[发明专利]用于确定触摸输入刺激的装置

说明书

用于检测刺激的电容传感器。电容传感器包括限定电容耦合的第一和第二电极以及电耦合到第一和第二电极以基于电容耦合的变化率来确定刺激的存在的处理单元。基片被定位成相邻于第一第二电极，其中刺激对应于抵靠基片的物体的放置。处理单元可操作来基于电容耦合的连续测量并响应于电容耦合大于预先确定阈值而确定时间变化率。

技术领域

本发明涉及用于检测刺激的装置和方法，且更具体地涉及用于检测触摸输入和手写笔输入的装置和方法。

背景技术

现今存在设计成感测人触摸的存在的人机接口(HMI)设备。在一些情况下，这些HMI接口包括用于向机器接口提供来自人的输入的手写笔。手写笔可完全代替直接的人接口或可补充人接口。这些HMI设备可使用光、声、机电(开关)磁场、电场、电磁场或这些刺激的组合。

今天存在的以及使用电场的三个现有和当前触摸技术通常被称为投影式电容、电容式和差分感测。投影式电容通常与结合相同的大概尺寸的显示器使用的透明触摸屏相关，并与这样的显示器组装在一起以便允许来自显示器的光通过投影式电容触摸屏感测元件的感测元件。投影式电容通常被实现有高分辨率能力，其中触摸区域的选择可以比手指的实际尺寸小得多。投影式电容广泛用在个人电子设备例如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、智能电话、笔记本计算机、膝上型计算机、桌上型监视器和具有显示器的其它用户设备上。与投影式电容相反，电容感测通常被应用在处理通常响应于比投影式电容低得多的分辨率的单个输入的应用中，例如按钮或低分辨率滑块。这些较低分辨率输入感测应用使用被设计成对手指大小的输入做出响应的电极结构。然而，电容检测可代替投影式电容来使用，且在原理上投影式电容通常是电容的子集实现。差分感测技术使用电场、低阻抗感测技术和特有的感测电极，其结合特定的电子感测电路来允许对人触摸的准确、鲁棒的感测，而不使用软件。

电容、投影式电容和差分检测具有至少两个共同属性：1)它们都使用电场作为刺激用于测量人机交互，以及2)它们依赖于由工程师确定的预先确定阈值，该预先确定阈值对应于当特定刺激变化由于人机交互而出现时的触摸。

图1和2示出用于使用多电极和单电极电容感测的基本单输入传感器配置。图2示出具有用于通过电介质基片102进行感测的单个电极100的简单电容传感器。触摸刺激被插在单个电极100所位于的电介质102的相对侧上。图1示出具有电介质基片102和至少两个电极100、104的多电极电容传感器。类似于图2，触摸刺激将被插在多个电极100、104所位于的电介质102的相对侧上。与上面的图1和2中的结构有关的这些电容感测技术从单个或多个电极感测电容中的变化，使得在刺激信号被处理之后，将有当手指或手写笔接近感测电极时将改变的输出信号。输出信号被处理，使得当特定值(预先确定阈值)被达到时，触摸响应将出现。这个预先确定阈值将对应于位于触摸表面之上的触摸区内的触摸位置。被制造容差、介电常数、电介质厚度、电极面积和电子感测电路变化影响的变化将使在传感器电极之上的实际触摸位置也改变。

参考图3到7。图3示出如图2所示的单电极电容传感器的电气示意图和方框图，以及在图4到7中示出的时序图、用于利用单个电极来检测和处理触摸输入的基本技术。Ce代表在图2中示出的单电极感测元件的有效净电容。Ce将根据所存在的电容来改变，即，在“无触摸”的情况下Ce将具有比当“触摸”存在时低的电容值，在触摸存在时，Ce将具有更高的电容值。Cs代表模数转换器106、预先确定阈值电路108和输出响应110的采样电容器。控制设备A、B和C代表电子开关，其中当它们被接通时将在最小电阻模式(理想地，零欧姆)中以及当被断开时在高电阻模式(理想地，无限电阻)中。