CN110730940A - 使用分段电容式触控触发器的手持控制器 - Google Patents

使用分段电容式触控触发器的手持控制器 Download PDF

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Abstract

一种手持控制器，包括在纵向方向上延伸的手柄。手柄被成形并定尺寸以由用户的手抓住。触发器从手柄的外表面突出，并且响应于用户的手的手指按压触发器而相对于手柄移动。触发器包括与用户的手的手指接触的触控表面，以检测用户的手的手指在触控表面上的滑动。

Description

使用分段电容式触控触发器的手持控制器
背景
公开领域
本公开总体上涉及虚拟现实(VR)控制器，并且具体涉及使用分段电容式触控触发器的手持控制器。
相关技术的描述
VR系统可以包括控制器以将用户的身体的移动转换为虚拟世界中的有形动作。一些控制器向Android或iOS VR头戴式设备(headset)提供振动反馈，以进行基于运动的游戏。控制器可以配备有陀螺仪、加速度计或地磁场传感器以将运动追溯到游戏中，从而允许直观的游戏玩法(gameplay)，就好像玩家在游戏中一样。
概述
实施例涉及一种手持控制器，用于追踪用户的手的运动、位置、自然手势和手指移动，以产生手部的存在感，从而用于更真实的且有触觉的VR。控制器可以让用户做出像指、挥手以及竖起拇指的社交手势，或者让用户用直观、自然的手部移动来操纵虚拟空间中的对象、拿起玩具或发射激光枪。
在一个实施例中，手持控制器包括在纵向方向上延伸的手柄。手柄被成形并定尺寸以由用户的手抓住。触发器从手柄的外表面突出，并且响应于用户的手的手指按压触发器而相对于手柄移动。触发器包括与用户的手的手指接触的触控表面，以检测用户的手的手指在触控表面上的滑动。
在一个实施例中，触控表面包括分段轨道(segmented track)，以生成指示哪些分段轨道与手指接触的不同的传感器信号。
在一个实施例中，手持控制器包括传感器接口电路，用于从分段轨道接收不同的传感器信号，并处理不同的传感器信号，以基于不同的传感器信号指示手指和分段轨道接触或脱离的顺序来确定手指的滑动。
在一个实施例中，分段轨道中的每一个与相邻轨道隔开间隔距离。
在一个实施例中，分段轨道中的每一个在垂直于纵向方向的方向上延伸。
在一个实施例中，触控表面是电容式触控表面。
在一个实施例中，手持控制器包括附接到手柄的端部的环。环具有环形表面。环形表面限定相对于纵向方向形成预定角度的平面。
在一个实施例中，手柄具有圆柱形形状。
在一个实施例中，触控表面由塑料或玻璃制成。
在一个实施例中，手柄由工程塑料制成。
在一个实施例中，触发器检测用户的手的手指对触发器的按压。
在一个实施例中，手持控制器包括嵌入手柄内的磁传感器。磁传感器检测当用户的手的手指在朝向手柄的方向上按压触发器时的触发器的运动深度。
在一个实施例中，磁传感器是霍尔(Hall)效应传感器、磁通门(fluxgate)磁力计或磁阻传感器。
在一个实施例中，手持控制器包括无线通信接口，该无线通信接口用于发射表示从触控表面接收到的触觉输入的无线信号。
在涉及手持控制器/系统的所附权利要求中具体公开了根据本发明的实施例，其中，在一个权利要求类别(例如系统)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如，方法、存储介质、计算机程序产品)中被要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅为了形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并可被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。
附图简述
通过结合附图考虑以下详细描述，可以容易地理解实施例的教导。
图1是根据实施例的手持控制器的示例示意性透视图。
图2是根据实施例的手持控制器的示例示意性侧视图。
图3是根据实施例的触发器的触控表面的示例示意性视图。
图4是根据实施例的手持控制器的示例示意性框图。
附图仅为了说明的目的而描绘各种实施例。
详细描述
在实施例的以下描述中，阐述了许多具体细节，以便提供更透彻的理解。然而，注意的是，实施例可以在没有这些具体细节中的一个或更多个的情况下被实践。在其他实例中，没有详细描述众所周知的特征，以避免不必要地使描述复杂化。
本文参考附图描述实施例，其中相似的附图标记表示相同或功能相似的元件。同样在附图中，每个附图标记的最左边的数字对应于第一次使用该附图标记的附图。
实施例涉及一种手持控制器，其具有带有触控表面的触发器，以检测手指在触发器上的滑动。手持控制器包括在纵向方向上延伸的手柄。触发器从手柄的外表面突出，并且响应于用户的手的手指按压触发器而相对于手柄移动。触发器上的触控表面与用户的手的手指接触，以检测用户的手的手指在触控表面上的滑动。检测到的手指的滑动可以向计算设备(例如，VR系统)发出采取某些动作的信号。
图1是根据实施例的手持控制器100的示例示意性透视图。手持控制器100可以作为独立控制器或者作为一对被追踪控制器(被追踪控制器赋予用户“手存在”——用户的虚拟手实际上是他自己的手的感觉)的一部分被包括在VR系统中。手持控制器100可以使用户能够用精确且直观、自然的手部移动来操纵虚拟空间中的对象。
手持控制器100包括在纵向方向108上延伸的手柄104。手柄104可以由工程塑料(如注塑成型的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯或聚酰胺(尼龙))制成。在实施例中，手柄104可以由木头或金属制成。手柄104可以抵抗冲击和磨损。手柄104的材料可以表现出耐热性、机械强度或刚性。
手柄104被成形并定尺寸以由用户的手抓住，用于追踪自然手势和手指移动，从而产生更真实的且有触觉的VR。例如，手柄可以具有圆柱形形状。手持控制器100的手柄104可以弯曲(bend)或成曲形(curve)以平衡控制器100的重量，使得它自然地位于用户手掌的顶部或用户手指的弯曲处。因此，用户可以舒适地握住手持控制器100，而不会将其掉落。即使用户在正常握住手持控制器100时试图完全张开他的手，用户的手指也可以接住环112并支撑手持控制器100的重量。环112附接到手柄104的端部，并具有环形表面120。该环可以由工程塑料制成。
由塑料或橡胶制成的触发器116从手柄104的外表面136突出。触发器116响应于用户的手的手指按压触发器116而相对于手柄104移动。触发器116包括与用户的手的手指接触的触控表面128，以检测用户的手的手指在触控表面128上的滑动。触控表面128从用户的手的手指接收触觉输入。触发器116可以具有触觉传感器，以将用户的手指在触控表面128上的运动和位置转换到VR环境中的相对位置，该相对位置被输出到计算机屏幕或头戴式显示器(HMD)。在实施例中，触控表面128是电容式触控表面。触控表面128可以通过电容感测(例如通过感测用户的手指的电容虚拟接地效应)来进行操作。触控表面128可以由玻璃、玻璃状聚合物、塑料或金属制成。在实施例中，电容式触控板120可以由嵌入硅橡胶中的柔性水凝胶制成。
触发器116的触控表面128包括分段轨道124。分段轨道124中的每一个在垂直于纵向方向108的方向上延伸。如参考图3和图4示出并详细描述的，手持控制器100从分段轨道124接收不同的传感器信号，以基于不同的传感器信号指示手指和分段轨道124接触或脱离的顺序来确定手指的滑动。
触发器116检测用户的手的手指对触发器116的按压。在实施例中，手持控制器100包括嵌入手柄104内的磁传感器132。磁传感器132检测当用户的手的手指在朝向手柄104的方向上按压触发器116时的触发器116的运动深度。在实施例中，磁传感器132可以是霍尔效应传感器、磁通门磁力计或磁阻传感器。磁传感器132是响应于感测到磁场而改变其电压输出的换能器。可以在感测到嵌入触发器116中或在触发器116上的磁体时根据磁传感器132的电压输出信号来从磁传感器132确定触发器116的运动深度。
图2是根据实施例的手持控制器100的示例示意性侧视图。上面参考图1示出并描述的环112的环形表面120限定了平面224，平面224相对于手柄104延伸的纵向方向108形成预定角度216。预定角度216可以在45°至135°之间。对于图2中所示的环形几何结构，如果预定角度216大于45°，则这避免了对用户的拇指移动的干扰。如果预定角度216小于135°，则这避免了对安装在HMD上的摄像机的外翻式追踪可见性(inside-out trackingvisibility)的任何影响。
图3是根据实施例的触发器116的触控表面128的示例示意性视图。如图3所示，触发器116的触控表面128可以具有圆形形状或椭圆形形状。
触控表面128上的分段轨道124中的每一个与相邻轨道隔开间隔距离304。触控表面128感测到的触觉输入可以包括用户的手的手指触摸触控表面128。触发器116的触控表面128感测到的触觉输入可以包括用户的手的手指在触控表面128上移动。触控表面128感测到的触觉输入可以包括手指按压触发器116。
在实施例中，触控表面128可以是多点触控表面，这意味着用户可以使用两个或更多个手指经由触控表面128来激活基于手势的命令。触控表面128及其相关联的设备驱动器软件可以将轻敲触控表面解释为“点击”。触控表面128上的轻敲以及随后的连续指运动可以指示拖拽。
触控表面128可以具有“热点(hotspot)”，即在触控表面128上用于高级功能的位置。例如，在方向308上沿着触控表面128的分段轨道124移动用户的手指可以充当滚轮，使得用户在虚拟环境中的位置从左向右移动。触控表面128还可以支持两个手指拖拽以进行滚动。触控表面128的驱动器可以支持轻敲区——轻敲将执行功能(例如，暂停VR游戏或启动应用)的区域。
图4是根据实施例的手持控制器100的示例示意性框图。手持控制器100包括触发器116、无线通信接口412、传感器接口电路420、磁传感器132和总线424。在替代配置中，手持控制器100可以包括不同的和/或附加的部件，例如存储器、中央处理单元(CPU)、电池、蓝牙部件、USB输入端等。
手持控制器100可以包括无线通信接口412，无线通信接口412可以是用于发射无线信号428的数字电路、模拟电路或混合信号电路，无线信号428指示从触发器116的触控表面128接收到的触觉输入416。无线通信接口412可以经由无线网络发送并接收数据，而不需要将电缆连接到手持控制器100。在一个实施例中，无线通信接口412可以支持高达11Mbps数据传输速率的802.11b无线网络标准和USB 1.1。在一个实施例中，无线通信接口412可以支持高达54Mbps数据传输速率的802.11g标准和USB 2.0。在一个实施例中，无线通信接口412可以是使用红外技术在手持控制器100和计算机等之间进行数据交换的紧凑型闪存(CF)无线网络适配器。无线信号428可以被发射至头戴式显示器、计算机、VR系统等。
触发器116的触控表面128包括分段轨道124，分段轨道124生成指示哪些分段轨道124与手指接触的不同的传感器信号404。触控表面128可以在用户的手指与分段轨道124接触时通过检测用户手指的电流来生成不同的传感器信号404。传感器接口电路420从触发器116上的分段轨道124接收不同的传感器信号404，并处理不同的传感器信号404，以基于不同的传感器信号指示手指和分段轨道124接触或脱离的顺序来确定手指的滑动。
在实施例中，磁传感器132生成传感器信号408，该传感器信号408表示当用户的手的手指在朝向手柄104的方向上按压触发器116时触发器116的运动深度(如上面参考图1示出并描述的)。在实施例中，触发器116可以连接到换能器，该换能器将触发器116的机械运动转换成传感器信号408。无线通信接口412、传感器接口电路420和磁传感器132可以经由总线424进行通信。
实施例的前述描述为了说明的目的被提出；它并不旨在是无遗漏的或将实施例限制到所公开的精确形式。相关领域中的技术人员可以认识到，按照上面的公开，许多修改和变化是可能的。
最后，在说明书中使用的语言主要为了可读性和指导目的而被选择，并且它不可以被选择来描绘或限制创造性主题。因此，意图是范围不由该详细描述限制，而是由在基于此的申请上发布的任何权利要求限制。因此，实施例的公开旨在是说明性的，而不是限制在所附权利要求中阐述的范围。

Claims (28)

1.一种手持控制器，包括：
手柄，其在纵向方向上延伸，所述手柄被成形并定尺寸以由用户的手抓住；以及
触发器，其从所述手柄的外表面突出并被配置成响应于用户的手的手指按压所述触发器而相对于所述手柄移动，所述触发器包括与用户的手的手指接触的触控表面，以检测用户的手的手指在所述触控表面上的滑动。
2.根据权利要求1所述的手持控制器，其中，所述触控表面包括多个分段轨道，所述多个分段轨道被配置成生成指示所述分段轨道中的哪些与手指接触的不同的传感器信号。
3.根据权利要求2所述的手持控制器，还包括传感器接口电路，所述传感器接口电路用于从所述多个分段轨道接收所述不同的传感器信号并处理所述不同的传感器信号，以基于所述不同的传感器信号指示手指和所述分段轨道接触或脱离的顺序来确定手指的滑动。
4.根据权利要求2所述的手持控制器，其中，所述多个分段轨道中的每一个与相邻轨道隔开间隔距离。
5.根据权利要求2所述的手持控制器，其中，所述多个分段轨道中的每一个在垂直于所述纵向方向的方向上延伸。
6.根据权利要求1所述的手持控制器，其中，所述触控表面是电容式触控表面。
7.根据权利要求1所述的手持控制器，还包括环，所述环附接到所述手柄的端部并具有环形表面，所述环形表面限定一平面，该平面相对于所述纵向方向形成预定角度。
8.根据权利要求1所述的手持控制器，其中，所述手柄具有圆柱形形状。
9.根据权利要求1所述的手持控制器，其中，所述触控表面由塑料或玻璃制成。
10.根据权利要求1所述的手持控制器，其中，所述手柄由工程塑料制成。
11.根据权利要求1所述的手持控制器，其中，所述触发器还被配置成检测用户的手的手指对所述触发器的按压。
12.根据权利要求1所述的手持控制器，还包括磁传感器，所述磁传感器嵌入所述手柄内，并且被配置成检测当用户的手的手指在朝向所述手柄的方向上按压所述触发器时的所述触发器的运动深度。
13.根据权利要求11所述的手持控制器，其中，所述磁传感器是霍尔效应传感器、磁通门磁力计或磁阻传感器。
14.根据权利要求1所述的手持控制器，还包括无线通信接口，所述无线通信接口被配置成发射表示从所述触控表面接收到的触觉输入的无线信号。
15.一种手持控制器，包括：
手柄，其在纵向方向上延伸，所述手柄被成形并定尺寸以由用户的手抓住；以及
触发器，其从所述手柄的外表面突出并被配置成响应于用户的手的手指按压所述触发器而相对于所述手柄移动，所述触发器包括与用户的手的手指接触的触控表面，以检测用户的手的手指在所述触控表面上的滑动。
16.根据权利要求15所述的手持控制器，其中，所述触控表面包括多个分段轨道，所述多个分段轨道被配置成生成指示所述分段轨道中的哪些与手指接触的不同的传感器信号。
17.根据权利要求16所述的手持控制器，还包括传感器接口电路，所述传感器接口电路用于从所述多个分段轨道接收所述不同的传感器信号并处理所述不同的传感器信号，以基于所述不同的传感器信号指示手指和所述分段轨道接触或脱离的顺序来确定手指的滑动。
18.根据权利要求16或17所述的手持控制器，其中，所述多个分段轨道中的每一个与相邻轨道隔开间隔距离。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的手持控制器，其中，所述多个分段轨道中的每一个在垂直于所述纵向方向的方向上延伸。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的手持控制器，其中，所述触控表面是电容式触控表面。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的手持控制器，还包括环，所述环附接到所述手柄的端部并具有环形表面，所述环形表面限定一平面，该平面相对于所述纵向方向形成预定角度。
22.根据权利要求15至21中任一项所述的手持控制器，其中，所述手柄具有圆柱形形状。
23.根据权利要求15至22中任一项所述的手持控制器，其中，所述触控表面由塑料或玻璃制成。
24.根据权利要求15至23中任一项所述的手持控制器，其中，所述手柄由工程塑料制成。
25.根据权利要求15至24中任一项所述的手持控制器，其中，所述触发器还被配置成检测用户的手的手指对所述触发器的按压。
26.根据权利要求15至25中任一项所述的手持控制器，还包括磁传感器，所述磁传感器嵌入所述手柄内，并且被配置成检测当用户的手的手指在朝向所述手柄的方向上按压所述触发器时的所述触发器的运动深度。
27.根据权利要求26所述的手持控制器，其中，所述磁传感器是霍尔效应传感器、磁通门磁力计或磁阻传感器。
28.根据权利要求15至27中任一项所述的手持控制器，还包括无线通信接口，所述无线通信接口被配置成发射表示从所述触控表面接收到的触觉输入的无线信号。
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