WO2014134898A1

WO2014134898A1 - 一种触摸屏的三维操作控制方法、装置及其移动终端

Info

Publication number: WO2014134898A1
Application number: PCT/CN2013/080176
Authority: WO
Inventors: 魏金平; 郭延顺
Original assignee: 惠州Tcl移动通信有限公司
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2014-09-12
Also published as: US20150109242A1; EP2966555A1; EP2966555B1; EP2966555A4; CN103116432B; CN103116432A; US9250741B2

Abstract

本发明公开了一种触摸屏的三维操作控制方法、装置及其移动终端，其中，所述方法包括以下步骤：采集手指或导体在触摸屏感应空间中所形成的运动轨迹中的至少两个采集点的电容值；根据所述采集点的电容值分别计算得到所述采集点在X轴、Y轴以及Z轴的坐标，从而获得所述采集点的三维坐标；根据所述至少两个采集点的三维坐标，确定所述运动轨迹，并执行相应的操作。通过上述方式，本发明能够实现对三维手势的识别，丰富的移动终端的操作。

Description

一种触摸屏的三維操作控制方法、装置及其移动终端

【技术领域】

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种触摸屏的三维操作控制方法、装置及其移动终端。

【背景技术】

如今，触控式移动终端已被越来越多的用户使用，通常，对触控式移动终端的操作都是在二维的平面上实现的，即通过触碰移动终端的触摸屏表面的不同位置，以实现对移动终端及其应用的操控。然而，现有的触摸屏操控方式只能在保证用户触碰到一定位置才能实现相关操作，使得用户的操作受到限制。

现有技术中提供在移动终端上实现触摸屏的三维操作的方法通常是基于视觉和基于传感器两种实现方式。基于视觉的手势识别通过摄像装置拍摄手势图片，通过对图片分析处理，根据已有的手势模型，对手势进行识别。这种手势识别受环境因素的干扰较大。基于传感器的手势识别通常是获取加速度信息，运用加速度信息进行手势识别。但是需要另外在移动终端设置传感器。

【发明内容】

本发明主要解决的技术问题是提供一种触摸屏的三维操作控制方法、装置及其移动终端，能够实现对三维手势的识别，丰富移动终端的操作，且不需另外设置传感器。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种触摸屏的三维操作控制方法，令沿着第一方向的轴为 X轴， Y轴垂直与 X轴， Z轴同时垂直于 X轴以及 Y轴，包括以下步骤：采集手指或导体在触摸屏感应空间中所形成的运动轨迹中的至少两个采集点的电容值，其中，所述采集点投影到触摸屏的区域至少与两个电极相交，所述采集点的电容值为所述手指或导体接近所述触摸屏时所述手指或导体分别与投影区域中的至少两个电极所形成的电容的容值；根据公式 X = /(C_A , )、 F = ¾^ , Ζ = ε χ ^ , 分别计算得到所述采

∑Ci ∑C_th

集点在 X轴、 Y轴以及 Z轴的坐标，从而获得所述采集点的三维坐标，其中，所述 C_A为触摸屏中 A通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第一种三角形电极所形成的电容值，所述 C_B为触摸屏中 B通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第二种三角形电极所形成的电容值，所述 G为其中一个通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的电极所形成的电容值，所述 K为所述采集点投影到触摸屏的区域中的其中一个电极在 Y轴方向定义的位置坐标，所述触摸屏中每个通道分别与一个相应的电极连接，并能检测到所述相应的电极所形成的电容值，所述 A通道指的是与触摸屏中第一种三角形电极连接的所有通道，所述 B通道指的是与触摸屏中第二种三角形电极连接的所有通道， A 为所述采集点的面积，为介电系数， ∑C_i¾为所述采集点的电容值与投影区域的初始电容值之间的电容变化值，所述投影区域的初始电容值为在无手指及无导体接近时，所述投影区域中的电极的电容值；根据所述至少两个采集点的三维坐标，确定所述运动轨迹，并执行相应的操作。

其中，所述根据至少两个采集点的三维坐标，确定所述手势轨迹，并执行相应的操作的步骤包括：分别比较所述至少两个采集点的 X坐标的大小、 Υ坐标的大小及 Ζ坐标的大小，根据比较结果确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

其中，所述触摸屏感应空间中距离触摸屏表面的最大感应高度为 50毫米。为解决上述技术问题，本发明采用另一技术方案为：提供一种触摸屏的三维操作控制装置，设定沿着触摸屏的第一方向的轴为 X轴， Υ轴垂直与 X轴， Ζ轴同时垂直于 X轴以及 Υ轴，所述装置包括电容采集模块、计算模块及处理模块；其中，所述电容采集模块用于采集手指或导体在触摸屏感应空间中所形成的运动轨迹中的至少两个采集点的电容值，并向所述计算模块发送，其中，所述采集点投影到触摸屏的区域至少与两个电极相交，所述采集点的电容值为所述手指或导体接近所述触摸屏时所述手指或导体分别与投影区域中的至少两个电极所形成的电容的容值；所述计算模块用于根据所述采集点的电容值分别计算得到所述采集点在 X轴、 Υ轴以及 Ζ轴的坐标，从而获得所述采集点的三维坐标，并将所述采集点的三维坐标向处理模块发送；所述处理模块用于根据所述至少两个采集点的三维坐标，确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

其中，所述计算模块进一步用于根据公式 Ζ = ^ , 计算得到所述采集点在 Z轴的坐标，其中， A为所述采集点的面积，为介电系数， ∑C_i¾为所述

初始电容值为在无手指或导体接近时，所述采集点投影到触摸屏的区域中的电极的电容值。其中，所述计算模块进一步用于根据 X = /(C_A, )、 7 = ¾^ , 计算得到所述采集点在 X轴及 Y轴上的坐标，其中，所述 C_A为触摸屏中 A通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第一种三角形电极所形成的电容值，所述 C_B为触摸屏中 B通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第二种三角形电极所形成的电容值，所述 G为其中一个通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的电极所形成的电容值，所述 K为所述采集点投影到触摸屏的区域中的其中一个电极在 Y轴方向定义的位置坐标，所述触摸屏中每个通道分别与一个相应的电极连接，并能检测到所述相应的电极所形成的电容值，所述 A 通道指的是与触摸屏中第一种三角形电极连接的所有通道，所述 B通道指的是与触摸屏中第二种三角形电极连接的所有通道。

其中，所述处理模块具体用于分别比较所述至少两个采集点的 X坐标的大小、 Y坐标的大小及 Z坐标的大小，根据比较结果确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

其中，所述触摸屏感应空间中距离触摸屏表面的最大感应高度为 50毫米。为解决上述技术问题，本发明采用再一技术方案为：提供一种移动终端，包括三维操作控制装置及电容触摸屏，设定沿着所述电容触摸屏的第一方向的轴为 X轴， Y轴垂直与 X轴， Z轴同时垂直于 X轴以及 Y轴，所述三维操作控制装置包括电容采集模块、计算模块及处理模块；其中，所述电容采集模块用于采集手指或导体在触摸屏感应空间中所形成的运动轨迹中的至少两个采集点的电容值，并向所述计算模块发送，其中，所述采集点投影到触摸屏的区域至少与两个电极相交，所述采集点的电容值为所述手指或导体接近所述触摸屏时所述手指或导体分别与投影区域中的至少两个电极所形成的电容的容值；所述计算模块用于根据所述采集点的电容值分别计算得到所述采集点在 X轴、 γ轴以及 Z轴的坐标，从而获得所述采集点的三维坐标，并将所述采集点的三维坐标向处理模块发送；所述处理模块用于根据所述至少两个采集点的三维坐标，确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

其中，所述计算模块进一步用于根据公式 Ζ = ^^，计算得到所述采集点在 z轴的坐标，其中， A为所述采集点的面积，为介电系数， ∑ς_¾为所述初始电容值为在无手指及无导体接近时，所述采集点投影到触摸屏的区域中的电极的电容值。其中，所述计算模块进一步用于根据公式 X = /(C_A,CJ、 7 = ¾^ , 计算得到所述采集点在 X轴及 Y轴上的坐标，其中，所述 C_A为触摸屏中 Α通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第一种三角形电极所形成的电容值，所述为触摸屏中 B通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第二种三角形电极所形成的电容值，所述 ·为其中一个通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的电极所形成的电容值，所述 κ为所述采集点投影到触摸屏的区域中的其中一个电极在 γ轴方向定义的位置坐标，所述触摸屏中每个通道分别与一个相应的电极连接，并能检测到所述相应的电极所形成的电容值，所述 Α通道指的是与触摸屏中第一种三角形电极连接的所有通道，所述 B通道指的是与触摸屏中第二种三角形电极连接的所有通道。

其中，所述处理模块具体用于分别比较所述至少两个采集点在 X轴上坐标的大小、在 Y轴上坐标的大小及在 Z轴上坐标的大小，根据比较结果确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

其中，所述触摸屏感应空间中距离触摸屏表面的最大感应高度为 50毫米。本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过获取手势轨迹至少两个采集点的电容值，并根据获取的所述至少两个采集点的电容值，计算得到所述手势轨迹的至少两个采集点的三维坐标，进而确定手势轨迹，以实现对三维手势的识别，并根据不同手势实现相应不同的操作，丰富的移动终端的操作。同时，本发明通过触摸屏可获取的电容值实现三维手势的确定，无需另外设置传感器，也避免了受环境因素的干扰。

【附图说明】图 1是本发明触摸屏的三维操作控制方法一实施方式的流程图；

图 2是电容触摸屏的结构示意图；

图 3是手指进行手势操作的截面示意图；

图 4是触摸屏的三维操作控制方法一实施方式中，手势操作某一个时刻手指投影在触摸屏的区域的平面示意图；

图 5是本发明触摸屏的三维操作控制方法一实施方式中移动终端的俯视示意图；

图 6是本发明触摸屏的三维操作控制方法另一实施方式的流程图；

图 7是手指垂直距离触摸屏表面时产生电容变化示意图；

图 8是本发明触摸屏的三维操作控制装置一实施方式的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体的实施方式进行说明。

请参阅图 1 , 图 1是本发明触摸屏的三维操作控制方法一实施方式的流程图。本实施方式的方法包括以下步骤：

步骤 S101 : 移动终端采集手指在触摸屏感应空间中所形成的运动轨迹中的至少两个采集点的电容值，其中，所述采集点投影到触摸屏的区域至少与两个电极相交，所述采集点的电容值为所述手指或导体接近所述触摸屏时所述手指为便于说明，全文的实施方式以手指作为对象进行手势操作。请参阅图 2, 图 2是电容触摸屏的结构示意图。现有技术中的电容触摸屏包括上下设置的表面玻璃 211和感应层 212, 以及控制芯片 213。感应层 212由多个电极（图未示）构成，感应层 212的电极分别与控制芯片 213电连接。在无手指靠近时，感应层 212 中的电极间存在着稳定的电容。当手指靠近或触碰触摸屏的时候，由于人体电场，手指与触摸屏对应手指的区域中的电极间产生耦合电容，进而使得触摸屏对应手指的区域中的电极间的电容发生改变。控制芯片 213 获取容值发生变化的电极的电容值并进行相应的处理。

继续请参阅图 3和图 4, 图 3是手指进行手势操作的截面示意图，图 4是触摸屏的三维操作控制方法一实施方式中，手势操作某一个时刻手指投影在触摸屏的区域的平面示意图。移动终端设置有驱动脉沖信号，对感应层 312 中电极 3120的电容值进行实时监控。在手指在触摸屏 310的感应空间中进行手势操作的过程中，每个瞬间的手指都会引起触摸屏 310的感应层 312对应区域中的电极 3120的电容发生改变。移动终端监测到感应层 312中的电极 3120的电容值发生变化时，则认为用户进行手势操作，并确定该手势轨迹 320 中的至少两个瞬间的手指位置作为采集点 321。一般地，当手指靠近或触碰触摸屏 310时，由于手指具有一定的面积，手指引起感应层 312中至少两个电极 3120的电容的容值发生改变，即采集点 321投影到触摸屏 310的区域 322至少与感应层 312中的两个电极 3120相交。移动终端获取确定的至少两个采集点 321分别投影在触摸屏 310的区域 322中的电极 3120所形成的电容的容值，作为采集点 321的电谷。

本实施方式中，移动终端通过实时扫描的方式，确定采集点并获取该采集点的电容。即在手指进行手势操作时，移动终端按照预设的采集频率，确定手势轨迹上当前时刻的手指为采集点，并实时获取采集点在投影在触摸屏的区域中的电极产生的电容值。当然，移动终端未必仅以实时扫描的方式进行获取，在其他实施方式中，移动终端还可以获取手指进行手势操作时的所有时刻的采集点的电容值并进行记录，再按照预设的规定选择至少两个采集点的电容，例如，选择起点和终点的电容值等，在此不作限定。

需要进行说明的是，移动终端触摸屏的感应空间为触摸屏能感应到手指的区域。换言之，在感应空间中，触摸屏中感应层的局部电极的电容值会因为手指的存在而发生改变。一般，由于感应空间越大，对功耗，材料、成本、技术要求则越高。本实施方式中，感应空间的最大感应高度，即在保证引起触摸屏电容发生变化的前提下，手指垂直距离触摸屏的最大高度，为 50毫米。可以理解的是，本发明感应空间的最大感应高度并不仅限为 50毫米，在得到硬件技术的支持下，感应空间的最大感应高度可为更大值，在此不作限定。

另外，移动终端获取手势轨迹的采集点为至少两个，以实现对手势轨迹的确定。移动终端获取采集点数可通过预先由用户设置为一固定值或直接为系统默认值。当然，采集点数并非只能为一固定值，在其他应用实施方式中，也可将采集点数设置为大于 2 的任意值，移动终端根据不同的情况选择不同的采集点数。进一步地，移动终端也并非必须获取至少两个的采集点，在一些根据手指的位置执行操作的实施方式中，移动终端可仅获取一个采集点，通过确定该采集点的三维坐标，进而根据采集点的位置执行相应的操作。步骤 S102: 移动终端根据所述采集点的电容值分别计算得到所述采集点在 X轴、 Y轴以及 Z轴的坐标，从而获得所述采集点的三维坐标。

先对本发明中的三维坐标进行说明。请参阅图 5, 图 5是本发明触摸屏的三维操作控制方法一实施方式中移动终端的俯视示意图。令沿着移动终端触摸屏 510第一方向的轴为 X轴 511 , Y轴 512垂直于 X轴 511 , 并与 X轴组成的平面平行于触摸屏 510, Z轴 513同时垂直于 X轴 511以及 Y轴 512, 并以触摸屏 510向上作为正方向。可以理解的是，移动终端的三维坐标的设定并不限为上述方式，具体应用中，可根据实际情况，对三维坐标进行设定，在此不作限定。

具体地，手指进行手势操作时，手势轨迹上每个采集点都会引起投影在触摸屏中的区域的电极的电容值发生变化。而采集点投影在触摸屏中的区域的电极的电容值的变化值与采集点和触摸屏间的距离有关，即采集点与触摸屏间的距离越远，采集点投影在触摸屏中的区域的电极的电容值的变化值越小。移动终端预先获得采集点与触摸屏间距离与该采集点投影在触摸屏中的区域的电极的电容值的变化值的关系，以及触摸屏 X、 Y轴上坐标的算法，根据获取的采集点电容值，计算出采集点在 X、 Υ、 Ζ轴上的坐标，即获得所述采集点的三维坐标。

可以理解的是，对应触摸屏的感应层的电极设置，移动终端触摸屏 X、 Υ 轴上的坐标与对应位置上的电极的电容值均设置有一定的关系，因此，可根据触摸屏中的电容变化的数据，获得对应每个采集点在 X轴和 Υ轴方向上的坐标。当然，对应不同的感应层的电极设置，如不同的电极形状，触摸屏 X、 Υ轴上的坐标于对应位置上的电极的电容值的关系是不同的，即触摸屏 X、 Υ轴上的坐标的算法不同，但其算法必须是基于该坐标对应的电极的电容值的。

步骤 S103: 移动终端根据所述至少两个采集点的三维坐标，确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

移动终端预先设置好不同的手势轨迹对应执行不同的操作。当移动终端获取到采集点的三维坐标时，分别比较所述采集点的 X坐标的大小、 Υ坐标的大小及 Ζ坐标的大小，根据比较结果确定所述手势轨迹，并根据确定的手势轨迹对应执行不同的操作。如果确定的手势轨迹不为预先设置好的手势轨迹，则移动终端不执行任何操作。

例如，移动终端设置好当手势为向上且向右运动时，执行音量的升高，当手势为向下且向左运动时，执行音量的降低。移动终端获取两个采集点的电容值，并确定两个采集点的三维坐标，其中，第一采集点为（XI , Yl , Z1 ), 第二采集点为（X2, Y2, Z2 ), 移动终端采集到第一采集点的时间比采集到第二采集点的时间早。移动终端比较两个采集点的三维坐标，如果 X1>X2, Z1>Z2, 即判断手势轨迹为手指向上且向右运动，并执行音量的升高，如果 X1<X2, Z1<Z2, 即判断手势轨迹为手指向下且向左运动，并执行音量的降低，如果三维坐标的比较情况为非上述两种情况，则移动终端不执行操作。

需要说明的是，移动终端可通过系统默认设置不同手势对应的操作，也可通过提供设置界面，以供用户进行设置。移动终端将用户设置好的信息进行保存，以供在确定手势轨迹后，根据保存的信息，执行相应的操作。另外，移动终端根据手势轨迹执行的操作可为移动终端可执行的任意操作，例如图像旋转、图像放缩、音量调节或拍照时调整焦距等，在此不作限定。

请参阅图 6,图 6是本发明触摸屏的三维操作控制方法另一实施方式的流程图。本实施方式中的方法包括以下步骤：

步骤 S601: 移动终端采集手指在触摸屏感应空间中所形成的运动轨迹中的至少两个采集点的电容值。

用户在移动终端电容触摸屏的感应空间中作出手势时，移动终端检测到触摸屏的存在电容值发生改变，移动终端则认为用户进行手势操作，并采集手指或导体在触摸屏感应空间中所形成的运动轨迹中的至少两个采集点的电容值。其中，采集点投影到触摸屏的区域至少与两个电极相交，所述采集点的电容值为所述手指或导体接近所述触摸屏时所述手指或导体分别与投影区域中的至少两个电极所形成的电容的容值。移动终端触摸屏的感应空间为触摸屏能感应到手指的区域。换言之，在感应空间中，触摸屏中感应层的局部电极的电容值会因为手指的存在而发生改变。

ζ_{= ε χ} ^ γ ∑^Ci ' ^Yi 步骤 S602: 移动终端根据公式 ∑^{C x} = f C_A, C_B、、 ∑Ci , 分别计算得到所述采集点在 Ζ轴、 X轴、 Υ轴上的坐标。

请参阅图 7, 由于手指具有一定的面积，故手指靠近触摸屏 710时，手指与手指投影在触摸屏 710 区域的至少两个电极产生耦合电容，进而引起该至少两个电极的电容值发生变化。采集点投影在触摸屏 710 中的区域的电极的电容值的变化值与采集点和触摸屏 710间的距离及采集点投影在触摸屏 710区域的面积有关。具体采集点投影在触摸屏 710中的区域的电极的电容值的变化值与手指和触摸屏 710间的距离 d成反比，与手指的面积 A成正比。移动终端获得采集点的电容值，并根据采集点投影在触摸屏 710 区域的电极的初始值，获得

₇ A

采集点投影在触摸屏 710区域的电极的电容变化值，根据计算得到采集点在 Ζ轴上的坐标，其中， Α为、采集点的面积，为介电系数， ∑^为电容值为在无手指或导体接近时，该投影区域中的电极的电容值。

本实施方式中，介电系数 ^和手指的面积 Α为预先设置好的。技术人员可通过测试或直接根据触摸屏的相关因素确定介电系数 ^ ,并根据一般手指的大小设定好 A的值。当然，手指的面积 A也可由用户根据自身情况进行设置，或者移动终端通过对获取的电容值进行相关的转换以实现实时获得手指的面积 A。需要说明的是，本发明是根据比较采集点的三维坐标来确定手势轨迹，进而实现操作的，故采集点的 Z坐标无需为精确值，只需能够保证不同的采集点之间的 Z坐标的大小关系即可，故手指的面积 A也不要求为精确的面积。

另外，请参阅图 4, 由于手指具有一定的面积，故采集点投影在触摸屏上为一定面积的区域 322, 对于确定采集点的 X轴和 Y轴上的坐标，往往会取该区域 322的中心点在 X轴和 Y轴上的坐标分别作为采集点在 X轴和 Y轴上的坐标。，实施方式中触摸屏感应层中的电极 3120包括第一种三角形电极 3121和第二种三角形电极 3122, 第一种三角形电极 3121和第二种三角形电极 3122为两两相对，以构成矩形形状。每个电极 3120均与一个通道 3123的一端连接，通道 3123 的另一端与控制芯片 313连接，通道 3123检测与其相连的电极 3120的电容值，并向控制芯片 313输出所述电容值，以使移动终端能够根据采集点投影到触摸屏的区域 322中的电极 3120所形成的电容值计算得到采集点在 X、 Y轴上的坐标。其中，所有与第一种三角形电极 3121连接的通道 3123统称为 A通道 314, 所以与第二种三角形电极 3122连接的通道 3123统称为 B通道 315。

根据本实施方式中的触摸屏 X轴上的坐标的算法，触摸屏 X轴上的坐标为所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的第二种三角形电极 3122的电容值之和与第一种三角形电极 3121的电容值之和的比值。移动终端通过相应的通道 3123 分别获得采集点投影到触摸屏的区域 322 中的电极 3120所形成的电容值，由 ^x = f (C_A , C_B ) , 即触摸展 X轴上的坐标等于所述采集点投影到触摸展的区域 322 中的第二种三角形电极 3122的电容值之和与第一种三角形电极 3121的电容值之和的比值，计算得到采集点在 X轴的坐标。其中，所述 ^为触摸屏中 A通道 314检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的第一种三角形电极 3121 所形成的电容值，所述为触摸屏中 B通道 315检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的第二种三角形电极 3122所形成的电容值。

而采集点在 Y轴的坐标即为采集点投影在触摸屏区域 322 中的电极 3120 在 Y轴方向定义的位置坐标的加权平均值。具体地，移动终端根据获得采集点投影到触摸屏的区域 322中的电极 3120所形成的电容值，以及移动终端预先对

Yci - Yi

γ = ^

触摸屏中的电极 3120定义好的位置坐标，由公式 ∑^G' 计算得到采集点在 Y轴的坐标。其中，所述为触摸屏其中一个通道 3123检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的电极 3120所形成的电容值，所述 K为所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的其中一个电极 3120在 Y轴方向定义的位置坐标。本标为该电极 3120沿 Y轴正方向排列的序号，如最靠近 X轴的电极 3120的位置坐标为 1 , 对应的其上面的为 2, 依次类推，上面的电极 3120的位置坐标为下面的位置坐标加 1。

进一步举例说明，一般，用户使用手指头进行手势操作。手指头大小一般为直径 15毫米（mm ), 即手指头投影在触摸屏中的区域 322的直径为 15mm。本实施方式中，触摸屏的感应层由铟锡氧化物（Indium Thin Oxide, ITO ) 的电极 3120构成，而每个电极 3120在 Υ方向的宽度为 5mm。故手指头投影在触摸屏中的区域 322会占据三个电极 3120。移动终端获取采集点的电容值 Cl=100 皮法（pF )、 C2=300pF、 C3=200pF。同时，移动终端获取到电容值为 CI的电极 3120的位置坐标 Yl=2、电容值为 C2的电极 3120的位置坐标 Υ2=3、电容值为 C3的电极 3120的位置坐标 Υ3=4。在例子中，手指感应区域，即投影在触摸屏中的区域 322的电容值有三个分别为 Cl、 C2、 C3, 故手指感应区域 322的中心的 X坐标为所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的第二种三角形电极 3122的电容值之和与第一种三角形电极 3121 的电容值之和的比值，即 X ( C1+C3 )

_F _ 100x 2 + 300x 3 + 200x 4 ^ _{3 χη}

/C2=10, Y坐标为 ― ^ 100 + 200 + 300 ' , 即采集点的 X坐标为 10, Υ 坐标为 3.17。另外，移动终端获取预先设置好介电系数 ^和手指面积 Α, 根据 Cl、 C2、 C3, 及该采集点投影在触摸屏中的区域 322中电极 3120的初始电容

₇ A

值，计算出该区域 322中的电极 3120的电容的变化值，根据 L^ah , 即可计算得到采集点的 Z坐标。

步骤 S603: 移动终端根据所述至少两个采集点的三维坐标，确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

移动终端预先设置好不同的手势轨迹对应执行不同的操作。当移动终端获取到采集点的三维坐标时，确定手势轨迹，并根据确定的手势轨迹对应执行不同的操作。如果确定的手势轨迹不为预先设置好的手势轨迹，则移动终端不执行任何操作。例如，移动终端设置好当手势为先上升后下降的运动时，执行球体的向右旋转，当手势为先下降后上升的运动时，执行球体的向左旋转。本实施方式中，移动终端获取三个采集点的电容值，并确定三个采集点的三维坐标，其中，第一采集点为（XI , Yl , Z1 ), 第二采集点为（X2, Y2, Z2 ), 第三采集点为（X3 , Y3 , Z3 ), 移动终端采集到第二采集点的时间比采集到第三采集点的时间早，但比采集到第一采集点的时间晚。移动终端比较三个采集点的三维坐标，如果 Z1>Z2且 Z2<Z3, 即判断手势轨迹为先下降后上升的运动，并执行球体的向右旋转，如果 Z1<Z2且 Z2>Z3, 即判断手势轨迹为先上升后下降的运动时，并执行球体的向左旋转，如果三维坐标的比较情况为非上述两种情况，则移动终端不执行操作。

区别于现有技术的情况，本发明实施方式通过获取手势轨迹至少两个采集点的电容值，并根据获取的所述至少两个采集点的电容值，计算得到所述手势轨迹的至少两个采集点的三维坐标，进而确定手势轨迹，以实现对三维手势的识别，并根据不同手势实现相应不同的操作，丰富的移动终端的操作。同时，本发明通过触摸屏可获取的电容值实现三维手势的确定，无需另外设置传感器，也避免了受环境因素的干扰。

请参阅图 8,图 8是本发明触摸屏的三维操作控制装置一实施方式的结构示意图。在本实施方式中，触摸屏的三维操作控制装置包括电容采集模块 810、计算模块 820及处理模块 830。计算模块 820分别耦接于电容采集模块 810和处理模块 830。本触摸屏的三维操作控制装置设置在包括电容触摸屏的移动终端中。

电容采集模块 810用于采集手指或导体在触摸屏感应空间中所形成的运动轨迹中的至少两个采集点的电容值，其中，所述采集点投影到触摸屏的区域至少与两个电极相交，所述采集点的电容值为所述手指或导体接近所述触摸屏时具体地，在无手指靠近时，感应层中的电极间存在着稳定的电容。当手指靠近或触碰触摸屏的时候，由于人体电场，手指与触摸屏对应手指的区域中的电极间产生耦合电容，进而使得触摸屏对应手指的区域中的电极间的电容发生改变。移动终端设置有驱动脉沖信号，对触摸屏的感应层中电极的电容进行实时监控。在手指在触摸屏的感应空间中进行手势操作的过程中，每个瞬间的手指都会引起触摸屏的对应区域中的电极的电容发生改变。移动终端监测到感应层中的电极的电容值发生变化时，电容采集模块 810则认为用户进行手势操作，并确定该手势轨迹中的至少两个瞬间的手指位置作为采集点。一般地，当手指靠近或触碰触摸屏时，由于手指具有一定的面积，手指引起感应层中至少两个电极的电容的容值发生改变，即采集点投影到触摸屏的区域至少与感应层中的两个电极相交。电容采集模块 810获取确定的至少两个采集点分别投影在触摸屏的区域中的电极所形成的电容的容值，作为采集点的电容，并将采集点的电容值向计算模块 820发送。

本实施方式中，电容采集模块 810通过实时扫描的方式，确定采集点并获取该采集点的电容。即在手指进行手势操作时，电容采集模块 810按照预设的采集频率，确定手势轨迹上当前时刻的手指为采集点，并实时获取采集点投影在触摸屏的区域中的电极产生的电容值。当然，电容采集模块 810 未必仅以实时扫描的方式进行获取，在其他实施方式中，电容采集模块 810还可以获取手指手势操作时的所有时刻的采集点的电容值并进行记录，再按照预设的规定选择至少两个采集点的电容，例如，选择起点和终点的电容值等，在此不作限定。

另外，电容采集模块 810获取手势轨迹的采集点为至少两个，以实现触摸屏的三维操作控制装置对手势轨迹的确定。电容采集模块 810获取采集点数可通过预先由用户设置为一固定值或直接为系统默认值。当然，采集点数并非只能为一固定值，在其他应用实施方式中，也可将采集点数设置为大于 2 的任意值，电容采集模块 810根据不同的情况选择不同的采集点数。进一步地，电容采集模块 810也并非必须获取至少两个的采集点，在一些根据手指的位置执行操作的实施方式中，电容采集模块 810可仅获取一个采集点，触摸屏的三维操作控制装置通过确定该采集点的三维坐标，进而根据采集点的位置执行相应的操作。

计算模块 820用于根据所述采集点的电容值分别计算得到所述采集点在 X 轴、 Y轴以及 Z轴的坐标，从而获得所述采集点的三维坐标。

先对本发明中的三维坐标进行说明。请参阅图 5 , 图 5是本发明触摸屏的三维操作控制方法一实施方式中移动终端的俯视示意图。令沿着移动终端触摸屏 510第一方向的轴为 X轴 511 , Y轴 512垂直于 X轴 511 , 并与 X轴组成的平面平行于触摸屏 510, Z轴 513同时垂直于 X轴 511以及 Y轴 512, 并以触摸屏 510向上作为正方向。可以理解的是，移动终端的三维坐标的设定并不限为上述方式，具体应用中，可根据实际情况，对三维坐标进行设定，在此不作限定。

具体地，手指进行手势操作时，手势轨迹上每个采集点都会引起投影在触摸屏中的区域的电极的电容值发生变化。而采集点投影在触摸屏中的区域的电极的电容值的变化值与采集点和触摸屏间的距离有关，即采集点与触摸屏间的距离越远，采集点投影在触摸屏中的区域的电极的电容值的变化值越小。计算模块 820预先获得采集点与触摸屏间距离与该采集点投影在触摸屏中的区域的电极的电容值的变化值的关系，以及触摸屏 X、 Y轴上坐标的算法，根据获取的采集点电容值，计算出采集点在 X、 Υ、 Ζ轴上的坐标，即获得所述采集点的三维坐标，并将获得的采集点的三维坐标向处理模块 830发送。可以理解的是，对应触摸屏的感应层的电极设置，移动终端触摸屏 X、 Υ轴上的坐标与对应位置上的电极的电容值均设置有一定的关系，因此，可根据触摸屏中的电容变化的数据，获得对应每个采集点在 X轴和 Υ轴方向上的坐标。当然，对应不同的感应层的电极设置，如不同的电极形状，触摸屏 X、 Υ轴上的坐标于对应位置上的电极的电容值的关系是不同的，即触摸屏 X、 Υ轴上的坐标的算法不同，但其算法必须是基于该坐标对应的电极的电容值的。

处理模块 830用于根据所述至少两个采集点的三维坐标，确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。处理模块 830预先设置好不同的手势轨迹对应执行不同的操作。当处理模块 830接收到采集点的三维坐标时，分别比较所述采集点的 X坐标的大小、 Y坐标的大小及 Z坐标的大小，根据比较结果确定所述手势轨迹，并根据确定的手势轨迹对应执行不同的操作。如果确定的手势轨迹不为预先设置好的手势轨迹，则处理模块 830不执行任何操作。

例如，处理模块 830设置好当手势为向上且向右运动时，执行音量的升高，当手势为向下且向左运动时，执行音量的降低。一般，移动终端触摸屏的 X坐标向右为正方向， Z坐标垂直触摸屏向上为正方向。电容采集模块 810获取两个采集点的电容值，并由计算模块 820确定两个采集点的三维坐标，其中，第一采集点为（XI , Yl , Z1 ), 第二采集点为（X2, Y2, Z2 ), 处理模块 830采集到第一采集点的时间比采集到第二采集点的时间早。处理模块 830 比较两个采集点的三维坐标，如果 X1>X2, Z1>Z2, 即判断手势轨迹为手指向上且向右运动，并执行音量的升高，如果 X1<X2, Z1<Z2, 即判断手势轨迹为手指向下且向左运动，并执行音量的降低，如果三维坐标的比较情况为非上述两种情况，则处理模块 830不执行操作。

需要说明的是，处理模块 830可通过系统默认设置不同手势对应的操作，也可通过提供设置界面，以供用户进行设置。处理模块 830将用户设置好的信息进行保存，以供在确定手势轨迹后，根据保存的信息，执行相应的操作。另外，处理模块 830根据手势轨迹执行的操作可为移动终端可执行的任意操作，例如图像旋转、图像放缩、音量调节或拍照时调整焦距等，在此不作限定。

更为优化地，基于上一实施方式，在本发明触摸屏的三维操作控制装置另一实施方式中，

A Y Ci - Yi - _{c x} γ ₌ =L 计算模块进一步用于根据公式 ∑^c' x = f( _A, c_B) ^ ∑ , 分别计算得到所述采集点在 Ζ轴、 X轴、 Υ轴上的坐标。

具体地，由于手指具有一定的面积，故手指靠近触摸屏时，手指与手指投影在触摸屏区域的至少两个电极产生耦合电容，进而引起该至少两个电极的电容值发生变化。采集点投影在触摸屏中的区域的电极的电容值的变化值与采集点和触摸屏间的距离及采集点投影在触摸屏区域的面积有关。具体采集点投影在触摸屏中的区域的电极的电容值的变化值与手指和触摸屏间的距离 d成反比，与手指的面积 A成正比。计算模块从电容采集模块中获得采集点的电容值，并根据采集点投影在触摸屏区域的电极的初始值，获得采集点投影在触摸屏区 ₇ A

域的电极的电容变化值，根据确定采集点在 Ζ轴上的坐标，其中，

Α 为、采集点的面积，为介电系数， ∑^为采集点的电容值与投影区域的初始电容值之间的电容变化值，投影区域的初始电容值为在无手指或导体接近时，该投影区域中的电极的电容值。

本实施方式中，介电系数 ^和手指的面积 Α为预先设置好的。技术人员可通过测试或直接根据触摸屏的相关因素确定介电系数 s ,并根据一般手指的大小设定好 A的值。当然，手指的面积 A也可由用户根据自身情况进行设置，或者移动终端通过对获取的电容值进行相关的转换以实现实时获得手指的面积 A。需要说明的是，本发明是根据比较采集点的三维坐标来确定手势轨迹，进而实现操作的，故采集点的 Z坐标无需为精确值，只需能够保证不同的采集点之间的 Z坐标的大小关系即可，故手指的面积 A也不要求为精确的面积。

另外，请参阅图 4, 由于手指具有一定的面积，故采集点投影在触摸屏上为一定面积的区域 322, 对于确定采集点的 X轴和 Y轴上的坐标，往往会取该区域 322的中心点在 X轴和 Y轴上的坐标分别作为采集点在 X轴和 Y轴上的坐标。实施方式中触摸屏感应层中的电极 3120包括第一种三角形电极 3121和第二种三角形电极 3122, 第一种三角形电极 3121和第二种三角形电极 3122为两两相对，以构成矩形形状。每个电极 3120均与一个通道 3123的一端连接，通道 3123 的另一端与控制芯片 313连接，通道 3123检测与其相连的电极 3120的电容值，并向控制芯片 313输出所述电容值，以使计算模块能够根据采集点投影到触摸屏的区域 322中的电极 3120所形成的电容值计算得到采集点在 X、 Y轴上的坐标。其中，所有与第一种三角形电极 3121连接的通道 3123统称为 A通道 314, 所以与第二种三角形电极 3122连接的通道 3123统称为 B通道 315。

根据本实施方式中的触摸屏 X轴上的坐标的算法，触摸屏 X轴上的坐标为所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的第二种三角形电极 3122的电容值之和与第一种三角形电极 3121的电容值之和的比值。计算模块通过相应的通道 3123 分别获得采集点投影到触摸屏的区域 322 中的电极 3120所形成的电容值，由 ^x = f (C_A , C_B ) , 即触摸展 X轴上的坐标等于所述采集点投影到触摸展的区域 322 中的第二种三角形电极 3122的电容值之和与第一种三角形电极 3121的电容值之和的比值，计算得到采集点在 X轴的坐标。其中，所述 ^为触摸屏中 A通道 314检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的第一种三角形电极 3121 所形成的电容值，所述为触摸屏中 B通道 315检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的第二种三角形电极 3122所形成的电容值。

而采集点在 Y轴的坐标即为采集点投影在触摸屏区域 322 中的电极 3120 在 Y轴方向定义的位置坐标的加权平均值。具体地，计算模块根据获得采集点投影到触摸屏的区域 322中的电极 3120所形成的电容值，以及移动终端预先对触摸屏中的电极 3120定义好的位置坐标，由公式 ∑^G' 计算得到采集点在 Y轴的坐标。其中，所述 G为触摸屏其中一个通道 3123检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的电极 3120所形成的电容值，所述 K为所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的其中一个电极 3120在 Y轴方向定义的位置坐标。本标为该电极 3120沿 Y轴正方向排列的序号，如最靠近 X轴的电极 3120的位置坐标为 1 , 对应的其上面的为 2, 依次类推，上面的电极 3120的位置坐标为下面的位置坐标加 1。

进一步举例说明，一般，用户使用手指头进行手势操作。手指头大小一般为直径 15毫米（mm ), 即手指头投影在触摸屏中的区域 222的直径为 15mm。本实施方式中，触摸屏的感应层由铟锡氧化物（Indium Thin Oxide, ITO ) 的电极 3120构成，而每个电极 3120在 Υ方向的宽度为 5mm。故手指头投影在触摸屏中的区域 322 会占据三个电极 3120。电容采集模块获取采集点的电容值 Cl=100pF、 C2=300pF、 C3=200pF。同时，计算模块获取到电容值为 CI的电极 3120的位置坐标 Yl=2、电容值为 C2的电极 3120的位置坐标 Υ2=3、电容值为 C3的电极 3120的位置坐标 Υ3=4。在例子中，手指感应区域，即投影在触摸屏中的区域 322的电容值有三个分别为 Cl、 C2、 C3, 故手指感应区域 322的中心的 X坐标为所述采集点投影到触摸屏的区域 322中的第二种三角形电极 3122的电容值之和与第一种三角形电极 3121 的电容值之和的比值，即 X ( C1+C3 )

_F _ 100x 2 + 300x 3 + 200x 4 ^ _{3 χη}

/C2=10, Y坐标为 ― ^ 100 + 200 + 300 · , 即采集点的 X坐标为 10, Υ 坐标为 3.17。另外，计算模块获取预先设置好介电系数 ^和手指面积 Α, 根据 Cl、 C2、 C3, 及该采集点投影在触摸屏中的区域 322中电极 3120的初始电容 ₇ A 值，计算出该区域 322中的电极 3120的电容的变化值，根据 ^Qh , 即可计算得到采集点的 Z坐标。

本发明还包括一种移动终端，包括上述的触摸屏的三维操作控制装置及电容触摸屏，其中，触摸屏的三维操作控制装置与电容触摸屏电连接。具体实施方式请参照上述相关描述，在此不再赘述。

需要说明的是，全文实施方式中均以手指实现手势轨迹，但并不能认为本发明的手势轨迹仅可使用手指实现，本发明的手势轨迹可由任意导体实现，在此不作限定。

另外，可以理解的是，全文的实施方式均基于由三角形电极构成的感应层进行说明，但是，并不能认为本发明仅限基于由三角形电极构成的感应层。在具体应用实施方式中，本发明可基于其他结构的感应层进行三维操作控制，例如，由菱形电极构成的感应层。其原理与三角形电极的类似，根据感应层中的感应电容，计算出手势轨迹上的采集点的 Z轴上的坐标，并根据对应该感应层中不同位置与感应层中的

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

权利要求

1.一种触摸屏的三维操作控制方法，其中，令沿着第一方向的轴为 X轴， Y 轴垂直与 X轴， Z轴同时垂直于 X轴以及 Y轴，包括以下步骤：

采集手指或导体在触摸屏感应空间中所形成的运动轨迹中的至少两个采集点的电容值，其中，所述采集点投影到触摸屏的区域至少与两个电极相交，所述采集点的电容值为所述手指或导体接近所述触摸屏时所述手指或导体分别与投影区域中的至少两个电极所形成的电容的容值；根据公式 X = /(C_A , )、 7 = ¾^ , Ζ = ε χ ^ , 分别计算得到所述采集点在 X轴、 Y轴以及 Z轴的坐标，从而获得所述采集点的三维坐标，其中，所述 C_A为触摸屏中 A通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第一种三角形电极所形成的电容值，所述为触摸屏中 B通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第二种三角形电极所形成的电容值，所述 α为其中一个通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的电极所形成的电容值，所述 κ 为所述采集点投影到触摸屏的区域中的其中一个电极在 Υ轴方向定义的位置坐标，所述触摸屏中每个通道分别与一个相应的电极连接，并能检测到所述相应的电极所形成的电容值，所述 Α通道指的是与触摸屏中第一种三角形电极连接的所有通道，所述 B通道指的是与触摸屏中第二种三角形电极连接的所有通道，

A 为所述采集点的面积，为介电系数， ∑ς_¾为所述采集点的电容值与投影区域的初始电容值之间的电容变化值，所述投影区域的初始电容值为在无手指及无导体接近时，所述投影区域中的电极的电容值；

根据所述至少两个采集点的三维坐标，确定所述运动轨迹，并执行相应的操作。

2.根据权利要求 1所述的方法，其中，所述根据至少两个采集点的三维坐标，确定所述手势轨迹，并执行相应的操作的步骤包括：

分别比较所述至少两个采集点在 X轴上坐标的大小、在 Υ轴上坐标的大小及在 Ζ轴上坐标的大小，根据比较结果确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

3.根据权利要求 1所述的方法，其中，所述触摸屏感应空间中距离触摸屏表面的最大感应高度为 50毫米。

4.一种触摸屏的三维操作控制装置，其中，设定沿着触摸屏的第一方向的轴为 X轴， Y轴垂直与 X轴， Z轴同时垂直于 X轴以及 Y轴，所述装置包括电容采集模块、计算模块及处理模块；其中，

所述电容采集模块用于采集手指或导体在触摸屏感应空间中所形成的运动轨迹中的至少两个采集点的电容值，并向所述计算模块发送，其中，所述采集点投影到触摸屏的区域至少与两个电极相交，所述采集点的电容值为所述手指或导体接近所述触摸屏时所述手指或导体分别与投影区域中的至少两个电极所形成的电容的容值；

所述计算模块用于根据所述采集点的电容值分别计算得到所述采集点在 X 轴、 Y轴以及 Z轴的坐标，从而获得所述采集点的三维坐标，并将所述采集点的三维坐标向处理模块发送；

所述处理模块用于根据所述至少两个采集点的三维坐标，确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

5.根据权利要求 4所述的装置，其中，

所述计算模块进一步用于根据公式 Z = ^^ , 计算得到所述采集点在 Z 轴的坐标，其中， A 为所述采集点的面积，为介电系数， ∑C_i¾为所述采集点容值为在无手指及无导体接近时，所述采集点投影到触摸屏的区域中的电极的电容值。

6.根据权利要求 4所述的装置，其中，所述计算模块进一步用于根据公式 X = /(C_A, )、 7 = ¾^ , 计算得到所述采集点在 X轴及 Y轴上的坐标，其中，所述 C_A为触摸屏中 A通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第一种三角形电极所形成的电容值，所述为触摸屏中 B通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第二种三角形电极所形成的电容值，所述 G为其中一个通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的电极所形成的电容值，所述 K为所述采集点投影到触摸屏的区域中的其中一个电极在 Y轴方向定义的位置坐标，所述触摸屏中每个通道分别与一个相应的电极连接，并能检测到所述相应的电极所形成的电容值，所述 A通道指的是与触摸屏中第一种三角形电极连接的所有通道，所述 B通道指的是与触摸屏中第二种三角形电极连接的所有通道。

7.根据权利要求 4所述的装置，其中，所述处理模块具体用于分别比较所述至少两个采集点在 X轴上坐标的大小、在 Y轴上坐标的大小及在 Z轴上坐标的大小，根据比较结果确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

8.根据权利要求 4所述的装置，其中，所述触摸屏感应空间中距离触摸屏表面的最大感应高度为 50毫米。

9.一种移动终端，其中，所述移动终端包括三维操作控制装置及电容触摸屏，设定沿着所述电容触摸屏的第一方向的轴为 X轴， Y轴垂直与 X轴， Z轴同时垂直于 X轴以及 Y轴，所述三维操作控制装置包括电容采集模块、计算模块及处理模块；其中，

10.根据权利要求 9所述的移动终端，其中，

所述计算模块进一步用于根据公式 Z = ^^ , 计算得到所述采集点在 Z 轴的坐标，其中， A 为所述采集点的面积，为介电系数， ∑ς_¾为所述采集点容值为在无手指及无导体接近时，所述采集点投影到触摸屏的区域中的电极的电容值。

11.根据权利要求 9所述的移动终端，其中，所述计算模块进一步用于根据公式 X = /(C_A, )、 7 , 计算得到所

述采集点在 X轴及 Y轴上的坐标，其中，所述 C_A为触摸屏中 A通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第一种三角形电极所形成的电容值，所述为触摸屏中 B通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的第二种三角形电极所形成的电容值，所述 α为其中一个通道检测到的所述采集点投影到触摸屏的区域中的电极所形成的电容值，所述 κ为所述采集点投影到触摸屏的区域中的其中一个电极在 Υ轴方向定义的位置坐标，所述触摸屏中每个通道分别与一个相应的电极连接，并能检测到所述相应的电极所形成的电容值，所述 Α通道指的是与触摸屏中第一种三角形电极连接的所有通道，所述 B通道指的是与触摸屏中第二种三角形电极连接的所有通道。

12.根据权利要求 9所述的移动终端，其中，所述处理模块具体用于分别比较所述至少两个采集点在 X轴上坐标的大小、在 Y轴上坐标的大小及在 Z轴上坐标的大小，根据比较结果确定所述手势轨迹，并执行相应的操作。

13.根据权利要求 9所述的移动终端，其中，所述触摸屏感应空间中距离触摸屏表面的最大感应高度为 50毫米。