CN113544631A

CN113544631A - 触摸检测设备及方法

Info

Publication number: CN113544631A
Application number: CN202080019212.8A
Authority: CN
Inventors: T·凯斯基-亚斯卡里
Original assignee: Aito Co ltd
Current assignee: Aito Co ltd; Aito BV
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-10-22
Also published as: WO2020178423A1; US20220155933A1; US11789556B2; FI20195169A1; EP3935480A1

Abstract

本发明的目的是提供一种可检测触摸的设备。根据一个实施例，设备包括具有第一侧和第二侧的表面。该设备还可以包括布置在该表面的第二侧上的多个元件。多个元件中的每个元件可以被配置为将由物体施加到表面的第一侧上的力引起的元件中的机械应力转换为电压。该设备还可以包括电耦合到多个元件中的每个元件的计算设备。计算设备可以被配置为计算物体在表面上的位置。提供了一种设备、方法和计算机程序产品。

Description

触摸检测设备及方法

技术领域

本公开一般涉及设备的触摸用户接口，并且更具体地涉及这样的设备中的触摸检测。

背景技术

诸如压电元件的触敏元件可以用于基于触摸的用户界面，诸如触摸屏、触控板或需要接收表面上的触摸的各种不同种类的电器。然而，可靠地确定例如用户的手指在这样的界面上的位置可能引入各种挑战。例如，用户可以用不同程度的力来触摸界面，并且设计足够灵敏以在界面仅被轻微触摸时可靠地起作用同时在施加更大的力时也正确地起作用的设备可能是具有挑战性的。此外，手指在表面上的移动可能对检测造成挑战。诸如电容检测的替代触摸检测方案可能具有其它限制。例如，当用户戴着手套时，电容触摸检测可能不能正确地起作用。

发明内容

提供本概述以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

本发明的目的是提供一种可检测触摸的设备。该目的通过独立权利要求的技术特征来实现。在从属权利要求、说明书和附图中提供了进一步的实施形式。

根据第一方面，一种设备包括：包括第一侧和第二侧的表面；布置在所述表面的所述第二侧上的多个元件，其中所述多个元件中的每个元件被配置成：将由物体施加到所述表面的所述第一侧上的力引起的所述元件中的机械应力转换为电压，其中所述机械应力和所述电压包括冲击分量和振动分量；以及计算设备，其电耦合到所述多个元件中的每个元件，被配置为：计算每个元件的电压的冲击分量和振动分量。利用这样的配置，设备可以能够例如确定物体在表面上的位置或者确定物体是否正在触摸表面。

在第一方面的实施形式中，计算设备还被配置为基于每个元件的电压的冲击分量和振动分量来计算物体在表面上的位置。利用这种配置，设备能够例如以改进的精度和/或可靠性来确定物体在表面上的位置，因为设备可以在物体将力施加到表面上时利用来自物体的振动运动和冲击二者。

在第一方面的另一实施形式中，计算设备被配置为通过计算多个元件上的冲击分量和/或振动分量的加权平均值，基于电压的冲击分量和振动分量来计算物体在表面上的位置。利用这样的配置，设备可以能够例如高效地确定物体在表面上的位置。

在第一方面的另一实施形式中，所述多个元件包括压电元件。压电元件可以例如能够以高效率将机械应力转换成电压。

在第一方面的另一实施形式中，所述计算设备还被配置为通过对所述电压随时间的样本求和来计算所述冲击分量。利用这样的配置，计算设备可以能够有效地确定冲击分量，这可以提高物体在表面上的定位的准确度。

在第一方面的另一实施形式中，振动分量的频率在5-25赫兹的范围内。该频率范围可以对应于当人的手指触摸表面时的振动频率。因此，该设备能够例如有效地确定人的手指在表面上的位置。

在第一方面的另一实施形式中，计算设备还被配置为以计算物体在表面上的速度。利用这样的配置，设备可以能够例如更好地跟踪物体在表面上的移动。

在第一方面的另一实施形式中，计算设备还被配置为随着物体移动而跟踪物体在表面上的位置。利用这样的配置，设备可以能够例如高效地跟踪用户通过触摸表面给出的各种输入。

在第一方面的另一实施形式中，计算设备还被配置为随着物体移动而计算物体在表面上的移动方向。利用这样的配置，可以确定用户手指的移动方向。

在第一方面的另一实施形式中，计算设备还被配置为将冲击分量和/或振动分量与预先配置的阈值进行比较。利用这样的配置，设备可以能够例如忽略由于例如电噪声而引起的冲击分量和/或振动分量。

在第一方面的另一实施形式中，计算设备还被配置为，当计算物体在表面上的位置时，基于预先配置的标准对冲击分量和振动分量进行加权。利用这种配置，当例如一个分量不可靠或不准确时，该设备能够例如动态地利用另一个分量。

在第一方面的另一实施形式中，预先配置标准包括冲击分量的幅度。利用这样的配置，当冲击分量例如不可靠或不准确时，该设备能够例如更多加权振动分量。

在第一方面的另一实施形式中，计算设备还被配置为：向所述多个元件中的每个元件施加驱动电压；并且其中所述多个元件中的每个元件还被配置为：基于所述驱动电压向所述表面的所述第一侧提供触觉效果。利用这样的配置，设备可以能够例如也提供触觉反馈。

在第一方面的另一实施形式中，计算设备被配置成以将触觉效果至少提供到物体的定位处的方式将驱动电压施加到多个元件。利用这样的配置，设备可以能够例如向用户的手指提供触觉反馈。

在第一方面的另一实施形式中，所述计算设备被配置为基于所述元件与所述物体在所述表面上的所述位置之间的距离来计算所述多个元件中的每个元件的所述驱动电压。利用这样的配置，设备可以能够例如将所提供的触觉反馈定位到用户的手指。

在第一方面的另一实施形式中，所述驱动电压与所述元件与所述物体在表面上的位置之间的距离的平方成反比。利用这样的配置，设备可以能够例如高效地将所提供的触觉反馈定位到用户的手指。

在第一方面的另一实施形式中，计算设备还被配置为：从第二设备接收关于所述物体的位置的附加信息；以及基于每个元件的电压的冲击分量、每个元件的电压的振动分量和附加信息来计算物体在表面上的位置。利用这样的配置，设备可以实现更精确的定位。

根据第二方面，一种方法包括：将由物体施加到表面的第一侧上的力所引起的元件中的机械应力转换为电压，其中，所述机械应力和所述电压包括冲击分量和振动分量；并且计算电压的冲击分量和振动分量。

在第二方面的一种实施形式中，该方法还包括：基于所述电压的所述冲击分量和所述振动分量来计算所述物体在所述表面上的位置。

根据第三方面，提供了一种计算机程序产品，包括程序代码，所述程序代码被配置为当在计算设备上执行所述计算机程序时执行根据第二方面的方法。

许多附带特征将更容易理解，因为通过参考结合附图考虑的以下详细描述，它们变得更好理解。

附图说明

根据附图阅读以下详细描述，将更好地理解本说明书，其中：

图1示出了根据实施例的被配置为确定物体在设备的表面上的冲击和振动的设备的横截面的示意性表示；

图2示出了根据实施例的被配置为将机械应力转换为电压的多个元件的示意性表示；

图3示出了根据实施例的多个元件与计算设备之间的电耦合的示意性表示；

图4示出了根据实施例的位置向量的示意性表示；

图5示出了根据实施例的应力曲线的示意性表示；以及

图6示出了根据实施例的方法的流程图表示。

在附图中，相同的附图标记用于表示相同的部件。

具体实施方式

以下结合附图提供的详细描述旨在作为对实施例的描述，而非旨在表示可构造或利用实施例的唯一形式。然而，相同或等效的功能和结构可以通过不同的实施例来实现。

图1示出了根据实施例的被配置为确定物体104在设备的表面101上的冲击和振动的设备100的横截面的示意性表示。

根据一个实施例，设备100包括表面101，该表面包括第一侧110和第二侧120。表面101还可以被称为层、表面层、触摸接口表面或触摸接口层。表面101可以是触摸用户接口的一部分。表面101可以是例如膝上型计算机的触控板或触摸屏的一部分。

设备100还可以包括布置在表面101的第二侧120上的多个元件102。例如，元件102可以在第二侧120旁、紧邻第二侧120或位于远离第二侧120。多个元件中的每个元件102可以被配置成将由物体104施加到表面101的第一侧110上的力106引起的元件102中的机械应力转换成电压。机械应力和电压可以包括冲击分量和振动分量。机械应力也可以称为应力。电压可以被称为电气电压、应力感应电压或相应的电压。电压可以与机械应力成比例。

元件102可以包括例如压电元件。元件102可以被配置成经由压电效应(也被称为压电性)将机械应力转换成电压。物体104可以是例如用户的手指、人的任何其他身体部位、指示笔、或用户所持有的某个其他物体。在物体104是手指的情况下，用户可以戴着手套，并且仅手套的织物可以与表面101直接接触。

术语“多个元件”可以指包括在设备100中的所有元件或包括在设备100中的元件的子集。例如，在图1的实施例中，呈现了五个元件102。因此，在该实施例中，“多个元件”可以包括例如两个、三个、四个或五个元件102。因此，可以针对设备100的元件102的子集或全部中的每一个执行本文呈现的操作。

应力的冲击分量可以对应于例如由物体104施加到表面101的冲击、力或压力。冲击分量也可以称为平均应力。

振动分量可以对应于例如由物体104引起的到表面101和/或到元件102的振动运动、力或压力。例如，人的手指在按压表面时可能具有轻微振动的趋势。这样的振动也可以在没有或有最小的由物体104施加的压力的情况下存在。这可以使得即使当皮肤或手套的织物的外层几乎不与表面101接触时也能够以轻触来实现基于振动的定位。此外，振动的频率可以与典型噪声分量的频率不同。这可以使得更容易地过滤掉不想要的噪声并且可靠地检测触摸。

该设备还可以包括电耦合到多个元件中的每个元件102的计算设备103。计算设备103可以被配置为计算每个元件的电压的冲击分量和振动分量，并且基于每个元件的电压的冲击分量和振动分量来计算物体104在表面101上的位置。

尽管冲击或冲击分量可以指施加到元件102的机械冲击，但是由于电压可以与机械应力成比例，所以电压也可以包括这样的冲击分量。

虽然振动分量可以指元件102的机械振动，但是由于电压可以与机械应力成比例，所以电压也可以包括这样的振动分量。

冲击分量可以对应于施加到元件102的总冲击。振动分量可以对应于引入元件102中的振动。

当物体104将力106施加到表面101上时，随着表面101在元件102之间分配力106，力106可在元件102中引起机械应力。在元件102中引起的应力可以与元件102和物体104之间的距离成反比。

计算设备103还可以包括例如升压电路、微处理器和用于与元件102交互的其他组件。升压器可以提供在触觉反馈的情况下驱动元件102可能需要的高电压。微处理器可以执行元件102的寻址。

计算设备103可以包括至少一个处理器。所述至少一个处理器可包括例如各种处理设备中的一者或一者以上，例如协处理器、微处理器、计算设备103、数字信号处理器(DSP)、具有或不具有附带DSP的处理电路，或各种其它处理设备，包括集成电路，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器单元(MCU)、硬件加速器、专用计算机芯片等。

计算设备103还可以包括存储器。存储器可以被配置为存储例如计算机程序等。存储器可以包括一个或多个易失性存储器设备、一个或多个非易失性存储器设备、和/或一个或多个易失性存储器设备和非易失性存储器设备的组合。例如，存储器可以具体化为磁存储设备(例如硬盘驱动器、软盘、磁带等)、光磁存储设备和半导体存储器(例如掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(随机存取存储器)等)。

当计算设备103被配置为实现一些功能时，计算设备103的一些组件和/或多个组件，诸如至少一个处理器和/或存储器，可以被配置为实现该功能。此外，当至少一个处理器被配置为实现一些功能时，该功能可以使用例如包括在存储器中的程序代码来实现。

尽管在图1的实施例中仅示出了一个物体104，但是可以存在同时触摸表面101的多个物体104。本文所述的设备100的任何实施例可被配置成定位多个物体104中的每个物体在表面上的位置。可以如本文所述执行每个物体104的定位。

图2示出了被配置为将机械应力转换为电压的多个元件102的示意性表示。图2的实施例可以是元件102的顶视图或底视图。这可以对应于图1的实施例中所示的侧视图，在图2的实施例中，表面101也被示出在元件102的顶部/下方。

元件102可以物理地布置成矩阵，例如在表面101的平面中。图2的实施例中示出了这种矩阵的一个例子，然而，元件102也可以各种其它方式布置，例如椭圆形、圆形或甚至其它不规则形状。例如，元件102可以被布置成表面101的边缘的基本上圆形的构造。元件102的物理布置可以不对应于元件102的电布置/拓扑。

图3示出了多个元件102和计算设备103之间的电耦合的示意性表示。应当理解，图3的实施例仅是示例性的，并且元件102可以以各种方式耦合到计算设备103。

元件102可以被布置成多个元件102中的行107和列108。每行可以包括行导体，并且每列可以包括列导体。行107中的每个元件可以电耦合到相应的行导体，并且列108中的每个元件可以电耦合到相应的列导体。

每个元件102可以包括两个端子130、131。一个端子130可以连接到行导体，一个端子131可以连接到列导体。当应力被施加到元件102时，可以在端子130、131之间检测电压。因此，计算设备103可经由对应的行和列导体107、108检测电压，且计算设备103可基于列和行确定致动哪一元件102。

当在行导体和列导体之间施加电压时，连接到行107和列108的元件102可以经由例如压电效应提供触觉效应。

行可以指电耦合到特定行和/或相应的行导体的元件102。列可以指电耦合到特定行和/或相应列导体的元件102。

行107和列108可以仅指元件102的电布置。元件102可以在空间上布置成许多不同的布置，这些布置可以不同于电布置。此外，即使元件102在空间上被布置成矩阵，该空间布置也不必与多个元件102中的电布置相对应。例如，两个空间相邻的元件102在多个元件102的电布置中可以不相邻。

可以通过向相应的行107和列108施加电压来寻址每个元件102。例如，可以通过在顶部行导体107和最左边的列导体108之间施加电压来寻址图3中呈现的顶部左元件102。与其它布置相比，这种寻址可以减少所需的电子硬件的量，例如压电驱动器、通道选择器以及计算设备103和元件102之间的物理导线。

尽管可以使用行和列来公开设备100的一些功能性，但是这些不应被认为是限制性的。例如，行和列的功能性可以互换而不失去所寻求的效果。

图3的实施例仅是示例，并且元件102可以以各种方式耦合到计算设备103。例如，元件102被电气地布置成非矩阵布置。例如，元件102的端子130、131中的一个可以连接到稳定的参考电压，而每个元件102的其他端子130、131可以单独地连接到计算设备103。在这样的配置中，计算设备103可以检测连接到计算设备103的端子与连接到参考电压的端子之间的电压。

用户还可以将触觉效果感知为反馈，即例如在触摸或按压按钮或键之后的触觉反馈。作为上述内容的替代或补充，设备100可以在没有用户交互或反馈的情况下输出触觉效果，例如通过另一种致动。

根据一个实施例，多个元件102中的元件102包括压电元件。

计算设备103可包括模/数转换器(ADC)，其可被配置以将来自元件102的模拟电压转换为数字信号。基于行107和列108，计算设备103可以检测哪个元件102被按压。

可以存在由用户同时触摸、按压、挥击或以其他方式致动的若干元件102，从而在若干对行107和列108上提供足够大的信号差异，这可以在计算设备103中被检测和识别。不同的和可调整的灵敏度阈值可以用于识别计算设备103中的不同种类的触摸事件。

计算设备103还可以被配置成还利用来自元件102的相对信息来还记录(一个或多个)手指的移动、压力分布等。基于所检测的信号，计算设备103可以驱动元件102，如本文所公开的，以向用户提供触觉体验。

根据一个实施例，计算设备103被配置为通过计算元件上的冲击分量和/或振动分量的加权平均值，基于电压的冲击分量和振动分量来计算物体104在表面101上的位置。或者，计算设备103可被配置为将每个元件的电压的冲击分量和振动分量传输到第二设备，其中第二设备被配置为基于每个元件的电压的冲击分量和振动分量来计算物体在表面上的位置。第二设备可以是例如所谓的主机设备。

根据实施例，计算设备103被配置为通过计算元件上的冲击分量和/或振动分量的加权平均，基于电压的冲击分量和振动分量来确定物体104是否正在触摸表面101。

根据实施例，计算设备103还被配置为从第二设备接收关于物体的位置的附加信息，并且基于每个元件的电压的冲击分量、每个元件的电压的振动分量和附加信息来计算物体在表面上的位置。例如，第二设备可以包括电容感测设备。电容感测设备可以被配置为基于电容感测来确定物体104在表面101上的位置。在一些情况下，这样的电容感测可以是可靠的，并且除了冲量分量和振动分量之外，还可以被计算设备103用作第三加权项。当计算设备103检测到强冲击信号和低电容信号时，计算设备可以对冲击分量和振动分量加权更多。

图4示出了根据实施例的位置向量的示意性表示。在图4的实施例中，呈现了表面101上的物体104的位置向量

401。此外，呈现了多个元件102中的两个元件102'和102”的两个位置向量

402和

403。可以为多个元件102中的每个元件102分配类似的位置向量

在图4的实施例中，为了清楚起见，仅示出了两个这样的位置向量。

设备101可以使用例如坐标来计算物体104的位置。坐标可以是例如笛卡尔坐标或极坐标。例如，在图4的实施例中，位置向量

402和

403可以被表达为：

其中，

是x方向404上的单位向量，

是y方向上的单位向量。因此，元件102'的坐标可以是(5，1)，元件102”的坐标可以是(2，3)。位置向量可以表示为

因此，物体104的坐标可以是(3，2.4)。所有这些值仅是示例，并且坐标可以以各种其他方式来表达。例如，坐标可以被归一化到0和1之间，和/或x方向和/或y方向可以变化。

计算设备103可进一步被配置以将坐标输出/报告到另一设备，例如主机设备或组件。

计算设备103可以使用例如加权平均来计算物体104的位置向量

401，例如：

其中I_i是元件i处的冲击分量。例如，可以通过相对于时间对施加到元件102的力/应力进行积分来计算冲击分量I_i。或者，冲击分量I_i可以由例如力、压力、应力或由力、应力或压力在元件中引起的电压来代替。

计算设备103可以基于每个元件中的振动分量来计算物体104的相似位置矢量

其中v_i是元件i中的振动分量。v_i可以包括例如振动的幅度或由振动引起的电压的幅度。

计算设备103可以通过例如取这两个位置向量的平均值来组合基于冲击分量计算的位置和基于振动分量计算的位置。物体104的估计位置矢量

于是可以是，例如：

或者，可以对两个位置向量

进行不同的加权或其他方式。例如，可以存在对

加权重a_v和对

加权重a_I：

其中a_v+a_I＝1。权重a_v、a_I可以是v_i和/或I_i的函数。例如，计算设备103可以被配置为当物体104仅轻微地触摸表面101时通过相比a_I增加a_v值来更加权重

可以从小的I_i值中检测到这样的轻触摸。计算设备103可以被配置为随着对元件的冲击增加而调整a_v和a_I。计算设备103甚至可以作为时间的函数来调整权重a_v、a_I。例如，如果物体104首先仅向表面101施加小的力106，则计算设备103可以配置a_v相比a_I是大的，并且如果力随时间增大，a_I则可以随时间增大并且a_v可以随时间减小。计算设备103可以被配置为根据条件a_v+a_I＝1来调整权重。

根据实施例，计算设备103还被配置为当计算物体在表面上的位置时，基于预先配置的标准对冲击分量和振动分量进行加权。

预先配置的标准可以包括例如冲击分量的幅度。计算设备103可以通过例如对元件102上I_i求平均来计算冲击分量的幅度。如果冲量分量的幅度小，则计算设备103可以对振动分量加权更多，例如如上所述。

预先配置的标准可以包括外部条件。例如，计算设备103可以识别可能影响振动分量的干扰。在这种情况下，计算设备103可以对冲击分量进行更多加权，反之亦然。可替换地或附加地，计算设备103可以检测由被跟踪的手指之外的某物引起的附加冲击，并且因此更多地加权振动分量。

图5示出了根据实施例的作为时间501的函数的元件102中的应力502的示意性表示。在图5的实施例中，示出了两条应力曲线503、504。

在曲线503的情况下，由物体104施加的力可以大于曲线504的情况。可替换地或附加地，对应于曲线504的元件102可以比对应于曲线503的元件102更远离物体104。

当物体104开始压在表面101上时，应力增加，如曲线503、504所示。在稍后的时刻，应力可以是基本恒定的，并且应力的振动分量可以是显著的。

计算设备103可以以基本上恒定的时间间隔对应力503进行采样，从而产生应力的样本σ_i505。或者，如果元件102被配置成将应力转换成电压，则样本可包括对应的电压值。在此，应力和电压可以互换使用。计算设备103可以使用以下各项来计算平均应力σ_ave，例如：

其中N是用于计算平均值的样本的数量。在物体104开始按压到表面101上时应变改变的时间期间忽略应变样本σ_i可能是有益的。

根据实施例，计算设备103还被配置为通过对电压的样本随时间的求和来计算冲击分量。

计算设备103可以通过对应力在时间上进行积分来计算施加到元件102的冲击分量，因为应力可以与施加到元件的力成比例。由于计算设备103可以获得应力的离散样本σ_i，因此可以使用应力样本σ_i的总和来计算冲量：

其中T是计算冲击的时间间隔，S是元件102的表面积，并且f_T是应力样本σ_i的采样频率。或者，计算设备103可使用其它程序，例如Simpson法则或梯形法则，以从样本σ_i计算冲击分量I。

计算设备103可以忽略以上等式中的因子S/f_t，因为冲击I的实际值可能不是所感兴趣的。例如，计算设备103可以基于不同元件102的冲击分量的相对幅度来计算物体104的位置，诸如利用上述加权平均。

由于施加到元件102的冲击分量可以与元件102和物体104之间的距离成反比，所以计算设备103可以使用每个元件102的冲击分量来计算/估计物体104在表面101上的位置。

对于每个样本σ_i，计算设备103可以使用以下各项来计算振动幅度A_i，例如：

A_i＝|σ_i-σ_ave|.

计算设备103可以使用以下各项来计算平均振动幅度A_ave，例如：

或

平均振动幅度A_ave可以量化元件102中的振动量。振动分量可以包括平均振动幅度A_ave。平均振动幅度A_ave也可以称为样本σ_i的方差。由于元件102中的振动量可以与元件102和物体104之间的距离成反比，所以计算设备103可以使用每个元件102的振动分量来计算/估计物体104在表面101上的位置。

根据实施例，计算设备103还被配置为将冲击分量和/或振动分量与预先配置的阈值进行比较。这可以使得计算设备103能够忽略可能由于例如电噪声而引起的电压。

根据一个实施例，振动分量的频率在5-25赫兹(Hz)的范围内。频率可以在其任何子范围内，例如10-20Hz、12-18Hz或13-17Hz。计算设备103可以被配置为基本上滤除该范围之外的频率。

如本领域技术人员可以理解的，即使以上计算是关于施加到元件102的应力而呈现的，计算设备103也可以被配置为使用从元件102获得的电压样本来执行对应的计算。元件102可以被配置成将应力转换成电压。因此，在以上讨论中，术语“应力”可以用术语“电压”来代替。电压样本可以与施加到元件102的应力成比例。计算设备103可以例如通过缩放系数来缩放电压样本。在一些实施例中，可能不需要这样的缩放系数，因为可能不关注应力/冲击的精确值。相反，计算设备103可以同样地利用对应的电压样本。

根据实施例，计算设备103还被配置为计算物体在表面上的速度。计算设备103可以被配置为基于速度来预测物体104在表面101上的未来位置。计算设备103可以将这样的预测与本文公开的其他计算/测量组合以估计物体104在表面101上的位置。

根据实施例，计算设备103还被配置为随着物体104移动而跟踪物体在表面101上的位置。例如，计算设备103可以被配置成记录开始位置和结束位置。开始位置可以对应于物体104开始接触表面101的位置，并且结束位置可以对应于物体104停止接触表面101的位置。计算设备103还可被配置成向另一设备或部件输出/报告起始位置和/或结束位置。

根据实施例，计算设备103还被配置为向多个元件中的每个元件102施加驱动电压；并且所述多个元件中的每个元件102还被配置为：基于驱动电压向表面101的第一侧110提供触觉效果。因此，设备100能够向物体104提供触觉反馈。

根据另一实施例，计算设备103被配置为以使得触觉效果提供到至少物体104的定位处的方式将驱动电压施加到多个元件。

根据另一实施例，计算设备103被配置为以基于元件与物体在表面上的位置之间的距离而计算多个元件中的每一元件的驱动电压。

根据另一实施例，计算设备103被配置为以基于元件中的冲击分量来计算多个元件中的每一该元件的驱动电压。因此，触觉效果可以与施加到表面101的力106成比例。计算设备103还可被配置成记录每个元件102的冲击分量/力。根据另一实施例，驱动电压与元件102与物体104在表面上的位置之间的距离的平方成反比。

计算设备103还可以被配置成检测物体104是否被人使用。如果物体104不是由人使用，则振动分量可以基本上为零，而物体104仍然可以向表面101施加力，因此冲击分量可以是非零的。即使用户使用触笔或一些其他物体来触摸表面101，来自用户的手的振动仍可在振动分量中被检测到。这可以用于忽略用户不期望的触摸。

计算设备103还可以被配置为向另一设备或组件报告/输出任何值。

图6示出了根据实施例的方法600的流程图表示。方法600可以包括将由物体施加到表面的第一侧上的力所引起的元件中的机械应力转换601为电压，其中机械应力和电压包括冲击分量和振动分量。

方法600还可以包括计算602电压的冲击分量和振动分量。

方法600还可以包括基于电压的冲击分量和振动分量来计算603物体在表面上的位置。

尽管图6的实施例中的方法600的流程图表示可以指示方法600的步骤601-603的特定顺序，但是可以以任何顺序执行步骤601-603。此外，步骤601-603中的一个或多个步骤可以基本上同时执行。

设备100和/或方法600可用于例如膝上型触控板中。多个元件102可以被配置成确定力阈值并且提供触觉(点击)确认。当用多个元件102替换机械点击功能时，可以减小触控板堆叠的厚度，并且可以提供更精确和均匀的点击感觉。“均匀”可以意味着点击感觉是相似的，而不管手指触摸表面的什么位置。多个元件102可以实现新的功能，例如当计算机光标移动经过屏幕上的虚拟按钮时在触控板上提供触感。触控板表面上的力敏感性还可提供新的可能性。例如，用手指更用力地按压可以触发计算机上的某些功能(如快捷功能)。

设备100和/或方法600也可以用在例如车辆中，例如汽车。设备100和/或方法600可以使得车辆的用户/驾驶员能够控制车辆的各种系统，诸如信息系统、娱乐系统和/或控制系统。

设备100和/或方法600也可以用于例如创建完整的QWERTY(膝上型)键盘，以代替机械键。这可以提供至少一些以下益处：节省空间(较薄的叠层＝较薄的膝上型计算机)、增加的稳健性、无缝、闭合的表面可以容易地清洁、新的设计选项-材料选择、新的功能和更快的打字速度(例如，通过用手指在键上施加更大的压力来选择大写字母)、完全可配置的-用户可以改变键感觉的方式(更多或更少的“键行进”、灵敏度、来自键的音频声音)。

当设备100和/或方法600与屏幕/显示器结合时，可以创建虚拟的屏幕上键盘而不损害触觉/反馈。虚拟键盘的好处可以是，例如当在语言或某些应用(例如文本编辑相对游戏)之间改变时，键的布局(位置和功能)可以容易地重新配置。

在一些实施例中，一个元件102可以对应于键盘上的一个键。这可能需要例如用于全QWERTY键盘的多达100个触觉反馈元件101。每个元件可能需要被有线/连接到计算设备103。由于如此多的单独元件102，多个元件102可以减少连接器的数量和布线的复杂性。

在一些实施例中，每个元件102可以不对应于键盘上的键。相反，元件102可以用于检测诸如手指的物体104的位置，并且基于该位置，可以推断所按压的键。类似地，触觉反馈可以由元件102提供给物体104的位置。

设备100和/或方法600也可与显示器结合使用。还可以在表面/显示器上移动手指的同时创建更多的触觉体验，例如感觉纹理、隆起或其他结构。

在一些实施例中，元件102可以不是分立元件。相反，还可以将压电材料沉积在载体材料上，并在多个元件102中利用这种压电材料层。这可以降低成本并使组装更容易。

本文描述的功能可以至少部分地由诸如软件组件之类的一个或多个计算机程序产品组件来执行。根据实施例，该设备包括处理器，诸如微处理器，其由程序代码配置，当执行该程序代码时执行所描述的操作和功能的实施例。可替换地或另外地，本文描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件来执行。例如，但不限于，可以使用的说明性类型的硬件逻辑组件包括现场可编程门阵列(FPGA)、程序专用集成电路(ASIC)、程序专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、图形处理单元(GPU)。

在不失去所寻求的效果的情况下，可以扩展或改变在此给出的任何范围或设备值。而且，任何实施例可以与另一实施例组合，除非明确地不允许。

尽管已经以特定于结构特征和/或动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不必限于上述特定特征或动作。相反，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例来公开的，并且其他等效特征和动作旨在落入权利要求的范围内。

应当理解，上述益处和优点可以涉及一个实施例或者可以涉及若干实施例。实施例不限于解决任何或所有所述问题的那些实施例，或具有任何或所有所述益处和优点的那些实施例。还将理解，对“一个”项目的引用可以指这些项目中的一个或多个。

本文所述方法的步骤可以以任何合适的顺序进行，或者在适当的情况下同时进行。另外，在不脱离本文所述主题的精神和范围的情况下，可以从任何方法中删除各个框。上述任何实施例的方面可以与所描述的任何其它实施例的方面组合以形成另外的实施例而不失去所寻求的效果。

术语“包括”在这里用来表示包括所标识的方法、块或元件，但是这样的块或元件不包括排他性列表，并且方法或设备可以包含附加的块或元件。

应当理解，上述说明仅作为示例给出，并且本领域技术人员可以进行各种修改。以上说明、示例和数据提供了对示例性实施例的结构和使用的完整描述。尽管以上以一定程度的特殊性或参考一个或多个单独的实施例描述了各种实施例，但是本领域技术人员可以对所公开的实施例做出许多改变，而不脱离本说明书的精神或范围。

Claims

1.一种设备(100)，包括：

表面(101)，其包括第一侧(110)和第二侧(120)；

布置在表面的第二侧上的多个元件(102)，其中，多个元件中的每个元件被配置为：

将由物体(104)施加到表面的第一侧上的力(106)引起的元件中的机械应力转换成电压，其中机械应力和电压包括冲击分量和振动分量；以及

计算设备(103)，其电耦合到多个元件中的每个元件，所述计算设备被配置为：

计算每个元件的电压的冲击分量和振动分量，其中冲击分量对应于施加到元件的总冲击；以及

基于每个元件的电压的冲击分量和振动分量来计算物体在表面上的位置。

2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，计算设备被配置为通过计算多个元件上的冲击分量和/或振动分量的加权平均，基于电压的冲击分量和振动分量来计算物体在表面上的位置。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备(100)，其中，所述多个元件包括压电元件。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，计算设备还被配置为通过随时间对所述电压的样本(505)求和来计算冲击分量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，振动分量的频率在5-25赫兹的范围内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，计算设备还被配置为计算物体在表面上的速度。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，计算设备还被配置为随着物体移动而跟踪物体在表面上的位置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，计算设备还被配置为随着物体移动而计算物体在表面上的移动的方向。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，计算设备还被配置为将冲击分量和/或振动分量与预先配置的阈值进行比较。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，计算设备还被配置为，当计算物体在表面上的位置时，基于预先配置的标准对冲击分量和振动分量进行加权。

11.根据权利要求10所述的设备(100)，其中，预先配置的标准包括冲击分量的幅度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，计算设备还被配置为：

向多个元件中的每个元件施加驱动电压；

并且其中多个元件中的每个元件还被配置为：

基于驱动电压向表面的第一侧提供触觉效果。

13.根据权利要求12所述的设备(100)，其中，计算设备被配置为以将触觉效果至少提供到物体的定位处的方式将驱动电压施加到多个元件。

14.根据权利要求13所述的设备(100)，其中，计算设备被配置为基于元件与物体在表面上的位置之间的距离来计算针对多个元件中的每一元件的驱动电压。

15.根据权利要求14所述的设备(100)，其中，驱动电压与元件和物体在表面上的位置之间的距离的平方成反比。

16.根据前述权利要求中任一项所述的设备(100)，其中，计算设备还被配置为：

从第二设备接收关于物体的位置的附加信息；以及

基于每个元件的电压的冲击分量、每个元件的电压的振动分量和附加信息来计算物体在表面上的位置。

17.一种方法(600)，包括：

将由物体施加到表面的第一侧上的力所引起的元件中的机械应力转换(601)为电压，其中机械应力和电压包括冲击分量和振动分量；

计算(602)电压的冲击分量和振动分量，其中冲击分量对应于施加到元件的总冲击；以及

基于电压的冲击分量和振动分量来计算(603)物体在表面上的位置。

18.一种计算机程序产品，包括程序代码，所述程序代码被配置为当计算机程序在计算设备上执行时执行根据权利要求17所述的方法。