用於確定在電容式的感應區上的接觸位置的方法

2023-06-04 16:43:26

專利名稱：用於確定在電容式的感應區上的接觸位置的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於確定在電容式的感應區上的接觸位置的方法，所述感應區具有由多個分散的電極組成的網格。
背景技術：
通常在二維的觸控板中這樣來改進識別精度，S卩非常密地構成電極網格，特別是電極的間距選擇得明顯小於指尖的平均接觸直徑。但這會導致電極的數量較高，這又會在信號分析評估時帶來高的耗費。

發明內容
本發明的目的是，給出一種方法，利用該方法即使對於電極比傳統的相互分開的電極分開得寬的電極網格結構也能以高精度確定接觸點。這根據本發明這樣來實現，即a)確定被接觸的電極，其方式是，對於每個電極測量電容值，並且對於每個電極對於測得的電容值檢查，該電容值是否超過之前確定的閾值，b)計算粗略的接觸位置，其方式是，用測得的電容值對電極位置進行加權，c)由測得的電容值計算出接觸直徑，以及d)由粗略的接觸位置和所計算出的接觸直徑在採用值表的情況下計算最終的接觸位置，在所述值表中對於可能的粗略的接觸位置和預先規定的接觸直徑存儲修正值，所述修正值是根據經驗或通過·模擬確定的。以這種方式即使對於較稀疏的電極網格結構也能以低於Imm的誤差確定接觸位置。優選對於分散的相對位置以高於電極網格的解析度存儲修正值。該解析度可以是電極網格的解析度的10至200倍。已經證明100倍是有利的。這裡解析度是指通過修正值形成的精細網格沿預先規定的方向的劃分(度)。測得的電容值高於閾值的電極優選組成至少一組相鄰的電極，特別是四個電極的組，這四個電極的中點構成一個矩形的頂點，對於每組電極通過該組的各電極位置與測得的各電容值的乘積的和除以該組的所有測得的電容值的和來確定粗略的接觸位置。當將所述四個電極設置在一個矩形中時，可以特別簡單地應用這種方法。當然也可以在一組中使用其他數量的電極和電極的其他布置形式。所述方法只需與幾何形狀相適配。對於修正值可以利用沿兩個相互垂直的方向關於該組電極的中點的對稱性。已經證實，對於修正值可以發現一種顯示，其中這些修正值例如關於該組電極的中點具有多個對稱性。可以利用這些對稱性來降低修正值的數量，其方式是，僅需要對於少數幾個預先確定的線檢測並存儲修正值。這既降低了存儲消耗，還降低了需提供的運算能力，從而感應區總體上可以更為有利地製造並具有較小的耗電。在一個優選的實施形式中，關於第一方向確定差值作為修正值，其方式是，根據粗略的接觸位置的沿第一方向的分量關於所述中點確定X分量，該X分量由對於沿第二方向的預先確定的坐標的第一值組獲得。此外還根據粗略的接觸位置沿第二方向關於中點的分量確定差值的I分量，它由對於沿第一方向的預先確定的坐標的第二值組獲得。作為X分量和I分量的和計算出所述差值。類似地確定關於第二方向的修正值。計算沿第二方向的差值，其方式是，根據粗略的接觸位置的沿第二方向的分量關於所述中點確定I分量，該I分量由對於沿第一方向的預先確定的坐標的第三值組獲得。此外還根據粗略的接觸位置沿第二方向關於中點的分量確定差值的X分量，它由對於沿第而方向的預先確定的坐標的第四值組獲得。這裡還作為y分量和X分量的和計算出所述差值。然後由粗略的接觸位置和關於兩個方向的差值的和形成最終的接觸位置。在沿兩個垂直的下面稱為X方向和y方向的方向構成電極網格結構中，並且其中設定作為電極組將一組四個電極設置在一個矩形中，例如可以對於確定的坐標分別採用相應方向的最大值的一半或四分之一。所述最大值這裡由電極沿相應方向的間距確定。由於修正值具有的對稱性，這裡可以將修正值的值表限制在恰好沿所述預先規定的坐標的線上。根據修正值關於中點的對稱性，沿第一方向和第二方向的值組可以分別降低到電極間距的一半。接觸直徑可以通過電極測得的電容值的線性關係根據經驗確定。以這種途徑可以簡單和快速地估算接觸直徑，所述接觸直徑等於指尖接觸感應區、即貼靠在感應區上的區域的直徑。 電極優選相互間隔開。電極的直徑或電極中點的間距優選在5至15mm之間，沿第一方向和第二方向的間距可以是不同的。每個電極的電容值優選相對於接地端測量。


圖1示出感應區的示意圖，所述感應區具有由多個分散的電極和接觸面構成的網格結構；圖2示出修正值的值表的方向和網格的示意圖；圖3示出修正值的對稱性；圖4示出所採用的坐標系的示意性概圖；以及圖5和6示出電極的電容值的測量方法的例子。
具體實施例方式圖1示出由電容式的感應區10的局部，所述感應區具有由多個分散的電極12構成的網格結構，這些電極中在附圖中分別只有兩個標註了附圖標記。電極12這裡在沿X方向和I方向的垂直網格中相互隔開間距地設置。各電極12沿一個方向的間距分別是相同的，但這裡電極中點沿X方向的間距Xniax的略大於電極中點沿y方向的間距ymax。每個電極12都能經由例如在圖5和6中示出的分析評估電路與接地端連接，從而可以確定每個電極12相對於接地端的電容。所述電容式的感應區10例如用作用於車輛功能的操作區，用於操作無線電或導航裝置，並能夠設置在汽車的儀錶板中。根據使用者用手指或可能為此設置的筆接觸感應區10的位置，執行相應的預先確定的功能。這裡所述功能例如通過單次接觸或還可以通過一系列接觸，例如通過拖動手指用於音量調節或類似的調節。在圖1中示出具有中點的接觸面14，所述中點通過最終的接觸位置形成。接觸面14這裡由使用者的指尖貼靠在感應區10的表面的直徑確定。在該實施例中，電極E1、E3和E4以不同的程度被接觸。在這裡示出的實施例中，沿X方向的電極間距為11mm，沿y方向為10mm。電極直徑這裡選擇為9.7_。當然，本領域技術人員可以自由地改變電極的直徑、間距和布置。在下面說明的用於確定接觸位置的方法中此時必須相應地改變。在方法進行中，首先相對於接地端測量感應區10的網格結構的每個電極12的電容值。所有電容值高於一個預先確定的閾值的電極12被評估為被接觸的。被接觸的電極(在圖1中是三個電極E1、E3和E4)與相鄰的電極(在圖1中是E2)組成一個設置在一個矩形中的四電極組，因為只發生了一個接觸。但如果利用例如兩個手指在感應區10上進行接觸，則例如確定兩個電極組並對於兩個電極組分開執行以下方法步驟:首先確定粗略的接觸位置Bg，然後計算要利用粗略的接觸位置Bg確定的修正值dx、dy，以便獲得最終的接觸位置Be。為了確定粗略的接觸位置Bg進行加權。為此相應測得的電容值與電極12沿X方向或y方向的位置相乘，將這樣獲得的值累加並除以電容的總和。然後計算粗略的接觸位置Bg與最終的接觸位置的偏差，所述最終的接觸位置對應於接觸面14的重心。為此目的確定一個值區，所述值區對於上面形成的組的四個電極中點之間的區域的預先確定的坐標值具有相配的修正值。所述修正值例如可以通過經驗或通過模擬獲得。對於進一步的過程可以利用的是，在所述區域上考察，所述修正值具有明顯的對稱性。修正值關於四電極組的中點M具有對稱性。在圖3中對於不同的指尖直徑、即接觸面14的不同的直徑示出當I = 0時沿X方向值區的輪廓。所使用的坐標系的原點位於一個電極的中點，如圖2所示的那樣。就是說，四個電極El至E4中的每一個覆蓋一個不同的四分之一圓以及在電極之間存在自由空間。在所示實施例中，例如對於X修正值關於中點M存在沿X方向的反對稱性和沿y方向的對稱性。由此得到，為了進行計算，存儲在圖2中示出的值區的一個單個的四分之一圓就足夠了，所有其他的信息可以通過簡單和快速的運算操作獲得。這降低了分析評估電子裝置中必需的存 儲容量。存儲需求還可以這樣來降低，即，在一個四分之一圓的內部值僅緩慢地改變。已經證明，值區在一個四分之一圓內對於每個坐標方向降低到兩條線上就足夠了。這在圖4中示出。
在該實施例中，為此在ya = y_/2時沿x方向檢測值，所述值用於確定差值dx的X分量dxl,以便細化粗略的接觸位置Bg的X坐標。此外在X坐標Xa為xmax/4時沿y方向檢測值，所述值用於確定差值dx的y分量dx2，用於進一步細化接觸位置的X坐標。為了確定粗略的接觸位置Bg的y坐標的差值dy，類似地使用沿在Xb = xfflax/2時沿y方向的值以及沿X方向在y位置yb = ymax/4處的值，以便確定分量dyl和dy2。就是說要確定四個值組。第一值組(x，ya, k)包含用於在位置ya處的一系列X坐標的修正值k。第二值組(xa，y，k)包含用於在位置\處的一系列y坐標的修正值k。第三值組(xb, y, k)包含用於在位置Xb處的一系列y坐標的修正值k。第四值組(x, yb, k)包含用於在位置yb處的一系列X坐標的修正值k。以這種方式可以將修正值的場縮減到簡單的值表。沿X方向和y方向的檢測和存儲修正值的間距這裡當然比電極網格結構中的電極12的間距更緊密。已經證明，比電極網格結構高100倍的密度就足夠了。這大致對應於修正值沿電極網格結構的間距為0.1mm。就是說，在利用對稱性並縮減到每個坐標兩條線時，僅需記錄、存儲和讀出約200個值。但修正值的區域與對應於指尖的直徑的接觸面14的直徑有相關性。已經證明，通過線性關係由被接觸的電極12的電容值可以獲得對接觸面14的直徑的良好近似。線性關係的相應參數可以經驗地通過模擬或對相應具體的感應區的測量得到。對於接觸面14的不同的直徑、即指尖直徑檢測修正值，例如對於在9至15mm之間的值檢測修正值。對於每個直徑確定一組修正值並將其存放到存儲器中。然後確定最終的接觸位置Be，其中對於兩個最接近地存放的接觸直徑14確定接觸位置，並由這些值對於通過線性關係獲得的值插值確定接觸位置。根據一個實施例，如圖4所示，下面對所述方法的基本特點進行解釋。

首先如上所述通過對 被接觸的電極的電容值進行加權確定粗略的接觸位置Bg。接著確定粗略的接觸位置Bg的對於X坐標Bx或y坐標By的差值dx和dy，用於細化粗略的接觸位置Bg。通過對於坐標Bx由沿線ya (這裡是l/2ymax)的修正值讀出對應於值Bx的修正值k，修正值dx的分量dxl。根據沿X方向的對稱關係直接使用所讀取的值或使用其負值，其中相應地適配X坐標。這裡有:對於Bx〈xmax/2，dx(Bx)=k(ya(Bx))，對於Bx>xmax/2，dxi ( ) =_k (ya (Xmax-Bx))。第二修正值dx2由在y方向上的修正值沿坐標Xa (在這種情況下是l/4x_)確定，其中這裡也必須考慮對稱性。當By，即粗略的接觸位置Bg的y分量小於y_/2時，則直接使用存儲的修正值，如果它大於7_/2，則採用關於中點M鏡像對稱的y坐標處的值。這裡有:對於 Byymax/2, dx2 (By) =k (ya (ymax-By))。然後通過將dxl與dx2相乘計算x差值dx。將該修正值與粗略的接觸位置Bg的x分量Bx累加，以便確定最終接觸位置的X分量。類似地確定y修正值dy，這裡在坐標Xb (這裡是X_/2)上確定修正值dyl，在坐標Yb (這裡ymax/4)上確定修正值dy2。對於兩個與所確定的接觸直徑最接近地存儲的接觸直徑確定修正值4和dy。以這種方式分別得到兩組差值dx和dy。最終的差值通過插值法確定。最終的差值dx和dy與粗略的接觸位置Bg的X分量和y分量相加，以便確定最終的接觸位置B6。以這種方式可以在每個方向上將誤差降低到Imm以下。圖5和6示出用於測量電極電容的可能的已知的方法。所示的電路用於執行電荷轉移感應法(Charge Transfer Sensing),其中分別給具有已知電容的電容器充電。這裡Cs是對比電容其的電容，Cx是要測量的電容，Cp表示不可避免的寄生電容。在圖5中，首先用已知的直流電壓VCC對Cs充電，這實現了 Q = VCOcs的電荷。在下一個步驟中，斷開電壓VCC，並將具有電容Cx和不可避免地具有寄生電容CP的要測量的電容器與電容器cs相連，從而電荷被相應地分配:Q = VCC*(cs+cx+cp)。由此可以計算出電壓 VC:VC = VCC*cs/(cs+cx+cp)。可選地，還可以執行在圖6中示出的方法，這裡通過類似的計算確定VC，即VC =VCC*(cp+cx)/(cs+cx+cp) 。該方法詳細記載在 US2010/0181180A1 中。
權利要求
1.一種用於確定在電容式的感應區上的接觸位置的方法，所述感應區具有由多個分散的電極(12)組成的網格結構，其中: a)確定被接觸的電極，其方式是，對於每個電極測量電容值並且對於每個電極針對測得的電容值檢查，所述電容值是否超過實現確定的閾值， b)通過用測得的電容值對電極位置進行加權，計算粗略的接觸位置(Bg)。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於， a)由測得的電容值計算接觸直徑(14)，以及 b)在使用值 表的情況下由粗略的接觸位置(Bg)和所計算出的接觸直徑(14)計算最終的接觸位置(Be)，在所述值表中對於可能的粗略的接觸位置(Bg)和預先規定的接觸直徑(14)存儲有修正值(k)，所述修正值由經驗或通過模擬確定。
3.根據權利要求2的方法，其特徵在於，所述修正值(k)對於分散的相對位置以高於電極網格的解析度存儲。
4.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，測得的電容值超過閾值的電極(12)組成至少一個相鄰電極、特別是四個電極的組(E1-E4)、這四個電極的中點構成一個矩形，對於每組電極，粗略的接觸位置(Bg)通過該組的各電極位置與測得的各電容值的乘積的總和除以該組的所有測得的電容值的總和來確定。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於，對於各修正值，沿兩個相互垂直的方向(x、y)關於電極組(E1-E4)的中點M存在對稱性。
6.根據權利要求5的方法，其特徵在於，其中 確定沿第一方向(X)的差值(dx),其方式如下: 根據粗略的接觸位置(Bg)沿第一方向(X)的分量(Bx)關於中點(M)確定X分量(dxl)，該X分量由對於預先確定的坐標(ya)沿第二方向(y)的第一值組(X, ya, k)得到， 根據粗略的接觸位置(Bg)沿第二方向(y)的分量(By)關於中點(M)確定y分量(dx2)，該I分量由對於預先確定的坐標(Xa)沿第一方向(X)的第二值組(X, ya, k)得到， 作為X分量(dxl)和y分量(dx2)的和計算出差值(dx); 確定沿第二方向(y)的差值，其方式如下: 根據粗略的接觸位置(Bg)沿第二方向(y)的分量(By)關於中點(M)確定y分量(dyl)，該I分量由對於預先確定的坐標(Xb)沿第一方向(X)的第三值組(xb, Y，k)得到， 根據粗略的接觸位置(Bg)沿第一方向(X)的分量(Bx)關於中點(M)確定X分量(dy2)，該I分量由對於預先確定的坐標(yb)沿第二方向(y)的第四值組(X, yb, k)得到， 作為y分量(dyl)和X分量(dy2)的和計算出差值(dy); 由粗略的接觸位置(Bg)和各差值(dx、dy)的和計算最終的接觸位置(Be)。
7.根據權利要求6的方法，其特徵在於，根據修正值(k)關於中點(M)的對稱性將各值組沿第一和第二方向(x、y)分別縮減到電極間距的一半。
8.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，通過線性關係由各電極(12)測得的電容值確定接觸直徑(14)。
9.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，各電極(12)相互隔開間距。
10.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，電極(12)的直徑或各電極(12)的中點(M)的間距為約5-15mm。
11.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，相對於接地端測量電極(12)的電容值 。
全文摘要
本發明涉及一種用於確定在電容式的傳感器場上的接觸位置的方法，所述傳感器場具有由多個分散的電極(12)組成的網格結構，其中確定被接觸的電極，其方式是，對於每個電極測量電容值並且對於每個電極針對測得的電容值檢查，所述電容值是否超過實現確定確定的閾值。通過用測得的電容值對電極位置進行加權，計算粗略的接觸位置(Bg)。由測得的電容值計算接觸直徑(14)。在使用數值表的情況下由粗略的接觸位置(Bg)和所計算出的接觸直徑(14)計算最終的接觸位置(Be)，在所述數值表中對於可能的粗略的接觸位置(Bg)和預先規定的接觸直徑(14)存儲有修正值，所述修正值由經驗或通過模擬確定。
文檔編號G06F3/0354GK103250118SQ201180059346
公開日2013年8月14日 申請日期2011年12月8日 優先權日2010年12月8日
發明者U·貝克斯, W·賴澤 申請人:Trw車輛電氣與零件有限公司