具有觸覺反饋的觸摸屏的制作方法
【專利摘要】一種裝置，包括至少一個(gè)處理器以及包括計(jì)算機(jī)程序代碼的至少一個(gè)存儲(chǔ)器，該至少一個(gè)存儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)程序代碼被配置為與該至少一個(gè)處理器一起使該裝置至少提供電極的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)，其中在第一狀態(tài)，該電極被配置用于觸摸輸入的檢測(cè)，并且在第二狀態(tài)，該電極被配置用于觸覺反饋的提供。
【專利說明】具有觸覺反饋的觸摸屏
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及與觸摸屏顯示器相關(guān)聯(lián)的方法和裝置的領(lǐng)域，尤其涉及一種被配置為提供電極的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)以使得該電極能夠作為電容觸摸傳感器或者作為電觸覺元件起作用的裝置。某些所公開的示例方面/實(shí)施例涉及便攜式電子設(shè)備，特別是所謂的手持便攜式電子設(shè)備，其可以在使用中被手持(雖然它們可以在使用中被置于支架中)。這樣的手持便攜式電子設(shè)備包括所謂的個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。
[0002]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)所公開的示例實(shí)施例的便攜式電子設(shè)備/裝置可以提供一種或多種音頻/文本/視頻通信功能(例如，電信、視頻通信和/或文本傳輸、短消息服務(wù)(SMS)/多媒體消息服務(wù)(MMS) /電子郵件功能、交互式/非交互式觀看功能(例如，web瀏覽、導(dǎo)航、TV/節(jié)目觀看功能)、音樂錄制/播放功能(例如，MP3或其它格式和/或(FM/AM)無線電廣播錄制/播放)、數(shù)據(jù)下載/發(fā)送功能、圖像捕捉功能(例如，使用(例如內(nèi)建的)數(shù)字相機(jī))以及游戲功能)。
【背景技術(shù)】
[0003]在觸摸用戶界面中，用于觸摸檢測(cè)的電容感測(cè)矩陣比傳統(tǒng)的電阻觸摸屏解決方案贏得了更大的忠誠。然而，這兩種技術(shù)都未結(jié)合觸覺反饋。存在旨在引入觸覺反饋而并不使部件機(jī)械地移動(dòng)的若干新興技術(shù)。其中之一是電觸覺表面，其利用到用戶的皮膚的電容耦合來在觸摸屏面板上產(chǎn)生可變的摩擦力。然而，將電容感應(yīng)和觸覺反饋組合在相同的電子顯示器中是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。
[0004]這里所公開的裝置和方法可能解決或者可能不解決這一問題。
[0005]該說明書中對(duì)之前公布的文獻(xiàn)或者任意【背景技術(shù)】的列舉或討論并不應(yīng)當(dāng)必然被理解為承認(rèn)該文獻(xiàn)或【背景技術(shù)】是現(xiàn)有技術(shù)的一部分或者是公知常識(shí)。本公開的一個(gè)或多個(gè)方面/實(shí)施例可能解決或者可能不解決【背景技術(shù)】問題中的一個(gè)或多個(gè)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)第一方面，提供了一種裝置，其包括至少一個(gè)處理器以及包括計(jì)算機(jī)程序代碼的至少一個(gè)存儲(chǔ)器，該至少一個(gè)存儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)程序代碼被配置為與該至少一個(gè)處理器一起使該裝置至少提供電極的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)，其中在第一狀態(tài)，該電極被配置用于觸摸輸入的檢測(cè)，并且在第二狀態(tài)，該電極被配置用于觸覺反饋的提供。
[0007]在第一狀態(tài)，該電極可以用作電容觸摸傳感器的一部分。術(shù)語“傳感器”可以被理解為意指電容傳感器陣列的單個(gè)節(jié)點(diǎn)。該裝置可以被配置為通過向電極施加電勢(shì)并且監(jiān)測(cè)與電容觸摸傳感器相關(guān)聯(lián)的電容來提供第一狀態(tài)。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，該電極可以用作自電容觸摸傳感器的一部分。在該實(shí)施例中，該裝置可以被配置為通過向電極施加電勢(shì)并且監(jiān)測(cè)該電極的電容來提供第一狀態(tài)。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施例中，該電極可以用作水平排列或垂直排列的互電容觸摸傳感器的發(fā)送器電極。在該實(shí)施例中，該裝置可以被配置為通過向發(fā)送器電極施加電勢(shì)并且監(jiān)測(cè)互電容觸摸傳感器的接收器電極的電容來提供第一狀態(tài)。
[0010]在第一狀態(tài)，該電極可以被配置為在觸控筆(stylus )處于電極附近時(shí)電容耦合至所述觸控筆。術(shù)語“觸控筆”可以被理解為意指能夠保存電荷并且能夠被用來提供觸摸輸入的任意物體。該觸控筆可以由導(dǎo)電材料或電介質(zhì)材料制成。該觸控筆可以是裝置的用戶(例如，用戶的手指)、常規(guī)輸入觸控筆(例如，如隨PDA等一起使用的觸控筆)或者由裝置的用戶所佩戴的手套(例如，包括被配置為保存電荷的指尖的手套)。
[0011]電極和觸控筆之間的電容耦合可以被配置為生成觸摸輸入信號(hào)以使得能夠檢測(cè)觸摸輸入。該觸控筆可以在其處于電極附近時(shí)與電極一起形成電容器。電極和觸控筆之間的電容耦合可以被配置為引起電極的電容的變化(根據(jù)觸控筆材料而增大或減小)。該電容的變化可以處于IfF和5pF之間。
[0012]該電極可以是被配置為在其自身和接收器電極之間生成電場(chǎng)的發(fā)送器電極。該觸控筆可以在其處于發(fā)送器電極附近時(shí)干擾該電場(chǎng)。發(fā)送器電極和觸控筆之間的電容耦合可以引起接收器電極的電容的變化(根據(jù)觸控筆材料而增大或減小)。該電容的變化可以處于IfF和5pF之間。
[0013]該裝置可以被配置為通過向電極施加周期性電勢(shì)并且控制該周期性電勢(shì)的幅度、頻率、持續(xù)時(shí)間和極性中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來提供第二狀態(tài)。
[0014]在第二狀態(tài)，該電極可以用作電觸覺元件。術(shù)語“元件”可以被理解為意指電觸覺系統(tǒng)的傳導(dǎo)電極。在第二狀態(tài)，該電極可以被配置為在觸控筆處于電極附近時(shí)電容耦合至所述觸控筆。電極和觸控筆之間的電容耦合可以被配置為提供觸覺反饋。
[0015]該裝置可以被配置為在提供第一狀態(tài)和提供第二狀態(tài)之間對(duì)電極放電，反之亦然。
[0016]該裝置可以被配置為在需要觸覺反饋時(shí)提供第二狀態(tài)，并且在不需要觸覺反饋時(shí)提供第一狀態(tài)。該裝置可以被配置為響應(yīng)于檢測(cè)到觸摸輸入而提供第二狀態(tài)，以提供與該觸摸輸入相關(guān)聯(lián)的觸覺反饋。該裝置可以被配置為在需要檢測(cè)觸摸輸入的時(shí)間段期間，在提供第一狀態(tài)和提供第二狀態(tài)之間反復(fù)切換。該裝置可以被配置為在需要提供觸覺反饋的時(shí)間段期間，在提供第一狀態(tài)和提供第二狀態(tài)之間反復(fù)切換。
[0017]該裝置可以被配置為使用一個(gè)或多個(gè)開關(guān)在提供第一狀態(tài)和提供第二狀態(tài)之間切換。在第一狀態(tài)，該一個(gè)或多個(gè)開關(guān)可以將電極連接至傳感器模塊。在第二狀態(tài)，該一個(gè)或多個(gè)開關(guān)將電極連接到電觸覺模塊。該傳感器模塊可以包括傳感器電源、傳感器控制電路和傳感器測(cè)量電路中的一個(gè)或多個(gè)。該電觸覺模塊可以包括電觸覺電源、電觸覺控制電路和觸控筆接地端中的一個(gè)或多個(gè)。
[0018]該裝置可以被配置為提供多個(gè)電極的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)。在第一狀態(tài)，電極可以被配置用于觸摸輸入的檢測(cè)。在第二狀態(tài)，該電極可以被配置用于觸覺反饋的提供。該裝置可以被配置用于為獨(dú)立于其它電極的一個(gè)或多個(gè)電極提供狀態(tài)。
[0019]該裝置可以包括電極。該電極可以由以下材料中的一種或多種制成:金、銀、銅、碳、石墨烯、氧化鋅、氧化銦錫和氧化釩(但是不限于這些材料)。該電極可以由兩個(gè)或更多交錯(cuò)材料帶的結(jié)(junction)所形成。
[0020]該裝置可以包括電極頂部的電絕緣材料。該電絕緣材料可以具有Imm或更小的厚度。該電極的上表面面積可以被選擇以使得無論電絕緣材料的厚度如何，由電極和觸控筆之間的電容耦合所引起的電容的變化都是可檢測(cè)的。
[0021]該裝置可以包括多個(gè)電極。相鄰電極之間的間距可以為至少1mm。電極可以被形成為材料網(wǎng)格(mesh)或者多個(gè)交錯(cuò)材料帶(strip)。網(wǎng)格和/或交錯(cuò)材料帶可以被形成為納米線/納米管/納米帶(例如，銀、碳、氧化鋅或石墨烯的納米線/納米管/納米帶)的薄膜和網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或多個(gè)。
[0022]該裝置可以是以下各項(xiàng)之一:電子設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、便攜式電信設(shè)備、任意前述設(shè)備的觸摸屏顯示器以及用于任意前述設(shè)備的模塊。
[0023]根據(jù)另外的方面，提供了一種包括這里所描述的任意裝置的設(shè)備。
[0024]根據(jù)另外的方面，提供了一種裝置，其包括用于提供電極的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的部件，其中在第一狀態(tài)，該電極被配置用于觸摸輸入的檢測(cè)，并且在第二狀態(tài)，該電極被配置用于觸覺反饋的提供。
[0025]用于提供第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的部件可以包括用于向電極施加電勢(shì)的部件以及用于監(jiān)測(cè)與電容觸摸傳感器相關(guān)聯(lián)的電容的部件。
[0026]用于提供第一狀態(tài)或第二狀態(tài)的部件可以包括用于向電極施加周期性電勢(shì)的部件以及用于控制該周期性電勢(shì)的幅度、頻率、持續(xù)時(shí)間和極性中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的部件。
[0027]該裝置可以包括用于在提供第一狀態(tài)和提供第二狀態(tài)之間切換的部件。
[0028]根據(jù)另外的方面，提供了一種方法，該方法包括:
[0029]提供電極的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)，其中在第一狀態(tài)，該電極被配置用于觸摸輸入的檢測(cè)，并且在第二狀態(tài)，該電極被配置用于觸覺反饋的提供。
[0030]該方法可以包括在電極處于第一狀態(tài)時(shí)，使用該電極檢測(cè)觸摸輸入。該方法可以包括在電極處于第二狀態(tài)時(shí)，使用該電極提供觸覺反饋。
[0031]除非由本領(lǐng)域技術(shù)人員明確指出或者理解，否則這里所公開的任意方法的步驟并非必須要以所公開的確切順序來執(zhí)行。
[0032]根據(jù)另外的方面，提供了一種記錄在載體上的計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括被配置為執(zhí)行這里所描述的任意方法的計(jì)算機(jī)代碼。
[0033]該處理器可以為微處理器，包括專用集成電路(ASIC)。
[0034]本公開孤立地或者以各種組合的方式包括一個(gè)或多個(gè)相對(duì)應(yīng)的方面、示例實(shí)施例或特征，而無論是否以該組合的方式或孤立地被特別指出(包括被請(qǐng)求保護(hù))。用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)所討論的功能的相對(duì)應(yīng)的部件也處于本公開之內(nèi)。
[0035]用于實(shí)施所公開的一種或多種方法的相對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序也處于本公開之內(nèi)并且被一個(gè)或多個(gè)所描述的示例實(shí)施例所包含。
[0036]以上
【發(fā)明內(nèi)容】
僅意在是示例性的和非限制性的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]現(xiàn)在參考附圖僅通過示例而給出描述，其中:
[0038]圖1a示出了被配置為提供觸覺反饋的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例；
[0039]圖1b示出了被配置為提供觸覺反饋的設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例；
[0040]圖2a示出了通過自電容觸摸傳感器的觸摸輸入的檢測(cè)；
[0041]圖2b示出了通過水平排列的互電容觸摸傳感器的觸摸輸入的檢測(cè)；[0042]圖2c示出了通過垂直排列的互電容觸摸傳感器的觸摸輸入的檢測(cè)；
[0043]圖3a示出了電觸覺層的存在會(huì)如何阻礙通過自電容觸摸傳感器的觸摸輸入的檢測(cè)；
[0044]圖3b示出了電觸覺層的存在會(huì)如何阻礙通過水平排列的互電容觸摸傳感器的觸摸輸入的檢測(cè)；
[0045]圖3c示出了電觸覺層的存在會(huì)如何阻礙通過垂直排列的互電容觸摸傳感器的觸摸輸入的檢測(cè)；
[0046]圖4a示出了多個(gè)自電容觸摸傳感器；
[0047]圖4b示出了多個(gè)水平排列的互電容觸摸傳感器；
[0048]圖4c示出了多個(gè)垂直排列的互電容觸摸傳感器；
[0049]圖5a示出了電觸覺層會(huì)如何引起自電容觸摸傳感器的意外觸發(fā)；
[0050]圖5b示出了電觸覺層會(huì)如何引起水平排列的互電容觸摸傳感器的意外觸發(fā)；
[0051]圖5c示出了電觸覺層會(huì)如何引起垂直排列的互電容觸摸傳感器的意外觸發(fā)；
[0052]圖6示出了電觸覺層會(huì)如何防止通過電容觸摸傳感器的觸摸輸入的檢測(cè)，并且甚至損壞電容觸摸傳感器的測(cè)量電路；
[0053]圖7a示出了用作自電容觸摸傳感器的電極陣列；
[0054]圖7b示出了用作電觸覺元件的圖7a的電極陣列；
[0055]圖8a示出了用作水平排列的互電容觸摸傳感器的電極陣列；
[0056]圖8b示出了用作電觸覺元件的圖8a的電極陣列；
[0057]圖9a示出了用作垂直排列的互電容觸摸傳感器的電極陣列；
[0058]圖9b示出了用作電觸覺元件的圖9a的電極陣列；
[0059]圖10示出了用于提供觸覺反饋的典型電觸覺信號(hào)；
[0060]圖1la示出了一系列開關(guān)會(huì)如何被用來改變自電容觸摸傳感器的電極功能；
[0061]圖1lb示出了一系列開關(guān)會(huì)如何被用來改變互電容觸摸傳感器的電極功能；
[0062]圖12a以截面圖示出了平行板電容器；
[0063]圖12b以平面視圖示出了平行板電容器；
[0064]圖13a示出了在電觸覺系統(tǒng)的電極頂部的一層電絕緣材料；
[0065]圖13b示出了在電容觸摸傳感器陣列的電極頂部的一層電絕緣材料；
[0066]圖14a示出了材料網(wǎng)格會(huì)如何被用來形成多個(gè)電極；
[0067]圖14b示出了交錯(cuò)材料帶會(huì)如何被用來形成多個(gè)電極；
[0068]圖15示出了包括這里所描述的裝置的設(shè)備；
[0069]圖16示出了使用這里所描述的裝置的方法；以及
[0070]圖17示出了包括用于控制這里所描述的裝置的使用的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0071]觸覺技術(shù)是一種通過對(duì)用戶施加力、振動(dòng)和/或運(yùn)動(dòng)而利用用戶的觸覺來傳遞信息的觸覺反饋技術(shù)。過去，觸覺反饋已經(jīng)被用來輔助虛擬對(duì)象(即，僅存在于計(jì)算機(jī)仿真中的對(duì)象)的創(chuàng)建和控制，并且用來加強(qiáng)遠(yuǎn)程機(jī)器和設(shè)備的控制。[0072]然而，近年來，觸覺技術(shù)已經(jīng)在便攜式電子設(shè)備中用來補(bǔ)充視覺內(nèi)容。例如，一些設(shè)備使用觸覺技術(shù)來響應(yīng)于觸摸而產(chǎn)生振動(dòng)。這可以與觸敏屏幕相結(jié)合，其中振動(dòng)能夠被用來確認(rèn)通過用戶的屏上內(nèi)容的選擇。在其它設(shè)備中，振動(dòng)已經(jīng)被用來將用戶指向特定的屏上特征，并且甚至被用來創(chuàng)建圖像的觸覺表示，以使得能夠使用減少的認(rèn)知努力來感知所顯示的內(nèi)容。
[0073]如在【背景技術(shù)】部分中所提到的，一種在皮膚中生成振動(dòng)的方法是在電子設(shè)備的顯示器中結(jié)合電觸覺系統(tǒng)。該技術(shù)基于電振動(dòng)，其中當(dāng)指尖跨攜帶交變電勢(shì)的導(dǎo)電體上方的絕緣層被劃過時(shí)，機(jī)械感受器(mechanoreceptor)被誤認(rèn)為感知到肌理(texture)。該效果是由于導(dǎo)體和皮膚的更深的富液傳導(dǎo)層之間的變化的靜電吸引而產(chǎn)生的一是一種改變所感知的動(dòng)態(tài)功能的效果。
[0074]圖1a示出了結(jié)合有電觸覺系統(tǒng)的設(shè)備。該設(shè)備包括電子顯示器101、電傳導(dǎo)層102(在這里被稱作電觸覺層)、電絕緣層103和電源104，電絕緣層103位于設(shè)備用戶105和電觸覺層102之間。電源104被配置為對(duì)電觸覺層102充電，并且電絕緣層103被配置為當(dāng)用戶105接近電觸覺層102時(shí)防止電觸覺層102和用戶105的皮膚之間的電流流動(dòng)。然而，如果電子顯示器101是電絕緣的，則電絕緣層103可以是不必要的。
[0075]電觸覺層102被配置為允許在其自身和用戶105之間建立電場(chǎng)。為此，電源104對(duì)電觸覺層102充電，并且電觸覺層102上的電荷引發(fā)了用戶105的皮膚上相反極性的電荷。電荷在電觸覺層102和用戶105上的堆積形成了電場(chǎng)。這可以被可視化為(動(dòng)態(tài))電容器，其中電觸覺層102是第一電極并且用戶105是第二電極，第一電極和第二電極被電絕緣體103隔開。由電觸覺層102上的電荷生成的靜電力吸引用戶105上的電荷，引起用戶皮膚的運(yùn)動(dòng)。
[0076]為了在用戶105的皮膚中生成振動(dòng)，電源104周期性地改變電觸覺層102上的電荷的量級(jí)(和/或極性)。電荷的變化引起電場(chǎng)強(qiáng)度(和/或方向)的變化，進(jìn)而引起皮膚中的振動(dòng)。通過控制電場(chǎng)強(qiáng)度，可能針對(duì)具體的接受器調(diào)諧皮膚振動(dòng)的頻率和幅度。不同于其它一些類型的觸覺反饋技術(shù)，由于電觸覺層102經(jīng)由電場(chǎng)電容耦合至用戶的皮膚或者任意其它觸控筆(即，以一定距離的動(dòng)作)，所以并不需要用戶105和設(shè)備之間的物理接觸。電觸覺層可以被劃分為多個(gè)可獨(dú)立控制的段。該配置允許一個(gè)段提供與另一個(gè)段不同的振動(dòng)的幅度和/或頻率，以使得觸覺反饋在顯示器的不同區(qū)域是不同的。
[0077]在(圖1b所示的)可替換配置中，電子顯示器101位于電觸覺層102和電絕緣層103的下方。該配置減小了電觸覺層102和用戶105之間的距離，這增大了電容。因此，該布置允許向電觸覺層102施加較小電勢(shì)以在用戶的皮膚上產(chǎn)生相同的靜電力，這有助于降低電觸覺系統(tǒng)的功耗。不同于圖1a的配置，圖1b的配置要求電觸覺層204和電絕緣層103是基本上光學(xué)透明的，否則用戶可能無法看到下面的電子顯示器101。然而，在兩種配置中，一個(gè)或多個(gè)層(電子顯示器101、電絕緣層103和電觸覺層102)可以由可伸縮的和/或柔性的材料制成。
[0078]觸摸屏界面是能夠檢測(cè)顯示區(qū)域內(nèi)的觸摸輸入的存在和位置的電子視覺顯示器。術(shù)語“觸摸屏”通常是指與用戶手指交互的界面，但是大多數(shù)技術(shù)還能夠感測(cè)諸如觸控筆之類的其它被動(dòng)物體。觸摸屏具有兩種主要屬性。首先，其使得用戶能夠直接地(而不是經(jīng)由屏上指針間接地)與所顯示的內(nèi)容交互。其次，其不需要否則控制屏上指針?biāo)璧娜魏沃虚g輸入設(shè)備(諸如鼠標(biāo)或觸控板)。
[0079]當(dāng)前存在有各種不同的觸摸屏技術(shù)。其中之一是電容觸摸屏技術(shù)，其包含了自電各系統(tǒng)和互電各系統(tǒng)兩者。
[0080]自電容觸摸傳感器(如圖2a所示)包括通過電絕緣體207與外部環(huán)境分開的電導(dǎo)體206 (電極)。與電觸覺系統(tǒng)相同，施加電勢(shì)(所圖示的示例中為10V)以對(duì)電極206充電。當(dāng)用戶的手指205或觸控筆(其通常將被接地)被帶入經(jīng)充電的電極206的附近(例如，通過觸摸電絕緣體207)時(shí)，在手指/觸控筆205上引發(fā)相反的電荷并且在其間形成電場(chǎng)208(即，電極206電容耦合至用戶/觸控筆205)。電極206和用戶/觸控筆205有效地用作(動(dòng)態(tài))電容器的相對(duì)板。因此，當(dāng)用戶/觸控筆205接近傳感器時(shí)，與電極206相關(guān)聯(lián)的總電容增加(通常增加lfF-5pF)。該電容的變化隨后被檢測(cè)到，并且如果該變化超過預(yù)定閾值，則傳感器將此解讀為觸摸輸入。如圖3a所示，傳感器從“關(guān)閉”狀態(tài)(無觸摸輸入)變?yōu)椤伴_啟”狀態(tài)(檢測(cè)到觸摸輸入)。
[0081]然而，互電容觸摸傳感器(如圖2b所示)包括第一電導(dǎo)體209和第二電導(dǎo)體210(發(fā)送器電極209和接收器電極210)。然后，施加電勢(shì)以對(duì)發(fā)送器電極209充電，其在其自身與接收器電極210之間生成電場(chǎng)208。發(fā)送器電極209和接收器電極210實(shí)際上用作電容器的相對(duì)板，并且測(cè)量與接收器電極210相關(guān)聯(lián)的電容。在示出的示例中，電極209、電極210處于相同平面(B卩，水平排列的互電容傳感器)中。在該配置中，雜散場(chǎng)線208在電極209、電極210的平面上方延伸到設(shè)備之外的區(qū)域中。當(dāng)用戶的手指205或觸控筆被帶入傳感器的附近時(shí)，手指/觸控筆205干擾電場(chǎng)208 (即，發(fā)送器電極209電容耦合至用戶/觸控筆205)。這樣，與接收器電極210相關(guān)聯(lián)的電容減小(通常減小lfF-5pF)。如使用自電容觸摸傳感器那樣，檢測(cè)該電容的變化。如果該變化超過預(yù)定閾值，則傳感器將此解讀為觸摸輸入。
[0082]為了提高互電容觸摸傳感器陣列的分辨率，每個(gè)傳感器的發(fā)送器電極209和接收器電極210可以被布置為一個(gè)電極在另一個(gè)電極的頂部(B卩，垂直排列的互電容傳感器)。圖2c中圖示了該布置。在該配置中，用戶的手指/觸控筆205電容耦合至發(fā)送器電極209(類似于自電容傳感器的電極206)，引起與接收器電極210相關(guān)聯(lián)的電容的減小。
[0083]通過使用電容觸摸傳感器的陣列，可能通過對(duì)來自多個(gè)傳感器的信號(hào)求平均而準(zhǔn)確指出觸摸的位置。這在觸摸輸入位于相鄰的傳感器之間或者跨越多個(gè)傳感器時(shí)是有用的。當(dāng)這允許檢測(cè)位于相鄰的傳感器之間的觸摸輸入的時(shí)候，該檢測(cè)在觸摸的位置與傳感器的位置重合時(shí)趨于更加準(zhǔn)確。為此，較大的傳感器密度通常是有利的。
[0084]如【背景技術(shù)】部分中簡(jiǎn)單提到的，電容觸摸屏和電觸覺技術(shù)的整合提出了各種技術(shù)挑戰(zhàn)。如果這些系統(tǒng)要在相同電子顯示器中正常工作，則這些挑戰(zhàn)必須被解決。
[0085]圖3a圖示了電觸覺系統(tǒng)與自電容觸摸屏技術(shù)進(jìn)行整合的情形。如以上所討論的，交變電壓在需要觸覺反饋時(shí)被施加到電觸覺層302，并且在不需要觸覺反饋時(shí)再被移除。當(dāng)沒有施加交變電壓時(shí)，電觸覺層302可以被接地或者是浮動(dòng)的。因此，存在電容觸摸傳感器和電觸覺層302之間存在電勢(shì)差的時(shí)刻。在所圖示的示例中，電觸覺層302處于浮動(dòng)電勢(shì)(當(dāng)電觸覺層處于“關(guān)閉”狀態(tài)時(shí))并且電容觸摸傳感器電極被保持在IOV。該電勢(shì)差導(dǎo)致電容觸摸傳感器電極和電觸覺層302之間的電容交叉耦合，這在圖中由電場(chǎng)線308表示。
[0086]電容交叉耦合可以阻止通過傳感器的觸摸輸入的檢測(cè)。這是因?yàn)殡娪|覺層302與傳感器電極306 —起形成電容器(將圖3a與圖2a相比較)。結(jié)果，與電極306相關(guān)聯(lián)的電容在已經(jīng)提供觸摸輸入之前相對(duì)大。當(dāng)用戶的手指305 (或觸控筆)隨后被帶入傳感器的附近時(shí)，與電極306相關(guān)聯(lián)的電容增大，但是電容差由于電觸覺層302的存在而減小。與圖2a中增加三條場(chǎng)線相比，這通過圖3a中增加一條場(chǎng)線來描繪。由于電觸覺層302，系統(tǒng)因此更加難以在“開啟”狀態(tài)和“關(guān)閉”狀態(tài)之間區(qū)分。
[0087]當(dāng)電觸覺系統(tǒng)與互電容觸摸傳感器集成時(shí)出現(xiàn)類似的情形。圖3b示出了水平排列的傳感器，而圖3c則示出了垂直排列的傳感器。在圖3b中，在正常情況下將延伸到電絕緣體307之外的雜散場(chǎng)線被電觸覺層302截?cái)?。結(jié)果，與接收器電極310相關(guān)聯(lián)的電容在已經(jīng)提供觸摸輸入之前相對(duì)小。當(dāng)用戶的手指305 (或觸控筆)隨后被帶入傳感器的附近時(shí)，與發(fā)送器電極309相關(guān)聯(lián)的電容增大，但是與接收器電極310相關(guān)聯(lián)的電容的減小(其被用來確定是否已經(jīng)發(fā)生了觸摸輸入)是可忽略的。這由在觸摸輸入之前和在觸摸輸入期間發(fā)送器電極309和接收器電極310之間的單條場(chǎng)線所描繪。電觸覺層對(duì)圖3c的垂直排列的傳感器具有相似的影響。
[0088]在觸摸輸入被施加到第一傳感器411時(shí)，電容交叉耦合還會(huì)導(dǎo)致陣列中的其它傳感器412的意外觸發(fā)。圖4a-圖4c圖示了多個(gè)觸摸傳感器411、412在正常條件下(即，在沒有電觸覺層的情況下)應(yīng)當(dāng)如何操作。在圖4a中，用戶的手指/觸控筆405引起自電容傳感器之一 411而不是其它傳感器412處的電容的增加。結(jié)果，系統(tǒng)僅在該傳感器411處檢測(cè)到觸摸輸入(即，狀態(tài)從“關(guān)閉”切換到“開啟”)。隨圖4b和圖4c中的互電容觸摸傳感器一起出現(xiàn)類似情形，其中用戶的手指/觸控筆減小了右手邊的傳感器411的接收器電極410處(而不是其它(多個(gè))傳感器412的接收器電極410處)的電容。
[0089]圖5a_圖5c圖示了向每個(gè)不同的傳感器陣列添加電觸覺層502的效果。當(dāng)用戶的手指/觸控筆505在每種情況下被帶入右手邊的傳感器511的附近時(shí)，與該傳感器511相關(guān)聯(lián)的電容如預(yù)期的那樣變化。然而，由于每個(gè)傳感器511、512交叉耦合至電觸覺層502，所以與其它傳感器512相關(guān)聯(lián)的電容也變化。以這種方式,施加到一個(gè)傳感器511的單個(gè)觸摸輸入還能影響其它傳感器512的狀態(tài)(B卩，每個(gè)傳感器從“關(guān)閉”狀態(tài)切換到“開啟”狀態(tài))。在觸摸屏設(shè)備中，該問題可以將其自身表現(xiàn)為屏上內(nèi)容的無意識(shí)選擇。
[0090]在電容觸摸屏和電觸覺技術(shù)集成在相同設(shè)備中時(shí)遇到的另一個(gè)問題是電觸覺層可能在電觸覺層處于“開啟”狀態(tài)時(shí)(即，當(dāng)電勢(shì)被施加到電觸覺層以提供觸覺反饋時(shí))在電容觸摸傳感器上引發(fā)電荷。
[0091]圖6示出了當(dāng)電觸覺層602分別處于“關(guān)閉”狀態(tài)和“開啟”狀態(tài)時(shí)，電觸覺層602和自電容觸摸傳感器606之間的電容交叉耦合。在“關(guān)閉”狀態(tài)，電觸覺層602處于浮動(dòng)電勢(shì)，其小于施加到下方傳感器606的電勢(shì)(該示例中為10V)。在該配置中，由于電容交叉耦合(由從傳感器606到電觸覺層602的電場(chǎng)線608所圖示的)，所以傳感器606在電觸覺層602上引發(fā)電荷。
[0092]然而，當(dāng)電觸覺層602處于“開啟”狀態(tài)時(shí)，電勢(shì)(該示例中為40V)被施加到電觸覺層602以向用戶提供觸覺反饋，該電勢(shì)通常大于施加到下方傳感器606的電勢(shì)(該示例中為IOV)。在該配置中，由于電容交叉耦合(由從電觸覺層602到傳感器606的電場(chǎng)線608所圖不的)，所以電觸覺層602在傳感器606上引發(fā)電荷。由于該電荷轉(zhuǎn)移，所以傳感器606無法在手指/觸控筆上引發(fā)電荷并且因此檢測(cè)到觸摸輸入。此外，由于施加到電觸覺層602的大電勢(shì)(相對(duì)于施加到傳感器606的電勢(shì)而言)，在傳感器606上所引發(fā)的電荷的量級(jí)可能會(huì)損壞電容觸摸傳感器606的集成電路(1C)。當(dāng)使用(圖2b和圖2c所示的)水平排列或垂直排列的互電容觸摸傳感器而不是自電容觸摸傳感器606時(shí),存在同樣的問題。
[0093]本裝置通過使用(多個(gè))相同電極用于檢測(cè)觸摸輸入并且用于提供觸覺反饋來解決以上所提到的問題。換句話說，形成電容觸摸傳感器的電極還兼作電觸覺元件。通過使用傳感器電極來提供觸覺反饋，在電極附近沒有額外的傳導(dǎo)層，并且因此沒有電容交叉耦合。由于僅需要一組電極，所以包括該裝置的設(shè)備可以比包括單獨(dú)的傳感器和電觸覺組件的那些設(shè)備較不復(fù)雜并且制造起來較不昂貴。此外，由于每層材料增加了裝置的剛性，所以在該裝置要被結(jié)合到柔性觸摸屏之中時(shí)，去除對(duì)于單獨(dú)的電觸覺層的需要是有用的，因?yàn)槠涫沟媚軌蛟诓蛔柚褂|摸屏的彎曲的情況下，為了改善耐用性而增加其它層的厚度。
[0094]為了實(shí)現(xiàn)該功能，每個(gè)電極被配置為置于第一狀態(tài)或第二狀態(tài)，以使得在第一狀態(tài)，該電極被配置用于觸摸輸入的檢測(cè)，并且在第二狀態(tài)，該電極被配置用于觸覺反饋的提供。該電極可以在需要觸覺反饋的任何時(shí)候被置于第二狀態(tài)，并且在不需要觸覺反饋的任何時(shí)候被置于第一狀態(tài)。
[0095]圖7a示出了作為自電容觸摸傳感器(即，被置于第一狀態(tài))操作的電極706的陣列。在該狀態(tài)中，電勢(shì)(該示例中為10V)被施加到電極706。當(dāng)用戶的手指/觸控筆705被帶入電極706的附近時(shí)，其電容耦合至電極706，引起電極電容的變化。如果電容的變化高于預(yù)定閾值，則登記觸摸輸入。圖7b示出了作為電觸覺元件(S卩，被置于第二狀態(tài))操作的圖7a所示的電極706的相同陣列。在該狀態(tài)中，電觸覺信號(hào)被施加到電極706。如將參考圖10更為詳細(xì)描述的，電觸覺信號(hào)由一系列電壓脈沖(S卩，周期性電勢(shì))構(gòu)成。通常地，該電壓脈沖具有大于施加到電容觸摸傳感器的電壓(該示例中為10V)的幅度(該示例中為40V)。當(dāng)用戶的手指/觸控筆705接近電極706時(shí)，該電壓脈沖在手指/觸控筆705中產(chǎn)生被用戶感覺到的振動(dòng)。
[0096]可以分別使用如圖8和圖9所示的水平排列或垂直排列的互電容觸摸傳感器的發(fā)送器電極809、909來實(shí)現(xiàn)類似功能。在圖8a和圖9a中，IOV的電勢(shì)被施加到每個(gè)傳感器的發(fā)送器電極809、909，而接收器電極810、910則接地。如之前所描述的，發(fā)送器電極809、909電容耦合至接收器電極810、910 (由在其間延伸的電場(chǎng)線808、908所圖示的)。當(dāng)用戶的手指/觸控筆805、905接近傳感器時(shí)，其電容耦合至發(fā)送器電極809、909，引起接收器電極電容的變化。如使用自電容觸摸傳感器那樣，該電容的變化在其超過預(yù)定閾值的情況下被登記為觸摸輸入。另一方面，當(dāng)每個(gè)傳感器的發(fā)送器電極809、909被置于第二狀態(tài)時(shí)，周期性電勢(shì)被施加到發(fā)送器電極809、909以在用戶的手指/觸控筆805、905中生成振動(dòng)(圖8b和圖9b)。
[0097]在圖7b-圖9b所示的示例中，40V的電觸覺信號(hào)被施加到陣列中的每個(gè)電極706(圖Sb和圖9b中的每個(gè)發(fā)送器電極809、909)。然而，在一些情況下，這可能是不必要的。例如，可以響應(yīng)于觸摸輸入的檢測(cè)而提供觸覺反饋?zhàn)鳛橐呀?jīng)檢測(cè)到所述觸摸輸入的確認(rèn)。在這種情況下，電觸覺信號(hào)僅需要被施加到檢測(cè)到觸摸輸入的電極(即，圖7b-圖9b中右手邊的電極)。因此，向其它電極提供電觸覺信號(hào)不必要地增加了系統(tǒng)的功耗。為了解決這一問題，每個(gè)電極可以被獨(dú)立控制，以使得一個(gè)電極的狀態(tài)獨(dú)立于其它電極的狀態(tài)。以這種方式，一個(gè)電極可以被用來提供觸覺反饋，而其它電極則被用來檢測(cè)觸摸輸入。然而，該特征并非是絕對(duì)必要的，并且如果需要，電極可以被配置為同時(shí)被置于相同狀態(tài)。
[0098]圖10示出了典型的電觸覺信號(hào)的示例。該信號(hào)包括一串短的、尖脈沖1013(具有幅度VO和10-50 μ S的典型持續(xù)時(shí)間11 )，其被分組在一起以形成基本脈沖1014 (具有幅度VO和0.5-2ms的典型持續(xù)時(shí)間t2)?；久}沖1014的頻率確定了觸覺反饋中所感知的
振動(dòng)頻率。
[0099]用于現(xiàn)有電容觸摸傳感器陣列的測(cè)量電路能夠以高達(dá)1200Hz (可能更高)的頻率掃描陣列(以確定是否已經(jīng)施加了觸摸輸入)。因此，如果基本電觸覺脈沖1014的頻率被設(shè)置為10-500HZ，則有足夠的時(shí)間窗口 T供測(cè)量電路來檢測(cè)電壓脈沖之間的觸摸輸入。例如，如果基本電觸覺脈沖1014具有IOHz的頻率，則測(cè)量電路能夠在該時(shí)間周期(T)內(nèi)掃描電極高達(dá)120次。以這種方式，以及被用來在不需要觸覺反饋的任何時(shí)候檢測(cè)觸摸輸入，電極還可以被用來在需要觸覺反饋的時(shí)間期間間歇性地檢測(cè)觸摸輸入。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，被用來提供觸覺反饋的那些電極的狀態(tài)將需要在此時(shí)間期間周期性地交替變化。
[0100]每個(gè)電極的狀態(tài)可以使用多個(gè)開關(guān)來控制。圖1la示出了包括用作自電容觸摸傳感器和電觸覺元件兩者的電極的設(shè)備的一種可能的電路圖。電極(Cap)與用戶的手指/觸控筆一起形成電容器(Cl)，并且該電路包括同時(shí)如下操作的三個(gè)開關(guān)(SW1-SW3):
[0101]為了將電極置于第一狀態(tài)，開關(guān)SW1、SW2和SW3分別被設(shè)置為“低”、“低”和“高”(雖然開關(guān)SW2可以被保持浮動(dòng)而不是接地)。在該配置中，電極被連接至傳感器模塊。該傳感器模塊包括傳感器電源、傳感器控制電路和傳感器測(cè)量電路，并且用來將該電極作為傳感器來操作。傳感器電源被配置為向電極施加電壓，傳感器控制電路被配置為控制施加到電極的電壓，并且傳感器測(cè)量電路被配置為測(cè)量電極的電容并且確定是否已經(jīng)發(fā)生了觸摸輸入(例如，通過將所測(cè)量的電容或者所測(cè)量的電容的變化與預(yù)定閾值比較)。
[0102]為了將電極置于第二狀態(tài)，開關(guān)SW1、SW2和SW3分別被設(shè)置為“高”、“高”和“低”(雖然開關(guān)SW3可以被保持浮動(dòng)而不是接地)。在該配置中，電極被連接至電觸覺模塊。該電觸覺模塊包括電觸覺電源、電觸覺控制電路和觸控筆接地端,并且用來將電極作為電觸覺元件來操作。電觸覺電源被配置為向電極施加電壓，電觸覺控制電路被配置為控制施加到電極的電壓(例如，電觸覺信號(hào)的幅度、頻率、持續(xù)時(shí)間和/或極性)，并且觸控筆接地端被配置為在用戶/觸控筆接近電極時(shí)將用戶/觸控筆接地。為了感知觸覺反饋，觸控筆接地端并非是絕對(duì)必要的(因?yàn)橛脩魧⒊洚?dāng)接地端)，但是其可以增強(qiáng)感覺。
[0103]可能有必要(或者至少是有利的)在狀態(tài)之間對(duì)電極放電，否則電極上來自之前的操作的剩余電荷可能對(duì)電極在后續(xù)操作期間的性能造成不利影響。例如，如果電極之前被用來提供觸覺反饋，則其可能由于由電觸覺電源施加到電極的(相對(duì)大的)電壓而包括大量表面電荷。如果該電極隨后被要求用作電容觸摸傳感器，則該電極的電容可能由于該表面電荷而超過傳感器測(cè)量電路的測(cè)量范圍，這可能會(huì)損壞測(cè)量電路。為了對(duì)電極放電，開關(guān)SffU SW2和SW3可以各自被設(shè)置為“低”。在該配置中，電極被連接至接地端。
[0104]圖1lb示出了包括用作互電容觸摸傳感器的發(fā)送器電極以及電觸覺元件兩者的電極的設(shè)備的類似電路圖。在這種情況下，電極(Tx)與傳感器的接收器電極(Rx)形成一個(gè)電容器(Cl)，并且與用戶的手指/觸控筆形成另一個(gè)電容器(C2)。該電路包括同時(shí)如下操作的四個(gè)開關(guān)(SW1-SW4):
[0105]為了將電極置于第一狀態(tài)，開關(guān)SWl和SW2被設(shè)置為“低”，并且開關(guān)SW3和SW4被設(shè)置為“高”(雖然開關(guān)SW2可以被保持浮動(dòng)而不是接地)。在該配置中，電極被連接至(以上所描述的)傳感器模塊。為了將電極置于第二狀態(tài)，開關(guān)SWl和SW2被設(shè)置為“高”，并且開關(guān)SW3和SW4被設(shè)置為“低”(雖然開關(guān)SW3和SW4可以被保持浮動(dòng)而不是接地)。在該配置中，電極被連接至(以上所描述的)電觸覺模塊。為了在狀態(tài)之間對(duì)電極放電，開關(guān)SW1-SW4可以各自被設(shè)置為“低”。該后者的配置還使接收器電極(Rx)放電。
[0106]圖1la和圖1lb的電路圖示出了到單個(gè)傳感器的連接。然而，相同的原理可以應(yīng)用于傳感器陣列。這可以通過復(fù)用(未示出)圖1la中開關(guān)SWl和電極(Cap)之間的連接并且通過復(fù)用(未示出)圖1lb中開關(guān)SWl和發(fā)送器電極(Tx)之間的連接以及開關(guān)SW4和接收器電極(Rx)之間的連接來實(shí)現(xiàn)。
[0107]一般來講，(分別在圖12a和圖12b中以截面圖和平面視圖示出的)包括由電介質(zhì)材料1216隔開的兩個(gè)電傳導(dǎo)板1215的平行板電容器的電容由下式給出:
[0108]C= ε 0 ε rA/d 等式 1
[0109]其中^是自由空間的介電常數(shù)，L是電介質(zhì)材料的相對(duì)介電常數(shù)，A(wXl)是每個(gè)板1215的面積，并且d是電介質(zhì)材料1216的厚度。此外，與這樣的電容器相關(guān)聯(lián)的功耗(P)由下式給出:
[0110]P = Vd2fC 等式 2
[0111]其中Vd是兩個(gè)板1215之間的電勢(shì)差，f是操作頻率，并且C是電容。 [0112]用來將電觸覺系統(tǒng)的電極1302 (圖13a)與用戶的手指/觸控筆1305隔開的電絕緣材料1316的厚度Cl1必須足夠小，以使得能夠生成用戶的手指/觸控筆1305中的可檢測(cè)的振動(dòng)。通常，電絕緣材料1316的厚度必須在所施加的電勢(shì)減小的情況下減小。為了以40V生成用戶的手指/觸控筆1305中的可檢測(cè)的振動(dòng)，電極1302和手指/觸控筆1305必須被具有大約I μ m或更小的厚度的電絕緣材料1316隔開。
[0113]與之相比，現(xiàn)有電容觸摸傳感器的電極1306通常由具有大約Imm或更大的厚度的電絕緣材料1316與用戶的手指/觸控筆1305 (圖13b)隔開。這是因?yàn)閭鞲衅鳒y(cè)量電路具有能夠被檢測(cè)的電容的上限。
[0114]由于本裝置的電極正在被用作電容觸摸傳感器和電觸覺元件，所以電絕緣材料的厚度是重要的考慮因素。一方面，如果絕緣體具有大約Imm的厚度，則電觸覺信號(hào)的電壓必須顯著增加，否則電極將無法在用戶的手指/觸控筆中產(chǎn)生可由用戶檢測(cè)的振動(dòng)。然而，這將顯著增加設(shè)備的功耗，這對(duì)于一些便攜式電子設(shè)備可能是無法接受的。另一方面，如果絕緣體具有大約Ium的厚度，則與電極相關(guān)聯(lián)的電容將增加而超出現(xiàn)有傳感器測(cè)量電路的限制，并且甚至可能損壞測(cè)量電路。
[0115]為了解決這一問題，電極的上表面面積(A)可以減小，以使得電極的電容即使在絕緣體的厚度小于Imm時(shí)也能夠被保持在傳感器測(cè)量電路的范圍之內(nèi)(根據(jù)等式1，假定電容與電極面積成比例并且與絕緣體的厚度成反比)。實(shí)際中，這可以通過由材料網(wǎng)格1417(圖14a)或者由多個(gè)交錯(cuò)材料帶1418 (圖14b)形成電極來實(shí)現(xiàn)。使用該配置，在網(wǎng)格/帶的結(jié)處形成電極(如由虛線圓圈1419所強(qiáng)調(diào)的)，并且?guī)?417、1418的寬度被選擇以使每個(gè)結(jié)(并且因此電極)的面積最小化。該配置的垂直帶還用作驅(qū)動(dòng)線，其用來承載往來于傳感器電極的電流，而水平帶用作感測(cè)線，其用來讀出每個(gè)電極的狀態(tài)。
[0116]帶1417、1418的寬度還將取決于用來形成帶的材料以及驅(qū)動(dòng)線和感測(cè)線之間的(節(jié)點(diǎn))電容(其通常將介于0.05Pf和2Pf之間)。例如，計(jì)算已經(jīng)表明，對(duì)于Ιμπι厚的絕緣體層(具有介電常數(shù)3)和0.6pF的節(jié)點(diǎn)電容，150 μ m的帶寬是可接受的。然而，如果使用具有高的表面電阻率的材料(諸如氧化銦錫)，則該寬度將太小而無法承載電信號(hào)。另一方面，如果使用銅來形成帶1417、1418，則該寬度將太大，因?yàn)閹?417、1418對(duì)于人眼將是可見的(這對(duì)于其中電極和驅(qū)動(dòng)線/感應(yīng)線對(duì)用戶應(yīng)當(dāng)光學(xué)透明的觸敏顯示器而言是不合適的)。對(duì)于銅而言，較適宜的寬度將是1-3 μ m，這能夠通過將每個(gè)帶1417、1418形成為子網(wǎng)格來實(shí)現(xiàn)。
[0117]電極可以由以下材料中的一種或多種材料制成:金、銀、銅、碳、石墨烯、氧化鋅、氧化銦錫和氧化釩。此外，當(dāng)網(wǎng)格或交錯(cuò)帶被用來形成電極時(shí)，網(wǎng)格/帶可以由材料薄膜制成，或者由納米線、納米管或納米帶(例如，銀、碳、氧化鋅或石墨烯的納米線/納米管/納米帶)的網(wǎng)狀物制成。
[0118]人手的勤勞的(glaborous)皮膚富有用于檢測(cè)肌理的機(jī)械感受器。機(jī)械感受器在手中最為密集分布的區(qū)域是指尖，這允許兩個(gè)物體在僅間隔l_2mm時(shí)被區(qū)分。這被認(rèn)為是人類指尖用于肌理感測(cè)的最大分辨率，并且因此是電觸覺系統(tǒng)的電極所要求的最小絕對(duì)間隔(因?yàn)槠涫沟媚軌蚰M所有可檢測(cè)的肌理)。在這方面，本裝置中的相鄰電極之間的間隔(即，當(dāng)使用網(wǎng)格1417或交錯(cuò)帶1418時(shí)相鄰結(jié)之間的間隔)可以為至少Imm (S卩，較小的間隔不提供有關(guān)觸覺反饋的優(yōu)勢(shì))。
[0119]將要意識(shí)到的是，可能并非必然要求用戶的手指/觸控筆和設(shè)備(例如，觸摸屏)之間的物理接觸來提供觸摸輸入或觸覺反饋。這是因?yàn)殡姌O經(jīng)由電場(chǎng)電容耦合至手指/觸控筆(即，以一定距離的動(dòng)作)。因此，將手指/觸控筆懸停在設(shè)備上方可能導(dǎo)致觸摸輸入/觸覺反饋。而且，當(dāng)電極正在被用來檢測(cè)觸摸輸入時(shí)以及當(dāng)其正在被用來提供觸覺反饋時(shí)，可以使用相同電源對(duì)其供電(即，適當(dāng)?shù)乇慌渲脼樘峁┧桦妷翰⑶覉?zhí)行相對(duì)應(yīng)的功能)。
[0120]圖15示意性地圖示了包括這里所描述的裝置1521的設(shè)備1520。設(shè)備1520還包括處理器1522、存儲(chǔ)介質(zhì)1523、傳感器模塊1524和電觸覺模塊1525，它們通過數(shù)據(jù)總線1526互相電連接。設(shè)備1520可以是電子設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、便攜式電信設(shè)備、任意前述設(shè)備的觸摸屏顯示器或者用于任意前述設(shè)備的模塊。
[0121]裝置1521連同處理器1522和存儲(chǔ)介質(zhì)1523 —起被配置為檢測(cè)通過設(shè)備1520的用戶的觸摸輸入，或者取決于如該裝置所控制的(多個(gè))電極的狀態(tài)來向用戶提供觸覺反饋。該觸覺反饋可以響應(yīng)于所檢測(cè)的觸摸輸入。
[0122]處理器1522通過向其它設(shè)備組件提供信令并且從其接收信令以管理它們的操作而被配置用于設(shè)備1520的一般操作。特別地，處理器1522被配置為控制裝置1521的每個(gè)電極的狀態(tài)(例如，通過如之前所描述的那樣操作開關(guān))。在其它實(shí)施例中，處理器可以專用于電極狀態(tài)的控制。
[0123]傳感器模塊1524包括傳感器電源、傳感器控制電路和傳感器測(cè)量電路，并且用來將該電極作為傳感器來操作。傳感器電源被配置為向電極施加電壓，傳感器控制電路被配置為控制施加到電極的電壓，并且傳感器測(cè)量電路被配置為測(cè)量電極的電容并且確定是否已經(jīng)發(fā)生了觸摸輸入(例如，通過將所測(cè)量的電容或者所測(cè)量的電容的變化與預(yù)定閾值比較)。
[0124]電觸覺模塊1525包括電觸覺電源、電觸覺控制電路和觸控筆接地端,并且用來將電極作為電觸覺元件來操作。電觸覺電源被配置為向電極施加電壓，電觸覺控制電路被配置為控制施加到電極的電壓(例如，電觸覺信號(hào)的幅度、頻率、持續(xù)時(shí)間和/或極性)，并且觸控筆接地端被配置為在用戶/觸控筆接近電極時(shí)將用戶/觸控筆接地。為了感知觸覺反饋，觸控筆接地端并非是絕對(duì)必要的(因?yàn)橛脩魧⒊洚?dāng)接地端)，但是其可以增強(qiáng)感覺。
[0125]存儲(chǔ)介質(zhì)1523被配置為存儲(chǔ)被配置為執(zhí)行、控制或使能裝置1521的操作的計(jì)算機(jī)代碼。存儲(chǔ)介質(zhì)1523還可以被配置為存儲(chǔ)針對(duì)其它設(shè)備組件的設(shè)置。處理器1522可以訪問存儲(chǔ)介質(zhì)1523以取回組件設(shè)置，以便管理其它設(shè)備組件的操作。
[0126]特別是，存儲(chǔ)介質(zhì)1523可以被配置為存儲(chǔ)用于檢測(cè)觸摸輸入并且用于提供觸覺反饋的電極的操作電壓，以及/或者用于確定是否已經(jīng)施加了觸摸輸入的預(yù)定電容閾值。傳感器模塊1524和電觸覺模塊1525可以訪問存儲(chǔ)介質(zhì)1523以取回操作電壓。傳感器模塊1524還可以將每個(gè)傳感器的當(dāng)前電容與預(yù)定閾值比較，以確定是否已經(jīng)發(fā)生了觸摸輸入。這可以包括將來自多個(gè)傳感器的信號(hào)求平均，以檢測(cè)不與單個(gè)傳感器的位置重合的觸摸輸入(例如，觸摸輸入位于相鄰傳感器之間或者跨越多個(gè)傳感器)。此外，處理器1522可以響應(yīng)于檢測(cè)到的觸摸輸入而運(yùn)行相對(duì)應(yīng)的軟件(也存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)1523中)。存儲(chǔ)介質(zhì)1523可以是臨時(shí)性存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。另一方面，存儲(chǔ)介質(zhì)1523可以是永久性存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器、閃存或者非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。
[0127]圖16中示意性地圖示了用來操作裝置1521的方法的主要步驟1627-1628。
[0128]圖17示意性地圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的提供計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)/處理器可讀介質(zhì)1729。在該示例中，計(jì)算機(jī)/處理器可讀介質(zhì)1729是諸如數(shù)字多功能盤(DVD)或緊致盤(⑶)之類的盤。在其它實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)/處理器可讀介質(zhì)1729可以是已經(jīng)以執(zhí)行發(fā)明功能的方式被編程的任意介質(zhì)。計(jì)算機(jī)/處理器可讀介質(zhì)1729可以是可移除的存儲(chǔ)器設(shè)備，諸如記憶棒或存儲(chǔ)卡(SD、mini SD或micro SD)。
[0129]計(jì)算機(jī)程序可以包括被配置為執(zhí)行、控制或使能以下內(nèi)容的計(jì)算機(jī)代碼:提供電極的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)，其中在第一狀態(tài)，該電極被配置用于觸摸輸入的檢測(cè)，并且在第二狀態(tài)，該電極被配置用于觸覺反饋的提供。
[0130]圖中所描繪的其它實(shí)施例已經(jīng)被提供以對(duì)應(yīng)于之前描述的實(shí)施例的類似特征的附圖標(biāo)記。例如，特征編號(hào)I也可以對(duì)應(yīng)于編號(hào)101、201、301等。這些被編號(hào)的特征可能出現(xiàn)在圖中，但是可能并不在這些特定實(shí)施例的描述內(nèi)被直接提及。這些特征仍然在圖中被提供，以幫助對(duì)另外的實(shí)施例特別是有關(guān)之前描述的類似實(shí)施例的特征的理解。
[0131]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到的是，任意所提到的裝置/設(shè)備/服務(wù)器和/或特別提到的裝置/設(shè)備/服務(wù)器的其它特征可以由如下裝置來提供，該裝置被布置以使得它們被配置為僅在被使能(例如，開機(jī)等)時(shí)執(zhí)行所期望的操作。在這樣的情況下，它們可以在非使能(例如，關(guān)機(jī)狀態(tài))中不必將適當(dāng)?shù)能浖虞d到活動(dòng)存儲(chǔ)器中，并且僅在使能(例如，開機(jī)狀態(tài))中加載適當(dāng)?shù)能浖?。該裝置可以包括硬件電路和/或固件。該裝置可以包括加載到存儲(chǔ)器上的軟件。這樣的軟件/計(jì)算機(jī)程序可以被記錄在相同的存儲(chǔ)器/處理器/功能單元上以及/或者一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器/處理器/功能單元上。
[0132]在一些實(shí)施例中，特別提到的裝置/設(shè)備/服務(wù)器可以使用適當(dāng)?shù)能浖A(yù)先編程以執(zhí)行期望的操作，并且其中該適當(dāng)?shù)能浖梢酝ㄟ^用戶例如下載“密鑰”來解鎖/使能軟件及其相關(guān)聯(lián)的功能而被使得能夠使用。與這樣的實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的優(yōu)勢(shì)可以包括在設(shè)備需要另外的功能時(shí)減少下載數(shù)據(jù)的需要，并且這在設(shè)備被認(rèn)為具有足夠容量以存儲(chǔ)這樣的用于可能不被用戶使能的功能的預(yù)編程軟件的示例中可能是有用的。
[0133]將要意識(shí)到的是，除了所提到的功能之外，任意所提到的裝置/電路/元件/處理器可以具有其它功能，并且這些功能可以由相同的裝置/電路/元件/處理器來執(zhí)行。一個(gè)或多個(gè)公開的方面可以包含相關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)程序的電子分布以及記錄在適當(dāng)?shù)妮d體(例如，存儲(chǔ)器、信號(hào))上(可以被源編碼/轉(zhuǎn)運(yùn)編碼)的計(jì)算機(jī)程序。
[0134]將要意識(shí)到的是，這里所描述的任意“計(jì)算機(jī)”可以包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)處理器/處理元件的集合，它們可以或可以不位于相同電路板或者電路板的相同區(qū)域/位置或者甚至相同設(shè)備上。在一些實(shí)施例中，任意提到的處理器中的一個(gè)或多個(gè)處理器可以分布在多個(gè)設(shè)備上。相同或不同的處理器/處理元件可以執(zhí)行這里所描述的一個(gè)或多個(gè)功能。
[0135]將要意識(shí)到的是，術(shù)語“信令”可以指代作為一系列被傳送和/或接收的信號(hào)而被傳送的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。該一系列信號(hào)可以包括一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或者甚至更多的單獨(dú)信號(hào)分量或不同信號(hào)以構(gòu)成所述信令。這些單獨(dú)信號(hào)中的一些或全部信號(hào)可以被同時(shí)地、順序地以及/或者使得它們?cè)跁r(shí)間上相互重疊地被傳送/接收。
[0136]參考任意提到的計(jì)算機(jī)和/或處理器以及存儲(chǔ)器(例如，包括R0MXD-R0M等)的任意討論，這些可以包括計(jì)算機(jī)處理器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)以及/或者已經(jīng)以這樣的方式被編程來執(zhí)行發(fā)明功能的其它硬件組件。
[0137] 申請(qǐng)人:據(jù)此在這里所描述的每個(gè)單獨(dú)特征以及兩個(gè)或更多這樣的特征的任意組合能夠在考慮到本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)的情況下整體上基于本說明書來執(zhí)行的程度上孤立地公開了這樣的特征或組合，而無論這樣的特征或特征的組合是否解決了這里所公開的任何問題，并且并不對(duì)權(quán)利要求的范圍加以限制。 申請(qǐng)人:指出，所公開的方面/實(shí)施例可以由任意這樣的單獨(dú)特征或特征的組合所構(gòu)成。考慮到以上描述，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可以在本公開的范圍之內(nèi)進(jìn)行各種修改。
[0138]雖然已經(jīng)示出并描述以及指出了如應(yīng)用于其不同實(shí)施例的基本的新特征，但是將要理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在所描述的設(shè)備和方法的形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行各種省略和替換以及改變而不背離本發(fā)明的精神。例如，明確預(yù)期的是，以基本上相同的方式執(zhí)行基本上相同的功能以獲得相同的結(jié)果的那些元件和/或方法步驟的所有組合都處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，結(jié)合任意公開的形式或?qū)嵤├境龊?或描述的結(jié)構(gòu)和/或元件和/或方法步驟可以作為一般設(shè)計(jì)選擇而被結(jié)合在公開或描述或啟示的任意其它形式或?qū)嵤├小４送?，在?quán)利要求中，裝置加功能的從句意在覆蓋這里被描述為執(zhí)行所記載的功能的結(jié)構(gòu)，并且不僅包括結(jié)構(gòu)等同物，而且還包括等同結(jié)構(gòu)。因此，在固定木質(zhì)部件的情況下，雖然釘子和螺絲可能因?yàn)獒斪硬捎脠A柱體表面來將木質(zhì)部件固定在一起而螺絲采用螺旋表面而并非結(jié)構(gòu)等同物，但是釘子和螺絲可以是等同結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括至少一個(gè)處理器以及包括計(jì)算機(jī)程序代碼的至少一個(gè)存儲(chǔ)器，所述至少一個(gè)存儲(chǔ)器和所述計(jì)算機(jī)程序代碼被配置為與所述至少一個(gè)處理器一起使所述裝置至少提供電極的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)，其中在所述第一狀態(tài)，所述電極被配置用于觸摸輸入的檢測(cè)，并且在所述第二狀態(tài)，所述電極被配置用于觸覺反饋的提供。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中在所述第一狀態(tài)，所述電極用作電容觸摸傳感器的一部分，并且其中所述裝置被配置為通過向所述電極施加電勢(shì)并且監(jiān)測(cè)與所述電容觸摸傳感器相關(guān)聯(lián)的電容來提供所述第一狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述電極用作自電容觸摸傳感器的一部分，并且其中所述裝置被配置為通過向所述電極施加電勢(shì)并且監(jiān)測(cè)所述電極的電容來提供所述第一狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述電極用作互電容觸摸傳感器的發(fā)送器電極，并且其中所述裝置被配置為通過向所述發(fā)送器電極施加電勢(shì)并且監(jiān)測(cè)所述互電容觸摸傳感器的接收器電極的電容來提供所述第一狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置被配置為通過向所述電極施加周期性電勢(shì)并且控制所述周期性電勢(shì)的幅度、頻率、持續(xù)時(shí)間和極性中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來提供所述第二狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置被配置為在提供所述第一狀態(tài)和提供所述第二狀態(tài)之間以及/或者在提供所述第二狀態(tài)和提供所述第一狀態(tài)之間對(duì)所述電極放電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的裝置，其中所述裝置被配置為在需要觸覺反饋時(shí)提供所述第二狀態(tài)，并且在不需要觸覺反饋時(shí)提供所述第一狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置被配置為響應(yīng)于檢測(cè)到觸摸輸入而提供所述第二狀態(tài)，以提供與所述觸摸輸入相關(guān)聯(lián)的觸覺反饋。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置被配置為在需要檢測(cè)觸摸輸入的時(shí)間段期間，在提供所述第一狀態(tài)和提供所述第二狀態(tài)之間反復(fù)切換。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置被配置為在需要提供觸覺反饋的時(shí)間段期間，在提供所述第一狀態(tài)和提供所述第二狀態(tài)之間反復(fù)切換。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置被配置為使用一個(gè)或多個(gè)開關(guān)在提供所述第一狀態(tài)和提供所述第二狀態(tài)之間切換。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中在所述第一狀態(tài)，所述一個(gè)或多個(gè)開關(guān)將所述電極連接至傳感器模塊，并且在所述第二狀態(tài)，所述一個(gè)或多個(gè)開關(guān)將所述電極連接到電觸覺模塊。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述傳感器模塊包括傳感器電源、傳感器控制電路和傳感器測(cè)量電路中的一個(gè)或多個(gè)，并且所述電觸覺模塊包括電觸覺電源、電觸覺控制電路和觸控筆接地端中的一個(gè)或多個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置被配置為提供多個(gè)電極的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)，其中在所述第一狀態(tài)，所述電極被配置用于觸摸輸入的檢測(cè)，并且在所述第二狀態(tài)，所述電極被配置用于觸覺反饋的提供。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置包括所述電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電極由兩個(gè)或更多交錯(cuò)材料帶的結(jié)所形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述裝置是以下各項(xiàng)之一:電子設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、便攜式電信設(shè)備、任意前述設(shè)備的觸摸屏顯示器以及用于任意前述設(shè)備的模塊。
18.—種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置的設(shè)備。
19.一種方法，所述方法包括: 提供電極的第一狀態(tài)或第二狀態(tài)，其中在所述第一狀態(tài)，所述電極被配置用于觸摸輸入的檢測(cè)，并且在所述第二狀態(tài)，所述電極被配置用于觸覺反饋的提供。
20.一種 記錄在載體上的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序包括被配置為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法的計(jì)算機(jī)代碼。
【文檔編號(hào)】G06F3/041GK104011633SQ201280052729
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月26日
【發(fā)明者】Z·拉迪沃杰維克, P·比徹, C·鮑爾, P·安德魯, D·科頓, S·哈奎, T·里阿南 申請(qǐng)人:諾基亞公司