱形。
15.根據權利要求12所述的觸摸面板，其中所述三維物件為圓盤形。
全文摘要
本申請涉及三維物件上的觸摸感測。觸摸傳感器的實例能夠確定三維物件上的一個或一個以上觸摸及/或手勢的位置。
文檔編號G06F3/041GK102346590SQ20111016723
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權日2010年7月26日
發(fā)明者克里斯托弗·阿爾德, 埃薩特·伊爾馬茲 申請人:愛特梅爾公司