CN102341775A

CN102341775A - 具有区域手势的表面电容

Info

Publication number: CN102341775A
Application number: CN2010800108834A
Authority: CN
Inventors: 基思·保尔森; 杰瑞德·拜瑟维
Original assignee: Cirque Corp
Current assignee: Cirque Corp
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2012-02-01
Also published as: JP2012519903A; JP5529172B2; EP2404229A1; WO2010101662A1

Abstract

一种表面电容触敏表面，具有在非传导性衬底上的大致均匀的传导性材料涂层，随后使用电介质材料覆盖该传导性材料，其中新颖的电流测量电路减少了杂散电容对电流测量精度的影响，使得可以通过使用简单的比例方程来确定在表面电容面板上的对象的相对的X和Y的位置，且其中在测量电路中，除了测量每个触发事件的总电荷转移之外，还测量电荷转移率，以使得能够在表面电容面板上识别出两个对象的位置，其中所述电荷转移率用于确定表面电容面板上的两个接触点之间的距离。

Description

具有区域手势的表面电容

技术领域

本发明一般涉及采用表面电容技术的触摸板。更具体地，本发明是一种确定表面电容触摸面板上一个或多个指向对象的位置的新方法。

背景技术

电容触摸屏能够容易地用于各种应用中。随着触敏屏变得越来越流行和实用，其实现技术也在逐步发展中。

已出现若干不同的触摸屏和触摸板技术，包括投射电容式方法和表面电容式方法。通常要求投射电容式方法在表面上同时利用一个以上的手指或指向对象来实现手势。

例如，图1是诸如多个X(2)和Y(4)电极的正交电极6的阵列的俯视图，其经常用于诸如由Cirque公司生产的触摸板和触摸屏技术中。然而，由于将电极图案刻蚀在传导性表面上所需的工艺更加复杂，相比于表面电容式方法，投射电容式方法一般要花费更多来实现。

图2显示了表面电容技术的实例。这样的表面电容面板10是在诸如玻璃的绝缘衬底18上配置有传导性材料16，并在边角上配置有传感器12的实心板。测量在表面电容触摸面板10上的指向对象14的位置或“触摸位置”的传统方法是，在触摸面板的传导层16的四个边角上都施加AC信号。传导层16可由，例如氧化铟锡(ITO)制成。

为了形成触摸面板10，玻璃衬底18的表面充满(flooded)或覆盖一层大致均匀的电阻ITO材料层以形成薄层电阻。随后，涂覆电介质，以覆盖ITO传导性材料。

在对传导性ITO材料16施加AC信号后，接着利用流过每个边角的电流来将触摸位置三角化。常见的是施加正弦波或方波。

当诸如手指14的对象开始接触触摸面板10的表面时，在ITO表面16和指尖14之间形成电容。该电容的值很小，典型地是大约50pF。因此，流入面板的每个边角12的、待测量的电荷或电流的量很小。因为电流很小，系统很容易受杂散电容的影响。因此，触摸屏10的精度常常成为问题。

考虑这两种不同的触摸技术，可以看出，目前在诸如计算机、智能手机和其他任何可使用触摸界面的装置的便携式和固定电子器件的软件应用上，开始使用第二接触点(诸如一根手指和大拇指，或两根手指)以支持诸如“捏合和缩放”、摇动、旋转等手势。其他应用使用第三同步接触，以用于“下一个和前一个”手势，甚至使用第四同步接触，以在应用之间切换。

诸如在由Cirque公司教导的方法中，多指手势也可使用“区域手势”来完成，其中，不追踪多点接触，取而代之的是，通过只将所述多点接触看作单个大对象来完成区域手势，且多点接触只定义大对象的外边界。因此，可认为多个接触点具有高度和宽度。

对操作系统软件和人机交互装置(HIG)标准进行了修改以包括这些新手势和用于报告与触敏表面的多指接触的方法。

遗憾的是，还不能使用较便宜的表面电容触摸屏或触摸板(以下称为“表面电容面板”)以支持多指手势或区域手势，因为还没有合适的方法能够追踪一个以上的接触点或能够确定由Cirque公司的、用于多个接触点的区域手势方法所定义的大对象的外边界。换句话说，还不能确定大对象的高度和宽度。

因此，对该技术而言，能够使用由与表面电容面板相接触的多个点所定义的区域手势将具有优势，所述表面电容面板用作触摸屏和触摸板。这样的系统将使得与更简单的触摸屏和触摸板技术一起使用的新的多触摸技术成为可能。

发明内容

在第一实施例中，本发明是适用于触摸屏或触摸板中的表面电容触敏表面(或“表面电容面板”)，其中所述表面电容面板在非传导性衬底上具有大致均匀的传导性材料涂层，随后使用电介质材料覆盖该传导性材料，其中新颖的电流测量电路减少了杂散电容对电流测量精度的影响，使得可以通过使用简单的比例方程来确定在表面电容面板上的对象的相对的X和Y位置，且其中在测量电路中除了为每个触发事件测量总的电荷转移之外，还测量电荷转移率，使得能够在表面电容面板上识别两个对象的位置，其中所述电荷转移率用于确定表面电容面板上两个接触点之间的距离，且其中通过使所述表面电容面板的边角处的电极数量加倍，可确定与两个接触点之间的距离有关的高度和宽度信息。

对于本领域的技术人员，考虑到将在下面结合附图进行的具体说明，本发明的这些和其他目的、特征、优点和可替换的方面将变得明显。

附图说明

图1是现有技术中的X和Y电极栅格触摸板的透视图。

图2是现有技术中的表面电容面板的透视图。

图3是根据本发明的原理制得的表面电容面板10的透视图。

图4是显示了当存在单个对象时电流测量电路是如何应用于表面电容面板的电路图，所述电流测量电路由电容和电流测量传感器组成。

图5是在与8线方法一起使用的、可检测多个对象的第一实施例中的表面电容面板的俯视图。

图6是显示了电流测量电路是如何应用于表面电容面板来检测多个对象的电路图，所述电流测量电路由两个电容和两个电流测量传感器组成。

图7是显示了在不同时间间隙中所进行的测量的曲线图。

图8是表面电容面板的俯视图，其显示了用于为检测多个对象而必须进行的8次不同测量的电流测量电路的电极位于哪些边角中。

图9是可用于本发明的表面电容面板的可替换的实施例。

具体实施方式

将参考附图来讨论本发明，以使本领域的技术人员能够构造和使用所述发明，在附图中本发明的各种元件将被赋予数字标记。应明白，下面的说明只是本发明原理的示例，而不应视为缩小随附权利要求书的范围。

图3是根据本发明的原理制造的表面电容面板10的透视图。如共同待决申请所公开的，一种确定在触摸面板上的对象的位置的新且新颖的方法是，对大电容进行充电，然后将该“快速电容”应用于触摸面板10的两个相对端。在本发明的快速电容式方法中，在产生横跨单轴中的表面的恒定电压梯度时，该方法测量在表面电容面板20的表面上的触点中感应出的瞬间电流和总电流。如图4中所示的敏感电流测量电路32被应用于表面电容面板10以进行这种电流测量。快速电容30用于对表面电容面板10进行充电。从表面电容面板10移走的任何电荷都可使用电流测量电路32来测量。

电压梯度的线性可提高图3中的表面电容面板10的精度。因此，在第一步中，围绕表面上的触摸面板10的边缘添加低电阻材料是可取的，但并非是必要的。从上边缘26到下边缘28，电压梯度线20变得更紧密且更线性。

在共同待决申请12/592,283中阐明了：为了确定在表面电容面板10上的单个对象的位置，需要四次测量。本发明通过使用被称为“8线方法”的方法，扩展了位置确定的“快速电容”方法的性能。

图5显示了用于8线方法的表面电容面板40。在该表面电容面板40中，在每个边角中形成有间隙42，使得个别的电极可连接至位于低电阻路径的每个端处的低电阻材料。由此在8线方法中的8线50、52、54、56、58、60、62和64处连接电极。低电阻路径被断开，但彼此足够接近以形成恒定的电压梯度，如共同待决申请中的4线方法。

8线方法是这样执行的：除了测量每种情况下的总电荷转移之外，还测量电荷转移率。当进行测量时，定义一种情况。电荷转移率用于确定表面电容面板40上两个接触点之间的距离。因此，通过使表面电容面板40上的边角处的电极数量加倍来确定与两个接触点之间的距离相关的高度和宽度信息。

图6显示了在8线方法中使用的改进的电流测量电路70。在图6中，两个快速电容72和74同时应用于表面电容面板40。快速电容72和74的同时应用使得在表面电容面板40上的触点与水平和垂直低电阻路径之间的总电阻的相对测量成为可能。

具体地，通过测量流经多个手指的电流以及确定每个平行轴到触点的有效诺顿电阻，来确定表面电容面板40上的触点位置。

诺顿电阻是通过每个轴中的电流的两次(2)逐次积分而导出的。在长和短的时间间隙上进行积分的这两(2)次测量是把待定的RC时间常数算在内的。随后，从计算出的(触点和边缘之间)电阻导出与边缘接触的触点位置或临近度。总积分电流(曲线下方的区域)与手指电容成比例。

图7中显示的轴上的捏合手势示出了移开触点时电流在时间常数上的变化。当手指首先靠近在一起(2和4)，然后远离(1和3)时，在先测量和在后测量是2/1。1相较于2的较大的“短测量”表明在该轴中的较大的捏合。

本发明还通过测量电容中的快速变化来检测第二接触点，由此扩展了先前的4线“快速电容”方法的性能。保持第一接触点位置固定，并移动第二接触点，这提供了中间点位置信息，该信息现可用于，例如为“旋转”手势提供信息。

8线方法以与共同待决申请的4线方法的原理相同的原理操作，因为个别电极连接至位于电极的每个端处的低电阻材料。在低电阻材料中感应出的电流比在手指中或在表面电容面板上的其他接触点中感应出的电流大好几倍。

图8是本发明的表面电容面板40的框图。表面电容面板的边角被标记为A、B、C和D。F1是用于第一指向对象的随意选择的接触点。F2是用于第二指向对象的随意选择的接触点。O被标记为位于接触点F1和F2之间的中间点。

将反向充电的电容依次应用于检测电极和驱动电极之间。在特定的时间间隙内离开表面电容面板的电荷在特定的时间间隙内累积。存在电极图案和累积的时间间隙的八种不同组合。总共需要进行8次不同的测量。在表1中以迭代法列出了电极和时间间隙的8次测量或组合。

必须执行的计算为：Z1＝M1+M2，Z2＝M3+M4，X＝M3/Z2，Y＝M1/Z1，Z＝Z1+Z2。因此，用于分析捏合动作的计算被定义为：捏合＝M1/M5+M2/M6+M3/M7+M4/M8。

与触点的垂直和水平间距相关的长宽比是由每次测量(M1到M8)的Ax和Ay的平均比率来确定的。因此，MRn＝(Axn-Ayn)/(Axn+Ayn)。并且，长宽比＝(MR1/MR5+MR2/MR6+MR3/MR7+MR4/MR8)/4。

图9是作为表面电容面板40的可替换的实施例而提供的。在该图中，每个边角处的表面电阻材料中形成有小的缝80，以进一步分离电极50、52、54、56、58、60、62和64。所述缝80从外侧边角延伸至表面电容面板40的有效区域，在该有效区域中形成触点。

应理解，上述设置只是本发明原理的应用的说明。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以设计出很多改进和可替换的设置。随附的权利要求书旨在覆盖这些改进和设置。

Claims

1.一种方法，其用于测量表面电容触摸面板，即表面电容面板上的多个指向对象的位置，所述方法包括以下步骤：

步骤1)，提供表面电容面板，所述表面电容面板由绝缘衬底、配置在所述衬底上的电阻材料、以及配置在所述电阻材料上的电介质组成；

步骤2)，将第一电容连接至所述表面电容面板的相对的边缘，同时将第二电容连接至不同的相对的边缘，并使用电流测量电路，1)以横跨所述表面电容面板的不同方向，和2)在不同时间间隙中，测量横跨所述表面电容面板的电流；以及

步骤3)，使用在步骤2)中得到的测量，将多个指向对象的位置三角形化。

2.如权利要求1所定义的方法，其中所述方法还包括在所述第一和第二电容上提供已知的电压电荷的步骤，以确定通过每个所述多个指向对象的存在而从触摸面板的表面流失了多少电流。

3.如权利要求1所定义的方法，其中所述方法还包括在第一时间间隙的组中和在相对于所述第一时间间隙更短的时间间隙组中进行电流测量的步骤。

4.如权利要求3所定义的方法，其中所述方法还包括：以所述第一时间间隙执行以下测量的步骤：

1)在所述表面电容面板的底部处的驱动电极和在其顶部处的检测电极；

2)在所述表面电容面板的顶部处的驱动电极和在其底部处的检测电极；

3)在所述表面电容面板的左侧处的驱动电极和在其右侧处的检测电极；以及

4)在所述表面电容面板的右侧处的驱动电极和在其左侧处的检测电极。

5.如权利要求4所定义的方法，其中所述方法还包括：以所述更短的时间间隙执行以下测量的步骤：

6.如权利要求1所定义的方法，其中所述方法还包括使用来自权利要求4和5的8种电流测量来确定所述表面电容面板上的多个指向对象的位置的步骤。

7.如权利要求1所定义的方法，其中所述方法还包括使用所述第一和第二电容来形成横跨所述表面电容面板的线性电压梯度的步骤。

8.如权利要求8所定义的方法，其中所述方法还包括将所述第一和第二电容更新至已知电压的步骤，以维持所述横跨表面电容面板的电压梯度。

9.如权利要求1所定义的方法，其中所述方法还包括通过只允许电流流向所述多个指向对象和所述电流测量电路，来提高用于测量所述表面电容面板上的所述多个指向对象的位置的方法的精度。