CN103631461A - 可变形触摸屏 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变形触摸屏，其包括：显示单元，用于显示用户界面；配置成接收用户输入并提供触觉用户反馈的触摸面板，所述触摸面板包括：具有第一侧和第二侧的电介质材料，涂布于电介质材料的第一侧上的第一电极，涂布于电介质材料的第二侧上的第二电极，涂布于第二电极上的非导电材料，以及涂布于所涂布的非导电材料上的导电金属；电压控制器，用于控制施加于第一电极和第二电极之间的电压；以及信号发生器，用于将信号施加于电压控制器，其中所述信号发生器基于用户的手和导电金属之间的互电容的增大或减小的测量结果来产生信号，以便通过使显示单元上显示的用户界面按钮采取3D形式来提供触觉用户反馈。

Description

可变形触摸屏

技术领域

本发明涉及一种可变形触摸屏，并且更特别地涉及一种可变形触摸屏，其将触摸屏与接近感测和触觉反馈技术相结合以提供改善的用户界面。

背景技术

通常，机器和用户之间的界面即人机界面(HMI)已经从传统的按钮型界面演变为触摸屏型界面。这种变化的最大原因是因为按钮型输入不能完全满足用户的各种不同的需求和便利性。相反，触摸屏型输入提供了灵活有美感的外观，其具有能够向用户传达大量信息的优点。这显著地不同于无法向用户传达大量信息的传统按钮型界面。因此，在许多车辆上，触摸屏被用作车辆内的许多电子装置的HMI装置。令人遗憾的是，该触摸屏界面在本质上主要是可视的，并且与传统的按钮型输入界面不同，传统的触摸屏不能向用户提供触觉反馈。这表现出显著的缺点，因为其迫使用户(在这种情况下为车辆的驾驶者)将眼睛离开道路以便使用HMI。

传统触摸屏无法向用户提供触觉反馈是当前车辆设计的显著问题，因为现代的趋势是使用“全触摸屏”方法作为HMI以控制车辆内的大部分(如果不是全部也是大部分)用户可控功能(例如，空调器、收音机、导航系统等)。在这种情况下，如上所述，为了控制车辆的基本操作和功能，用户需要以不可接受的高频率将眼睛离开道路来操作以传统触摸屏为基础的HMI。这会增大在驾驶车辆时出事故的风险。因此，迫切地需要一种触摸屏，其能向用户提供触觉反馈以用作HMI来控制车辆功能，使得驾驶者将眼睛离开道路的需求被最小化。

发明内容

本发明提供了一种可变形触摸屏，其通过允许驾驶者在使用该触摸屏作为HMI来控制车辆功能的同时使自己的眼睛保持在道路上，而降低汽车事故的风险。

本发明的示例性实施例提供了一种可变形触摸屏，其包括：用于显示用户界面的显示单元；触摸面板，其包括电介质材料，涂布于电介质材料的一端上的第一电极，涂布于电介质材料的另一端上的第二电极，涂布于第二电极上的非导电材料，以及涂布于所涂布的非导电材料上的导电金属；电压控制器，用于控制施加于第一电极和第二电极之间的电压；以及用于向电压控制器提供信号的信号发生器，其中信号发生器根据用户的手和外部导电金属之间的互电容的增大或减小的测量结果，来产生用于使显示单元的用户界面按钮变成3D形式的信号。

本发明的另一示例性实施例提供了一种使触摸面板变形的方法，其包括：显示用户界面；测量用户的手和导电金属之间的互电容的增大和减小；当电容的增大量等于或大于预设阈值时，根据用户界面按钮的形状来产生用于启动触摸面板的立体图(stereogram)的启动信号；通过产生用于控制触摸面板上的颜色的颜色控制信号来控制颜色；通过控制施加于触摸面板的电介质材料的两端的电压，来使触摸面板变成与用户界面按钮的形状相应的3D形式；控制变成与用户界面按钮的形状相应的3D形式的触摸面板；以及当电容的增大量小于预设阈值时，产生用于终止触摸面板的立体图的终止信号。

根据本发明的示例性实施例，根据本发明的可变形触摸屏可以通过提高驾驶者将自己的眼睛保持在道路上的能力来降低汽车事故的风险，并且通过减少用户利用触摸屏HMI实现汽车内的控制功能(例如，调节收音机、对导航目的地进行编程、等等)所需的时间量来改善驾驶者便利性。

附图说明

图1示出根据本发明示例性实施例的可变形触摸屏的配置。

图2示出根据本发明示例性实施例的触摸屏的立体图原理。

图3示出根据本发明另一示例性实施例的触摸屏的立体图原理。

图4示出根据本发明示例性实施例的可变形触摸屏的短距离识别原理。

图5是示出根据本发明示例性实施例的可变形触摸屏的操作的流程图。

图6是示出根据本发明另一示例性实施例的可变形触摸屏的操作的流程图。

<附图标记的说明>

110：显示单元     120：触摸面板

130：电压控制器   140：信号发生器

具体实施方式

在下文中将参考示出本发明示例性实施例的附图来更充分地描述本发明。如本领域技术人员将认识到的那样，所描述的实施例可以以各种不同的方式进行修正，同时所有修正都不脱离本发明的精神或范围。此外，附图和描述应被认为在本质上是说明性的而不是限制性的。在整个说明书中同样的附图标记始终指代同样的元件。

在本说明书中，除非有明确的相反表述，词语“包括”应被理解为暗示着包含所陈述的元件而并不排除任何其他元件。此外，说明书中描述的术语“器”及“模块”表示用于处理至少一种功能和操作的单元并且可以通过硬件组件或软件组件及其组合来实现。

应理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。

除非明确陈述或根据上下文可明显得出，否则本文中使用的术语“大约”应被理解为处于本领域的正常容差范围内，例如在2个平均标准差内。“大约”可以被理解为在所陈述的值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非根据上下文清楚地得出，否则本文中提供的所有数值都受术语“大约”的修正。

本文中所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且并非旨在对本发明进行限制。如本文中所使用的那样，单数形式的“一”旨在也包括复数形式，除非文中清楚地指出。还应理解的是，术语“包括”在本说明书中被使用时，指的是所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或附加。如本文中使用的那样，术语“和/或”包括一个或多个相关列出条目的任意和全部组合。

本文中提供的范围应被理解为是该范围内的所有值的简略表达。例如，1-50的范围应被理解成包括：由1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49和50组成的群中的任何数字、这些数字的组合、或子范围，以及前述整数间的所有居间小数值(例如1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9)。关于子范围，从范围的任一端点延伸的“嵌套子范围”是明确可预期到的。例如，1-50的示例性范围的嵌套子范围可以包括：一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或者另一方向上的50-40、50-30、50-20和50-10。

此外，应理解的是，下述方法由至少一个控制器执行。术语控制器指的是包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储各模块，并且处理器被具体地配置成执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或更多处理。

此外，本发明的控制逻辑可以实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、压缩盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式(例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN))被存储和执行。

图1示出根据本发明的示例性可变形触摸屏的配置。根据本发明的可变形触摸屏可以包括显示单元110、触摸面板120、电压控制器130和信号发生器140。根据本发明的可变形触摸屏可以检测用户的手的位置，通过信号发生器140产生触摸面板120的立体图启动信号，然后将该立体图启动信号传送给电压控制器130。不管手的位置如何，信号发生器140都可以通过从外部施加于该信号发生器的控制信号来产生立体图启动信号。

电压控制器130可以接收立体图启动信号、并控制施加于触摸面板120的第一电极121和第二电极122之间的电压以使触摸面板120采取3D形式。

显示单元110可以显示用户界面按钮的形状、并将该形状投影在触摸屏上。显示单元110可以显示单个或多个用户界面按钮，并且可以同时或顺次地显示用户界面按钮。

触摸面板120包括第一电极121和第二电极122，并且可以通过从电压控制器130施加的第一电极121和第二电极122之间的电压差使显示单元110所投影的按钮的形状变成3D形式。

电压控制器130可以接收由信号发生器140产生的立体图启动信号，并且可以开始以3D形式配置触摸面板120。电压控制器130将电压施加于第一电极121和第二电极122，以便使触摸面板120变成与显示单元110所投影的按钮形状相应的3D形式。

信号发生器140可以测量用户的手和导电金属126之间的互电容410的增加和/或减小，并且根据显示单元110的用户界面按钮的形状来产生用于以3D形式配置触摸面板120的信号。

信号发生器140可以接收外部控制信号(例如，从外部CPU施加的控制信号)，并且通过外部控制信号根据显示单元110的用户界面按钮的形状来产生用于以3D形式配置触摸面板120的信号。

例如，当用户按压按钮以开启空调器(A/C)时，用于使A/C相关按钮(例如，双模式、温度控制等)变成3D形式的控制信号由CPU施加于信号发生器140，并且信号发生器140可以随后根据A/C相关按钮的形状来产生用于使触摸面板120变成3D形式的信号。

当信号发生器140确定电容的增大量等于或大于阈值时，信号发生器140根据用户界面按钮的形状来产生用于控制变成3D形式的触摸面板120的颜色的颜色控制信号。在这种情况下，信号发生器的颜色控制信号可以通过相互配合而与立体图信号一起产生，或者可以与立体图信号分别产生。

例如，当信号发生器140确定电容的增大量随着用户的手的接近而等于或大于阈值时，信号发生器140根据用户界面按钮的形状来产生用于控制变成3D形式的触摸面板120的颜色的颜色控制信号、以及用于使触摸面板变成3D形式的信号。

此外，当用户按压A/C开启按钮时，用于使A/C相关按钮(例如，双模式，温度控制等)变成3D形式的控制信号可以施加于信号发生器140，并且信号发生器140根据A/C相关按钮的形状来产生用于使触摸面板120变成3D形式的信号。在这种情况下，随着用户的手接近以便控制变成3D形式的A/C相关按钮，当信号发生器140确定电容的增大量等于或大于阈值时，信号发生器140产生用于控制变成3D形式的触摸面板120的颜色的颜色控制信号。

图2示出根据本发明示例性实施例的触摸屏的立体图原理。根据本发明示例性实施例的可变形触摸屏包括显示面板110、触摸面板120、电压控制器130和信号发生器140。

触摸面板120包括：电介质材料124，涂布于电介质材料124的一端上的第一电极121，涂布于电介质材料124的另一端上的第二电极122，涂布于第二电极122上的非导电材料123，以及涂布于所涂布的非导电材料123上的导电金属126。电介质材料124是包括自由离子127的离子凝胶体126。第一电极121和第二电极122涂布于离子凝胶体126的两端上。第一电极121和第二电极122对应于导电金属126涂层(导电板)，并且是柔韧且透明的材料。第一电极121和第二电极122的端部中的每一者连接到电压控制器130，并且电压通过电压控制器130被施加。非导电材料123(氧化物层等)可以涂布于第二电极122上。透明的特殊导电金属126(例如，锡锑氧化物：TAO)可以涂布于非导电材料123上。透明的特殊导电金属126可以连接于信号发生器140。

当电压控制器130将负极施加于第一电极121、并将正极施加于第二电极122时，离子凝胶体126内的自由离子127移动到第二电极122。因此，第二电极122扩张、并且第一电极121收缩。因此，当第一电极121的下部被固定时，离子凝胶体126上升至第二电极122，因此触摸面板120可以采取与用户界面按钮的形状相应的3D形式。

图3示出根据本发明另一示例性实施例的触摸屏的立体图原理。根据本发明另一示例性实施例的可变形触摸屏包括显示单元110、触摸面板120、电压控制器130和信号发生器140。

触摸面板120可以包括：电介质材料124，涂布于电介质材料124的一端上的第一电极121，涂布于电介质材料124的另一端上的第二电极122，涂布于第二电极122上的非导电材料123，以及涂布于所涂布的非导电材料123上的导电金属126。当电压控制器130向第一电极121和第二电极122中的每一者施加具有相同极性的电压时，在第一电极121和第二电极122之间会产生排斥力。此后，当逐渐增大第一电极的电压的绝对值时，第一电极121和第二电极122之间的排斥力会增大。当排斥力超过阈值时，由于第一电极在固定状态下向外升高，所以第二电极122形成凸形。

相反，当电压控制器130向第一电极121施加与第二电极122不同的电极时，在第一电极121和第二电极122之间会产生吸引力。此后，当逐渐增大第一电极的电压的绝对值时，第一电极121和第二电极122之间的吸引力会增大。当吸引力超过阈值时，由于第一电极在固定状态下向内移动，所以第二电极122形成凹形。

因此，当第一电极121的下部被固定时，第二电极122向外或向内升高，并且因此使触摸面板120变成与用户界面按钮的形状相应的3D形式。

当电介质材料124的介电常数更大时，第一电极121和第二电极122之间产生的吸引力或排斥力就会与介电常数成比例地变得更大。

图4示出根据本发明的可变形触摸屏的短距离识别原理。可变形触摸屏包括显示单元110、触摸面板120、电压控制器130和信号发生器140。触摸面板120包括：电介质材料124，涂布于电介质材料124的一端上的第一电极121，涂布于电介质材料124的另一端上的第二电极122，涂布于第二电极122上的非导电材料123，以及涂布于所涂布的非导电材料123上的导电金属126。导电金属126连接于信号发生器140。在用户的手和导电金属126之间存在电容，并且当用户的手变得更靠近导电金属126时，该互电容具有与距离成反比的特性。

信号发生器140测量互电容410的增大和减小。信号发生器140在互电容410等于或大于阈值时产生立体图启动信号，并且在所测量的电容410比阈值小时产生立体图终止信号。

图5是示出根据本发明示例性实施例的可变形触摸屏的操作的流程图。显示单元110显示用户的界面(步骤S510)。信号发生器140测量用户的手和导电金属126之间的互电容410的增大和减小(步骤S520)。信号发生器140确定检测到的电容增大量是否等于或大于预设阈值(步骤S530)。当在步骤S530中信号发生器140确定电容的增大量等于或大于阈值时，信号发生器140根据用户界面按钮的形状来产生用于开始使触摸面板变成3D形式的启动信号(步骤S540)。当在步骤S530中信号发生器140确定电容的增大量等于或大于阈值时，信号发生器140根据用户界面按钮的形状来产生用于控制变成3D形式的触摸面板的颜色的颜色控制信号(步骤S550)。信号发生器140将该启动信号传送给电压控制器130，并且电压控制器130根据该启动信号控制施加于第一电极121和第二电极122的电压，以使触摸面板120变成与用户界面按钮的形状相应的3D形式(步骤S570)。用户通过触摸已变成3D形式的触摸面板120的用户界面来控制该用户界面(步骤S580)。随着用户进行的控制结束并且用户的手从触摸面板120上收回，当电容的增大量变得小于预设的第二阈值时，信号发生器140产生用于终止变成3D形式的触摸面板的立体图的终止信号。当在步骤S530中信号发生器140确定电容的增大量小于阈值时，信号发生器140产生用于终止变成3D形式的触摸面板的立体图的终止信号(步骤S540)。

图6是示出根据本发明另一示例性实施例的可变形触摸屏的操作的流程图。显示单元110显示用户的界面(步骤S610)。信号发生器140根据从外部接收的控制信号来将启动信号传送给电压控制器130，并且电压控制器130根据启动信号来控制施加于第一电极121和第二电极122的电压，以使触摸面板120变成与用户界面按钮的形状相应的3D形式(步骤S620)。信号发生器140测量用户的手和导电金属126之间的互电容410的增大和减小(步骤S630)。信号发生器140确定所测量的电容增大量是否等于或大于预设阈值(步骤S640)。当在步骤S640中信号发生器140确定电容的增大量等于或大于阈值时，信号发生器140产生用于控制变成与用户界面按钮的形状相应的3D形式的触摸面板120的颜色的颜色控制信号(步骤S650)。用户通过触摸变成3D形式的触摸面板120的用户界面来控制该用户界面(步骤S660)。随着用户进行的控制结束并且用户的手从触摸面板120上收回，当电容的增大量变得小于预设的第二阈值时，信号发生器140产生用于终止变成3D形式的触摸面板的立体图的终止信号(步骤S670)。

尽管本发明已经结合当前被认为是实用的示例性实施例进行了描述，但应理解的是，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反，本发明旨在覆盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种改型和等效配置。

Claims (6)

1.一种可变形触摸屏，包括：

显示单元，用于显示用户界面；

配置成接收用户输入并提供触觉用户反馈的触摸面板，所述触摸面板包括：具有第一侧和第二侧的电介质材料，涂布于所述电介质材料的第一侧上的第一电极，涂布于所述电介质材料的第二侧上的第二电极，涂布于所述第二电极上的非导电材料，以及涂布于所涂布的非导电材料上的导电金属；

电压控制器，用于控制施加于所述第一电极和所述第二电极之间的电压；以及

信号发生器，用于将信号施加于所述电压控制器，

其中所述信号发生器基于用户的手和所述导电金属之间的互电容的增大或减小的测量结果来产生信号，以便通过使所述显示单元上显示的用户界面按钮采取3D形式来提供触觉用户反馈。

2.如权利要求1所述的可变形触摸屏，其中：

所述电介质材料是其中含有自由离子的离子凝胶体，并且

当所述电压控制器将负极施加于所述第一电极、并将正极施加于所述第二电极以提供触觉用户反馈时，由于所述自由离子的移动，所述第一电极收缩并且所述第二电极扩张。

3.如权利要求1所述的可变形触摸屏，其中：

当所述电压控制器向所述第一电极和所述第二电极施加具有相同极性的电压、并且所述第一电极或所述第二电极的电压的绝对值超过预设的第一阈值时，所述第二电极在所述第一电极被固定的状态下形成凸形；并且当所述电压控制器向所述第一电极和所述第二电极施加具有不同极性的电压、并且所述第一电极或所述第二电极的电压的绝对值超过预设的第一阈值时，所述第二电极在所述第一电极被固定的状态下形成凹形，从而使所述触摸面板变成与所述显示单元的所述用户界面按钮的形状相应的3D形式。

4.如权利要求1所述的可变形触摸屏，其中：

所述信号发生器测量用户的手和所述导电金属之间的互电容的增大和减小，并且当所述电容的增大量等于或大于预设的第二阈值时，所述信号发生器根据所述显示单元的所述用户界面按钮的形状来产生用于启动所述触摸面板的立体图的启动信号，

当所述电容的增大量小于预设的第二阈值时，所述信号发生器产生用于终止所述触摸面板的立体图的终止信号，并且

所述信号发生器产生用于控制所述触摸面板的颜色的颜色控制信号。

5.一种使触摸面板变形的方法，包括：

在配置成接收用户输入并提供触觉用户反馈的触摸面板上显示用户界面，所述触摸面板包括：具有第一侧和第二侧的电介质材料，涂布于所述电介质材料的第一侧上的第一电极，涂布于所述电介质材料的第二侧上的第二电极，涂布于所述第二电极上的非导电材料，以及涂布于所涂布的非导电材料上的导电金属；

响应于用户输入而测量用户的手和所述导电金属之间的互电容的增大和减小；

当所述互电容的增大量等于或大于预设阈值时，根据用户界面按钮的形状来产生用于启动所述触摸面板的立体图的启动信号；

通过产生用于控制所述触摸面板的颜色的颜色控制信号来控制颜色；

通过控制施加于所述触摸面板的电介质材料的两端的电压，来使所述触摸面板采取与所述用户界面按钮的形状相应的3D形式；

控制变成与所述用户界面按钮相应的3D形式的所述触摸面板；以及

当所述电容的增大量小于预设阈值时，产生用于终止所述触摸面板的立体图的终止信号。

6.一种使触摸屏变形的方法，包括：

在配置成接收用户输入并提供触觉用户反馈的触摸面板上显示用户界面，所述触摸面板包括：具有第一侧和第二侧的电介质材料，涂布于所述电介质材料的第一侧上的第一电极，涂布于所述电介质材料的第二侧上的第二电极，涂布于所述第二电极上的非导电材料，以及涂布于所涂布的非导电材料上的导电金属；

通过控制施加于所述触摸面板的所述电介质材料的两端的电压，来使所述触摸面板以用户界面按钮的形状采取3D形式；

测量用户的手和所述导电金属之间的互电容的增大和减小；

当所述电容的增大量等于或大于预设阈值时，通过产生用于控制变成3D形式的所述触摸面板的颜色的颜色控制信号来控制颜色；

控制变成与所述用户界面按钮的形状相应的3D形式的所述触摸面板；以及

当所述电容的增大量小于预设阈值时，产生用于终止所述触摸面板的立体图的终止信号。

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