专利名称：一种手(及指定物)的多点接触信息采集系统的制作方法
技术领域：
本发明是一种手(及指定物)与感应表面的多点接触信息采集系统。
本发明可以作为基于手(及指定物)的空间形态特征信息的计算机信息输入系统的设备。
本发明也是一种新型的计算机输入系统，是一种可以实现传统计算机外设，诸如键盘、鼠标、触摸板、书写板和触摸屏等设备的部分功能的计算机输入系统。
本发明的输入系统也适用于其他场合的相关设备和装置作为信息输入系统。
目前常用的触摸设备有触摸板、手写板和触摸屏等，这些设备对于常规场合的应用效果都不错。但目前市场上的此类设备的一个共同特点都是针对单点(单点接触)而设计的，针对多点接触的设备还没有出现，少有相关的专利文献。
常见的单点触摸设备的基本原理，有基于以下几种实现途径的类型。
1.电阻技术电阻触摸设备的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。
当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比即可得触摸点的Y轴坐标，同理得出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。简单地说，电阻式触摸设备的工作原理就是在一组电阻网络加上工作电压，当手写笔或者手指触了触摸屏的时候，通过测量屏幕阻抗矩阵的变化而得到两个方向的坐标，从而得到手写笔或者手指位置。其横向和纵向电阻的变化，可近似看成两组线性的滑动变阻器。
电阻类触摸设备的关键在于材料科技。常用的透明导电涂层材料有①ITO，氧化铟，工作面涂层；②镍金涂层。不适合作为电阻触摸屏的工作面，只能作为探层。
常用的有四线电阻式、五线电阻式。基层把两个方向的电压场通过精密电阻网络加在玻璃的导电工作面上，外层镍金导电层用来当作纯导体。当有触摸后，分时检测内层ITO接触点X轴和Y轴电压值的方法测得触摸点的位置。
2.表面声波表面声波，超声波的一种，在介质(例如玻璃或金属等刚性材料)表面浅层传播的机械能量波。通过楔形三角基座(根据表面波的波长严格设计)，可以做到定向、小角度的表面声波能量发射。
表面声波触摸设备的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板，安装在CRT、LED、LCD或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，没有任何贴膜和覆盖层，这一点是区别于别类触摸屏技术的。
玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45°角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。
发射换能器把控制器通过触摸屏电缆送来的电信号转化为声波能量向左方表面传递，然后由玻璃板下边的一组精密反射条纹把声波能量反射成向上的均匀面传递，声波能量经过屏体表面，再由上边的反射条纹聚成向右的线传播给接收换能器，接收换能器将返回的表面声波能量变为电信号。
发射信号与接收信号波形在没有触摸的时候，接收信号的波形与参照波形完全一样。当手指或其它能够吸收或阻挡声波能量的物体触摸屏幕时，途经手指部位向上走的声波能量被部分吸收，反应在接收波形上即某一时刻位置上波形有一个衰减缺口。接收波形对应手指挡住部位信号衰减了一个缺口，计算缺口位置即得触摸坐标控制器分析到接收信号的衰减并由缺口的位置判定坐标。除了一般触摸设备都能响应的X、Y坐标外，表面声波触摸设备还响应第三轴Z轴坐标，也就是能感知用户触摸压力大小值。其原理是由接收信号衰减处的衰减量计算得到。
3.电容感应技术电容式触摸设备的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。此外，在附加的触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。用户触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个“耦合电容”，四边电极发出的电流会流向触点，而电流的强弱，准确算出触摸点的位置。其特点为触摸准确度较高，抗干扰能力较强。但此类触摸设备怕静电干扰。
其他还有基于红外技术、电磁技术等原理类型的触摸设备。目前基于以上这些方法的触摸设备都是针对单点接触而设计的，只能识别单个接触点的接触信息。
有关计算机输入系统的公开专利信息目前尚无多点接触触摸设备的发明专利公开。
本发明公布了多点接触信息系统，它不同于传统的触摸设备，能进行手(及指定物)的多点接触信息的采集和处理。
本发明可用于发明人的另两项发明CN1378171A号发明专利与CN1322982A号发明专利的基于手(及指定物)的空间形态的信息特征的计算机输入系统，也可以用于其他相关设备的信息输入。
本发明的设计思想本发明是通过将手及操作者所指定的物体(指定物)所接触的感应表面细分为许多小的感应面，每个小的感应面对应安装有一个感应传感器单元。当操作者手及指定物与感应表面接触时，必然是与一个或数个感应传感器单元接触，通过感应信息处理模块将各个小的感应面的感应信息提取出来，再进行综合，即可得到整个感应表面的所有单元的接触信息和整个感应表面的综合信息。通过感应信息处理模块的处理和分析，从而得到手及指定物与整个感应表面的多点接触状态。
本发明通过采集操作者的手及操作者所指定的物体(指定物)与感应表面的多个接触点的接触状态的信息，来识别和判断手及指定物的多点接触。
对各小感应面的信息的采集和处理可通过现有成熟和公开的技术就可以实现。本发明的手及指定物的多点接触信息采集系统也可用于其他装置作为信息输入系统。
本发明的多点接触信息采集系统所涉及的“手及指定物”、“多点接触”等概念阐述如下手及指定物操作者的手包括操作者的全部手和手指，以及操作者所指定的其他物体——指定物，也包括手(及指定物)的全部手指及指定物的所有结构细节。
多点接触操作者的手和各个手指、指定物的多个结构细节与感应表面的所有多于一个的接触点的接触状态。
图1手(及指定物)的多点接触信息系统原理图1-手(或指定物)；2-感应装置；3-感应信息处理模块；4-输入输出总线；图2感应装置的方形单元感应面的分布图1-感应表面；2-方形单元；
图3感应装置的圆形单元感应面的分布图1-感应表面；2-圆形单元；本发明的技术方案图1显示出手及指定物、感应装置、感应信息处理模块的空间相对关系。感应装置由感应传感器和感应表面组成，感应传感器单元分布在感应表面上。
感应传感器单元的分布一般为对称均匀分布，如果有特殊需要也可以设计成其他类型分布。
感应传感器单元在感应表面各方向上分布的数量由所需的感应分辨率决定。当系统确定了对手及指定物的接触状态识别的要求后，就需要确定最小感应面积和最小感知压力以满足接触状态的分辨率的要求。感应分辨率是系统所能感知的最小接触状态值，包括所能感知的手及指定物与感应装置感应表面上的最小接触压力、最小接触时间、最小接触面积。
手(1)及指定物在感应装置(2)感应表面上方运动时，感应装置不作反应，当手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面接触时，感应表面上的细分的许多小的感应面中的感知传感器单元，必然就能感知操作者的手及指定物和手指及指定物的结构细节与其接触的接触状态信息。感应信息处理模块(3)接受并处理各感知传感器单元的感应信息，综合各个感知传感器单元的感应信息，即可得到整个感应表面的所有小单元的接触信息和整个感应表面的综合信息。通过感应信息处理模块的处理和分析，从而得到手及指定物与整个感应表面的多点接触状态。
手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面上的接触状态，是指手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面上的接触程度、接触时间和接触方式。
所指接触程度是表示手(1)及指定物(包括各个手指及指定物的结构细节)与感应装置(2)感应表面的接触接触压力的大小，以及与感应装置(2)感应表面的接触面积的大小。
所指接触时间是表示手(1)及指定物(包括各个手指及指定物的结构细节)与感应装置(2)感应表面的单次接触的起点和终点时刻，以及这次单次接触时间的起点时刻和终点时刻之间的一段时间。
所指接触方式表示手(1)及指定物(包括各个手指及指定物的结构细节)与感应装置(2)感应表面的单次、多次、单点、多点、分散、集中、交叉等多种接触方法，以及这些接触方法的组合方法。“单次”表示手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面的一次接触；“多次”表示手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面的多于一次的接触；“单点”表示手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面的接触点只有一个；“多点”表示手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面的接触点不只一个；“分散”表示手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面的接触点有多个且分布不集中；“集中”表示手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面的接触点集中分布；“交叉”表示手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面的接触点是交叉分布的。还可以有多种接触方式不一一列举，还可以有以上多种接触方式的可能存在的组合方式，比如单点多次接触、单次单点接触、多点多次接触等等方式。
根据接触程度信息、接触时间信息、接触方式信息，可以得到手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面上的接触状态信息。
感应传感器单元在感应表面的细分的小的感应表面中，其功能类似于传统的整块的触摸板或触摸屏，只是面积很小，且其面积的大小决定于感应分辨率。
感应传感器单元具有各自独立的输入、输出线，这些所有输入、输出信号线分别与系统的输入输出总线相连，再与感应信息处理模块相连，感应信息处理模块可适时地通过输入输出总线获取各感应传感器单元的接触状态信息，还适时地通过输入输出总线控制感应传感器单元的信息采集和存储。
当手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面上某些细分的感应面接触上后，相应的感应传感器单元就会有信号输出，通过各自的输入、输出线将这一信号输出传送到系统的输入输出总线(4)上，再传送给感应信息处理模块(3)，这一过程是适时的。
感应信息处理模块(3)接受到信号后，经过信号分析和信号处理，就可以得到有多少个感应传感器单元感知到接触信息，这些感应传感器单元的物理位置也确定了手(1)及指定物与感应装置(2)感应表面上接触位置。由感知到接触信息的感应传感器单元的个数和感应传感器单元的面积就可确定手及指定物与感应装置感应表面上的接触程度。
由感知到接触信息的感应传感器单元的接触时间和接触时刻，来推算手及指定物与感应装置感应表面上的接触时间和时刻。通过手及指定物与感应装置感应表面上的接触时间和时刻，以及接触位置信息，可推算出手及指定物与感应装置感应表面上的接触方式。
确定了接触程度、接触时间和接触方式，也就确定了手及指定物与感应装置的感应表面的接触状态。
实施实例图2给出了感应装置的方形单元感应面的分布图。
图2中的感应表面(1)上均匀对称分布了诸如感应传感器单元(2)的许多感应传感器单元，在L1×L2有效范围内，用Ajk(j＝1，2....n；k＝1，2....q)来表示横向和纵向分布的各单元，同时也表示各单元对应的感应表面上细分的小的感应面。n和q分别为横向和纵向分布的感应传感器单元的个数，也就是各单元对应的感应表面上细分的小的感应面的个数。图2中的细分的小的感应面(感应传感器单元)的形状为方形，单元个数n和q由系统的感应分辨率来确定。
图2中Ajk的各单元在手及指定物与感应装置感应表面上的接触时，有接触的部分单元产生接触信号，通过各自的输入、输出线(图中略)送入输入输出总线(图中略)，并传给感应信息处理模块分析和处理，确定手及指定物与感应装置的感应表面的接触程度、接触时间和接触方式，从而确定了手及指定物与感应装置的感应表面的接触状态。
图3给出了感应装置的圆形分布图。
与图2所表示的分布具有相似的结构和功能，只是Ajk的各单元的形状为圆形，工作过程相同，也能得到手及指定物与感应装置的感应表面的接触状态。
感应传感器单元所对应的感应装置感应表面上的相应小的感应面的形状可以是方形、圆形、椭圆形等其他形状。
以上图2、图3的感应装置，以及其他形状单元感应面的感应装置，其感应传感器单元的原理可以采用目前比较成熟的电阻触摸技术原理，也可采用其他诸如电容触摸技术原理、电磁触摸技术原理等。但最终都能识别出手及指定物与感应装置的感应表面的接触状态，实现手及指定物与感应装置的感应表面多点接触信息的采集。
权利要求
1.一种手(及指定物)的多点接触信息采集系统，由感应装置、输入输出总线和感应信息处理模块组成，其特征在于感应装置由感应传感器和感应表面组成，感应传感器单元分布在感应表面上，各感应传感器单元分别感知出手及指定物的接触状态信息，并可适时地通过输入输出总线将各自单元的接触状态信息传送给感应信息处理模块，感应信息处理模块处理和分析各感应传感器单元的接触状态信息，并综合整个感应表面的所有这些感应传感器单元感知的接触状态信息后，得到整个感应装置的感应表面与手及指定物的接触状态。
2.依据权利要求1所述的计算机输入系统，其特征在于手及指定物的多点接触状态是指手及指定物与感应装置感应表面上的接触程度、接触时间和接触方式。
3.依据权利要求1所述的计算机输入系统，其特征在于感应传感器单元在感应表面的分布为对称均匀分布，也可以呈其他分布类型，感应传感器单元能够感知感应表面范围内的手及指定物的接触；其特征还在于感应传感器单元在感应表面各方向上分布的数量由所需的感应分辨率决定。
4.依据权利要求1所述的计算机输入系统，其特征在于感应传感器单元具有各自独立的输入、输出信号线，各感应传感器单元的输入、输出信号线与系统的输入输出总线相连，并通过系统的输入输出总线发送信号给感应信息处理模块和接受感应信息处理模块的信号。
5.依据权利要求2所述的计算机输入系统，其特征在于手及指定物的接触程度是表示手及指定物(包括各个手指及指定物结构细节)与感应装置的感应表面的接触压力的大小，以及与感应装置的感应表面的接触面积的大小；手及指定物的接触方式表示手及指定物(包括各个手指及指定物结构细节)与感应装置感应表面的单次、多次、单点、多点、分散、集中、交叉等多种接触方法，以及这些接触方法的组合方法；手及指定物的接触时间是表示手及指定物(包括各个手指及指定物结构细节)与感应装置的感应表面的单次接触的起点和终点时刻，以及这次单次接触时间的起点时刻和终点时刻之间的一段时间。
6.依据权利要求1所述的计算机输入系统，其特征在于感应信息处理模块接受到各个感应传感器单元信号后，经过信号分析和信号处理，由感知到接触信息的感应传感器单元的物理位置来确定手及指定物与感应装置感应表面上的接触位置；由感知到接触信息的感应传感器单元的个数和感应传感器单元的面积来确定手及指定物与感应装置感应表面上的接触程度；由感知到接触信息的感应传感器单元的接触时间和接触时刻来推算手及指定物与感应装置感应表面上的接触时间和时刻；其特征还在于通过手及指定物与感应装置感应表面上的接触时间和时刻，以及接触位置信息可推算出手及指定物与感应装置感应表面上的接触方式。
7.依据权利要求3所述的计算机输入系统，其特征在于感应分辨率是系统所能感知的最小接触状态值，包括所能感知的手及指定物与感应装置感应表面上的最小接触压力、最小接触时间、最小接触面积。
8.依据权利要求3所述的计算机输入系统，其特征在于感应传感器单元所对应的感应装置感应表面上的相应的小的感应面的形状可以是方形、圆形、椭圆形等其他形状。
全文摘要
本发明公开了一种手(及指定物)的多点接触信息采集系统，由感应装置、输入输出总线和感应信息处理模块组成。感应装置的多个感应传感器单元分布于感应表面上，并分别感知手及指定物的接触状态信息，感应信息处理模块通过输入输出总线将各个感应传感器单元的感应信息提取出来进行分析综合，得到整个感应表面的手及指定物的多点接触状态接触程度、接触时间和接触方式。此多点接触信息采集系统可应用于计算机输入系统和其他设备。
文档编号G06K11/06GK1437092SQ03119608
公开日2003年8月20日 申请日期2003年3月17日 优先权日2003年3月17日
发明者许旻 申请人:许旻