專利名稱：檢測觸摸輸入并生成可感知的觸摸刺激的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及觸覺學(xué)，并提供能夠檢測觸摸輸入還能夠生成可感知的觸摸刺激的設(shè)備。
背景技術(shù)：
諸如振動器之類的機電致動器當(dāng)前被用于產(chǎn)生觸摸刺激。然而，它們具有一些缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的多個但不一定是所有實施例，提供了一種裝置，包括具有表面的主體部分；至少一個反饋電極，其被配置為當(dāng)用戶接觸該表面時，向該用戶提供反饋刺激；以及觸摸傳感器布置，用于區(qū)分該表面上的不同用戶接觸。·根據(jù)本發(fā)明的多個但不一定是所有實施例，提供了一種柔性裝置，包括外部觸摸表面，用于由用戶進行觸摸；用于區(qū)分由用戶在該外部觸摸表面上進行的不同觸摸的模塊；以及電子模塊，用于當(dāng)該用戶觸摸該外部觸摸表面時，向該用戶提供觸覺反饋。


為了更好地理解本發(fā)明的各個示例性實施例，將參考僅作為示例的附圖，在所述附圖中圖IA示意性地說明了從頂、側(cè)視角看的裝置的示例；圖IB示意性地說明了從底、側(cè)視角看的裝置的示例；圖2示意性地說明了表面電極的示例的橫截面；圖3A示意性地說明了施加的第一周期性電勢差的示例；圖3B示意性地說明了施加的第二周期性電勢差的示例；圖4示意性地說明了裝置的功能部件的示例；圖5示意性地說明了一個示例性裝置的使用；圖6示意性地說明了觸摸傳感器布置的示例；圖7示意性地說明了控制觸摸刺激的裝置的部件；圖8示意性地說明了控制觸摸刺激的方法；圖9示意性地說明了使用電極來執(zhí)行測量的實施例，其中該電極還用于提供觸摸刺激；圖IOA示意性地說明了包括多層結(jié)構(gòu)的示例性裝置的部件；圖IOB示意性地說明了包括替代性的多層結(jié)構(gòu)的示例性裝置的部件；圖IOC示意性地說明了另一示例性裝置的部件；圖11示意性地說明了裝置的控制器的一個實現(xiàn)的示例。
具體實施例方式圖中示意性地說明的裝置10包括具有表面12的主體部分11 ;至少一個反饋電極4，其被配置為在用戶接觸該表面的位置處向用戶提供反饋刺激；以及觸摸傳感器布置6，用于區(qū)分表面12上的不同用戶接觸。在一些實施例中，觸摸傳感器布置6可以測量輸入?yún)?shù)，所述輸入?yún)?shù)例如為接觸的位置、和/或接觸位置在表面12上行進的速度、和/或在接觸位置處施加的壓力、和/或由于用戶接觸所造成的變形的程度、和/或在接觸位置處的接觸(皮膚)阻抗(Zc)。在接觸位置處提供的反饋刺激可以取決于這些區(qū)別性的輸入?yún)?shù)中的一個或多個。在一些實施例中，可以通過用戶使得裝置10或裝置10的一部分變形，例如表面12的全部或一部分是可變形的(包括但不限于壓縮性、伸展性、柔性、三維變形)。此外，反饋電極和觸摸傳感器布置可以形成透明可變形的多層結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，裝置10可以包括位于反饋電極和觸摸傳感器布置下方的顯示器8。在這些實施例中，反饋電極和觸摸傳感器布置中的每一個均是透明的，從而能夠觀看顯示器。反饋電極4可以提供“電調(diào)制的移動觸摸刺激”(EMMTS)。“電調(diào)制的移動觸摸刺激”(EMMTS)·主體部分11還可以在表面12上具有與反饋電極4間隔開的表面電極2?？刂破?0可以被配置為在表面電極2和反饋電極4之間施加時變的電勢差24。在使用時，用戶40 (例如圖5)單手或雙手握持裝置10或者使用兩個不同的身體部分來以其他方式接觸裝置10。用戶身體的一部分接觸表面電極2，并且用戶身體的另一部分(通常為手指)接觸反饋電極4。這兩個接觸點通過用戶身體2閉合了電路。反饋電極4具有相關(guān)聯(lián)的時變電場,其隨著所施加的時變的電勢差而改變。電場產(chǎn)生了時變的力，當(dāng)手指靜止時，該時變的力并不在用戶手指觸摸和覆蓋處直接產(chǎn)生觸摸刺激，但是當(dāng)用戶手指與觸摸電極4接觸的同時在反饋電極4之上被追蹤時，該時變的力間接地提供觸摸刺激。相信時變的力對施加到觸摸手指上的摩擦力進行調(diào)制，這樣當(dāng)在反饋電極4之上追蹤手指時在手指表面產(chǎn)生了調(diào)制的切變應(yīng)力。隨著手指在反饋電極4之上被追蹤而被用戶感知到的時變的觸摸刺激產(chǎn)生感知到的“紋理”，能夠通過控制所施加的電勢差的時間變化來改變所感知到的“紋理”。當(dāng)用戶觸摸反饋電極4時，通過包括所施加的壓力、觸摸手指和反饋電極4之間的接觸表面區(qū)域和其他接口接觸參數(shù)(例如接觸阻抗(Zc)、觸摸位置在表面12上行進的速度、觸摸造成的變形的程度)在內(nèi)的輸入?yún)?shù)來區(qū)分觸摸條件?？梢詫崟r地測量包括接觸阻抗Zc在內(nèi)的輸入?yún)?shù)?？梢愿鶕?jù)由輸入?yún)?shù)表征的當(dāng)前的實際觸摸條件來動態(tài)地調(diào)整與反饋電極4相關(guān)聯(lián)的時變的電場。在本文中，術(shù)語“電調(diào)制的移動觸摸刺激”(EMMTS)將表示在用戶身體部分處通過使用裝置施加時變的電勢差進行控制的觸摸刺激，當(dāng)在身體部分和裝置之間存在觸摸接觸同時在該身體部分和該裝置之間存在相對運動時該觸摸刺激易于被用戶感知到，但在身體部分和裝置之間存在觸摸接觸同時在該身體部分和該裝置之間不存在相對運動時該觸摸刺激不易于被用戶感知到。作為所施加的時變的電勢差的結(jié)果所流動的電流通常小于10 μ A，其小于直接致動神經(jīng)或肌肉所需要的電流。因此，可以將EMMTS視為對通過其他方法(例如在表面上拖拽手指)產(chǎn)生的神經(jīng)刺激(使用時變的電勢差)進行電調(diào)制。圖IA示意性地說明了從頂、側(cè)視角觀看的裝置10的示例，圖IB示意性地說明了從底、側(cè)視角觀看的該裝置的示例。裝置10包括主體11。主體11通常是柔性的，并向裝置10提供外形。主體11具有限定主體11的外部表面區(qū)域的外部表面12。在所示的但不一定是所有實例中，表面12提供了前面13、后面14和側(cè)面15。在該示例中的面限定了可以容納諸如控制器30之類的電子部件的內(nèi)部容積。在該示例中，前面13呈現(xiàn)了反饋電極4，在該電極的EMMTS期間在該反饋電極4之 上移動用戶的手指。其還可以包括額外的反饋電極，在該電極的EMMTS期間在該額外的反饋電極之上移動用戶的手指。反饋電極4被暴露在前面13處以供觸摸接觸。如以下更詳細地描述的，反饋電極4可以包括由適當(dāng)?shù)慕殡妼痈采w的導(dǎo)電層，該適當(dāng)?shù)慕殡妼油ǔＪ枪鈱W(xué)透明的。因此，盡管電極被暴露在前面13處，但導(dǎo)電層不一定暴露。電極4可以具有多目的功能。如以下更詳細地描述的，除了提供EMMTS反饋的功能之外，其還可以提供觸摸接觸阻抗測量(Zc)。在該示例中，各個反饋電極4均登記有正面13的表面12的光滑部分。在該上下文中的光滑表示在整個光滑部分上表面12具有基本上均勻的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)還可以很低?；旧暇鶆虻哪Σ料禂?shù)確保了施加給與表面12的光滑部分接觸的移動手指的摩擦力的變化主要是由施加給反饋電極4的電調(diào)制引起的。整個表面12可以是光滑的，并且與反饋電極相關(guān)聯(lián)的光滑部分不一定必須與表面12的其他部分在物理上不同。反饋電極4需要在至少一個方向上擴展一個足夠允許用戶手指在該方向上被物理追蹤的距離。反饋電極4在該方向上的擴展足夠(注意時變的電勢隨時間改變的速率)允許用戶以合理的速率追蹤他們的在反饋電極之上的手指，并能夠感覺到調(diào)制。如果使用周期性的調(diào)制，則可能需要針對低頻范圍具有更大的擴展。確定擴展的大小，并且控制電勢差的時間變化以向在反饋電極上被追蹤的用戶手指提供時變的觸摸刺激。后面14是裝置2的呈現(xiàn)后表面電極2的表面,后表面電極2用于閉合由任何一個反饋電極4產(chǎn)生的電子電路。后表面電極2可以是與裝置的地或地面34相連接的公共參考電極?？梢源_定接地表面電極2的大小并將其定位為當(dāng)裝置10如圖5中所示被握持在用戶手中時被用戶觸摸到。圖2示意性地說明了表面電極的示例的橫截面。所示的電極可以用作反饋電極4，或者獨立地用作接地電極2。在該示例中，表面電極包括覆蓋在基底21之上的導(dǎo)電層20和覆蓋在導(dǎo)電層20之上的介電層22。介電層22隔離導(dǎo)電層20以產(chǎn)生“絕緣的^面電極。因此，當(dāng)用戶觸摸表面電極時，在導(dǎo)電層20和用戶之間不存在電化(galvanic)連接?；?1可以是能夠支撐導(dǎo)電層20的任意基底。在一些實施例中，其可以是柔性的，在其他實施例中，其可以是裝置10的主體11。
導(dǎo)電層20可以是由任意適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料形成的。其可以例如由諸如由碳納米管(CNT)或銀納米線制成的鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)薄膜或涂層之類的金屬形成。其例如可以是銦錫氧化物(ΙΤ0)。其還可以由石墨烯形成。在一些實施例中，可以選擇導(dǎo)電層的材料和厚度，使得其基本上是光學(xué)透明的，并且通過其能夠看到作為基底21的裝置10的主體11。介電層22可以是具有高相對介電常數(shù)的介電層，例如二氧化鉿(HfO2)、氧化鋁(Al2O3)和二氧化鈦(TiO2)。其還可以由具有低相對介電常數(shù)的電介質(zhì)形成。介電層可以提供用于與用戶手指進行接觸的硬質(zhì)表面。介電層22的表面可以介于從光滑到粗糙的范圍內(nèi)?？梢酝ㄟ^具有機械地引入的背脊和機械空腔或圖案來控制表面輪廓。這種包括空腔和背脊的高度的圖案的周期的范圍可以是1-100 μ m。在一些實施例中，介電層22可以是光學(xué)透明的。第一導(dǎo)電層20、介電層22和基底21 (如果存在)的組合可以是柔性的。 盡管接地電極2可以被形成為如圖2中所示的絕緣的表面電極，但在其他實施例中，其可以被形成為電化表面電極。電化表面電極是這樣的表面電極，其具有暴露的導(dǎo)電層(無介電涂層)，從而當(dāng)用戶觸摸暴露的表面電極時，在導(dǎo)電層和用戶之間存在電化連接。反饋電極4不應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生與用戶的電化連接，這是因為這將顯著降低反饋電極4和用戶之間的用于EMMTS的電勢差。在如圖2中所示的示例中，反饋電極4是絕緣的表面電極。這種絕緣能夠構(gòu)建靜電勢。圖4示意性地說明了裝置10的一些功能部件的示例。裝置10包括一個或多個反饋電極4A、4B、4C、控制器30、能量源32和與參考地或地面32相連接的接地電極2。控制器30被配置為在一個(或每個)反饋電極4A、4B、4C和接地表面電極2之間施加時變的電勢差?？刂破?0還被配置為控制電勢差的時間變化?？刂破?0可以例如可控制地改變所施加的脈沖序列電勢差的幅度(H)、寬度(W)和周期(T)中的一個或多個，如圖3A和3B中所示。系統(tǒng)在使用1-100 μ A的體系中運行。當(dāng)控制器30施加時變的電勢差來使能EMMTS時，經(jīng)由表面電極的電流可以受控，使得其不超過ΙΟΟμΑ。如果控制器30被配置為將時變的電勢差施加到多個反饋電極4A、4B、4C，則其可以被配置為向多個反饋電極4中的每一個提供不同的時變的電勢差。其還可以被配置為單獨和獨立地至少控制不同的電勢差的時間變化。由于在使能EMMTS時因非常低的電流流動而使得控制器30的功耗非常低，所以有可能使得總是能夠EMMTS?？刂破?0隨后被配置為，當(dāng)裝置10被開啟或即使在設(shè)備被關(guān)斷但需要時，在反饋電極4和接地表面電極2之間連續(xù)施加時變的電勢差。圖3A和3B示意性地說明了可以由控制器30施加的時變的電勢差的示例。圖3A示意性地說明了所施加的第一周期性電勢差24A的示例，圖3B示意性地說明了所施加的第二周期性電勢差24B的示例?？刂破?0可以被配置為實時地測量輸入?yún)?shù)(如上所述)，并動態(tài)地調(diào)整所施加的脈沖序列電勢差?？刂破?0可以例如可控制地改變所施加的脈沖序列電勢差的幅度⑶、寬度(W)和周期⑴中的一個或多個。在所示出的示例中，電勢差24A是由包括間隙26的規(guī)則周期T分隔開的一系列的規(guī)則大禮帽脈沖(top-hat pulse)。每個脈沖可以通過其高度H和其寬度W來表征。脈沖序列可以被表征為{H，W，T}?？刂破?0可以例如通過控制H、W、T中的一個或多個來控制電勢差的時間變化。這樣脈沖序列可以被表征為{H(t)，W(t)，T(t)}，其中H(t)指示脈沖高度的時間變化，W(t)指示脈沖寬度的時間變化，而T(t)表示脈沖周期的時間變化。在其他實現(xiàn)中，電勢差可以是正弦信號，那么其可被表征為{H(t)，T(t)}。相信由電勢差生成的電場/摩擦力的變化對用戶感知的影響最大。因此，圖3A和3B中所示的大禮帽脈沖可能是優(yōu)選的，這是因為電勢差的快速增加產(chǎn)生了易于使用EMMTS感知的脈沖調(diào)制。此外，脈沖之間的時間差產(chǎn)生了取決于周期T(t)和用戶手指的移動速度的周期性表面“紋理”。通過時間調(diào)制T (t)，控制器30因此能夠使用EMMTS將信息傳送給 用戶。 觸摸傳感器布置圖8示意性地說明了用于控制觸摸刺激的方法50。方法50包括測量塊51、之后為處理塊52、之后為觸摸刺激施加塊53。圖7示意性地說明了根據(jù)方法50控制觸摸刺激的裝置的示例的部件。如圖7中所示，裝置10包括用于執(zhí)行測量的觸摸傳感器布置6 ;用于檢測在觸摸傳感器布置6處進行的測量并將這些測量的結(jié)果參數(shù)化的檢測器70 ;對由檢測器70提供的輸入?yún)?shù)進行處理以提供用于對用戶的EMMTS反饋刺激進行控制的反饋控制信號(向反饋電極4提供時變的電勢差)的控制器30。觸摸傳感器6用于區(qū)分在裝置的表面12進行的不同的觸摸輸入。可以例如通過測量諸如實際觸摸的位置(X，Y)和/或通過所施加的力的量和/或施加了力的區(qū)域和/或通過接觸阻抗(Zc)和/或通過觸摸位置在表面12上行進的速度來使用觸摸傳感器布置6區(qū)分觸摸輸入。在本示例中，檢測器70向控制器30提供測量輸入71。測量輸入可以例如識別表面12上的被觸摸的位置和/或表面12上的觸摸位置行進的速度和/或觸摸所施加的壓力和/或觸摸所導(dǎo)致的變形的程度和/或接觸(皮膚)阻抗(Zc)和/或已經(jīng)被觸摸的區(qū)域。檢測器70還可以向控制用戶接口的其他處理電路提供輸入71。例如，觸摸裝置10的表面12的不同位置可以使得能夠以不同方式控制裝置10或向裝置10提供不同的輸入命令?？刂破?0被配置為提供反饋控制信號(將時變的電勢差提供給反饋電極4)來控制給用戶的EMMTS反饋刺激。反饋控制信號可以取決于由檢測器70提供的從觸摸傳感器布置6輸出的參數(shù)化的測量。通常，在與由用戶觸摸的表面12的位置相同的位置處提供觸摸刺激。刺激的特征可以取決于觸摸的特征。例如，反饋控制信號可以取決于被提供作為測量輸入71的輸入?yún)?shù)中的任意一個或其組合，所述測量輸入71例如為表面12上被觸摸的位置和/或觸摸位置在表面12上行進的速度和/或觸摸所施加的壓力和/或觸摸所導(dǎo)致的變形的程度和/或接觸(皮膚)阻抗(Zc)和/或所觸摸的區(qū)域的尺寸?？梢酝ㄟ^控制如上所述的電勢差并根據(jù)觸摸的特征和狀況來改變EMMTS反饋控制信號。
圖7還說明了提供EMMTS的裝置10的部件，即一個或多個反饋電極4A、4B和4C以及與參考地或地面連接的接地電極2。可以針對反饋電極4A、4B和4C中的每個來同時執(zhí)行方法50。在所述或每一個反饋電極4處所施加的電勢差24可以具有不同的輸出參數(shù)，并且它們中的一些或者全部可以改變。參數(shù)可以包括針對周期信號、信號圖案(周期信號、未校正的白噪聲、校正的彩色噪聲、Ι/f噪聲、隨機信號的噪聲譜密度)的脈沖幅度H(t)、偏移電勢、脈沖寬度W (t)、脈沖密度例如T (t)。例如，所施加的電勢差24可以改變?yōu)榫哂泻懔縃(t)、W(t)和T(t)的脈沖序列、或具有變量H (t)和恒量W(t)和T(t)的脈沖序列、或具有變量T (t)和恒量H(t)和W(t)的脈沖序列、或具有變量W(t)和恒量H(t)和T(t)的脈沖序列，和具有改變的輸出參數(shù)H(t)、W(t)和T(t)中的全部或任意組合的脈沖序列。輸入?yún)?shù)值的庫可以作為矢量存儲在控制器30中。每個參數(shù)可以代表跨越矢量空間的一個矢量。輸入?yún)?shù)的值形成矢量空間中的矢量，并且每個矢量可以關(guān)聯(lián)于控制·EMMTS反饋的輸出參數(shù)的集合。當(dāng)具有輸入?yún)?shù)的特定矢量的測量場景出現(xiàn)時，庫中的與該矢量相關(guān)聯(lián)的輸出參數(shù)的集合用于控制EMMTS反饋的形成?？梢允褂糜?xùn)練來修改或增加庫，其中改變輸出參數(shù)值來實現(xiàn)個性化的EMMTS反饋并且隨后關(guān)聯(lián)于特定矢量?？刂破?0還可以根據(jù)在反饋電極4之下的顯示器8上顯示的內(nèi)容來接收輸入72?？刂破?0可以根據(jù)在下面的顯示器8上顯示的內(nèi)容來控制反饋控制信號。圖5示意性地說明了一個示例性裝置10的使用。在該示例中，裝置10是手持便攜式電子裝置44。用戶40使用手41握持裝置10。當(dāng)握持時，用戶的手41的拇指42接觸接地表面電極2，并且用戶的同一只手的手指43位于反饋電極4之上并位于觸摸傳感器布置6之上，以用于區(qū)分不同的用戶接觸位置。用戶40能夠在手指43的指尖與反饋電極4接觸時在反饋電極4上對其進行追蹤。觸摸傳感器布置6檢測該觸摸，并且裝置10適當(dāng)?shù)剡M行響應(yīng)?？刂破?0在接地電極2和反饋電極4之間施加時變的電勢差，用戶通過EMMTS將其感知為“紋理”?！凹y理”可以先于觸摸存在或可以響應(yīng)于觸摸?？刂破?0通過控制電勢差的時間變化可以將反饋信息傳送給用戶?；仡^看圖3A和3B，例如，脈沖25的周期的改變可以改變使用EMMTS在用戶手指處感知的“紋理”的周期。在一些實施例中，在觸摸傳感器布置6處進行測量和提供EMMTS反饋之間可以存在時分復(fù)用。當(dāng)發(fā)送部件用于提供EMMTS反饋和提供測量時，使用時分復(fù)用特別有用。例如，如圖9中所示，當(dāng)用于EMMTS反饋的電極4在沒有進行EMMTS反饋時，可以將其用來測量接觸阻抗或檢測用戶或?qū)ο蟮泥徑?。圖9示意性地說明了使用電極來執(zhí)行測量的裝置10的實施例，其中該電極還用于提供觸摸刺激。觸摸傳感器布置6包括多個可變形的電容器3，還包括電極4。每個電容器3具有通過可變形的電介質(zhì)9分離的電極5和電極7。當(dāng)在電容器3處出現(xiàn)觸摸輸入時，可變形電介質(zhì)9的彈性變形使得電容器的電容臨時改變。通過使用阻抗測量電路65檢測每個電容器3處的電容變化，不但可以檢測觸摸輸入何時出現(xiàn)和出現(xiàn)在哪里，而且可以檢測由于觸摸輸入而導(dǎo)致的可變形電介質(zhì)9的變形。電極4不僅用于提供觸摸刺激，而且用于鄰近感測和/或皮膚阻抗測量。開關(guān)62控制電極4是用于輸出(提供觸摸刺激)(在這種情況下，其連接到信號發(fā)生器63)還是用于輸出(鄰近感測和/或皮膚阻抗測量)(在這種情況下，其連接到作為檢測器70操作的阻抗測量電路65)。在所示的實施例中，阻抗測量電路65在M個電極4和N個可變形電容器3之間共享。復(fù)用器用于在在不同的部件處進行的測量之間進行順序切換以及選擇將哪個測量輸入提供給阻抗測量電路65。阻抗測量電路65對測量輸入進行參數(shù)化以向信號處理電路66提供阻抗測量參 數(shù)，信號處理電路66處理該輸入?yún)?shù)以產(chǎn)生輸出參數(shù)(例如，H(t)、W(t)、T(t))，該輸出參數(shù)用于控制信號發(fā)生器63提供反饋控制信號(提供時變的電勢差給反饋電極4)來控制給用戶的EMMTS反饋刺激。信號處理電路66和信號發(fā)生器63組合地作為控制器30進行操作。裝置10可以具有休眠模式和活動模式。在休眠模式中，不提供EMMTS反饋，并且并不進行整個范圍上的測量。然而，電極4可以用于鄰近檢測，所述鄰近檢測被阻抗測量電路65檢測為阻抗的變化。當(dāng)檢測到用戶或?qū)ο蟮呐R近時，裝置10醒來并且進入活動模式中，在活動模式中，在整個范圍上進行測量，并且根據(jù)這些測量來提供EMMTS反饋。圖IOA示意性地說明了裝置10的一個實施例的部件。在該示例中，反饋電極4與觸摸傳感器布置6集成在多層結(jié)構(gòu)15中。該多層結(jié)構(gòu)可以是透明的并且是可變形的，并且其可以覆蓋在柔性顯示器8之上。在該所示的示例中，該多層結(jié)構(gòu)包括介電基底19,其支持如圖6中所示的觸摸傳感器布置6。行電極5擴展到頁，從而可以在圖中的橫截面中看到它們中的一些。列電極7擴展跨過頁，從而在圖中的縱截面中可以看到它們中的一個。在相鄰的行電極5和相鄰的列電極7之間插入導(dǎo)電防護條。通過可變形的電介質(zhì)9來分離行電極5和列電極。介電層13將觸摸傳感器布置6與位于上方的反饋電極4分離。如上所述，反饋電極包括導(dǎo)電層20和位于上方的介電層22。介電層17和介電層13可以是柔性和透明的。它們均可以由諸如厚度為例如125微米的聚萘二甲酸(PEN)之類的聚酯層形成?？勺冃蔚慕殡妼?可以是柔性的和透明的。它可以由例如厚度為250微米的聚二甲基硅氧烷(PDMS)形成。電極層5、7、20可以是柔性的和透明的。它們可以例如由例如厚度為200nm的銦錫氧化物層形成或由分散的CNT(碳納米管)或銀納米線來實現(xiàn)。它們還可以由石墨烯片形成。防護條11可以是柔性的和透明的。它們可以由厚度為例如200nm的銦錫氧化物
層形成。在該示例中，檢測器70是諸如電容到數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7147 (模擬器件)之類的電容到數(shù)字檢測器。檢測器70的接地端連接到地(GND)，其ACshield端連接到列電極7和防護條11，并且輸入端連接到行電極5。電路(未示出)選擇性地將每對行電極5和列電極7以順序的方式連接到檢測器70。
在該示例中，反饋電極20經(jīng)由開關(guān)SI連接到控制器30，并且經(jīng)由開關(guān)S2連接到檢測器70。當(dāng)開關(guān)SI閉合時，開關(guān)S2斷開，而當(dāng)開關(guān)SI斷開時，開關(guān)S2閉合。當(dāng)開關(guān)SI閉合時，反饋電極4作為EMMDS電極操作。當(dāng)開關(guān)S2閉合時，反饋電極4作為鄰近或觸摸檢測器進行操作。可以通過檢測器70檢測到例如由手指接近或觸摸表面12導(dǎo)致的電容的變化。因此，當(dāng)開關(guān)S2閉合時，反饋電極4可以額外地作為觸敏布置進行操作。在一些實施例中，可以根據(jù)鄰近/觸摸檢測來控制裝置10。例如，當(dāng)鄰近檢測出現(xiàn)時可以例如通過開啟顯示器8來調(diào)整顯示器8的亮度級別，這將可以節(jié)省能源。系統(tǒng)還可以具有休眠模式和活動模式。在休眠模式中，不提供EMMTS反饋，并且并不在整個范圍上進行測量。然而，電極4可以用于鄰近檢測。當(dāng)檢測到用戶或?qū)ο蟮泥徑鼤r，系統(tǒng)醒來并且進入活動模式，在活動模式中，在整個范圍上進行測量，并且根據(jù)這些測量來提供EMMTS反饋。 當(dāng)諸如電極4之類的單個部件用于提供EMMTS反饋并用于提供諸如鄰近測量或接觸阻抗測量之類的測量時，使用時分復(fù)用特別有用。盡管在圖IOA中，列電極7被示出為連接到檢測器70的ACshield端，但在其他實施例中，列電極7可以連接到地GND。圖IOB示意性地說明了與圖IOA中所示的布置類似的布置。此外，其包括夾在兩個介電層13A和13B之間的導(dǎo)電層19來取代介電層13。該導(dǎo)電層可以連接到控制器70的ACshield端。導(dǎo)電層19將反饋電極4與電容器3的陣列電分離。介電層13A和14B是柔性的和透明的。它們均可以由諸如厚度為例如125微米的聚萘二甲酸(PEN)之類的聚酯層形成。導(dǎo)電層19可以是柔性的和透明的。它可以由厚度為例如200nm的銦錫氧化物層形成。圖IOC示意性地說明了與圖IOA中所示的布置類似的布置。然而，其并不包括開關(guān)SI和S2。其額外地包括經(jīng)由電容器92連接到反饋電極4的導(dǎo)電層20的觸摸接觸阻抗測量電路90。阻抗測量電路90是ac耦合的，并且工作在高頻率范圍(> IOOkHz)?？梢允褂弥С钟布δ艿闹噶顏韺崿F(xiàn)控制器30，例如通過使用通用或?qū)Ｓ锰幚砥髦械目蓤?zhí)行的計算機程序指令，所述可執(zhí)行的計算機程序指令可被存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)(盤、存儲器等)中以由這樣的處理器執(zhí)行。圖11示意性地說明了裝置的控制器的一個實現(xiàn)的示例?？刂破?0包括處理器60和存儲器62。其還包括由處理器60控制以在一個或多個反饋電極和參考電極上施加時變的電勢差的信號發(fā)生器63。處理器60被配置為對存儲器62進行讀寫。處理器60還包括輸出接口和輸入接口，處理器60經(jīng)由該輸出接口輸出數(shù)據(jù)和/或命令，數(shù)據(jù)和/或命令經(jīng)由該輸入接口輸入到處理器60中。存儲器62存儲包括計算機程序指令的計算機程序64，所述計算機程序指令在被加載到處理器60中時控制控制器30的操作。計算機程序指令64提供使得裝置能夠執(zhí)行如圖7中所示的方法的邏輯和例程。通過讀取存儲器62，處理器60能夠加載和執(zhí)行計算機程序64。
計算機程序可以經(jīng)由任何適當(dāng)?shù)膫魉蜋C制66到達控制器30。傳送機制66例如可以是計算機可讀存儲介質(zhì)、計算機程序產(chǎn)品、存儲器器件、記錄介質(zhì)，諸如有形地體現(xiàn)計算機程序64的制品。該傳送機制可以是被配置為可靠地傳遞計算機程序64的信號。盡管存儲器62被示出為單個部件，但其也可以被實現(xiàn)為一個或多個分離的部件，該一個或多個分離的部件中的一些或全部可以是集成的/可移除的和/或可以提供永久/半永久/動態(tài)/高速緩存的存儲。對“計算機可讀存儲介質(zhì)”、“計算機程序產(chǎn)品”、“有形體現(xiàn)的計算機程序”等或“控制器”、“計算機”、“處理器”等的引用應(yīng)當(dāng)被理解為不僅涵蓋具有不同結(jié)構(gòu)(例如單/多處理器架構(gòu)和順序(馮諾依曼)/并行架構(gòu))的計算機，而且涵蓋專用電路(如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用電路(ASIC)、信號處理器件和其他器件)。對計算機程序指令、代碼等的引用應(yīng)當(dāng)被理解為涵蓋用于可編程處理器的軟件或固件，如用于處理器的指令的硬件設(shè)備的可編程的內(nèi)容、或固定功能的器件、門陣列或可編程邏輯器件等的配置設(shè)置。控制器30可以被提供為模塊。反饋電極也可以被提供為模塊。參考電極也可以 被提供為模塊。在本文中使用的“模塊”是指排除了要由終端制造商或用戶添加的特定部分/部件之外的單元或裝置。從上文中可以理解的是，裝置10可以是可變形的裝置，并且包括反饋電極4和觸摸傳感器布置6的多層結(jié)構(gòu)15可以定義二維平面表面12或可以被扭曲來定義三維表面
12。在一些實施例中，用戶可以將裝置10變形為“任意形狀”。觸摸傳感器布置6被配置為檢測利用I到5個手指握持在用戶手掌中等的諸如握緊、擠壓、扭曲、彎曲、按壓之類的復(fù)雜變形。作為例如電容器3變形的結(jié)果，控制器70能夠生成表示局部化的變形圖的表面變形矢量D(AX，Δγ, Δζ)作為用戶與裝置進行交互的結(jié)果。每個局部化的變形圖可以例如關(guān)聯(lián)于不同的用戶輸入命令。其還可以關(guān)聯(lián)于由控制器30提供的不同類型的EMMTS刺激。圖6示意性地說明了觸摸傳感器布置6或觸摸傳感器布置6的一部分的示例。所示出的觸摸傳感器布置6包括以行和列布置的電容器3的陣列I。陣列I與裝置10的主體11的表面12平行設(shè)置。行中的每個電容器3共享公共的行電極5，列中的每個電容器共享公共的列電極7。由可變形的電介質(zhì)9來分離電極。當(dāng)觸摸輸入出現(xiàn)在電容器3處時，可變形電介質(zhì)9的彈性變形使得電容器的電容臨時改變。通過順序地檢測每個電容器3處的電容變化，不僅可以檢測觸摸輸入何時出現(xiàn)以及出現(xiàn)在哪里，而且可以檢測由于觸摸輸入造成的可變形電介質(zhì)9的變形。盡管在上文中參照各個示例描述了本發(fā)明的實施例，但可以理解的是，可以對這些示例進行修改而不偏離如所附權(quán)利要求所述的本發(fā)明的范圍?？梢砸耘c明確描述的組合不同的組合來使用在上文中描述的特征。盡管已經(jīng)參照具體特征描述了功能，但可以通過其他特征(無論是否描述)來執(zhí)行這些功能。盡管已經(jīng)參照具體實施例描述了特征，但是這些特征也可以出行在其他實施例(無論是否描述)中。盡管在上文的描述中盡量關(guān)注本發(fā)明的那些特別重要的特征，但應(yīng)當(dāng)理解的是，申請人針對在上文中說明和/或在附圖中示出的任何可專利的特征或特征的組合來要求保護范圍， 而不管是否對其進行了特別的強調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括 具有表面的主體部分； 至少一個反饋電極，其被配置為當(dāng)用戶接觸所述表面時，向所述用戶提供反饋刺激；以及 觸摸傳感器布置，用于區(qū)分所述表面上的不同用戶接觸。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中所述表面是可變形的表面。
3.如權(quán)利要求I或2所述的裝置，其中所述反饋電極和所述觸摸傳感器布置形成透明可變形的多層結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，還包括位于所述反饋電極和所述觸摸傳感器布置之下的顯示器，其中所述反饋電極和所述觸摸傳感器布置均是透明的。
5.如權(quán)利要求I到4中的任何一項所述的裝置，其中利用介電層將所述觸摸傳感器布置與所述反饋電極分離。
6.如權(quán)利要求I到5中的任何一項所述的裝置，其中利用位于兩個介電層之間的導(dǎo)電層將所述觸摸傳感器布置與所述反饋電極分離。
7.如權(quán)利要求I到6中的任何一項所述的裝置，其中所述觸摸傳感器布置包括可變形的電容器傳感器，每個可變形的電容器傳感器均包括一對可變形的電極和彈性可變形的電介質(zhì)。
8.如權(quán)利要求I到7中的任何一項所述的裝置，其中所述觸摸傳感器布置包括以行和列排布的電容器的陣列，其中行中的每個電容器共享公共的電極，并且列中的每個電容器共享公共的電極。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括用于每個電容器的絕緣導(dǎo)電防護。
10.如權(quán)利要求7到9中的任何一項所述的裝置，還包括檢測器，用于檢測所述觸摸傳感器布置的電容的變化。
11.如權(quán)利要求I到10中的任何一項所述的裝置，其中所述觸摸傳感器布置包括作為電極的所述反饋電極。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，還包括至少一個開關(guān)，用于控制所述電極是用于觸摸感測還是用于反饋。
13.如權(quán)利要求I到12中的任何一項所述的裝置，其中所述觸摸傳感器布置被配置為作為鄰近檢測器進行操作。
14.如權(quán)利要求I到13中的任何一項所述的裝置，其中所述觸摸傳感器布置被配置為作為接觸阻抗檢測器進行操作。
15.如權(quán)利要求I到14中的任何一項所述的裝置，還包括控制器，其被配置為提供用于控制給用戶的反饋刺激的反饋控制信號。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述反饋控制信號取決于來自所述觸摸傳感器布置的輸出。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述反饋控制信號取決于接觸位置。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述反饋控制信號取決于在所述接觸位置處的接觸方式。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述反饋控制信號取決于在所述接觸位置處所施加的力的量。
20.如權(quán)利要求18或19所述的裝置，其中所述反饋控制信號取決于在所述接觸位置處施加了力的區(qū)域。
21.如權(quán)利要求18、19或20所述的裝置，其中所述反饋控制信號取決于所述接觸位置處的接觸阻抗。
22.如權(quán)利要求18到21中的任何一項所述的裝置，其中所述反饋控制信號取決于接觸位置在所述表面上行進的速度。
23.如權(quán)利要求14到22中的任何一項所述的裝置，其中所述反饋控制信號取決于在下方的顯示器中顯示的內(nèi)容。
24.如權(quán)利要求15到23中的任何一項所述的裝置，其中所述控制器被配置為在所述反饋電極和表面電極之間施加時變的電勢差，并且被配置為至少控制所述電勢差的時間變化。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述控制器被配置為在所述表面電極和所述反饋電極之間施加周期性的電勢差。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述控制器被配置為改變脈沖刺激圖案的周期，所述脈沖刺激圖案包括主刺激脈沖的幅度(H)、持續(xù)時間(W)和周期(T)的改變。
27.如權(quán)利要求14到27中的任何一項所述的裝置，其中所述控制器被配置為，當(dāng)所述裝置活動時，在所述表面電極和所述反饋電極之間連續(xù)施加時變的電勢差。
28.如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述反饋電極包括導(dǎo)電層和外部介電層。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中所述外部介電層是透明的。
30.如權(quán)利要求28或29所述的裝置，其中所述外部介電層的厚度小于10μ m。
31.一種柔性裝置，包括 外部接觸表面，用于由用戶進行觸摸； 用于區(qū)分由用戶在所述外部觸摸表面上進行的不同觸摸的模塊；以及 電子模塊，用于當(dāng)用戶觸摸所述外部觸摸表面時，向所述用戶提供觸覺反饋。
32.—種方法,包括 區(qū)分由用戶在觸摸表面上進行的不同觸摸；以及 當(dāng)用戶觸摸所述外部觸摸表面時，向所述用戶提供觸覺反饋。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，還包括 根據(jù)所述觸摸的區(qū)分來控制響應(yīng)于觸摸的所述觸覺反饋。
34.如權(quán)利要求32、33或34所述的方法，其中所述觸覺反饋取決于所述接觸位置。
35.如權(quán)利要求32到34中的任何一項所述的方法，其中所述觸覺反饋取決于在所述接觸位置處的接觸方式。
36.如權(quán)利要求32到35中的任何一項所述的方法，其中所述觸覺反饋取決于在所述接觸位置處施加的力的量。
37.如權(quán)利要求32到36中的任何一項所述的方法，其中所述觸覺反饋取決于在所述接觸位置處施加了力的區(qū)域。
38.如權(quán)利要求32到37中的任何一項所述的方法，其中所述觸覺反饋取決于所述接觸位置處的接觸阻抗。
39.如權(quán)利要求32到38中的任何一項所述的裝置，其中所述反饋控制信號取決于接觸位置在所述表面上行進的速度。
全文摘要
一種裝置，包括具有表面的主體部分；至少一個反饋電極，其被配置為當(dāng)用戶接觸所述表面時，向所述用戶提供反饋刺激；以及觸摸傳感器布置，用于區(qū)分所述表面上的不同用戶接觸。
文檔編號G06F3/041GK102893241SQ201180023484
公開日2013年1月23日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者T·賴哈南, P·安德魯, Z·拉迪沃杰維克, H·薩繆爾 申請人:諾基亞公司