CN101110009A - 用于触摸传感器的触摸检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种触摸传感器，包括具有定义触摸传感位置的键的键盘，其中键响应在触摸事件期间与用户的电容性和电磁相互作用中的至少一个，该键盘包括与键相关联的控制电路，其中控制电路输出控制信号，并且其中控制信号的幅度表示在触摸事件期间用户和键之间的相互作用量。控制器连接到控制电路，并且分析控制信号的幅度在时间段内的变化，以识别触摸事件。

Description

用于触摸传感器的触摸检测方法和系统

技术领域

本发明一般涉及触摸传感器，特别是涉及用于触摸传感器的触摸检测方法和系统。

背景技术

传统的触摸传感系统包括：具有多个键的键盘。每个键包括由介电元件覆盖的导电垫。导电垫连接到监视垫的电流电平的控制电路。典型地，垫被供以恒定幅度的电流，并且当用户触摸键时，用户与键之间的相互作用改变供给键的信号。通过测量键的输出信号，触摸传感系统能够检测触摸事件何时发生。

对于传统的触摸传感系统，一个问题是系统对影响键的输出信号的多个因素敏感。于是，系统可能检测到错误(faulty)触摸，或系统可能检测不到实际触摸事件。影响键的输出信号的这些因素中的至少一些由各种问题引起，如用于键的介电材料的厚度或类型、键的大小或定位、用户触摸键的手指的大小、用户触摸键的方法、由噪声引起的干扰、由制造或环境因素引起的不相等的键灵敏度、由于环境因素(像温度或湿度)的键灵敏度偏移、以及由非用户对象(如金属物体、水或动物)的触摸。

至少一些已知的触摸传感系统已经处理了这些问题之一或更多。例如，在美国专利No.5,760,715(‘715)中，描述了用于检测错误触摸的现有技术触摸传感系统。在‘715专利中，无垫触摸传感器被用来检测在由用户耦合到地的、介电元件上的传感位置处的触摸。该传感器包括具有向其施加的预定电势的导电板。同时，产生测试脉冲到地。当用户在传感位置接触介电元件时，由于在地、用户和传感器之间形成的电容性电路，在测试脉冲期间，在导电板中电势变化产生。于是，直接放置在介电元件的顶部上的外部物质或物体，将不会错误地产生触摸条件。

其它已知的触摸传感系统提供了控制算法或功能，以补偿影响从键输出的触摸信号的这些因素中的一些，使得该系统能够更精确地测量输出信号。然而，这些控制算法增加了整个系统的复杂性和费用。

发明内容

在一方面，提供一种触摸传感器，包括：具有定义触摸传感位置的键的键盘，其中键响应在触摸事件期间与用户的电容性和电磁相互作用中的至少一个。键盘包括与键相关联的控制电路(circuitry)，其中控制电路输出控制信号，并且其中控制信号的幅度表示在触摸事件期间，用户和键之间的相互作用量。控制器连接到控制电路，并且分析在一个时间段内控制信号的幅度变化，以识别触摸事件。

或者，键可以展现在触摸事件期间与用户的电容性耦合，并且电容电平可以随着用户接近键而增加。控制信号的幅度变化可以构成用户在触摸事件期间的接近速度。或者，控制信号可以包括当触摸事件在相关联的键处发生时的触摸信号，并且控制信号可以包括当没有触摸事件在相关联的键处发生时的未触摸(non-touch)信号，其中控制器分析触摸信号幅度的变化，以验证触摸事件正在发生。控制信号可以基于用户身体相对于键的位置变化。控制信号可以包括变化的幅度分量和恒定的幅度分量。或者，控制器可以基于当用户的身体向键移动时让控制信号的幅度变化和当用户的身体正在触摸键时控制信号的幅度保持恒定的触摸模式，识别触摸事件。

在另一方面，提供的触摸检测系统包括：具有定义触摸传感位置的键的触摸传感模块。键响应在触摸事件期间，与用户的电容性和电磁相互作用中的至少一个。控制模块发送输入信号到键，其中控制信号的幅度表示在触摸事件期间用户和键之间的相互作用量，并且其中输入信号的幅度在键的触摸事件期间变化。分析模块从键接收输出信号，其中分析模块分析在时间段上的输出信号的幅度的变化，以验证触摸事件。

在另一方面，提供了一种方法，其使用具有键的触摸传感器检测触摸事件。该方法包括在对应于物体与键的接近(proximity)的键处，产生输出信号，其中输出信号的幅度依赖物体与键的接近变化。该方法还包括分析在时间段输出信号的幅度变化，以确定触摸事件正在发生。

附图说明

图1是根据本发明的示范性实施例形成的触摸传感器的示意性视图。

图2是在触摸事件的各个阶段中示出的、图1中示出的触摸传感器的示意性视图。

图3是图1中所示的触摸传感器的示范性操作的时序图。

图4是使用图1中所示的触摸传感器的示范性设备的示意性视图。

具体实施方式

图1是触摸传感器10的示意性视图。触摸传感器10安装在介电元件12的下面，并且被图示为“触摸”状态，因为介电元件12的传感位置14由用户的手指16触摸。当用户物理地触摸传感位置14、或用户紧密接近传感位置14时，触摸事件发生，使得用户与触摸传感器10相互作用。用户和触摸传感器10之间的相互作用由图1中的虚线图示。或者，用户可以与触摸传感器10电容性地相互作用，其中触摸传感器10检测用户的手指16和触摸传感器10之间的电容耦合。或者，用户与触摸传感器10可以用其它可检测的方法(如通过电磁相互作用、电场、场干扰、电荷转移、辐射转移等)相互作用。

触摸传感器10包括位于介电元件12之下的导电垫18。垫18与介电元件12上的传感位置14配准(in registry with)。触摸传感器10还包括电路板20，在其上具有定义触摸电路的控制电路。垫18连接到电路板20。或者，垫18可以是固体的导电垫、或垫18可能是在传感位置14处集中的电路板20上的多个导电电路板迹线(trace)。尽管参照电容性触摸传感器图示和描述了触摸传感器10，但是要认识到可以使用其它类型的触摸传感器。例如，电场触摸传感器、场干扰触摸传感器、电荷转移触摸传感器、辐射转移触摸传感器等。

传感位置14、对应的导电垫18和与垫18相关联的控制电路被称作为“键”。如果适合，可以提供标记以指示用户手指16必须触摸的精确位置，以在键处实现触摸条件。当然，本领域技术人员会认识到，术语“手指”可以被可用于触摸键的任何身体部位代替。安排单个键或多个键来定义可以被用于家庭、办公室或工业应用的键盘。

在操作中，触摸电路使用用户和键之间的相互作用，来检测在键处的触摸事件。各信号作为来自控制模块34的输入或控制信号，沿着控制电路传输到各个键。或者各信号可以是以脉冲方式输入到键的恒定幅度的信号。或者，各信号可以基本上连续地被发送到键。来自各键的与从控制模块34的输入相对应的输出或控制信号，被从各键传输到分析模块36。输出表示在用户和键之间的相互作用。在触摸事件期间，触摸信号被作为输出发送。在没有触摸的情形期间，将未触摸信号作为输出发送。从各键输出的触摸信号和未触摸信号彼此不同，使得分析模块36能够区分触摸事件。可选地，由于用户对键的相互作用，各信号可以变化。结果，触摸信号可以具有与未触摸信号不同的幅度。

图2是在触摸事件的各个阶段示出的触摸传感器10的示意性视图。在第一部分，当用户手指16的指尖在点A处时，用户的手指16在离介电元件12距离40的位置处。该距离40定义键的最大传感距离。该最大传感距离定义了触摸传感器10的传感范围42。当手指16在传感范围42内时，用户的手指16与垫18相互作用，并且与键相关联的控制电路正在检测手指16的存在。最大传感距离可以基于如触摸传感器10的分辨率、围绕触摸传感器10的噪声量、键的灵敏度等因素。

手指16和垫18之间的距离影响从键输出的触摸信号。当在触摸方向(一般来说朝向键，如在箭头B的方向)上移动手指时，手指16和垫18之间的相互作用增加。结果，来自键的输出信号被测量的变量(例如，幅度、电容或场)，可以随着手指一般朝向键移动而变化。例如，当手指16在第二位置(即，手指16的指尖在点C处)时，在手指16和垫18之间的相互作用比手指16在第一位置时更大。当手指16正在触摸介电元件12(即，手指16的指尖在点D处)时，在手指16和垫18之间存在最大相互作用。

当手指16在图2所示的每个位置处时，触摸信号从键输出，然而，在这些位置的每个位置处，信号被测量的变量(例如，幅度、电容或场)不同。另外，除了相对于垫18的用户手指16的位置外的因素影响从键输出的触摸信号。例如，介电元件12的厚度或类型、或在介电元件12和垫18之间的空气间隙，可能影响从键输出的触摸信号。垫18的大小或定位(positioning)、或与键相关联的控制电路的变化，可能影响从键输出的触摸信号。环境因素(如温度、湿度或制造偏差)可能影响从键输出的触摸信号。用户的大小或用户手指16的大小可能影响从键输出的触摸信号。例如，成人和小孩可能具有不同的电容。另外，用户触摸键的方式可能影响从键输出的触摸信号。例如，在键上方徘徊(hovering)可能不利地影响触摸传感器10的性能。在有人接近最大传感距离时，徘徊可能引起摆动(flicker)的输出信号，并且触摸传感器10可能检测到不想要或无意(inadvertent)的触摸。可以提供控制算法或功能，补偿可能影响从键输出的触摸信号的这些因素中的某些因素。例如，控制算法可以提供对键的灵敏度的均衡、校准或调节。

如上所述，在示范性实施例中，分析模块36分析在一个时间段内触摸信号被测量的变量(例如，幅度、电容或场)的变化，以确定触摸事件是否正在发生。触摸信号可以是模拟信号或数字信号。分析模块36可以测量信号的电流或电压。可选地，分析模块36在恒定时间间隔测量信号的幅度，以确定变化。

每个触摸事件具有触摸模式。典型的触摸模式包括：接近部分、接合(engage)部分和缩回(retraction)部分。手指16在接近部分期间朝向触摸传感器移动；手指16在接合部分期间与触摸传感器10接合或连接(interface)；以及在触摸模式的缩回部分期间，手指16一般从触摸传感器10移开。

分析模块36将触摸模式与期望的范围或预定的人体模式比较。预定的人体模式识别代表人体触摸的触摸模式的范围。预定的人体模式包括各因素(如信号、在接近部分期间的手指的速度、或用于接合部分的时间量)的最小和最大值。如果触摸模式在期望的范围内，则分析模块36将验证触摸事件。如果触摸模式不在期望的范围内，则分析模块36将忽略各信号。例如，如果手指16接近太慢或太快，则分析模块36将该信号作为非正常的人体行为而忽视，并且将该事件作为未接触事件对待。结果，基于被测量的变量的变化在对应于典型的人体行为的预定范围内，确定触摸事件。触摸事件不是大部分基于被测量的变量的绝对值在某个阈值内来确定，而是基于变量在时间段内的变化来确定。这样，触摸传感器10较少地依赖于实际信号，并且较少地依赖于可能影响触摸信号输出的各因素(如键的灵敏度、介电材料12的厚度或类型)和其它的类似因素。

图3是由触摸传感器10检测的示范性触摸事件的时序图。该时序图图示测量的输出信号的幅度与时间的关系。在图3中图示的触摸事件具有包含接近部分50、接合部分52和缩回部分54的触摸模式。接近部分50具有定义幅度在时间段内变化的正斜率。斜率基本上恒定，指示用户的手指16(在图1中示出)的接近速度恒定。或者，触摸模式可以具有曲线接近部分，其指示用户的手指16的速度在用户正在接近触摸传感器10时变化。可选地，分析模块36可以在预定的采样时间采样输出信号，以确定接近部分的斜率。时序图还图示最小检测信号。最小检测信号是最小阈值信号，并且基于各种因素，如噪声量、键灵敏度、介电元件12(在图1中示出)、控制电路、以及其它环境和制造因素。

该时序图还图示触摸事件的示范性人体模式。用最慢的手指移动路径56、和最快的手指移动路径58图示了人体模式，它们一起定义了手指移动的速度的期望范围。在图示的实施例中，触摸模式在速度的范围内，并且分析模块36将考虑用于进一步分析的信息。

触摸模式的接合部分52对应于用户连接介电元件12。在用户的手指16相对于垫18(在图1中示出)依然在恒定的位置时，接合部分52中的信号幅度恒定。触摸模式的缩回部分54中对应于用户的手指16从垫18移开。在缩回部分54的信号的幅度比在接合部分中的更低。信号的斜率可以基本上恒定、或斜率可以是弯曲的，取决于用户的手指移开的速度。

可选地，可以基于触摸模式的部分，由分析模块36验证触摸事件。例如，分析模块36可以基于接近部分50在期望的范围内、并且接合部分52持续预定时间(如预定的采样时间量)，来验证触摸事件。这样，不需要触摸模式的缩回部分来验证触摸事件。

图4是使用触摸传感器10的示范性设备100的示意性视图。设备100包括容纳触摸传感器10的机壳102。可选地设备100可以包括显示器104。设备100可以包括内部控制器106，在图4中幻像(phantom)所示。设备100可以经由有线连接或无线连接与二级设备、机器或系统108通信。在触摸传感器10处的触摸，可以被用来控制设备100和/或二级设备、机器或系统108。

因此提供触摸传感器10来以节约成本并且可靠的方式操作。触摸传感器10包括具有键和相关联的控制电路的键盘。触摸传感器10利用用于输入信号到控制电路的控制模块34、以及从控制电路接收输出信号的分析模块36操作。分析模块36分析在时间段内控制信号可测量的变量的变化或改变，以确定触摸事件是否正在发生。可测量的变量可以是如幅度或电容的变量。分析模块还比较被测量的变量与测量的期望范围，以验证有效的触摸事件正在发生。通过分析被测量的变量的变化而不是该变量的绝对值，提供了动态的触摸传感器，其较少地依赖于这样的因素，该因素负面影响用来精确和一致地测量变量的绝对值的触摸传感器能力。结果，触摸传感器10以有效方式提供对触摸事件的精确响应。

尽管本发明已经以各种特定的实施例的方式来描述，但是本领域技术人员将认识到，本发明能够利用在权利要求的精神和范围内的修改来实践。

Claims (10)

1.一种触摸检测系统，包括：

触摸传感器模块，其具有定义触摸传感位置的键，该键响应在触摸事件期间与用户的电容性和电磁相互作用中的至少一个；

控制模块，其将输入信号发送到键，其中控制信号的幅度表示在触摸事件期间用户和键之间的相互作用量，并且其中输入信号的幅度在键的触摸事件期间被改变；以及

分析模块，其从键接收输出信号，分析模块分析输出信号的幅度在时间段内的变化，以验证触摸事件。

2.如权利要求1所述的触摸检测系统，其中控制模块将脉冲信号和连续信号之一发送到键。

3.如权利要求1所述的触摸检测系统，其中输出信号的幅度的变化构成在触摸事件期间用户的接近速度。

4.如权利要求1所述的触摸检测系统，其中输出信号包括当触摸事件在相关联的键处发生时的触摸信号，并且输出信号包括当没有触摸事件在相关联的键处发生时的未触摸信号，其中分析模块分析触摸信号的幅度的变化以验证触摸事件。

5.如权利要求1所述的触摸检测系统，其中输出信号基于用户的身体相对于键的位置而变化。

6.如权利要求1所述的触摸检测系统，其中输出信号的幅度在时间段内的变化，与在触摸事件期间用户的接近速度有关，分析模块识别上限速度和下限速度，分析模块基于接近速度在上限速度之下和下限速度之上，验证触摸事件的发生。

7.一种使用如权利要求1所述的触摸检测系统检测触摸事件的方法，所述方法包括：

在对应物体与键接近的键处产生输出信号，其中输出信号的幅度依赖于物体与键的接近而变化；以及

分析在时间段内输出信号的幅度的改变，以确定触摸事件正在发生。

8.如权利要求7所述的方法，其中输出信号的幅度的变化与在触摸事件期间用户的接近速度有关，所述分析包括验证接近速度在接近速度的预定范围内。

9.如权利要求7所述的方法，其中输出信号的幅度在时间段内的变化，与在触摸事件期间用户的接近速度有关，所述方法还包括识别速度上限和速度下限，所述分析包括验证接近速度是在速度上限之下和速度下限之上。

10.如权利要求7的方法，其中所述产生输出信号包括当触摸事件在相关联的键处发生时产生触摸信号，以及当没有触摸事件在相关联键处发生时产生未触摸信号，所述分析输出信号的幅度变化包括分析触摸信号的幅度的变化，以验证触摸事件正在发生。

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