CN111886571A - 手指-流体接口方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种系统和方法/设备，其能够直观地操纵在封闭的环境（例如显示器，分析系统，化学反应器）中的少量流体，并确保完全的使用者安全性。利用本发明，使用者能够好像用他的指尖移动流体的液滴，而并不真正接触流体。可在流体显示器、医学分析装置、化学分析装置、教学材料和类似应用中找到本发明的用途。

Description

手指-流体接口方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月20日提交的发明名称为手指-流体接口方法和装置的美国临时申请62/645,202的权益，其全部内容通过引用明确地并入本文，并依赖于其定义可以寻求保护的特征，由于可以认为其整体有助于解决本发明所基于的技术问题，因此以下可能提及的一些特征特别重要。

版权和法律声明

本专利文件的一部分公开内容包含受版权保护的材料。申请人不反对任何人以专利和商标局专利文件或记录中出现的方式对专利文件或专利公开进行传真复制，但在其他方面保留所有版权。此外，本文中所引用的第三方专利或文章均不得解释为承认本发明无权凭借在先发明而先于此类材料。

背景技术

几种用于处理少量流体的方法和装置是众所周知的，最古老的是使用注射器和针头，更多的现代技术包括不同类型的微型泵，例如压电泵、齿轮泵、电磁泵等。

这样的系统具有精确处理流体的能力，但是命令流体移动的与使用者的接口通常是通过程序、屏幕、按钮等来进行的，这限制了其对技术人员的使用。

因此，需要一种直观且易于操作的用于操纵少量流体的人机接口。

发明内容

本发明提供一种系统和方法/设备，其使得能够直观地操纵在诸如显示器、分析系统、化学反应器之类的封闭环境中的少量流体，并确保完全的使用者安全。利用本发明，使用者能够看似在他的指尖移动流体的液滴，然而不直接接触该流体。

本发明可用于流体显示器、医学分析设备、化学分析设备、教学材料和类似的应用中。

本发明的目的是一种方法，该方法用于检测使用者的手指，并由于这种检测而控制所选择的流体的移动。

本发明的另一个目的是提供一种装置，其中可以安全地控制一种或多种流体的移动以跟随使用者手指的移动。

本发明的另一个目的是提供一种可靠的并且在智力上有吸引力的教育实验装置。

本发明的另一个目的是提供一种美观的、可靠的且在智力上有吸引力的流体显示器。

本发明的另一个目的是提供一种带有流体显示器的饰物，其中可以随着使用者的手指触摸改变其显示。

本发明的另一个目的是提供一种带有流体显示的钟表，其中可以随着使用者的手指触摸进行设置。

本发明的另一个目的是提供一种带有流体显示的展示媒介，其中可以通过使用者手指在触摸板上的触摸来激活和控制动画。

附图说明

附图通过举例的方式表示本发明主题的不同实施例。

图1是本发明系统的一部分的横截面图。

图2是本发明的系统的另一实施例的立体图。

图3是本发明的系统的另一实施例的立体图。

本领域技术人员将会理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，尺寸可能相对于其他元件被放大以有助于改善对本发明及其实施例的理解。此外，当在本文中使用术语“第一”、“第二”等时，它们的使用旨在区分相似的元件，而不必用于描述顺序或时间次序。此外，说明书和/或权利要求书中的诸如“前”，“后”，“顶部”和“底部”之类的相对术语不一定用于描述排他性的相对位置。因此，本领域技术人员将会理解，这些术语可以与其他术语互换，并且本文描述的实施例除了明确示出或以其他方式描述的取向之外还能够以其他取向进行操作。

具体实施方式

以下描述本质上是示例性的，用于描述自申请日起本发明人知晓的本发明的最佳方式，无意于以任何方式限制本发明的范围。因此，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对在此公开的示例性实施例中描述的任何元件的布置和/或功能进行改变。

现在参照表示根据本发明的系统的图1，其中使用者在系统的顶盖110上沿方向101移动其手指100，并且液滴141沿相同方向136追随相同的移动，但是由于用系统的控制电子线路和软件监控具有受控制的加速度和速度。通过触摸屏的测量或检测系统来测量使用者手指100的位置和移动101，在此示例性地将其表示为由两个电极层111和113构成的电容系统，该两个电极层由绝缘体112隔开并由系统的控制电子线路和软件驱动。测量或检测系统111、112、113通过透明和/或有色层120与流体显示器130、131、132、133、134、140、141分开。流体显示器在这里表示为能够电润湿的腔室，其中流体液滴141与被动流体140不溶混，并在排斥层131上滑动，该排斥层131的排斥特性通过涂层的组合和/或表面的微结构化来获得。一侧上，在排斥层131的后面，共用电极130位于其上，而另一侧上，电绝缘层132和一个以上的控制电极134位于其上。由雷电符号135表示的控制电极134的电激活将通常排斥层131的局部区域变成吸引层，结果，液滴相对于被激活的电极沿方向136移动。

整个系统可以构建为手指测量或检测系统位于流体显示器上方的堆叠。在这种情况下，整个手指测量或检测系统由透明或半透明和/或有色材料制成，使得用户可以看见流体液滴141。

包括显示器的整个系统可以制成透明的，以便允许在显微镜下观察，或由照相机从下面观察，或者允许在系统下安装刻度盘，从而可以将该系统用作指示装置。

显示器也可以用作代替窗口的装饰元素。在这种情况下，它可以由通常的透明材料制成。

可以对系统的尺寸进行选择使得流体140、141的行为保持毛细管状态，这允许创建垂直显示器、易于运输的系统或者甚至可穿戴系统(例如手表、珠宝等)。但是，这种方法也可以用于较大的系统，例如壁挂显示器，其中流体液滴141的移动是通过其他输送方式(超声波、磁性等)获得的。远程手指检测(例如在智能手机或平板电脑上)的组合可用于让流体液滴141产生动画。

现在参照以装置形式表示本发明方法的另一实施例的图2，通过触摸屏测量或检测系统210测量使用者手指200和移动201的位置，并将其馈送到系统的控制电子线路和软件单元230，其激活流体显示器220。在此示例中，液滴251可以在电子线路230的控制下沿方向252移动，从而跟随使用者的手指移动201。结果，第一流体251的液滴可以从第一存储位置250移动到可能与另一流体接触的另一位置253，以产生反应。

本发明的显示器可用于通过移动由电子线路和软件单元230生成的轨迹与响应于测量或检测系统210上检测到的对使用者手指的感应中计算出的轨迹的组合中的一个或多个液滴来产生动画。

尽管在此以手指测量装置安装在流体显示器顶部的方式表示该系统，但是这些元件可以彼此隔开一定距离安装，从而可以将流体显示器安装在墙壁上，而同时测量或检测系统由使用者拿在手里；在这种情况下，显示器可以比手持式测量或检测系统具有相对较大的尺寸。

现在参考图3，其表示本发明方法的另一个实施例，它是主要由4个子系统组成的系统300，即：(a)配备有触摸屏312的装置310，例如智能手机、平板电脑等，(b)存储在装置310的处理器(未示出)中的应用或软件，(c)配备有流体显示器330的可穿戴装置320以及(d)控制软件和处理器(未示出)。使用者手指316的位置和移动314由装置的触摸屏312检测。然后，该信息由装置的应用程序或软件处理，并转换为用于包含在可穿戴装置320的流体显示器330中的一个或多个液滴332的移动轨迹334，然后无线传输到可穿戴装置320。由可穿戴装置320的处理器运行的软件控制移动命令，使得不超过液滴332的移动限制。当流体显示器的尺寸较小并且液滴332，尽管对人眼来说容易看见，但其尺寸可能比使用者的手指316小，而防止使用者实际看到在他的指尖明显被他移位的液滴时，该方法的这种实施方式是非常有用的。这种方法的典型应用可以是设置手表、手镯、戒指...上的时间，或者设置和/或显示特定功能，例如天文钟、倒计时、闹钟功能等。该可穿戴装置320还可以配备触敏传感器，从而使用者手指的触摸可以触发上述动画或功能，或者可以配备加速度传感器，从而装置320的穿戴者的给定移动可以触发上面描述的功能的动画。

可以将流体显示器构建为容纳流体的腔室，该腔室由玻璃、水晶玻璃、切割玻璃、水晶(或合适的替代材料)珠宝、宝石或半宝石制成，并固定在贵金属或非贵金属上，或聚合物或弹性体上。腔室的一部分可以是柔性的。

可以将流体显示器构造成深通道和浅通道的组合，以便产生用于流体液滴循环的优选区域。

液滴循环的优选区域也可以通过结合排斥/吸引涂层和/或表面微结构化而产生。

流体显示器可以被构造为封闭通道的组合，以便限定流体液滴的循环。在这种情况下，该系统可用作泵，液滴充当活塞。

优选地，流体显示器应当被构造成封闭的单元，在这种情况下，流体的(热)膨胀根据2016年10月6日提交的专利申请PCT/IB2016/001448、2016年1月7日提交的PCT/IB2016/000004、2015年9月11日提交的PCT/IB2015/001611、2015年8月6日提交的PCT/IB2015/001336、2015年4月7日提交的PCT/IB2015/000446、2015年4月7日提交的PCT/IB2015/000448中公开的发明进行管理和补偿，其内容通过参考并入本文，并被用来定义本文要求保护的发明。

液滴的移动可以通过如在2018年1月23日提交的专利申请US 15877520中所公开的电润湿显示器产生，其内容通过参考并入本文并被用来定义本文所要求保护的发明。

当检测系统没有被任何手指触摸时，系统可以处于待机状态或在显示器上显示动画，并且当使用者的手指触摸时来更改动画，手指成为控制器。

用手指或一根以上的手指触摸检测系统的不同序列可以触发来自电子线路和软件的不同动作。这样的序列可以是在检测系统上用一个或多个手指轻敲，可以开始/触发功能或动画。在另一个变体中，系统(可以以辅助的形式)的方向/加速度的改变可以开始/触发功能或动画。

本发明可以通过以下特征集来概括：

1.一种使用者与流体显示器接口的方法，该方法包括：

测量使用者的手指在表面上的位置和/或移动；和

控制流体显示，以将使用者的手指位置和移动表示为一个或多个流体液滴的位置和移动。

2.特征集1的方法，其中，控制步骤还包括：

激活一个或多个控制电极，从而改变层的特性，使得一个或多个流体液滴被所述层吸引而不是被排斥，反之亦然，这种激活从而沿着期望的路径牵引液滴。

3.构造成执行特征集1或特征集2的方法的装置。

4.特征集3的装置，其中该装置是用于教育目的的演示原理的显示器。

5.特征集3的装置，其中该装置是装饰性的。

6.特征集3的装置，其中该装置是珠宝饰物。

7.特征集3的装置，其中该装置是钟表。

8.一种装置，包括：

显示器，构造成显示一种或多种流体；

测量或检测系统，构造成测量或检测与显示器相邻的一个或多个手指的位置；以及电子线路和软件单元；

其中该电子线路和软件单元构造成从所述测量或检测系统接收关于一个或多个手指的当前位置的信息，并且还被配置为使所述显示器的一种或多种流体与从所述测量或检测系统接收到的信息相关联地进行移动。

9.特征集8的装置，其中该显示器包括一个或多个电润湿腔室和多个控制电极，该电润湿腔室包含所述流体。

10.特征集9的装置，所述一个或多个电润湿腔室包括：

顶表面和底表面，该顶表面和底表面基本上彼此平行地定向，并且一种或多种流体位于该两个表面之间，至少一个表面在其朝向另一表面的一侧至少部分地涂覆有一层，当靠近其中一种流体的电极未被激活时该层是排斥该流体的层，并且当相同电极被激活时该同一层是吸引相同流体的层。

11.特征集4的装置，其中该测量或检测系统与流体显示器分开。

12.特征集2至11中任一项的装置，其中，该测量/检测由声纳检测器执行。

13.上述特征集的装置，其中，该测量/检测由超声检测器执行。

14.特征集2至11中任一项的装置，其中，该测量/检测由至少一个电容检测器执行。

15.特征集2至11中任一项的装置，其中，该测量/检测由三角测量检测器执行。

16.特征集2至11中任一项的装置，其中，该测量/检测由声纳三角测量检测器执行。

17.特征集2至11中任一项的装置，其中，该测量/检测利用来自邻近显示器的至少一个摄像机的、一个或多个手指上指向的输入，由实时视频分析方法来执行。

应当理解，在此示出和描述的特定实施方式代表了本发明及其最佳方式，并且无意以任何方式限制本发明的范围。

如本领域技术人员将理解的，本发明可以体现为系统、装置或方法。

在此根据本发明的各个方面参考框图、装置、组件和模块来描述本发明。将会理解，框图的每个功能块以及框图中的功能块的组合可以由计算机程序指令来实现，该计算机程序指令可以被加载到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备上以生产机器，使得在计算机或其他可编程数据处理设备上执行的指令产生能够实现框图中指定的功能。

因此，框图说明支持用于执行指定功能的装置的组合、用于执行指定功能的步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。框图和流程图的每个功能块，以及框图中的功能块的组合，可以由执行指定功能或步骤或其适当的组合的基于专用硬件的计算机系统来实现。

此外，该系统可以预期使用、销售和/或分发具有本文描述的类似功能的任何商品、服务或信息。

本说明书和附图应当以说明性的方式，而不是限制性的方式进行考虑，并且本文描述的所有修改预定包含在要求保护的本发明的范围内。因此，本发明的范围应当由所附的或者以后修改或添加的权利要求书及其合法等效物确定，而不是仅仅由上面描述的实例确定。例如，任何方法或者过程权利要求中记载的步骤可以任何顺序执行，并且不限于任何权利要求中给出的特定顺序，除非另外特意说明。此外，任何装置权利要求中记载的元件和/或部件可以以各种不同的排列配置加以组装或者功能地重新配置以便产生与本发明基本上相同的结果。因此，本发明不应当理解为限于权利要求书中记载的特定配置。

本文提到的益处、其他优点和解决方案不应当被视为任何或所有权利要求的关键的、必须的、或者基本的特征或部件。

当在本文中使用时，措词“包括”、“正包括”或者其任何变型意指元素的非排他性列举，使得包括元素列表的本发明的任何设备、过程、方法、物品、成分不仅仅包括所记载的那些元素，而且还可以包括其他元素，例如本说明书中描述的那些元素。措词“组成”或“由……组成”或“基本上由……组成”的使用并非意在将本发明的范围限制为所列举的其后命名的元素，除非另外指明。在不脱离本发明的一般原理的情况下，本发明的实践中使用的上述元素、材料或结构的其他组合和/或修改可以由技术人员改变或调整为其他设计。

因此，除非另外指出，上面提到的专利和文章在其不与本公开相抵触的程度上通过参考合并于此。

所附权利要求书中描述了本发明的其他特性和执行方式。

此外，本发明应当被认为包括可以被认为新颖的、具有创造性的且工业上可应用的本说明书、所附权利要求书和/或附图中描述的每一种特征的所有可能的组合。

版权可以由申请人或其受让人拥有，并且对于此处一个或多个权利要求中定义的权利的第三方的明示被许可人，这里未授予任何隐含的许可以使用其余权利要求中所定义的发明。此外，关于公众或第三方，不授予基于此专利说明书的衍生作品(包括附录和其中包含的任何计算机程序)的明示或默示许可。

在所附权利要求和/或摘要中描述了本发明的附加特征和功能。这些权利要求和/或摘要在此通过引用整体地结合在本说明书中，并且应被认为是所提交的申请的一部分。

在这里描述的本发明的实施例中可能有多种变化和修改。尽管在此已经示出和描述了本发明的某些说明性实施例，但是在前述公开中可以想到各种各样的改变、修改和替换。尽管上面的描述包含许多具体细节，但是这些细节不应被解释为对本发明范围的限制，而是举例说明其一个或另一个优选实施例。在某些情况下，可以在不相应使用其他特征的情况下采用本发明的一些特征。因此，适当的是，前述描述应被广义地理解并且仅被理解为是说明性的，本发明的精神和范围仅由在本申请中最终提出的权利要求书限定。

Claims (17)

1.一种使用者与流体显示器接口的方法，该方法包括：

测量使用者的手指在表面上的位置和/或移动；以及

控制流体显示，以将使用者的手指位置和移动表示为一个或多个流体液滴的位置和移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制步骤还包括：

激活一个或多个控制电极，从而改变层的性质，使得一个或多个流体液滴被所述层吸引而不是被排斥，反之亦然，这种激活从而沿着期望的路径牵引液滴。

3.一种装置，其构造成执行权利要求1或权利要求2所述的方法。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述装置是用于教育目的的演示原理的显示器。

5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述装置是装饰性的。

6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述装置是珠宝饰物。

7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述装置是钟表。

8.一种装置，包括：

显示器，其构造成显示一种或多种流体；

测量或检测系统，其构造成测量或检测与显示器相邻的一个或多个手指的位置；以及

电子线路和软件单元；

其中，所述电子线路和软件单元构造成从所述测量或检测系统接收关于一个或多个手指的当前位置的信息，并且还被设置为使所述显示器的所述一种或多种流体与从所述测量或检测系统接收到的信息相关联地进行移动。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述显示器包括一个或多个电润湿腔室和多个控制电极，所述电润湿腔室包含所述流体。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述一个或多个电润湿腔室包括：

顶表面和底表面，该顶表面和底表面基本上彼此平行地定向，并且一种或多种流体位于所述两个表面之间，至少一个表面在其朝向另一表面的一侧至少部分涂覆有一层，当靠近其中一种流体的电极未被激活时所述层是排斥该流体的层，并且当相同电极被激活时同一层是吸引相同流体的层。

11.根据权利要求4所述的装置，其中，所述测量或检测系统与流体显示器分开。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的装置，其中，测量/检测由声纳检测器执行。

13.上述根据权利要求的装置，其中，测量/检测由超声检测器执行。

14.根据权利要求2至11中任一项所述的装置，其中，测量/检测由至少一个电容检测器执行。

15.根据权利要求2至11中任一项所述的装置，其中，测量/检测由三角测量检测器执行。

16.根据权利要求2至11中任一项所述的装置，其中，测量/检测由声纳三角测量检测器执行。

17.根据权利要求2至11中任一项所述的装置，其中，测量/检测利用来自邻近显示器的至少一个摄像机的、一个或多个手指上指向的输入通过实时视频分析方法来执行。

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