專利名稱：用于產(chǎn)生與手動輸入操作相關(guān)的信號的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生與手動，尤其是由用戶用他的手或手指相對于物理裝置所執(zhí)行的類似手勢的輸入操作相關(guān)的信號的系統(tǒng)以及方法，其中此信號用于對電子裝置的控制，尤其是對用于使用用戶程序的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的目的是產(chǎn)生解決方案，通過所述解決方案有可能產(chǎn)生用于信號處理操作的輸入信號，尤其用于用戶程序交互的控制信號，所述信號特別可靠且精確地與手動，尤其由用戶所執(zhí)行的類似手勢的輸入操作相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明通過一種用于產(chǎn)生輸入信號的系統(tǒng)來解決此問題，所述輸入信號本身與由用戶所執(zhí)行的手動輸入操作相關(guān)，所述系統(tǒng)包括:集成到設(shè)備組件中的包括若干平面狀且鄰近的電極的電極群組，及與電極群組的電極耦合的電路布置，其中電極群組及電路布置構(gòu)成傳感器電路，所述傳感器電路允許設(shè)備組件的物理接觸的狀態(tài)的檢測，以及用戶的手或手指在空間上位于設(shè)備組件之上的區(qū)域中的位置的檢測兩者。因此，有利地可以產(chǎn)生用于由用戶協(xié)調(diào)的手動輸入操作的輸入，所述輸入接口允許可靠地區(qū)分手指的自由空間移動及容納電極布置的結(jié)構(gòu)的物理接觸。在特別有利的模式下，可以以這種方式處理手勢，以及光標(biāo)控制及選擇過程，所述光標(biāo)控制及選擇過程以接觸過程來斷定或驗(yàn)證或含有一個或若干短暫接觸階段。本發(fā)明在特定范圍內(nèi)適用于實(shí)施“隱藏接口 ”，在具有普通設(shè)計(jì)屬性的電子設(shè)備的情況下，通過所述“隱藏接口 ”可提供直觀地可良好控制的額外功能。本發(fā)明尤其適用于在不同平面狀設(shè)備組件的情況下使用，所述設(shè)備組件尤其是顯示器、外殼、用戶面板，尤其還有計(jì)算機(jī)鍵盤。根據(jù)本發(fā)明的特定方面，位置檢測主要借助含于電極群組中的電極子群組實(shí)現(xiàn)，所述電極子群組包括彼此隔開的若干子電極。個別電極優(yōu)選地以一方式勾勒輪廓使得全體電極代表很大程度上閉合的區(qū)域。這些電極到電路布置的電連接可以一方式實(shí)現(xiàn)使得通過電效應(yīng)發(fā)生觸摸檢測，所述電效應(yīng)主要作用于電極群組的電極上且這樣做時借助此電極檢測到。此電極可以一方式配置使得所述電極代表尺寸最大的電極。此電極可以一方式配置使得所述電極實(shí)質(zhì)上在與位置檢測電極相同的區(qū)域上延伸。用于檢測觸摸的此電極可同樣布置在位置檢測電極的前方或優(yōu)選地布置在位置檢測電極后面。觸摸的檢測可(舉例來說)通過電極確定電極與用戶的顯著電容式耦合的存在而發(fā)生。優(yōu)選地，電極用絕緣體覆蓋，使得不發(fā)生電極的電流接觸。然而，其中起觸摸檢測作用的此電極可被用戶電流接觸的實(shí)施例也是可能的。
除以顯著信號電平為基礎(chǔ)的觸摸狀態(tài)的檢測之外，還可以以作用于電極的影響力的動態(tài)特征為基礎(chǔ)而確定觸摸檢測。因此(舉例來說)可使用應(yīng)用于電極上的電壓電平的明顯停滯，或在包括所述電極的情況下構(gòu)成的電容性系統(tǒng)的電容的停滯可在某一電平上用作旁證，其中可給予將被分類為接觸的狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，用戶的手指或手到系統(tǒng)的接近狀態(tài)的評估(如觸摸狀態(tài))還可依據(jù)若干組合的處理標(biāo)準(zhǔn)來發(fā)生，尤其是絕對信號電平、相對于信號電平的時間響應(yīng)的推導(dǎo)，以及(適用時)還有三角測量的結(jié)果。指示接觸的三角測量結(jié)果對于(例如)以下三角測量結(jié)果可為有效的:其計(jì)算的到位置檢測電極的個別距離揭示所檢測的對象位于至少相對靠近與由位置檢測電極所界定的電平處。根據(jù)本發(fā)明的電極群組可很大程度上配置為相對于個別電極的形狀以及其彼此間的管理為對稱的。此概念尤其適用于單手輸入系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明還可能以一方式配置電極群組使得所述電極群組可借助雙手輸入實(shí)現(xiàn)。對于此類應(yīng)用，電極群組可以一方式配置使得所述電極群組的一個區(qū)既定用于在相應(yīng)裝置的有利區(qū)域中用于此目的的特別精確的位置檢測，且剩下的區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上既定用于觸摸檢測。在根據(jù)本發(fā)明的將系統(tǒng)集成到計(jì)算機(jī)鍵盤中的情況下，關(guān)于X、Y軸且優(yōu)選地關(guān)于Z軸的特別精確的信息還可在(例如)數(shù)字鍵區(qū)的范圍內(nèi)確定，而在指派給左手的鍵區(qū)區(qū)域中，那些觸摸檢測實(shí)質(zhì)上是基于由第二只手進(jìn)行的對鍵盤的物理組件的接觸的檢測。連續(xù)地估算系統(tǒng)是可能的，處理(舉例來說)在接觸的情況下根據(jù)在手在接近的范圍內(nèi)之前(即，仍在接觸之前)所檢測的信號所確定的位置信息。而且，可能以一方式設(shè)計(jì)電路布置且將電路布置與電極連接，使得電極的功能(作為主要位置檢測電極或觸摸檢測電極)可基于存儲器來確定。還可能動態(tài)地調(diào)整電極的功能。因此，對于位置檢測的每一接近狀態(tài)，可使用允許特別可靠的三角測量的電極群組。優(yōu)選地，電極群組以一方式配置使得所述電極群組包括主電極及那些子電極。子電極優(yōu)選以一方式配置使得這些子電極每次具有一個比主電極小的電極表面。子電極可尤其設(shè)計(jì)為具有小的表面，使得子電極的總面積小于主電極的總面積。尤其在將電極群組配置為矩形電極系統(tǒng)的配置中，可以將子電極布置在檢測區(qū)的邊緣區(qū)域中。子電極可以一方式配置使得這些子電極每次構(gòu)成相對于中心位于矩形表面的前方的電極對。所以，可以借助左及右子電極獲得關(guān)于X軸的相對精確的數(shù)據(jù)，且借助較低及較高電極獲得關(guān)于Y軸的相對精確的數(shù)據(jù)。依據(jù)此信息的全部因而可以某一一致性和進(jìn)一步近似估量確定關(guān)于Z軸的信息。作為對作為相對長延伸的電極及沿著檢測區(qū)的邊緣區(qū)域延伸的電極的子電極的類型的替代，還可以將子電極(作為相對小、粗短建造的電極)放置在檢測區(qū)的相應(yīng)邊緣區(qū)域中。接近于邊界的子電極或布置在邊緣區(qū)域中的電極的前述布置在結(jié)合觸摸墊顯示器系統(tǒng)使用根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)的情況下尤其適用。根據(jù)參考本發(fā)明的進(jìn)一步的解決方案思想，還可以將子電極布置在由主電極包圍的區(qū)域內(nèi)。子電極在這方面可設(shè)計(jì)為實(shí)質(zhì)上接近于中心的電極群組，或它們還可以一方式替代性地布置，使得它們的表面重心位于相對接近于觸摸檢測區(qū)的經(jīng)指派象限或區(qū)段的表面重心處。
電極布置優(yōu)選地以一方式配置，使得檢測區(qū)代表實(shí)質(zhì)上矩形區(qū)域。電極子群組在這方面優(yōu)選地被配置為基本上旋轉(zhuǎn)對稱乃至在檢測區(qū)中點(diǎn)對稱。根據(jù)本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例，電極子群組以一方式配置，使得所述電極子群組包括四個子電極，且子電極的位置以一方式固定，使得子電極的表面重心代表矩形、菱形或正方形的邊緣。可以用載體電極來配合根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，所述載體電極在電極的背朝電極群組下面的檢測區(qū)的一個較低側(cè)上延伸。借助此載體電極可實(shí)現(xiàn)向后屏蔽。載體電極可以一方式連接到電路布置或另一驅(qū)動電路，使得此載體電極作為遮蔽電極操作，用于電極群組的較低側(cè)的廣泛屏蔽。載體電極還可甚至用于觸摸檢測(對照圖15、16)。借助根據(jù)本發(fā)明的概念，可以創(chuàng)建電子裝置，所述電子裝置可集成到一裝置中，以便檢測肢體的位置及移動，尤其是用戶的手指在裝置前方的空間區(qū)域中的位置及移動，且以便同時確定用戶是否觸摸裝置的表面。本發(fā)明在用戶及由用戶所操作的裝置之間創(chuàng)建新的通信信道，其組合了手勢控制的自由度以及基于接觸的操作的清晰性。根據(jù)本發(fā)明的概念可以經(jīng)濟(jì)且極其緊密的硬件來實(shí)現(xiàn)。電路布置可(在適用時)由單一 ASIC(專用集成電路)來實(shí)現(xiàn)。或者，根據(jù)本發(fā)明的電路還可以市售組件仍以相對節(jié)約位置的方式而分散地實(shí)施。本發(fā)明在基于接觸的控制概念與在無接觸的情況下基于手勢的控制概念之間建立橋梁，且允許將技術(shù)集成到擴(kuò)散的計(jì)算機(jī)應(yīng)用(及類似物)中。本發(fā)明為基于手勢的控制鋪平了道路且支持對基于手勢的控制的接受。根據(jù)本發(fā)明的解決方案除了此處所指示的由特定電極布置及所指派的電路布置組成的系統(tǒng)之外，還包括用于提供信號的方法，其在近似處理的范圍內(nèi)兩者均包含提取的位置信息及在接觸設(shè)備組件的情況下所產(chǎn)生的觸摸信息。


本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)節(jié)及特征源于下文結(jié)合圖式的描述，其中圖展示:圖1是說明在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中的用于組合手勢及接觸檢測的電極群組的結(jié)構(gòu)的示意表示；圖2是說明根據(jù)圖1的電極群組電連接到作為ASIC執(zhí)行的電路布置的示意表示；圖3是說明電極布置的配置的兩個進(jìn)一步變型的示意表示；圖4是說明對于運(yùn)動及接觸過程的彳目號電平的響應(yīng)時間的圖表；圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的信號處理的優(yōu)選變型的流程圖；圖6到9是說明在根據(jù)本發(fā)明的用于手勢及接觸的組合檢測的系統(tǒng)中根據(jù)本發(fā)明的電極群組的進(jìn)一步變型的結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步示意表示；圖10到12及15、16是加深闡釋根據(jù)本發(fā)明的組合接觸檢測的概念的示意圖；圖13及14是用于闡釋根據(jù)本發(fā)明的用于結(jié)合顯示器裝置使用的概念的示意圖；圖17、18及19是說明根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)處理器使用的示意圖_在目前案例中，所述數(shù)據(jù)處理器是筆記本或臺式計(jì)算機(jī)及投影設(shè)備。
具體實(shí)施方式
圖1展示根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生本身與由用戶所執(zhí)行的手動輸入操作相關(guān)的輸入信號的系統(tǒng)的電極群組的結(jié)構(gòu)。電極群組包含彼此鄰近的若干平面狀電極EL1、EL2、EL3、EL4及EL5。這些電極EL1、EL2、EL3、EL4及EL5連接到電路布置，在下文中結(jié)合圖2更詳細(xì)地闡釋所述電路布置。電極群組完全界定檢測區(qū)，所述檢測區(qū)允許肢體(尤其是用戶的手指)的空間檢測以及用以評估接觸的接近狀態(tài)的檢測兩者。連接到電極EL1、EL2、EL3、EL4及EL5的電路布置以一方式配置，使得經(jīng)由電極群組EL1、EL2、EL3、EL4及EL5實(shí)現(xiàn)觸摸檢測及位置檢測兩者，其中位置檢測主要借助含于電極群組ELl、EL2、EL3、EL4及EL5中的電極子群組來執(zhí)行，所述電極子群組包括彼此隔開的若干子電極EL1、EL2、EL3、EL4。所述系統(tǒng)可以一方式配置，使得位于電極上相對遠(yuǎn)處的移動對象(手指、手…)首先發(fā)生存在檢測或稍微粗略的位置檢測，其提供交互選擇的有限范圍。因此(舉例來說)當(dāng)在相對寬間隔的區(qū)域中用戶的手的存在仍辨認(rèn)為在鍵盤前方時，在比較久沒有鍵盤輸入之后可禁用屏保模式。在檢測肢體(尤其是用戶的手)在較寬間隔的區(qū)域中的存在的情況下，還可激活某一用戶及手勢解釋模式。因此(舉例來說)，在把手從鍵盤或顯示屏移開約30 cm的情況下，相應(yīng)計(jì)算機(jī)可進(jìn)入到“全屏模式”中，其中沒有工具條或大的控制面板顯現(xiàn)。在此全屏模式中，可辨認(rèn)幾個有傾向的粗略的肌肉運(yùn)動的手勢，例如，以扁平手提示為“翻頁手勢”或“返回頁手勢”，且可起始相應(yīng)的圖像再現(xiàn)。當(dāng)足夠接近于鍵盤時，在在鍵盤中且同時在顯示屏中使用本發(fā)明的情況下，(舉例來說)可阻止經(jīng)由屏幕的輸入模式。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還可用于計(jì)算機(jī)中，(舉例來說)通過用右手的手指接近顯示屏可在此顯示屏上導(dǎo)航光標(biāo)。通過左手相對于鍵盤的空間手勢或手指移動，接著可協(xié)調(diào)某些功能(比如選擇及縮放)。具體地，例如，用右手的手指可從具有以行及列布置的許多圖像的圖像預(yù)覽中選擇圖像。通過根據(jù)本發(fā)明在鍵盤左邊緣附近將左手的拇指與食指之間的距離放大，經(jīng)選擇的圖像可被放大、“增大”且再次減退。拖放動作還可以直觀且尤其良好可控制的方式與此聯(lián)合系統(tǒng)相配合。
`
在此處展示的實(shí)施例的實(shí)例中，電極群組EL1、EL2、EL3、EL4及EL5包括主電極GEN及那些子電極EL1、EL2、EL3、EL4、EL5。子電極EL1、EL2、EL3、EL4、EL5每次具有一個比主電極GEN小的電極表面。子電極EL1、EL2、EL3、EL4尤其可以一方式配置，使得它們的總面積小于主電極GEN的有效總面積。子電極EL1、EL2、EL3、EL4布置(如可見)在檢測區(qū)的邊緣區(qū)中。子電極EL1、EL2、EL3、EL4沿著檢測區(qū)的邊緣作為小矩形條延伸。由具有生成元信號的電壓加壓的生成元電極GEN位于較低側(cè)上，即電極群組的與輸入?yún)^(qū)域相對的后側(cè)上。在圖1中展示的電極布置的示范性實(shí)施例中，后者包括(如已提及的)充當(dāng)位置檢測電極EL1、EL2、EL3、EL4的四個條狀子電極及居中布置的觸摸檢測電極EL5。(電極的數(shù)目可較小或較多，這還取決于應(yīng)用)。在此示范性實(shí)施例中，生成元電極GEN放置在所有測量電極的下面。電極布置在中間夾有絕緣層的兩層結(jié)構(gòu)中。電極布置在這方面可(例如)在兩層印刷電路上實(shí)現(xiàn)(見下方圖式表示)。允許觸摸檢測的較低布置的突出特點(diǎn)是制造大電極EL5使得其填充未被電極ELl到EL4占據(jù)的表面。觸摸敏感區(qū)域隨其在ELl到EL5之上延伸。
在圖2、11、12及14中，示意說明用于所指派電極布置的電子電路。如可在圖2中所見，電極連接到手勢IC/手勢電路的輸入。然而CHl到CH5是電路的(相同的)信道。測量電路呈現(xiàn)高電阻輸入。因此，電極EL5不干擾位置檢測電極ELl到EL4的功能。電極EL5具有到生成元電極GEN的強(qiáng)電容式耦合及相似電勢。為此，測量裝置的范圍未受電極EL5的引入影響，這也適用于根據(jù)圖7及8的電極布置。在這種情況下，所述范圍甚至通過電極EL5的效應(yīng)而增加。圖3中展示的兩個示范性實(shí)施例展示部署觸摸檢測電極EL5的兩種可能性。根據(jù)圖3a的實(shí)施例對應(yīng)于根據(jù)圖1b的實(shí)施例。在根據(jù)圖3b的示范性實(shí)施例中，觸摸檢測電極EL5在水平面上延伸，所述水平面代替由電極EL1、EL2、EL3及EL4所界定的電極水平面。觸摸檢測電極EL5可位于顯不器的外殼或頂層的結(jié)構(gòu)的正下方。尤其，觸摸檢測電極EL5可作為廣泛透明電極來執(zhí)行?？色@得此透明效果，因?yàn)橛|摸檢測電極EL5執(zhí)行為足夠薄，舉例來說執(zhí)行為真空金屬化或化學(xué)沉積金屬層或(例如)ITO層，執(zhí)行為導(dǎo)電塑料材料層，或執(zhí)行為精細(xì)網(wǎng)狀柵格結(jié)構(gòu)。在充當(dāng)位置檢測電極EL1、EL2、EL3、EL4的電極的全表面覆蓋中，可以在觸摸檢測電極中提供凹進(jìn)，或可以形成較低的區(qū)段(其可間或由電路布置去耦)，以便不破壞場發(fā)生。在圖3中是將此電極布置集成到裝置的外殼G中的所說明的實(shí)例。局部框(a)展不變型，其中所有的電極位于外殼內(nèi)部。在局部框(b)中，電極EL5放置在外殼的表面上。在這種情況下，在接觸的情況下的信號改變是最大的且因此明顯占優(yōu)勢。在圖4中說明借助根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的電極所掃描的輸入信號的折射率。電極用塑料隔離片(此處厚度d=6mm)覆蓋，使得用戶的手指不能直接接觸相應(yīng)電極?；诖藴y量的電極布置的配置對應(yīng)于根據(jù)圖3a的部署。所展示的信號是僅由一個電極掃描的信號。所表示的時延連續(xù)共計(jì)I秒。個別局部框表示:(a)無接觸的的情況下手靠近電極布置的特別快的移動(進(jìn)一步稱作“手勢”);(b)手指接近電極一直到隔離片且進(jìn)一步擱置在其上(“接觸及擱置”);(c)隔離片與手指的接觸，隨后離開手指，等于推動按鈕(“點(diǎn)擊事件”)；(d)隔離片與手指的雙接觸(“雙點(diǎn)擊事件”)。利用根據(jù)本發(fā)明的概念，可以用高清晰度檢測手勢及用戶的觸摸，且在此方面可靠地區(qū)分手勢與用戶的觸摸。如可在圖4中所見，即使當(dāng)使用(即，機(jī)殼或蓋子(例如，顯示屏)的)電絕緣隔離片時，也可以確定地辨別類型“手勢”與類型“觸摸及擱置”、“點(diǎn)擊事件”及“雙點(diǎn)擊事件”的移動之間的區(qū)別。(然而當(dāng)電極EL5位于裝置的表面上時，所述區(qū)別更明顯。)借助于信號振幅(其對應(yīng)于與裝置的接近度)及信號推導(dǎo)以及(因此)信號動力學(xué)(對應(yīng)于移動的速度)的特征而發(fā)生區(qū)別?！坝|摸”及“點(diǎn)擊”移動的特征是，在手指到達(dá)時信號的時間變化在機(jī)殼表面上經(jīng)歷強(qiáng)改變，精確地從高值到最少幾乎零的值(到達(dá)表面，不可能有進(jìn)一步的移動，手指變?yōu)殪o止)。在“點(diǎn)擊”及“雙點(diǎn)擊事件”的情況下，之后是快速的改變，在適用的情況下為信號振幅的窄時間序列中的顯著的雙改變，其以信號推導(dǎo)的較大負(fù)值為特征。在圖5中展示區(qū)別的可能算法。此將信號S的振幅，相對于信號時間的推導(dǎo)dS/dt及在確定的事件之間的時間差Λ處理為輸入?yún)?shù)。電子手勢的信號具有強(qiáng)的非線性(如對于距離的正方形及立方形相依性)；手指或其它動作相關(guān)對象在電極中所處位置越近，信號在相等距離改變中的絕對改變就越大。此看法增加接觸的確定的安全性，因?yàn)橥瑯虞^慢接近于裝置的外殼意味著信號推導(dǎo)的較大值?？梢詫?shí)驗(yàn)方法檢測到，對于人類來說不可能以一方式保持手指非?？拷鈿さ谋砻?用于最小移動的大的信號振幅及高敏感性)，使得此非同尋常且非典型使用的狀態(tài)可與表面上的接觸及擱置混淆。不同于圖4(a)的快速移動，針對以正常速度的手指的移動的信號具有明顯較慢的上升及下降時間，且與“點(diǎn)擊事件”的相似度更小。在圖6中展示電極的另一配置，其中位置檢測電極EL1、EL2、EL3、EL4雖然類似于根據(jù)圖1a的示范性實(shí)施例布置在觸摸檢測區(qū)的外部邊緣區(qū)中，但不是執(zhí)行為薄條，而是執(zhí)行為緊密的、粗短的邊緣電極。這些特殊邊緣電極具有較小尺寸且位于接側(cè)區(qū)域的邊緣。觸摸檢測電極EL5填充電極EL1、EL2、EL3、EL4之間的區(qū)域。圖7展示變型，其中位置檢測電極EL1、EL2、EL3、EL4位于檢測區(qū)域，且由觸摸檢測電極EL5包圍。位置檢測電極EL1、EL2、EL3、EL4經(jīng)配置為硬幣尺寸的圓形圓盤。在這些位置檢測電極EL1、EL2、EL3、EL4與觸摸檢測電極EL5之間形成相對寬的環(huán)形空閑區(qū)。圖8展示變型，其中位置檢測電極EL1、EL2、EL3、EL4執(zhí)行為極其緊密且放置在檢測范圍的中間。觸摸檢測電極EL5為接觸界定檢測區(qū)域。用于確定位置的檢測范圍較大。上文描述的電極的幾何形狀是示范性類型。其它幾何形狀同樣可能，其可尤其在形狀方面及其電極的相對位置方面不同。還可能使用生成元電極代替EL5，如在下文所描述。根據(jù)本申請案電極的數(shù)目可變化。位置檢測電極的數(shù)目可從1(僅接近檢測)至IJ(例如)8(或在特殊情況下更多)變化。同樣觸摸檢測電極的數(shù)目可變化。因此(例如)檢測區(qū)域可用三個觸摸檢測電極分為三個較低區(qū)。電極到下文中稱為評估電路的手勢電子設(shè)備的連接可通過導(dǎo)電路徑，優(yōu)選經(jīng)屏蔽的導(dǎo)電路徑發(fā)生，此處未更詳細(xì)表示。此類連接可在印刷電路的額外層中執(zhí)行或在圖9中說明的示范性兩層印刷電路的情況下執(zhí)行(對于圖8的電極配置)。觸摸檢測電極及此電極的生成元可具有切口，如果這些切口以及電極的連接的導(dǎo)電路徑優(yōu)選為電極表面的相對小部分，那么獲得特別高的信號質(zhì)量。在圖9中說明變型，其中除電極之外還辨認(rèn)連接的導(dǎo)電路徑及其可能的導(dǎo)電K?？梢詫㈦姌O的此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為廣的透明結(jié)構(gòu)，其可至少幾乎看不見地直接布置在顯示器上。用于此目的的觸摸檢測電極可執(zhí)行為極其薄的金屬層，或執(zhí)行為ITO層，或執(zhí)行為網(wǎng)/柵格。在前面提到的說明中，假設(shè)觸摸檢測電極連接到手勢電子設(shè)備的輸入中的一者。此輸入不必特別為此目的而設(shè)計(jì)。基于根據(jù)本發(fā)明的概念，還可能借助電子設(shè)備的相應(yīng)修改而檢測生成元電極的電容性負(fù)載，且以此為基礎(chǔ)推導(dǎo)觸摸狀態(tài)的指示信號。在圖10及11中展示此方法，如在圖10中可見，生成元電極GEN起觸摸檢測電極的作用(還見圖1)。通過測量生成元電極GEN的電容性負(fù)載C而實(shí)現(xiàn)觸摸檢測。此負(fù)載C (例如)可通過測量在連接阻抗Z處的電壓降而發(fā)生，所述連接阻抗Z連接在生成元G與生成元電極GEN之間(在圖11中示意說明為信號S)。此觸摸檢測方法因而可為有利的，因?yàn)檫@可在某些應(yīng)用中用較少的電極耗費(fèi)而實(shí)施。對于負(fù)載電容C，還可能還使用經(jīng)決定的感測電極(其(例如)在圖10中指定為GEN’)。接著此電極GEN’連接到生成元G，例如，類似于圖12中的繪圖。即使如在圖10中所說明的觸摸檢測電極(或生成元電極)是放置在檢測區(qū)域的中間且被執(zhí)行為透明(作為涂層或網(wǎng))，此電極配置也可在其后面容納顯示器。因而手勢及觸摸控制兩者在顯示器上均是可能的。在圖13中展示對于顯示器周圍的結(jié)構(gòu)尤其有利的電極配置。在此配置中，生成元電極GEN被執(zhí)行為在位置檢測電極EL1、EL2、EL3、EL4下面的框，且其不必為透明的，以便不覆蓋在底下的顯示器D。顯示器的ELl到EL4的屏蔽及觸摸檢測由透明電極SE實(shí)行，所述透明電極SE位于生成元電極GEN與顯示器D之間的層中。當(dāng)生成元電極GEN對于電容的改變敏感時，屏蔽電極SE不必電流連接，因?yàn)槠涞缴稍姌OGEN的電容性耦合CK對于功能是足夠的(圖14)?？梢赃€連接電極SE而不是觸摸檢測電極EL5 (對照圖2)。還將確保電極從顯示器的必要屏蔽。還可以使用如在圖6、7及8中展示的相同的電極組合件用于具有電容敏感性生成元電極的系統(tǒng)。僅關(guān)于GEN/GEN’上的EL5的描述必須為其改變。如可在圖15及16中所見，可以用載體電極來配合根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，所述載體電極在電極的相對于電極群組下面的檢測區(qū)較低的一側(cè)上延伸。借助此載體電極可實(shí)現(xiàn)后部屏蔽。載體電極可以一方式連接到電路布置或另一驅(qū)動電路，使得此載體電極作為屏蔽電極操作，用于電極群組的較低側(cè)的廣泛屏蔽。載體電極甚至還可用于觸摸檢測。在圖17中說明根據(jù)本發(fā)明的便攜式計(jì)算機(jī)，其包括鍵盤T以及輸入系統(tǒng)S。此輸入系統(tǒng)以一方式配置，使得所述輸入系統(tǒng)允許產(chǎn)生本身與由用戶所執(zhí)行的手動輸入操作相關(guān)的輸入信號。輸入系統(tǒng)包含在鍵盤附近集成到觸摸墊區(qū)域中的電極群組，所述電極群組包括彼此鄰近的若干平面電極。此外，輸入系統(tǒng)包括耦合到電極群組的電極的電路布置。電極群組及電路布置構(gòu)成傳感器電路，所述傳感器電路允許將評估為設(shè)備組件的物理接觸的狀態(tài)的檢測，且還允許用戶的手或手指在空間上位于所述設(shè)備組件上游的區(qū)域中的位置檢測。在物理接觸的情況下，發(fā)生手指位置的二維分辨率。當(dāng)如指示手指位于處于輸入系統(tǒng)上的觀察區(qū)域中時，發(fā)生手指頂部位置的空間分辨率。在圖18中展示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的變型，其執(zhí)行為平坦結(jié)構(gòu)且可借助電信號與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)R耦合。電極布置位于在外殼的此平坦結(jié)構(gòu)中，所述電極布置允許手指頂部位置的空間位置分辨率及在物理接觸(或依據(jù)配置，根據(jù)足夠窄的接近)的情況下的二維位置分辨率兩者。位置檢測以電容性交互效果為基礎(chǔ)而發(fā)生，它們的尺寸最后與用戶的手的位置符合。在圖19中展示結(jié)合投影設(shè)備B使用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)S位于在演講者的桌(其在此處為可辨認(rèn)的)上，所述系統(tǒng)S允許演講者的手指的空間位置的檢測及手勢檢測及基于此的光標(biāo)控制。系統(tǒng)S以一方式配置，使得在物理接觸的情況下其從3D模式改變進(jìn)入具有2D手指位置檢測的觸摸墊模式。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生本身與用戶所執(zhí)行的手動輸入操作相關(guān)的輸入信號的系統(tǒng)，其包括: 集成到設(shè)備組件中的包括彼此鄰近的若干平面狀電極的電極群組，及 與所述電極群組的所述電極耦合的電路布置， 其中所述電極群組及所述電路布置構(gòu)成傳感器電路，所述傳感器電路允許將評估為所述設(shè)備組件的物理接觸的狀態(tài)的檢測，且還允許用戶的手或手指在空間上位于所述設(shè)備組件前方的區(qū)域中的位置檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述位置檢測主要借助所述電極群組中所包含的電極子群組來實(shí)現(xiàn)，所述電極子群組包括彼此隔開的若干子電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述電極群組以某一方式配置使得其實(shí)質(zhì)上完全覆蓋充當(dāng)觸摸檢測區(qū)表面的全部表面區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述電極群組包括主電極及那些子電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中至少一個權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述子電極的總面積小于所述主電極的總面積或所述子電極每次具有一個比所述主電極小的電極表面，或所述子電極布置在所述檢測區(qū)的邊緣區(qū)中，且/或所述子電極作為條狀電極結(jié)構(gòu)沿著所述檢測區(qū)的邊緣延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中至少一個權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述檢測區(qū)包括邊緣區(qū)，且所述子電極布置在這些邊緣區(qū)域中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中至少一個權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述子電極布置在由所述主電極包圍的區(qū)域中，且/或所述檢測區(qū)代表實(shí)質(zhì)上矩形區(qū)域，且/或所述電極子群組實(shí)質(zhì)上被配置為在所述檢測區(qū)中旋轉(zhuǎn)對稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中至少一個權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述電極子群組包括四個子電極，且所述子電極的位置被固定使得所述子電極的表面重心代表矩形、菱形或正方形的邊緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中至少一個權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于提供載體電極，所述載體電極在所述電極的相對于所述電極群組下面的所述檢測區(qū)較低的一側(cè)上延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中至少一個權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于此載體電極連接到所述電路布置，且此載體電極作為屏蔽電極而操作以用于所述電極群組的較低部分的廣泛屏蔽。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中至少一個權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述電極中的至少一者是透明的，尤其設(shè)計(jì)為ITO層電極。
12.一種用于產(chǎn)生本身與用戶所執(zhí)行的手動輸入操作相關(guān)的輸入信號的方法，其中借助集成到設(shè)備組件中的包括彼此鄰近的若干平面狀電極的電極群組而發(fā)生對將評估為所述設(shè)備組件的物理接觸的狀態(tài)的檢測，以及空間上位于所述設(shè)備組件前方的區(qū)域中的位置檢測，其中所述接觸檢測根 據(jù)應(yīng)用于在所述位置檢測的范圍內(nèi)確定或產(chǎn)生的信號或由其導(dǎo)出的值上的檢測標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)生。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述檢測標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于依據(jù)相對于Z軸的位置的指示信號作用的時間響應(yīng)的特性的出現(xiàn)的動態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于此檢測標(biāo)準(zhǔn)包括所述Z軸的經(jīng)檢測位置的觀察，且當(dāng)距所述設(shè)備組件的某一距離顯現(xiàn)為低時檢測到接觸。
15.一種顯示器裝置，其具有根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中借此在接觸的情況下，手指移動的二維檢測及用戶的手指或手的空間檢測是可能的，其中連接到所述顯示器裝置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能可由在所述顯示器裝置前方執(zhí)行的類似手勢的輸入來協(xié)調(diào)。
16.一種計(jì)算機(jī)監(jiān)視器，其包括顯示器及鍵盤設(shè)備，其中允許以電場方式在空間上檢測用戶的手指或手的檢測構(gòu)件集成在所述顯示器中及所述鍵盤設(shè)備中，其中裝置功能可由在所述顯示器前方及所述 鍵盤設(shè)備前方執(zhí)行的類似手勢的輸入來協(xié)調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生與手動輸入操作，尤其與由用戶用他的手或手指在物理裝置前方執(zhí)行的類似手勢的輸入操作相關(guān)的信號的系統(tǒng)以及方法。本發(fā)明的目標(biāo)是產(chǎn)生解決方案，通過所述解決方案有可能產(chǎn)生用于信號處理操作的輸入信號，尤其作為用于用戶程序交互的控制信號，所述信號以特別可靠且精確的方式與手動輸入操作，尤其與由用戶執(zhí)行的類似手勢的輸入操作相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明通過一種用于產(chǎn)生輸入信號的系統(tǒng)來解決此問題，所述輸入信號本身與用戶所執(zhí)行的手動輸入操作相關(guān)，所述系統(tǒng)包括集成到設(shè)備組件中的包括若干彼此鄰近的平面狀電極的電極群組，以及耦合到所述電極群組的所述電極的電路布置，其中所述電極群組與所述電路布置構(gòu)成傳感器電路，所述傳感器電路允許將評估為所述設(shè)備組件的物理接觸的狀態(tài)的檢測，以及允許用戶的手或手指在空間上放置在所述設(shè)備組件的上游的區(qū)域中的位置檢測。
文檔編號G06F3/048GK103189824SQ201180008910
公開日2013年7月3日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者阿爾喬姆·伊萬諾夫 申請人:微晶片科技德國第二公司