CN109952548B - 检测无机械开关的触发器运动 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激活输入装置上的触发器的系统和方法，其中电容传感器用于手指的接近检测，并且其中该触发器可提供一定范围的信号电平而不是开启/关闭信号。

Description

检测无机械开关的触发器运动

技术领域

本发明总体涉及一种触摸和接近传感器。更具体地，本发明涉及一种激活输入装置上的触发器的系统和方法，其中电容传感器用于手指的接近检测，并且其中触发器可以提供一定范围的信号电平而不是开启/关闭信号。

背景技术

近年来，手持式电子装置已经变得很丰富。这些装置包括但不限于智能手机、视频游戏控制器、便携式视频游戏、电视遥控器、照相机、增强现实眼镜、虚拟现实眼镜、多媒体播放器等。已经出现提高其功能的趋势。一个挑战是在例如可以在虚拟现实(VR)或增强现实(AR)环境中使用的游戏控制器的物理输入装置中创建触发机制。

以触摸和接近感测触摸传感器作为示例是有用的，触摸和接近感测触摸传感器可以被修改并适于与本发明的实施例一起使用。

Corporation触摸板是一种相互电容感应装置，其示例如图1中的框图所示。在该触摸板10中，X(12)和Y(14)电极的栅格和感测电极16用于限定触摸板的触敏区域18。通常，当存在空间限制时，触摸板10是大约16乘12电极或8乘6电极的矩形栅格。与这些X(12)和Y(14)(或行和列)电极交织的是单个感测电极16。通过感测电极16进行所有的位置测量。

Corporation触控板10测量感测线16上的电荷不平衡。当没有指示物体在触摸板10上或接近触摸板10时，触摸板电路20处于平衡状态，并且在感测线16上没有电荷不平衡。当由于物体接近或触摸触摸表面(触摸板10的感测区域18)时的电容耦合而导致指示物体产生不平衡时，则在电极12、14上发生电容变化。测量的是电容的变化，而不是电极12、14上的绝对电容值。触摸板10通过测量必须注入到感测线16上的电荷量来确定电容的变化以重新建立或重新获得感测线上的电荷平衡。

上述系统用于确定手指在触摸板10上或接近触摸板10的位置，如下所述。该示例描述了行电极12，并且以相同的方式对列电极14进行重复。从行电极和列电极测量获得的值确定交叉点，该交叉点是触摸板10上或接近触摸板10的指示对象的质心。

在第一个步骤中，利用来自P、N生成器22的第一信号驱动第一组行电极12，并且利用来自P、N发生器的第二信号驱动不同但相邻的第二组行电极。触摸板电路20使用相互电容测量装置26从感测线16获得值，该获得的值指示哪个行电极最靠近指示物体。然而，在一些微控制器28的控制下的触摸板电路20还不能确定指示物体位于行电极的哪一侧，触摸板电路20也不能确定指示物体在距离电极多远的位置处。因此，系统使待驱动的这组电极12移动一个电极。换句话说，增加组的一侧上的电极，而不再驱动组的相对侧上的电极。然后由P、N生成器22驱动新组，并且获取感测线16的第二测量量。

从这两个测量中，可以确定指示物体位于行电极的哪一侧，以及距离多远。然后使用比较测量的两个信号的幅度的等式执行指示对象位置的确定。

Corporation触控板的灵敏度或分辨率远高于16乘12网格的行电极和列电极表现出的灵敏度或分辨率。分辨率通常为每英寸960计数或更高的等级。精确的分辨率由组件的灵敏度、相同行和列上的电极12、14之间的间距以及对本发明不重要的其他因素确定。使用P、N发生器24对Y或列电极14重复上述过程。

尽管上述CIRQUE触摸板使用X和Y电极12、14的网格以及单独的单个感测电极16，但是通过使用多路复用，感测电极实际上可以是X或Y电极12、14。

用于许多电子游戏和游戏控制器的手持输入装置通常使用针对用户的食指的机械触发器。手指拉动机械触发器以使触发器激活可能与触发器相关联的任何功能。触发器通常用作开启/关闭开关。这些触发器通常由弹簧加载的薄塑料件制成，并且在拉动时具有显着的行进运动。

一些触发器也可能在触发器行程的末端附近具有机械开关。还有一些可能具有线性传感器，例如电位计或可变光学截止器或电阻丸(resistive pill)。然而，这些现有技术的触发器都没有一种方法来感测手指是否正好在触发器表面上方盘旋。

在VR和AR环境中也是如此，可希望检测在空间中的手指和将其可视化，使得玩家可以在按下触发器之前看到与触发器相关的虚拟手指。

因此，提供一种不需要随时间而磨损的机械开关的触发功能将优于现有技术。提供一种可以提供在VR或AR环境中在手指拉动触发器之前能够可视化手指的所需功能的开关也将是有利的。

发明内容

在第一实施例中，本发明是一种激活输入装置上的触发器的系统和方法，其中电容传感器用于手指的接近检测，并且其中触发器可以提供一定范围的信号电平而不是开启/关闭信号。

考虑到以下通过结合附图的详细描述，本发明的这些和其他目的、特征、优点和替代方面对于本领域技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1是适用于本发明的现有技术中发现的触摸板的操作的框图。

图2是手柄的轮廓图，其配备有电容触发器而不是机械触发器，从而延长了触发器的寿命，并提供了提供一定范围的信号而不是开启/关闭信号的触发器。

图3是图2的手柄和触发器的立体图。

图4是示出了触摸和接近传感器控制器如何发送和接收驱动和感测信号的示意性框图。

图5是配备有电容触发器的手柄的替代实施例的轮廓图。

图6是配备有电容触发器的手柄的替代实施例的轮廓图。

图7是使用腕带将驱动信号发送给用户的替代实施例的轮廓图。

图8是配备有多个电容触发器的手柄的替代实施例的轮廓图。

具体实施方式

现在将参照附图，其中本发明的各种元件将被给予数字标记，并且其中将讨论本发明以使本领域技术人员能够制造和使用本发明。应理解的是，以下描述仅是本发明原理的示例，而不应视为缩小所附权利要求的范围。

本发明的实施例可以组合触发手指的接近感测功能和触发器的线性感测功能。实施例还可以消除所有机械开关，并且在保持触发器的期望机械感觉的同时进行感测。

本发明的实施例可以涉及一种新型的非机械触发器。图2提供了本发明实施例的手柄30和触发器32的轮廓图。应当理解，手柄30和触发器32仅是许多可能的手柄和触发器形状和配置的示例，其可以被修改以包括本发明的实施例，并且不应该被认为是对本发明范围的限制。重要的是手柄30包括轴34和触发器32，并且其中触发器能够作为一个单元旋转或滑动并且在其被压下时向后移动。触发器可以向后移动到手柄中，或者它可以向后滑动到未被手柄包围的开放空间中。

在本发明的第一实施例中，接近感测的功能与线性感测功能相结合，如下所述。

在该实施例中，用户的手可以用小电场驱动，该电场类似于智能电话和触摸屏和触摸板中可找到的日常触摸传感器上的电场信号。换句话说，该电场对用户来说不明显，因为它太小了。

在该第一实施例中，用户的手可以被电容驱动，但是它也可以被流电驱动。向用户的手传递驱动信号可以是手柄30的轴34上的金属板或驱动电极36的形式。驱动电极36可以设置在轴34的任一侧或轴34的背面上，以确保右手或左手用户可以接收驱动信号。然而，驱动电极36的精确位置可以移动到方便的位置，并且不应该被认为是该实施例的限制因素。

感测电极38可以在触发器上接收来自用户手指的感测信号。感测电极38可以设置在手柄30内并且紧邻触发器32。触发器32可以是弹簧加载的触发器，其感觉像现有技术中的任何其他触发器并且提供现有技术中可发现的触觉反馈。然而，触发器32中不再有机械开关，因此不存在机械开关磨损。

可以根据需要修改感测电极38的位置和精确形状。重要的是，感测电极38可以正好设置在手柄30的表面内，使得它尽可能地靠近挤压触发器的物体。感测电极还可以设置在不接收来自用户的手的另一部分的感测信号形式的驱动信号的位置。

可选地，感测电极38可以设置在手柄30的外表面上并且紧邻触发器32。只要感测电极能够检测来自触发器32上的手指的驱动信号，然后当手指挤压触发器时检测手指朝向感测电极的接近，就可以根据需要调整感测电极38的精确位置。

当用户的手指触摸触发器32并开始挤压时，感测电极38可以使用接近感测来在手指到达手柄30之前检测手指。当手指挤压触发器32时，感测电极上的信号可以从手指首先触摸触发器32时的最小信号电平增加，并且增加直到达到当触发器32被完全压下时的最大信号电平。

因此，实施例的触发器32可以提供更多信息，而不是像现有技术的典型机械开关那样起用作。因此，用户仅可能够部分地按压触发器32，从而导致感测电极38上的信号的部分改变。

例如，触发器32可以用于提供可以在当手指与触发器接触并且触发器处于平衡位置时的最小电平一直到当触发器处于完全挤压位置时的最大信号电平之间变化的信号。当触发器32被完全压下时，手指可以或可以不与手柄30接触。触发器移动的距离可以与触发器32相关，并且可以是设计选择。然而，触发器32现在可用于提供沿滑动标度的在最小信号电平和最大信号电平之间的信号，而不是用作提供现有技术的简单的开启/关闭信号。

图3是手柄30、触发器32、轴34、驱动电极36、手柄内部的感测电极38以及用户的手40和将要抓住手柄的手指的立体图。在该视图中，仅存在单个驱动电极36，其是在轴34的侧面上的大的平板。

图4是第一实施例的感测信号的触摸和接近传感器的示意性框图。触摸和接近传感器可以包括：用于产生信号的触摸和接近传感器控制器42，将信号传输到用户的手的驱动电极36，以及接收来自触发器32上的用户手指的信号然后将该信号发送到触摸和接近传感器控制器42的感测电极38。

来自感测电极38的信号的幅度可以在滑动标尺上使用，以确定触发器32已经被用户压下的程度。可能需要校准触发器32以便确定可由感测电极38获得的最小信号和最大信号。

触摸和接近传感器控制器42可以设置在手柄30内并且包括待被连接到驱动电极36和感测电极38的接线。

图5提供了本发明的替代实施例。可以移动感测电极38，使得感测电极不在手柄30的内部，而是在触发器32的端部下方。将感测电极38放置在该位置处使得可以检测到的手指接近的距离最大化。

在所有实施例中，触发器32可以被修改为包括在手柄30内部的触发器壳体50内部的结构，其在触发器被拉动一定距离之后在触发器上引起硬卡扣动作。提供作为触觉反馈的硬卡扣动作的目的是可以修改触发器32以包括特定的感觉，例如模仿当枪的击铁由扳机扳回并释放时感觉。

或者，触发器32上的触觉反馈可以是摩擦力的逐渐增加，作为用户拉动触发器32的程度的指示。触发器32被拉动得越远，触发器运动的摩擦力就越大。在触发器上产生摩擦的可以是强弹簧或例如活塞的运动抑制装置，但不应被视为限于这些选择。任何可以在触发器被压下得越多时抑制运动或增加触发器上的张力从而增加强度的装置都可以被认为是在本发明的范围内。

在图6所示的本发明的另一实施例中，驱动电极36和感测电极38的作用可以颠倒。在该配置中，现在在驱动电极44上发送信号，并且在感测电极46上检测到的信号作为感测信号。

图7示出了在另一实施例中与驱动信号的强连接点可以不是用户的手，而可以是在具有强联接的手腕或身体的一些其他部分上。例如，用户可以将弹性带50放在手腕周围。弹性带50可包括压在使用者皮肤上的电极，以便将信号传递给使用者的手指，并且还包括连接到手柄30的线52，以将手柄30连接到触摸和接近传感器控制器42。

在另一实施例中，触摸和接近传感器控制器42可以在触发器32附近具有多个感测电极38，从而实现手指位置和手指悬停高度的更高分辨率。感测电极38的数量的增加可以使该功能成为可能。

在图8所示的本发明的另一实施例中，沿着手柄30的轴34可以有多个触发器32。这些触发器32可以放置成使得其他手指可以将它们朝向手柄30内的感测电极38按压。每个触发器32可以激活不同的功能，或者它们可以共同为单个功能提供信号电平。

在本发明的另一实施例中，手柄30中可以存在可以提供各种不同的振动的触觉发动机，以便在挤压触发器32时提供模拟响应。

作为本发明的至少一个实施例的概述，实施例包括利用接近感测提供非机械触发功能的系统。该系统可包括：手柄，其具有用于支撑手柄的轴；触摸和接近传感器控制器，其设置在手柄中用于提供驱动信号并接收感测信号；至少一个驱动电极，其联接到触摸和接近传感器控制器用于接收驱动信号，并且其中至少一个驱动电极设置在手柄的外表面上并将驱动信号传递给握持手柄的用户的手。

实施例还可包括至少一个可移动地附接到手柄的触发器，使得触发器在施加力时的按压位置和当力被移除时的平衡位置之间移动，至少一个感测电极联接到触摸和接近传感器控制器，其中至少一个感测电极紧邻触发器设置，并且其中触摸和接近传感器控制器通过检测指示至少一个感测电极上的电容变化的感测信号而在当手指在触发器上施加力时触发器从平衡位置移动到按压位置时跟踪触发器的运动。

实施例的一个特征可以是：系统可以包括提供信号的触摸和接近传感器控制器，其中信号的幅度可以在至少一个触发器处于平衡位置时的最小信号电平和当至少一个触发器处于完全压下位置时的最大信号电平之间变化。

实施例的一个方面可以是：本发明可以包括通过为触发器提供触发器壳体来改变至少一个触发器的运动特性，其中触发器壳体设置在手柄内。例如，通过在触发器壳体中提供运动抑制装置，系统可以在至少一个触发器压下得越多时增加至少一个触发器上的张力。

尽管上面仅详细描述了几个示例实施例，但是本领域技术人员将容易理解的是，在不实质上脱离本发明的情况下可以在示例实施例中进行许多修改。因此，所有这些修改旨在包括在所附权利要求所限定的本公开的范围内。申请人的明示意图是不要援引35U.S.C.§112，第6段对于本文任何权利要求的任何限制，除了那些权利要求明确使用“用于...的装置”和相关功能的措词之外。

Claims (20)

1.一种利用接近感测提供非机械触发功能的系统，所述系统包括：

手柄，所述手柄具有用于支撑所述手柄的轴；

触摸和接近传感器控制器，所述触摸和接近传感器控制器设置在所述手柄中，用于提供驱动信号和接收感测信号；

至少一个驱动电极，所述至少一个驱动电极联接到所述触摸和接近传感器控制器，用于接收所述驱动信号，其中所述至少一个驱动电极设置在所述手柄的外表面上并将所述驱动信号传递给握持所述手柄的用户的手；

至少一个触发器，所述至少一个触发器可移动地附接到所述手柄上，使得所述触发器在施加力时的压下位置和所述力被移除时的平衡位置之间移动；

至少一个感测电极，所述至少一个感测电极联接到所述触摸和接近传感器控制器，其中所述至少一个感测电极紧邻所述触发器设置；并且

其中所述触摸和接近传感器控制器通过检测指示所述至少一个感测电极上的电容变化的感测信号，当手指在所述触发器上施加力使所述触发器从所述平衡位置移动到所述压下位置时，跟踪所述触发器的运动。

2.根据权利要求1所述的提供非机械触发功能的系统，其中所述触摸和接近传感器控制器提供信号，其中所述信号的幅度能够在所述至少一个触发器处于平衡位置时的最小信号电平和所述至少一个触发器处于完全压下位置时的最大信号电平之间变化。

3.根据权利要求1所述的提供非机械触发功能的系统，其中所述至少一个驱动电极进一步包括设置在所述轴的相对侧上的至少两个驱动电极。

4.根据权利要求1所述的提供非机械触发功能的系统，其中所述至少一个触发器进一步包括旋转触发器，所述旋转触发器围绕所述旋转触发器的拐角处的固定位置旋转，所述固定位置联接到所述手柄。

5.根据权利要求1所述的提供非机械触发功能的系统，其中所述至少一个触发器进一步包括至少一个不旋转但垂直于所述手柄移动从而滑入和滑出所述手柄的触发器。

6.根据权利要求1所述的提供非机械触发功能的系统，其中所述至少一个触发器进一步包括用于所述触发器的触发器壳体，其中所述触发器壳体设置在所述手柄内。

7.根据权利要求6所述的提供非机械触发功能的系统，其中所述触发器壳体进一步包括运动抑制装置，所述运动抑制装置在所述至少一个触发器压下得越多时增加所述至少一个触发器上的张力。

8.根据权利要求1所述的提供非机械触发功能的系统，其中所述至少一个感测电极进一步包括至少一个设置在所述至少一个触发器内的感测电极。

9.根据权利要求1所述的提供非机械触发功能的系统，其中所述系统进一步包括在所述手柄中的多个感测电极，从而跟踪用户手指的接近位置。

10.根据权利要求1所述的提供非机械触发功能的系统，其中所述至少一个驱动电极进一步包括腕带，所述腕带联接到所述至少一个驱动电极并附接到用户的手腕，从而增加对所述用户的驱动信号。

11.根据权利要求1所述的提供非机械触发功能的系统，其中所述系统进一步包括设置在所述手柄的所述轴上的多个触发器和能够同时跟踪所述多个触发器的多个感测电极。

12.一种利用接近感测提供非机械触发功能的方法，所述方法包括：

提供手柄，所述手柄具有用于支撑所述手柄的轴；

提供触摸和接近传感器控制器，所述触摸和接近传感器控制器设置在所述手柄中，用于提供驱动信号和接收感测信号；

提供至少一个驱动电极，所述至少一个驱动电极联接到所述触摸和接近传感器控制器，用于接收所述驱动信号，其中所述至少一个驱动电极设置在所述手柄的外表面上并将所述驱动信号传递给握持所述手柄的用户的手；

提供至少一个触发器，所述至少一个触发器可移动地附接到所述手柄上，使得所述触发器在施加力时的压下位置和所述力被移除时的平衡位置之间移动；

提供至少一个感测电极，所述至少一个感测电极联接到所述触摸和接近传感器控制器，其中所述至少一个感测电极紧邻所述触发器设置；并且

通过检测来自携带所述驱动信号的用户手指的感测信号，当所述手指在所述触发器上施加力使所述触发器从所述平衡位置移动到所述压下位置时，跟踪所述触发器的运动，其中所述感测信号指示所述至少一个感测电极上的电容变化。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括提供来自所述触摸和接近传感器控制器的指示所述至少一个触发器被压下的量的信号，其中所述信号能够在所述至少一个触发器处于平衡位置时的最小信号电平和所述至少一个触发器处于完全压下位置时的最大信号电平之间变化。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括通过在所述轴的相对侧上设置至少两个驱动电极来增加用户的手能够与所述驱动电极接触的位置的数量。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括通过为所述触发器提供触发器壳体来改变所述至少一个触发器的运动特性，其中所述触发器壳体设置在所述手柄内。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括通过在所述触发器壳体中提供运动抑制装置，在所述至少一个触发器压下得越多时，增加所述至少一个触发器上的张力。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括提供至少一个设置在所述至少一个触发器内部的感测电极，从而使得所述触摸和接近传感器控制器能够检测在距所述触发器更远的距离处的用户手指。

18.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括通过在所述手柄中提供多个感测电极来更精确地跟踪用户手指的接近位置。

19.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括通过提供至少一个联接到附接到用户手腕的腕带的驱动电极来增加对所述用户的驱动信号。

20.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述手柄的轴上设置多个触发器和在所述手柄中设置多个感测电极来同时跟踪多个触发器。

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