CN106662952A - 用于计算设备的触觉界面 - Google Patents

Abstract

基于压力事件和触摸传感器的输出，在动态触觉界面上的输入被检测到。动态触觉界面包括触摸传感器、压力传感器和可压缩材料。当压力事件与触摸传感器的输出关联以识别输入时，该输入由与动态触觉界面关联的显示设备处理。柔性材料可以被实施为可变形区域关联的可变体积，使得当可变形区域被按压时，可变体积减少，并且压力传感器检测到增加的压力。柔性材料可以被实施为在包括触摸传感器的两层之间的可压缩层，使得当在触摸传感器的上层上的输入被接收到时，具有柔性体积的中间层可以压缩。多层触摸传感器可以是电容触摸传感器或者电阻式触摸传感器。

Description

用于计算设备的触觉界面

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2014年8月7日提交的美国临时申请号62/034,717的权益，其通过引用以其全部内容并入。

本申请涉及于2009年1月5日提交的美国专利申请号12/319,334、于2009年10月21日提交的美国专利申请号12/497,622、于2010年12月21日提交的美国专利申请号8,922,502、于2014年6月27日提交的美国专利申请号14/317,685和于2010年1月5日提交的美国专利申请号12/652,708，其通过引用以其全部内容并入。

技术领域

本发明总体上涉及触敏界面领域，并且更具体地涉及用于计算设备的触敏层。

附图简述

图1是本发明的方法S100的流程图表示；

图2是方法的变型的示意性表示；以及

图3是方法的一个变型的流程图表示。

图4是触敏界面的一个变型的示意性表示。

图5是触敏界面的一个变型的示意性表示。

图6是触敏界面的一个变型的示意性表示。

图7是触敏界面的一个变型的示意性表示。

实施例的描述

本发明的优选实施例的下列描述不旨在将本发明限制于这些优选实施例，而是使本领域的任何技术人员能够制造并且使用本发明。

如在图1中显示的，方法S100用于检测在动态触觉界面上的输入。动态触觉界面包括触觉层和基板，触觉层界定触觉表面、可变形区域、以及邻近可变形区域的并且耦合于在触觉表面对面的基板的第一区域，可变形区域与基板配合以形成流体地耦合于流体通道的一定的可变体积，处于膨胀设置的可变形区域与第一区域在触觉上可区分，流体通道流体地耦合于压力传感器，并且基板耦合于触摸传感器。该方法包括：在压力传感器处，检测压力相关事件和压力相关事件的时间，压力相关事件对应于可变形区域从膨胀设置的按压；将压力相关事件转变成与时间关联的触摸传感器输入模型；以及基于在阈值时间段内在触摸传感器输入模型和触摸传感器的输出之间的关联，识别在与可变形区域对应的区域的触觉表面上的输入。

1.应用

总体上，方法S100用于通过将从压力相关事件和压力相关事件的时间收集的数据导出的触摸传感器输入模型与触摸传感器的输出进行关联，识别在触觉表面上的输入。

方法S100可以用于通过从压力相关事件识别触摸传感器可以采样以便检测在触觉表面上的输入的适当的时段，来减少采样持续时间。适当的时段可以对应于压力相关事件的时间。因此，方法S100可以减少触摸传感器激活(即，“接通”)的时间，借此减少电池的使用并且提高设备的效率。例如，可以由具有电容式触摸传感器和在可变体积的流体内检测流体的表压的表压传感器的设备实施方法S100。采用表压传感器，方法S100可以检测在对应的时间段内在可变体积的流体内的压力的改变。响应于压力的改变，方法S100可以生成在对应的时间段内的触摸传感器输入模型。触摸传感器输入模型预测触摸传感器的输出，该触摸传感器的输出对应于压力相关事件(例如，对可变形区域的按压)导致的可变体积内的压力的改变。因此，方法S100可以将触摸传感器输入模型与在对应的时间段内的触摸传感器的输出进行比较。在对应的时间段之外的时间，触摸传感器可以被禁用，如同没有发生压力相关事件，并且因此在对应的时间段之外，触摸传感器不可检测到对于触觉层的输入。同样，方法S100可以通过从触摸相关事件中识别压力传感器被采样以便检测压力相关事件的适当的时段，来减少压力传感器的采样持续时间。

方法S100还可以通过从压力相关事件和压力相关事件的时间中识别对触摸传感器进行采样以便检测在触觉层上的输入的适当的间隔，来降低采样速率。例如，通过具有电容式触摸传感器和耦合于触觉层的应变仪的设备可以实施方法S100。方法S100可以检测压力相关事件，该压力相关事件对应于由可变形区域的变形引起的可变形区域的应变的改变。

方法S100另外地或者可选地可以确认对触觉界面的有意的输入，并且同样区分有意的输入和偶然的输入。方法S100可以通过将触摸传感器输入模型与触摸传感器的输出进行比较来识别输入。响应于在一定时间段内的在触摸传感器输入模型和触摸传感器的输出之间的关联、相似性和/或匹配，方法S100可以将压力相关事件识别为对于触摸传感器的输出对应于有意的输入的确认。

方法S100可以识别在触摸传感器上的输入的大小、速度、加速度、位置和/或持续时间等等。方法S100可以操纵来自于压力相关事件(例如，压力的改变)的数据，以计算在输入期间施加于可变形区域的力、输入的速度和/或输入的加速度。方法S100可以基于输入的速度和/或加速度，确定设备上呈现的窗口向下滚动有多快。例如，方法S100可以响应于对触觉界面的较高速度的输入，提高窗口滚动的速率。方法S100还可以基于输入的速度，操纵在设备上执行的相机应用的快门时间和/或曝光时间。例如，方法S100可以响应于较高速度的输入而提高快门速度以及响应于较低速度的输入而增加曝光时间。同样，方法S100可以基于对触觉界面的输入的力，操纵设备的音频输出的音量。例如，如果输入的力超过阈值力，那么方法S100可以对由设备输出的音量静音。

2.硬件

动态触觉界面可以包括和/或配接包括基板的动态触觉层，动态触觉层包括可变形区域和邻近可变形区域的并且耦合于在动态触觉层对面的基板的外围区域，并且可变形区域与基板配合以形成充满大量流体的可变体积。总体上，动态触觉层界定了在膨胀设置和收缩设置之间可操作以间歇地界定在表面上(诸如，在美国专利申请号13/414,589中描述的，诸如，在触敏数字显示器(例如，触摸屏)上)在触觉上可区分的构造的一个或多个可变形区域。

3.方法

总体上，方法S100的框S110包括在压力传感器处检测压力相关事件和压力相关事件的时间，压力相关事件对应于可变形区域的变形。

方法S100可以在计算(例如，电子)设备上被实施，该计算设备还包括耦合于在触觉层对面的基板的数字显示器并且可以连接将流体从贮存器位移到充满大量流体的可变体积的位移设备，借此将部分界定可变体积的可变形区域转变为膨胀设置，并且使在可变形区域处的触觉表面提升高于在外围区域处的触觉表面，使得可变形区域与外围区域在触觉上可区分。方法S100可以可选地连接动态触觉表面，在其中处于膨胀设置的可变形区域与外围区域齐平或者低于外围区域。然而，在膨胀设置中，可变形区域可以界定能够由输入物体变形或者按压的任何其他的构造。

动态触觉界面检测物体在触觉层的触觉表面上对动态触觉界面的接触。触觉层包括在附接表面对面的触觉表面和可变形区域。触觉层可以是大体上透明的或者半透明的。在其中物体被检测到与耦合于没有数字显示器的电子设备接触的变型中，触觉层可以是不透明的。触觉层可以经由在触觉层的触觉表面对面的附接面附接于基板。触觉层可以包括一个或多个外围区域和一个或多个可变形区域。在一个实施例中，可变形区域邻近外围区域，其中，一部分外围区域包括有源传感区。在其中动态触觉界面位于数字显示器上方的变型中，当物体与大体上在输入按键的图像上方或者大体上邻近在输入按键的图像正上方区域驻留的有源传感区接触时，物体可以被检测到。

有源传感区可以具有任何形状或者尺寸，并且可以对应于触摸传感器，诸如，电容式触摸传感器、电阻式触摸传感器、光学触摸传感器和/或被配置成检测在计算设备上的一个或多个点或区处的接触的其他传感器。另外地或者可选地，一旦与被配置成捕获在设备表面上的输入的、具有任何其他合适类型的传感器或者输入区域的触觉表面进行接触，接触可以被检测到。设备还可以把光学传感器(例如，相机)、压力传感器、温度传感器(例如，热敏电阻)或者其他合适类型的传感器并入，以分别捕捉输入物体(例如，触笔、手指、脸、嘴唇、手等等)的图像(例如，数字摄影图像)、输入的力和/或宽度、输入的温度等等。

框S110可以采用压力传感器(诸如，表压传感器、绝对压力传感器、电容式压力传感器、薄膜压力传感器或者其他压力传感器)检测可变体积的压力。另外地或者可选地，框S110可以采用应变仪(例如，压阻式应变仪)检测可变区域的应变，并且将应变与可变体积的压力关联。压力传感器可以连续地、间歇地或者瞬间地采样用于可变体积的压力的压力传感器。当压力超出预定阈值压力时，框S110可以瞬间采样压力。框S110还可以随时间采样多个压力，并且记录每个压力测量的时间。例如，框S110可以连续地记录在检测到的压力处于或者高于阈值压力之后的压力测量结果。在压力保持高于阈值压力或者在压力的预定范围内的同时，框S110可以继续记录压力测量结果。可选地，框S110可以连续采样(诸如，以不变的或者动态的采样速率)在可变体积内的压力。例如，压力传感器的采样速率可以高于触摸传感器的采样速率，以降低计算和能源成本。例如，框S110可以采用单一压力传感器检测可变体积的压力。相反，触摸传感器可以包括可以被采样以检测触摸的很多电容器。因此，在压力传感器包括比触摸传感器更少的采样元件时，框S110能够以比触摸传感器更快的采样速率来采样压力传感器。此外，触摸传感器为每个电容器充电到一定的电压，以便检测触觉界面的电容。为了给每个电容器充电，触摸传感器从能量源(例如，电池)吸收能量。因此，触摸传感器吸收比驱动压力传感器所需要的能量更多的能量来为每个电容器充电。相应地，框S110可以用于通过禁用触摸传感器直到压力传感器检测到压力相关事件为止，来降低能量消耗和计算成本。框S110可以检测压力相关事件，包括在一段时间中的压力的增加、减少或者没有改变。框S110可以另外地或者可选地检测在设备上使可变形区域变形的输入的力、速度和/或加速度。

总体上，方法S100的框S120包括将压力相关事件转变成与时间关联的触摸传感器输入模型。方法S100用于使用压力相关事件的数据(例如，压力值)来生成对应于压力相关事件的触摸传感器的输出的或者触摸事件的预测模型。框S120可以通过对压力数据进行时间标记，以使压力相关事件与压力相关事件的时间关联。例如，框S120可以采用压力超出预定阈值压力的时间来对超出预定阈值压力的压力进行时间标记。因此，框S120可以对相应于触摸传感器的输出的时间建模。在设备内的处理器还可以执行框S120，以将在框S110中从压力传感器接收的压力数据转变成数据曲线(或者其数值数据集)。例如，通过框S110收集的压力、速度、加速度、力和时间的数据可以被转变成数据曲线。框S120还可以使用预先存在的数据将压力相关事件转变成预测触摸事件的模型。例如，框S120可以使用时间-位移数值数据来将可变形区域的位移的位移数据转变成预测由触摸传感器检测到的电容的模型。同样，框S120可以采用预先存在的压力-电容数据来操纵压力相关事件数据，以预测输入导致的在触摸传感器处的在电容衰减上的局部改变。框S120可以选择性地将在框S110中检测到的压力相关事件的数据的任何部分或者全部转变成触摸传感器输入模型。

总体上，方法S100的框S130包括基于在阈值时间段内的在(在框S120中生成的)触摸传感器输入模型和触摸传感器的输出之间的关联，识别在对应于可变形区域的区域处的触觉表面上的输入。具体来说，框S130可以响应于在触摸传感器输入模型和触摸传感器的输出之间的相似性、一致性、关联和/或适当的匹配，识别触摸事件(例如，对触觉表面的输入)。

框S130可以以一定的采样速率采样触摸传感器(诸如，电容式触摸传感器、电阻式触摸传感器、光学触摸传感器和/或任何其他合适的触摸传感器)。框S130可以连续地(例如，以30Hz的采样速率)或者间歇地采样触摸传感器，并且可以无限期地或者以有限的时间段(例如，～99ms或者三个采样时段)储存触摸传感器的输出。具体来说，框S130可以连续地采样触摸传感器，并且储存触摸传感器的所有输出。因此，框S130可以将触摸传感器的所有输出与触摸传感器输入模型进行比较，以识别与在触摸传感器的输出中的任何输出对应的输入。另外，框S110可以检测在压力相关事件(例如，对可变形区域的按压)的时间和压力传感器检测到由压力相关事件引起的可变体积中的压力的改变的时间之间的延迟。框S130可以预测延迟，并且将在大体上压力相关事件时的时间的、而非在压力传感器检测到压力的改变时的时间的触摸传感器的输出进行比较。因此，框S130可以消除延迟。同样，框S110可以在对压力相关事件数据进行时间标记之前预测延迟，并因此在框S120中的将数据转变成模型之前消除延迟。可选地，框S130可以将触摸传感器的输出储存预定间隔(例如，1秒)。因此，框S130可以将从预定间隔开始(例如，倒退1秒)的触摸传感器的输出与触摸传感器输入模型进行比较，以识别在预定间隔内的输入。框S130还可以响应于压力相关事件，储存触摸传感器的输出。例如，框S110可以检测压力相关事件，其中，压力在某一个时刻超出阈值压力。因此，框S130可以储存在压力相关事件的时间之后的一段时间的触摸传感器的输出。框S130能够以比压力传感器的采样速率更快的、更慢的或者大体上类似的采样速率来采样触摸传感器的输出。

4.示例

总体上，方法S100用于检测压力相关事件和压力相关事件的时间以及将压力相关事件和压力相关事件的时间转变成触摸传感器输入模型，并且可以从在触摸传感器输入模型和触摸传感器的输出之间的关联中识别输入。

4.1阈值压力

在图2中显示的一个示例中，方法S100可以响应于检测到通过在可变体积内的流体压力上的增加超出阈值压力来表征的压力相关事件，识别对触觉界面的输入。方法S100可以检测可变体积的压力大于阈值压力以及压力改变事件对应的时间。因此，通过触发触摸传感器查找模仿压力的改变的、并且在压力相关事件的阈值时间内出现的输入的位置，方法S100可以将在压力的对应时间的触摸传感器的输出识别为输入。

具体来说，方法S100的框S110检测对应于可变形区域的变形的压力相关事件，并且记录由压力传感器输出的数据(诸如，按压可变形区域的可变体积的压力的改变、可变形区域的应变的绝对压力和/或改变等等)。框S110可以连续地或者间歇地采样压力、速度、加速度、应变等等。如果压力相关事件产生了大于预定阈值压力的检测到的压力，那么框S110可以记录压力相关事件以及压力相关事件的时间。框S110可以可选地检测在阈值压力范围(例如，1-2atm)内的压力。如果框S110检测到压力在阈值压力范围内，那么框S110可以记录压力和出现压力的时间。可选地，框S110可以检测和记录在阈值压力范围外部的压力。框S110还可以检测和记录低于最小压力的压力。

方法S100的框S120可以将压力和出现阈值压力的时间转变为触摸传感器输入模型。框S120可以对可以出现触摸传感器的输出的改变所在的时间或者时间间隔建模。时间可以对应于出现阈值压力的时间。因此，框S120可以将压力相关事件转变为触摸传感器可以检测触摸事件所在的时间或者时间间隔。因此，框S120可以用于触发触摸传感器以输出触摸传感器数据(例如，电容衰减)。

在这个示例中，方法S100的框S130可以响应于大体上在出现阈值压力的时间的或者在时间间隔内的阈值输出或者触摸传感器的输出的改变，来识别输入。例如，框S130可以检测在大体上与出现阈值压力的时间对应的时间的触觉层的电容的改变，并且将来自触摸传感器的输出和压力相关事件匹配。因此，框S130可以将电容的改变解释为输入。

在一个示例中，响应于检测到通过由触摸传感器输出的信号表征的触摸相关事件，向触觉界面的输入可以被检测。当触摸传感器提供输出时，可以确定关于对应于可变形区域的变形的压力相关事件是否也在与触摸传感器的位置关联的特定的可变形区域处被检测到。触摸传感器可以连续地接通、间歇地接通、或者在一些其他时间段接通，以检测在该特定传感器处接收到的触摸。压力传感器可以保持关断，直到对应的触摸传感器检测到触摸为止。在此时，触摸传感器可以连续地采样压力、速度、加速度、应变等等。压力相关事件产生了检测到的压力，例如，大于阈值压力的压力。压力相关事件和压力相关事件的时间可以被记录。基于触摸传感器的输出和压力相关事件以及压力相关事件的时间，输入可以被识别为有意的用户输入或者无意识的输入。如果输入被识别为无意识的输入，那么不采取行动。如果输入被识别为无意识的输入，那么基于例如由在其上实现压力传感器和触摸传感器的设备提供的呈现界面，与可变形区域和对应的压力事件关联的输入被处理。

在示例中，基于多个触摸传感器和多个压力事件，输入可以被检测。显示设备的一些输入可能需要多个输入点。例如，缩放输入可能需要选择缩放按钮并且指示以哪种方式归零，例如，用于放大的“+”按钮和用于缩小的“-”按钮。响应于检测到与不同的可变形区域关联的压力事件，对触觉界面的输入可以被检测到，并且对触觉界面的输入可以出现在同时的时间点。例如，压力事件可以在与显示器内提供的呈现的键盘上的第一按键关联的第一可变形区域处被检测到，并且第二压力事件可以在与显示器内提供的呈现的键盘上的第二按键关联的第二可变形区域处被检测到。基于两个压力事件，触摸传感器可以在触摸传感器的表面执行对于触摸输入的采样。具体来说，在第一可变形区域处的第一触摸传感器可以在与压力事件关联的压力事件时间被采样，并且在第二可变形区域处的第二触摸传感器可以在与第二压力事件关联的第二压力事件时间被采样。如果输入从第一压力事件和第一传感器输入中被识别，并且第二输入从在第二传感器输入中的第二压力事件中被识别，那么两个输入被提供给显示器，以实现与两个输入点关联的任务。在一些实施例中，由压力传感器测量的力、速度和其他压力事件数据可以向显示器设备提供变化的输入。例如，用于第一可变形区域的压力传感器可以识别按压并保持可变形区域的输入以及按压状态，同时在第二可变形区域处的压力传感器检测可变形区域被重复按压以及释放多次。在缩放输入的示例中，这将会导致在第二可变形区域被重复按压时的重复提高或者降低缩放。

4.2阈值压力差

在图2中显示的另一个示例中，方法S100可以响应于从在一段时间内和在压力范围内采样的检测到的压力导出的触摸传感器输入模型与触摸传感器的输出之间的关联，识别对触觉界面的输入。

在这个示例中，方法S100的框S110可以在一定时间间隔内记录两个或更多个压力测量结果以及对应于在该时间间隔内的一个或两个压力测量结果的时间。例如，框S110可以在第一时间检测到第一压力并且在第二时间检测到第二压力。可选地，框S110可以连续地采样来自压力传感器的压力，并且仅储存第一压力和第二压力。例如，框S110可以选择性地储存超出阈值压力的压力，并且忽略低于阈值压力的压力。第一时间和第二时间可以界定所有压力均超过阈值压力或者落入压力范围所在的时间间隔。在时间段的外部(例如，在第一时间之前以及在第二时间之后)，框S110检测低于阈值压力的压力或者在压力范围外部的压力。在另一个实施例中，框S110可以在第一时间检测到第一压力，第一压力超出阈值压力。在预定时间后(例如，第二时间)，框S110可以检测到第二压力。在又一个实施例中，框S110可以在第一时间检测到第一压力，并且在第二时间检测到第二压力，第二压力比第一压力大了预定压力，或者第二压力比第一压力小了预定压力。例如，框S110可以检测并且记录第一压力(例如，1atm)，并且连续采样直到检测到压力的改变比高于第一压力的预定压力改变更大为止(例如，2atm)。当框S110检测到压力大于预定压力改变时，框S110检测并且储存第二压力和第二时间(例如，3atm)。

方法S100的框S120可以将框S110的压力测量结果以及对应于每个压力测量结果的时间建模为压力对时间的曲线(或者展示这些的数值模型)。框S120可以对出现压力相关事件(例如，对可变形区域的按压)所在的间隔以及因此很可能由触摸传感器检测触觉界面上的输入所在的对应的时间间隔进行建模。框S120还可以将预先存在的数据(例如，使由压力传感器检测到的压力或者压力的改变的大小与电容、电阻或者触摸传感器的其他输出关联的数据)耦合到通过框S110检测到的压力测量结果。因此，框S120可以将压力测量结果转变为触摸传感器的预测输出。例如，框S120可以对在一定时间间隔内的在电容上的预测改变进行建模，其中，在第一时间的第一电容对应于在第一时间的第一压力，并且在第二时间的第二电容对应于在第二时间的第二压力。

框S130可以通过检测在对应的时间间隔内触摸传感器的输出(例如，电容)的改变，来识别对触觉界面的输入。另外地或者可选地，框S130可以通过检测关联于、对应于或者大体上匹配在框S120中生成的在一定时间间隔内的在电容上的预测改变的模型的在一定时间间隔内的触摸传感器的输出(例如，在一段时间中的电容)的图案，来识别输入。此外，框S130可以通过检测在任何时间间隔的触摸传感器的输出大小的改变(例如，电容的改变)大于或者等于框S120的电容的预测改变的两倍，来识别输入。

4.3压力曲线

在图2中显示的另一个示例中，方法S100响应于从在一段时间内采样的检测到的压力导出的触摸传感器输入模型和来自触摸传感器的输出之间的关联，识别对触觉界面的输入。具体来说，响应于在使一段时间间隔中由压力传感器检测到的多个压力与时间关联的数值数据和表示在相同时间间隔的触摸传感器的输出(例如，电容)的数值数据之间大体上的匹配和关联，方法S100识别输入。

具体来说，框S110可以采样并且储存由压力传感器检测到的一组压力。例如，框S110可以在产生超出预定阈值压力的压力的、或者对应于在一段时间中的预定图案的压力的事件(例如，在1毫秒内压力急剧增加)之后选择性地采样并且储存压力。框S110可以采样在该事件之后的指定间隔的压力。可选地，框S110可以采样压力，直到框S110检测到低于最小压力的压力或者出现第二事件(例如，压力急剧减少)为止。框S110还检测在与该组压力中的每个压力关联的时间。

框S120可以对在一段时间中的该组压力进行建模，借此产生压力对时间的曲线。框S120可以表征压力-时间数据，并且因此对压力-时间数据的转折点、峰、低谷、最小值、最大值等等建模，并且解释所表征的数据，以对触摸传感器数据模型进行建模。框S120可以预测对应于电容式触摸传感器的电容衰减和最接近的电容性实体(例如，用户或者触笔)的电容衰减曲线。例如，框S120可以对在给定时间段内的压力的几个最大值进行建模。因此，框S120可以将最大值转变成脉冲输入(例如，用户重复触摸触觉界面以及抬起)的模型。框S120还可以对压力-时间数据的轮廓线进行建模，以预测可变形区域的变形的、以及因此由用户输入的加速度、速度和/或力。

框S130可以基于在框S120的触摸传感器输出模型和在大体上与触摸传感器输出模型的时间间隔对应的时间间隔检测到的来自触摸传感器的输出之间的关联来识别输入。具体来说，框S130可以将框S120的触摸传感器输入模型与来自触摸传感器的输出进行比较。如果来自触摸传感器的输出大体上匹配或者关联于触摸传感器输入模型，那么框S130可以将来自触摸传感器的输出识别为对应于输入。框S130可以使用触摸传感器输入模型来界定触摸传感器的采样速率。例如，对于具有半周期的多个最小值和最大值和有效周期的触摸传感器输入模型来说，框S130可以界定比有效周期更快的采样速率，以便捕捉触摸传感器的输出的最小值和最大值。框S130可以基于在触摸传感器输入模型(例如，非线性的电容对时间曲线)中的不规则，提高触摸传感器的采样速率，并且基于在触摸传感器输入模式中的可预测的图案(例如，电容对时间的指数式衰减)，降低触摸传感器的采样速率。框S130还可以指示触摸传感器获取在压力相关事件的时间之前指定间隔的触摸传感器的输出，以便克服在框S120和框S130期间的处理延迟。

4.4位移曲线

在图3中显示的另一个示例中，方法S100基于在可变形区域的力-位移模型(和/或时间-位移模型)与触摸传感器的输出之间的关联，识别对触觉界面的输入。具体来说，方法S100可以采用包括“锅仔片(snap dome)”可变形区域的触觉部来实施，如同其通过引用以其整体并入本文的美国专利申请号12/652,708中所描述的。“锅仔片”可变形区域大体上抗拒多达施加于可变形区域的阈值压力。当施加于该可变形的压力超出阈值压力时，“锅仔片”可变形区域塌下，并且变形成大体上齐平或者低于外围区域的收缩设置。

框S110可以在对应于“锅仔片”可变形区域塌下成收缩设置的时间检测对应于可变形区域的变形的压力相关事件。框S110可以检测在压力传感器处的压力改变。可选地，框S120可以对位移“锅仔片”可变形区域所需的力进行建模和/或利用表现该力的预先存在的模型。框S120可以实施预先存在的力-位移模型、压力-位移模型和/或时间-位移模型，以对邻近“锅仔片”的可变体积的压力改变建模。框S120可以将压力改变模型转变成触摸传感器输入模型。框S130可以将触摸传感器输入模型与触摸传感器的输出进行比较，以核实并且识别对触觉界面的输入。另外，框S130可以指示触摸传感器经过对应于“锅仔片”的位移的时间间隔以较高的速率采样。

4.5触摸驱动的模型

方法100的一个变型包括在触摸传感器处检测触摸相关事件和触摸相关事件的时间；将触摸相关事件和时间变换成预测压力传感器数据的模型；并且基于在模型和真实的压力传感器数据之间的相似性，检测在触觉表面上的输入。

框S110可以另外地或者可选地在触摸传感器处检测触摸相关事件。例如，框S110可以改变在一定时间间隔内的电容式触摸传感器的电容。响应于检测到触摸相关事件，框S120可以将电容的改变(或者在该时间间隔的电容衰减的改变)转换成预测压力传感器的输出的模型。例如，框S120可以预测该时间间隔内的压力改变的大小。框S130可以使模型与真实的压力传感器的输出关联。响应于经过一部分或者全部的时间间隔的在模型和真实的压力传感器的输出之间大体上的匹配或者关联，框S130可以识别压力相关输入(例如，对可变形区域的按压)。这种变型可以用于降低计算成本以及处理压力传感器的输出的运行时间。因此，通过在框S110中检测触摸相关事件，框S120和框S130可以使得压力传感器能够检测和/或储存压力值。这种变型还用于利用后续的压力相关事件核实触摸相关事件(例如，接触触觉表面)。框S130还可以界定比触摸传感器的电容衰减定时更快的压力采样速率。

如本领域技术人员将从以前的详细描述以及从附图和权利要求中认识的，在不脱离如以下的权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，可以对本发明的优选实施例做出修改和变化。

在一些实施例中，触摸传感器可以使用单一上层来实施。在这个实施例中，当单一上层变形时(例如，因为由用户的手指、触笔或者其他设备施加的力)，上层的变形可以创建指示触摸事件的存在以及触摸事件的位置的信号。

在一些实施例中，触摸传感器可以使用定位在中间层上方的上层以及定位在中间层下方的下层来实施。在这个实施例中，当单一上层通过中间层向下层变形时(例如，因为由用户的手指或者触笔施加的力)，上层的变形变得紧密靠近下层或者接触下层，可以创建指示触摸事件的存在以及触摸事件的位置的信号。

图4是触敏界面的一个变型的示意性表示。图4的触敏界面包括上触摸传感器层402、下触摸传感器层406以及中间层404。上层404可以与下层406相结合形成触摸传感器的一部分。触摸传感器可以是电容式触摸传感器、电阻式触摸传感器或者其他类型的触摸传感器。实现触摸传感器的上部的上层404可以是柔性的，使得当物体(诸如，触笔或者手指)在向下的方向上挤压上层404时，上层404可以弯曲、变形或者以其他方式改变形状。因此，层402可以充足地变形或者弯曲，使得层402可以位移在层404中的流体，并且与下层406接触。下层406可以形成触摸传感器层的第二半部，并且可以采用比层404更坚固的材料来实施。因此，当物体对上层402施加力并且上层402接触下层406时，下层将不会弯曲或者被位移。在一些实施例中，下层406可以采用硬化塑料、玻璃或者一些其他材料来实施。

上层和下层包围可以被实施为流体、胶体或者一些其他可压缩材料的中间层404。材料层404可以在由层402和层406创建的整个体积中延伸，可以是可压缩的，并且可以在未压缩时膨胀以填满由上层402和层406界定的体积。触笔410可以用于施加作为在触摸传感层402和406上的按压的输入。例如，当物体(诸如，触笔410)对它们的上层402施加力时，层402可以被按压进从前由层404占据的空间，并且占据层406的流体可以被压缩进中间层的其他部分。这可以导致在层404内的流体(或者胶体或者其他材料)具有较低体积和较高压力。

如在图5中显示的，当触笔410挤压上层402的上表面时，层402可以向下拉伸和膨胀，直到它变得紧密靠近下层406或者接触下层406为止。在触笔410在层402的上表面上施加向下的力所在的点516，流体在中间层404中被驱离该点，并且层402向着层406向下拉伸。在实施例中，由层402和层406形成的触摸传感器可以检测触摸事件的存在以及在上层的位置，例如，在图5中出现触摸事件所在的点516——在这种情况下是触笔410对层402的上表面施加压力的位置。

压力传感器412和414可以检测在触笔向下挤压层402的表面之前的时间点与在触笔将表面402挤压到层402接触层406所在的点的时间点之间压力的改变。压力的改变可以通过几个压力传感器(诸如，在层404外围的周围的412和414)来检测。由压力传感器提供的该组压力读数可以提供作为时间与大小的函数的压力，以补充电容式触摸屏的输入。压力传感器可以提供关于触笔向下按在层502上有多么猛烈的更好细节层次。在一些实例中，对总体上位于层404外围的压力传感器412和414进行代替或者添加的其他压力传感器可以被使用。其他压力传感器类型可以是透明的，并且可以在中间层的表面或者在胶体、流体、弹性体或者构成中间层的其他材料内被实施，并且可以用于在中间层内从中间层的拉伸中测量压力的改变，例如，使用银纳米线以及在压力传感器中的其他传感器。

在实施例中，中间层506可以被实施为弹性体层。正因如此，层压缩的程度除了可以确定触笔410在上层402表面上的位置自身之外，还可以用作确定触笔挤压该位置有多么猛烈的工具。这提供了不同于在触觉层的上方使用嵌入式电极或者透明电极的方法的、用于在弹性体层中收集数据的方法。在图4和图5中示出的实施例中，压力的改变(甚至是在轮廓中电气检测到的改变)可以通过在下面的电容式触摸屏或者通过在包括中间层404的材料中施加的压力波形来确定。另外，压力的改变可以使用嵌入式柔性透明电极结构的法向加压来检测。

检测到的压力的改变可以归因于触笔。不同的触笔类型可以与本文描述的界面一起使用。软尖端的触笔可以被利用，以在上层的上表面上提供压力，触笔的使用旨在模仿用户的手指。相对坚硬的尖端的触笔也可以被使用，其旨在模仿书写用具。当使用任何类型的触摸传感器时，压力以及因此的触摸的大小不能被确定-仅仅触摸的存在以及位置可以从触摸传感器被检测到。当用户的手指正在提供输入时，一些触摸传感器可以基于由用户的输入提供的覆盖区或者“手指印记”来估计压力。如果在触摸表面上的输入覆盖区包括较小的区域，那么手指的压力被确定为较小。当用户采用更多压力将手指按在触摸传感器的上表面上时，手指尖端塌下，并且在触摸传感器的上表面上提供更大的接触区域。因此，当手指用户在触摸传感器上提供输入时，一定程度的压力可以被确定，但是压力的级别或者大小难以确定，并且将因为手指尺寸、施加的压力等等而在不同的用户之间不一致。如本文公开的，利用除了触摸传感器之外的压力传感器提供了胜过单独使用触摸屏的几个优势，包括能够详细得多地并且以好得多的准确性来确定输入压力的大小。

除了检测在显示屏上的输入之外，用于流体层的压力传感器可以用于检测滑动条的位置。在示例中，手指可以上下移动滑动条，其在液体或者胶体层上行进并且耦合于多个压力传感器。多个压力传感器可以检测对应于滑动条的位置的流体层的不同部分的压力，并且检测压力到达压力传感器的时间。通过收集这个信息，多个压力传感器可以告诉手指沿着滑动条在哪里。

电容触摸屏层可以用于确定用户在什么时候触摸屏幕。然而，电容触摸屏层可以提供一些量的电磁干扰和/或影响在传感器输出信号中的信噪比，这可以影响来自触摸传感器自身的从显示设备接收的信号的保真度。

为了减缓这些影响，其他类型的触摸传感器可以被使用，诸如，例如，利用电阻传感器的触敏界面。图6是利用电阻传感器的触敏界面的一个变型的示意性表示。图6的界面包括上触摸传感器层602、下触摸传感器层606以及中间触摸传感器层604。上层602可以采用在(诸如，例如，通过触笔610)输入被接收到时可以给予拉伸的柔性的并且柔韧的材料来实施。上层602可以包括在层602的底面上的薄金属箔层。电压可以被施加于金属箔层的一角，使得在金属箔层中的不同的点处的电压基于层的电阻而相异。

中间层604可以包括胶体、流体或者可以具有由压力传感器612和614可测量的压力的一些其他弹性材料，其中的每个连同其它压力传感器可以沿着层604的外围被定位。上层602可以是柔性的，同时下层606可以是稳定层。两层均可以采用薄导电涂层(诸如，例如，铟锡氧化物或者其他材料)来涂覆。

图7示出接收来源于触笔610的输入的触摸传感器界面的示意性表示。当上层602受到力(诸如，来自触笔610)的按压时，上层将来自中间层604的流体进行位移，并且最终变成接触下层606。单向电压可以被施加于上层602。当上层602与下层606变成相互接触时，下层606测量作为沿着第一层的距离的电压，这提供了电阻的x-坐标。当接触坐标已经被获得时，电压坡度被施加于第二层。因此，通过对第一层施加的并且在第二层测量的电压，接触点的位置被确定为与路径行进关联的电阻。按照这种方式，与接触关联的精确的触摸位置可以采用高分辨率来确定，并且提供了非常准确的触摸控制。

当利用在电阻式触摸传感器的两个层之间的流体间隔层的电阻式触摸屏的上层接收输入时，流体从输入的位置受迫进入中间层604的剩余的体积。通过沿着层604的边界定位的一系列的独立的压力传感器测量一系列的压力波。因此，不仅输入的位置可以被检测到，而且与压力事件关联的力、速度以及其他信息也可以被检测到。

在一些实施例中，电阻层可以仅用于在凭借压力传感器检测压力事件时确定位置。由此，可以不需要将电压施加于电阻式触摸屏层，除非压力事件在监测构成层604的材料的压力的一个或多个压力传感器处被检测到。通过除非压力事件被检测到，否则不将电压施加于电阻层，可以将与电压始终被施加的情况相比更少的电压施加于电阻式触摸屏层，借此降低由电阻式触摸屏消耗的电力。

在流体层中的压力相关事件的检测可以通过在可变体积内的流体压力增加超出阈值压力来表征。压力和与压力关联的时间可以通过邻近流体层604的压力传感器检测什么时候压力大于阈值压力以及压力改变事件对应的时间。因此，通过触发将要施加于电阻式触摸传感器的电压以查找模仿压力的改变的、并且在压力相关事件的阈值时间内出现的输入的位置，在压力的对应时间的电阻式触摸传感器的输出可以被确定为输入。

具体来说，压力传感器可以检测对应于在上层602的表面接收的迫使层602接触层606的力的、并且记录由压力传感器输出的数据的压力相关事件，诸如，按压可变形区域的在层604处的体积的压力的改变、可变形区域的应变的绝对压力和/或改变等等。用于层604的压力传感器可以连续地或者间歇地采样压力、速度、加速度、应变等等。如果压力相关事件产生了比预定的阈值压力更大的检测到的压力，那么触觉界面关联的系统可以记录压力相关事件以及压力相关事件的时间。用于层104的压力传感器可以可选地检测在阈值压力的范围(例如，1-2atm)内的压力。如果压力传感器612和614检测到压力在阈值压力范围内，那么与图6-7的界面关联的系统可以记录压力和出现压力的时间。可选地，压力传感器112和114以及界面系统可以检测并且记录在阈值压力范围外部的压力，并且检测并且记录低于最小压力的压力。

Claims (19)

1.一种用于记录用户与动态触觉界面的交互的方法，所述动态触觉界面包括触觉层和基板，所述触觉层界定触觉表面、可变形区域，所述可变形区域与所述基板配合以形成填充有大量流体的可变体积，所述方法包括：

·在流体地耦合于所述可变体积的远程压力传感器处检测所述大量流体的第一压力相关事件，所述第一压力指示在所述远程压力传感器处的压力已增加；

·响应于检测到所述第一压力，由触摸传感器检测触摸，并且由所述触摸传感器提供输出，所述触摸传感器与所述可变形区域关联；

·基于检测到的所述大量流体的第一压力和所述触摸传感器的输出，识别在所述可变形区域处的有意的触摸；

·响应于识别到的触摸，在处理器处由处理器执行对应于所述触摸的命令。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压力相关事件对应于对处于膨胀设置的所述可变形区域的按压。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述压力相关事件转变成与关联于压敏事件的时间相关的触摸传感器输入模型，其中，所述有意的触摸基于在所述触摸传感器输入模型和所述触摸传感器的输出之间的关联。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述有意的触摸基于在阈值时间段内的在所述触摸传感器输入模型和所述触摸传感器的输出之间的关联。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一压力相关事件对应于超出与所述可变形区域的按压相关联的阈值的压力。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，用于触摸输入的触摸传感器采样由所述第一压力相关事件启动。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

响应于检测到的压力事件，生成对应于所述压力事件的时间段的触摸传感器输入模型；并且

将在与所述压力相关事件关联的时间段内的所述触摸传感器输入模型与触摸传感器的输出进行比较。

8.一种用于记录用户与动态触觉界面的交互的方法，所述动态触觉界面包括压力传感器、可压缩的中间层、以及实施上层的柔性触摸传感器，所述方法包括：

·在所述压力传感器处检测大量流体的第一压力相关事件，所述压力传感器流体地耦合于所述中间可压缩层，所述第一压力指示所述中间层的体积已减少；

·检测由所述触摸传感器提供的信号的改变，所述信号的改变指示出现触摸事件以及所述触摸事件在所述上层上的位置，所述检测与所述触摸传感器的输出关联；

·基于检测到的第一压力相关事件和所述触摸传感器的输出，识别在所述触摸传感器的所述上层的上表面上的有意的触摸，

·响应于识别到的触摸，在处理器处由处理器执行对应于触摸的命令。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，信号的改变是由触摸传感器的变形引起的。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述触摸传感器是电容式触摸传感器。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述触摸传感器包括上层和下层，所述上层被定位在所述中间可压缩层的上方，并且所述下层被定位在所述中间可压缩层的下方，当所述上层在所述上层的所述上表面上的特定位置处通过所述中间层并且向所述下层变形时，所述信号的改变被创建。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述变形引起所述上层与所述下层接触。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述触摸传感器是电阻式触摸传感器。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述压力传感器位于所述中间可压缩层的外围。

15.根据权利要求8所述的方法，其中，所述压力传感器位于所述中间可压缩层内。

16.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一压力事件对应于触笔对所述上层的按压。

17.根据权利要求8所述的方法，其中，所述中间可压缩层是由在所述上层和下层之间延伸的流体、胶体或者弹性体形成的。

18.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一压力相关事件与出现所述事件的时间以及在所述上层上出现所述第一压力相关事件的位置关联。

19.根据权利要求8所述的方法，还包括：

响应于所述检测到的压力事件，生成对应于所述压力事件的时间段的触摸传感器输入模型；并且

将在与所述压力相关事件关联的时间段内的所述触摸传感器输入模型与触摸传感器的输出进行比较。