CN102236490A - 一种基于多指电容式触摸技术的输入装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多指触摸技术的输入装置，其特征在于：该装置包括用于接收输入信号的触控面板(1)；用于接收触控面板(1)输出信号的触摸信号微处理器(2)；用于对触摸信号微处理器(2)输出信号进行分析的手势分析模块(3)；和用于接收手势分析模块(3)输出信号的通讯模块(4)；该装置和方法使用方便，双手可以在小移动范围而获得按键和坐标定位等输入。

Description

一种基于多指电容式触摸技术的输入装置及方法

技术领域

本发明涉及一种人机输入方法及装置，特别涉及用于计算机、手机、掌上电脑、电子书或其它人工智能系统。

背景技术

传统的掌上电脑、手机、电子书主要依赖键盘进行输入，而计算机，包括台式机、便携式笔记本电脑则主要依赖键盘加鼠标进行人机通讯。

随着多指电容式触摸技术的逐渐成熟，以触摸控制为主体的人机输入装置在包括个人电脑、掌上电脑、手机、电子书等智能系统中得到了广泛的推广应用。触控技术给使用者带来了更多、更方便的全新操作体验，各种触控手势使得操作者与智能系统之间的交流更顺畅、更符合人类的动作习惯。目前的触摸传感器与显示屏完全重合，为一体式结构，其优点是所见即所触，方便精确手指定位，但其也有固有的缺点：该触摸传感器为光学级部件，对透明度、划痕、气泡等要求特别高，因此成本一直居高不下；在需要键盘输入时，屏幕上必须显示相应的虚拟键盘来定位，因此占据了一定的显示面积，减小了有效显示区；手指在屏幕上会留下指纹、油污，造成显示性能下降。

计算机使用的输入系统通常包括键盘和鼠标，其中键盘包括机械按键式和感应按键式，鼠标包括机械式、光电式等，有些便携式笔记本电脑还配备了触摸盘实现鼠标操作功能。多数键盘和鼠标都存在着体积大、易脏不易清洁、操作不方便的问题，因此出现了基于触控技术的平板键盘和平板鼠标的新技术，但是仍然存在着使用不方便、占用空间的问题。而利用触摸键盘按键感应来采集手指动作的技术则手指移动灵敏度不高，不能精确定位问题。

本发明利用高灵敏度多指电容式触摸控制技术，利用其精确定位同时实现键盘输入和多指触控地人机输入，解决了上述技术存在的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于一种基于多指电容式触摸技术的人机输入方法及装置，该方法及装置使用方便。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种基于多指触摸技术的输入装置，该装置包括用于接收输入信号的触控面板；用于接收触控面板输出信号的触摸信号微处理器；用于对触摸信号微处理器输出信号进行分析的手势分析模块；用于接收手势分析模块输出信号并向后端主机发送信号的通讯模块；所述触控面板包括电容式触摸传感器及覆盖该电容式触摸传感器的保护面板，电容式触摸传感器包括绝缘板和在绝缘板上设置的行扫描电极、列扫描电极，行扫描电极和列扫描电极与触摸信号微处理器连接；其中功能区位于触控面板的前端或两侧，可设置一个或多个按键或虚拟按键；

触控面板包括输入区和功能区；触控面板的输入区包括左手区和右手区，

功能区位于触控面板上，在该功能区设置有虚拟按键，该虚拟按键用于功能键以及控制输入区的触摸响应在键盘输入、触摸输入以及其它扩展功能之间切换。

优选的，行扫描电极和列扫描电极中的感应区为直线、菱形或弯曲线；其中行扫描电极和列扫描电极在绝缘板的两面分别设置，或在绝缘板的同一面设置，

行扫描电极和列扫描电极相交处经导电过孔通过导电过桥连接，或表面制作绝缘层通过导电过桥连接。

优选的，绝缘板为透明的玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚苯二甲酸乙二醇酯透明有机聚合物板材或薄膜，或为不透明的陶瓷板、有机玻璃板或为用于制造印制电路板的基材，厚度0.01～3毫米。

优选的，触控面板护面板采用钢化玻璃、表面硬化处理的有机玻璃或类似板材的陶瓷板材料。

本发明还提供了一种基于多指触摸技术的输入装置的输入方法，该方法包括如下步骤：

所述触摸信号微处理器通过检测判断手指在触摸传感器上对应的位置，通过编码向手势分析模块输出手的动作信息信号；手势分析模块根据前述信号判断触摸手势以及单击虚拟键盘按键、多个虚拟键盘组合按键，通过编码向通讯模块发送信息；通讯模块实现与主机的通讯。

优选的，当手指在功能区中选择键盘输入时，手势分析模块将手指在控制输入区的位置在坐标查找表中找出相应的按键值；根据手指的按下、抬起的动作，判断按键的敲击长按或按键组合按键动作；同时屏蔽手指在输入区上的滑动无效动作；上述按键通过通讯模块与主机实现键盘通讯；当手指在功能区中选择触摸输入时，手势分析模块将手指在控制输入区的手指数、位置、速度信息转换成相应的单指或多指的滑动、单击、双击、点击后滑动、离开、滑动后离开等触摸动作；通过通讯模块与主机实现触摸通讯；当手指在功能区中选择电源开关、音量调整特殊功能键时，手势分析模块通过通讯模块向主机相应的指令。

优选的，所述触摸信号微处理器通过检测判断手指在触摸传感器上对应的位置，通过编码向手势分析模块输出的手的动作信息包括触摸手指数、相应的触摸坐标和触摸压力信息；手势分析模块根据前述信号判断包括触摸手势包括各手指坐标、移动方向及速度、手指单击或双击、单击后拖动，通讯模块根据与主机的通讯协议通过有线、无线、红外方式发送指令，实现与主机的通讯。

有益效果：

(1)使用方便，双手可以在小移动范围而获得按键和坐标定位等输入。

(2)更多的操作方法。

(3)触摸输入不占用系统显示面积。

(4)轻巧、便携，易于清洁，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明提供的一种人机输入装置示意图；

图2为本发明所使用的电容式触摸面板结构示意图；

图3a为本发明所使用双面扫描电极电容式触摸传感器结构示意图；

图3b为本发明所使用单面过桥式扫描电极电容式触摸传感器结构示意图；

图3c为本发明所使用单面过孔式扫描电极电容式触摸传感器结构示意图；

图4为本发明所使用的电容式触摸传感器扫描电极结构示意图；

图5为本发明提供的一种人机输入方法流程示意图；

图6为实施例3的触控面板区域划分示意图；

图7为实施例4的触控面板区域划分示意图；

图8为实施例5的触控面板区域划分示意图。

其中，图中标号分别代表触控面板1，触摸信号微处理器2，手势分析模块3，通讯模块4；保护面板5，电容式触摸传感器6，绝缘板7，行扫描电极8，列扫描电极9；虚拟按键10，输入区1a，功能区1b，左手区1a-L，右手区1a-R，导电过孔7a，绝缘层7b，导电过桥7c。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明提供的基于多指电容式触摸技术的人机输入方法及装置，该装置包括用于接收输入信号的触控面板1；用于接收触控面板1输出信号的触摸信号微处理器2；用于对触摸信号微处理器2输出信号进行分析的手势分析模块3；和用于接收手势分析模块3输出信号并向后端主机发送信号的通讯模块4。

所述触控面板1包括电容式触摸传感器6及覆盖该电容式触摸传感器6的保护面板5。电容式触摸传感器6包括绝缘板7和在绝缘板7上设置的行扫描电极8和列扫描电极9。行扫描电极8和列扫描电极9与触摸信号微处理器2连接；其中功能区1b位于触控面板1的前端或两侧，可设置一个或多个按键或虚拟按键。

触控面板1包括输入区1a和功能区1b；触控面板1输入区1a包括左手区1a-L和右手区1a-R，功能区1b位于触控面板1设置虚拟按键10。

行扫描电极8和列扫描电极9中的感应区为直线、菱形或弯曲线；

其中行扫描电极8和列扫描电极9可以在绝缘板7的两面分别设置，也可以在绝缘板7的同一面设置，

行扫描电极8和列扫描电极9相交处经导电过孔7a通过导电过桥7c连接或表面制作绝缘层7b通过导电过桥7c连接。

绝缘板7可以为透明的玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚苯二甲酸乙二醇酯透明有机聚合物板材或薄膜，也可以为不透明的陶瓷板、有机玻璃板、用于制造印制电路板的基材，厚度0.01～3毫米；

触控面板1的保护面板5可采用钢化玻璃、表面硬化处理得有机玻璃或类似板材、陶瓷板等材料。

本发明提供的基于多指触摸技术的人机输入方法，该方法包括如下步骤：

所述触摸信号微处理器2通过检测判断手指在触摸传感器6上对应的位置，通过编码向手势分析模块3输出手的动作信息信号；手势分析模块3根据前述信号判断触摸手势以及单击虚拟键盘按键、多个虚拟键盘10组合等按键，通过编码向通讯模块4发送信息；通讯模块实现与主机的通讯。

当手指在功能区1b中选择键盘输入时，手势分析模块3将手指在控制输入区1a的位置在坐标查找表中找出相应的按键值；根据手指的按下、抬起的动作，判断按键的敲击长按或按键组合等按键动作；同时屏蔽手指在输入区1a上的滑动等无效动作；上述按键通过通讯模块4与主机实现键盘通讯；当手指在功能区1b中选择触摸输入时，手势分析模块3将手指在控制输入区1a的手指数、位置、速度等信息转换成相应的单指或多指的滑动、单击、双击、点击后滑动、离开、滑动后离开等触摸动作；通过通讯模块4与主机实现触摸通讯；当手指在功能区1b中选择电源开关、音量调整等特殊功能键时，手势分析模块3通过通讯模块4向主机相应的指令。

所述触摸信号微处理器2通过检测判断手指在触摸传感器6上对应的位置，通过编码向手势分析模块3输出的手的动作信息包括触摸手指数、相应的触摸坐标和触摸压力信息；

手势分析模块3根据前述信号判断包括触摸手势包括各手指坐标、移动方向及速度、手指单击或双击、单击后拖动，

通讯模块4根据与主机的通讯协议通过有线、无线、红外等方式发送指令，实现与主机的通讯。

具体而言，所述触控面板1由保护面板5和电容式触摸传感器6组成，电容式触摸传感器6包括绝缘板7和分别在绝缘板两面制作的行扫描电极8和列扫描电极9，扫描电极与触摸信号微处理器2连接；所述触摸信号微处理器2对逐行、逐列依次高速扫描，通过检测由于人指接触改变了扫描电极电容而判断手指在电容式触摸传感器面板上对应的位置，通过编码向手势分析模块3输出包括触摸手指数、相应的触摸坐标和触摸压力等信息；手势分析模块3根据前述信号判断包括各手指坐标、移动方向及速度、手指单击或双击、单击后拖动等各种触摸手势以及单击虚拟键盘按键、多个虚拟键盘组合等按键，通过编码向通讯模块发送信息；通讯模块根据与主机的通讯协议通过有线、无线、红外等方式发送指令，实现本发明的人机输入装置与主机的通讯。

其中触控面板1的保护面板5可采用钢化玻璃、表面硬化处理得有机玻璃或类似板材、陶瓷板等材料，在保护面板5上通过丝网印刷、雕刻等方式制作可视虚拟键盘图案，包括字母键、数字键以及其它各类功能键，用于键盘输入定位，为了便于使用者触摸定位，相应的按键位置可制作轻微凸起或凹陷。

上述电子线路系统可以通过普通电池、可充电电池或外部线缆方式供电。

实施例1：

如图1所示一种基于多指触摸技术的人机输入装置，包括触控面板1、触摸信号微处理器2、手势分析模块3与通讯模块4。

上述基于多指电容式触摸技术的人机输入装置的工作方法如下：所述触摸信号微处理器2通过检测判断手指在触摸传感器面板上对应的位置，通过编码向手势分析模块3输出包括触摸手指数、相应的触摸坐标和触摸压力等信息；手势分析模块3根据前述信号判断包括各手指坐标、移动方向及速度、手指单击或双击、单击后拖动等各种触摸手势以及单击虚拟键盘按键、多个虚拟键盘组合等按键，通过编码向通讯模块4发送信息；通讯模块4根据与主机的通讯协议通过有线、无线、红外等方式发送指令，实现本发明的人机输入装置与主机的通讯。

实施例2：

实施1中所述触控面板1结构如图2、图3a-3c所示，由保护面板5和电容式触摸传感器6组成，电容式触摸传感器6包括绝缘板7和在绝缘板7上制作的行扫描电极8和列扫描电极9，行扫描电极8和列扫描电极9与触摸信号微处理器2连接，其中行扫描电极8和列扫描电极9中的感应区可以为菱形，如图4所示，也可以为直线、或弯曲线；其中行扫描电极8和列扫描电极9可以在绝缘板7的两面分别制作，也可以在绝缘板7的同一面制作，相交处经导电过孔7a通过导电过桥7c连接或表面制作绝缘层7b通过导电过桥7c连接；绝缘板7可以为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚苯二甲酸乙二醇酯透明有机聚合物板材或薄膜，也可以为不透明的陶瓷板、有机玻璃板、用于制造印制电路板PCB的基材，厚度0.01～3毫米；行扫描电极8和列扫描电极9可以为氧化铟锡(ITO)、氧化锌等透明导电薄膜材料，也可以为铜、银、金、石墨、纳米碳管等导电材料。

上述基于多指触摸技术的人机输入装置的工作方法如图5所示：所述触摸信号微处理器2对行扫描电极8和列扫描电极9逐行、逐列依次高速扫描，通过检测由于人指接触改变了扫描电极8和9的电容而判断手指在电容式触摸传感器面板上对应的位置，通过编码向手势分析模块3输出包括触摸手指数、相应的触摸坐标和触摸压力等信息；手势分析模块3根据前述信号判断包括各手指坐标、移动方向及速度、手指单击或双击、单击后拖动等各种触摸手势以及单击虚拟键盘按键、多个虚拟键盘组合等按键，并向通讯模块4发送信息；通讯模块4根据与主机的通讯协议进行编码，通过有线、无线、红外等方式发送指令，实现本发明的人机输入装置与主机的通讯。

实施例3：

如图6所示，实施例1和2中的触控面板1可划分输入区1a和功能区1b；其中功能区1b位于触控面板1的前端或两侧，可设置一个或多个按键或虚拟按键10，虚拟按键可以利用行列扫描电极包含的触摸扫描区，也可以制作独立感应电极直接与触摸信号微处理器2连接，用于电源开关、音量调整等特殊功能键以及控制输入区1a的触摸响应在键盘输入、触摸输入以及其它扩展功能之间切换。当手指在功能区1b中选择键盘输入时，手势分析模块3将手指在控制输入区1a的位置在坐标查找表中找出相应的按键值；根据手指的按下、抬起的动作，判断按键的敲击长按或按键组合等按键动作；同时屏蔽手指在输入区1a上的滑动等无效动作；上述按键通过通讯模块4与主机实现键盘通讯；当手指在功能区1b中选择触摸输入时，手势分析模块3将手指在控制输入区1a的手指数、位置、速度等信息转换成相应的单指或多指的滑动、单击、双击、点击后滑动、离开、滑动后离开等触摸动作；通过通讯模块4与主机实现触摸通讯；当手指在功能区1b中选择电源开关、音量调整等特殊功能键时，手势分析模块3通过通讯模块4向主机相应的指令。

实施例4：

如图7所示，上述实施例3中，功能区1b可以在触控面板1下半区，利用双手手掌的动作，控制输入区1a的触摸响应在键盘输入、触摸输入以及其它扩展功能之间切换。例如手掌在功能区1b上，输入区1a的触摸响应为键盘输入；手掌不在功能区1b上，输入区1a的触摸响应为触摸输入；或者手掌离开再按下功能区1b，使输入区1a的触摸响应在键盘输入、触摸输入以及其它扩展功能之间依次切换。

实施例5：

如图8所示，上述实施例4中，输入区1a可分为左手区1a-L和右手区1a-R，通过左右手掌的动作，分别使左手区1a-L和右手区1a-R工作在键盘输入或触摸输入状态，方便实现左、右手的键盘和触摸组合功能。

实施例6：

实施例1中，触摸传感器6可以为投射式电容也可以为表面电容式、红外式、超声式或电阻式。

实施例7：

上述实施例中的触控面板1的保护面板5可采用钢化玻璃、表面硬化处理得有机玻璃或类似板材、陶瓷板等材料，在保护面板外表面或内表面通过丝网印刷、雕刻等方式制作可视虚拟键盘图案，包括字母键、数字键以及其它各类功能键，用于键盘输入定位，为了便于使用者触摸定位，相应的按键位置可制作轻微凸起或凹陷。

实施例8：

上述实施例中触控面板1的保护面板5和触摸传感器6可以独立分别制作然后组合，也可以直接将触摸传感器6制作在保护面板5内侧。

实施例9：

上述实施例中的电子线路系统可以通过普通电池、可充电电池、光能薄膜电池或外部线缆方式供电。

实施例10：

上述实施例中触摸传感器6、触摸信号微处理器2、手势分析模块3与通讯模块4可以分别制作，然后通过连接线连接，也可以全部集成在同一块印制电路板PCB上。

Claims (7)

1.一种基于多指触摸技术的输入装置，其特征在于：该装置包括

用于接收输入信号的触控面板(1)；

用于接收触控面板(1)输出信号的触摸信号微处理器(2)；

用于对触摸信号微处理器(2)输出信号进行分析的手势分析模块(3)；

用于接收手势分析模块(3)输出信号并向后端主机发送信号的通讯模块(4)；

所述触控面板(1)包括电容式触摸传感器(6)及覆盖该电容式触摸传感器(6)的保护面板(5)，电容式触摸传感器(6)包括绝缘板(7)和在绝缘板(7)上设置的行扫描电极(8)、列扫描电极(9)，行扫描电极(8)和列扫描电极(9)与触摸信号微处理器(2)连接；其中功能区(1b)位于触控面板(1)的前端或两侧，可设置一个或多个按键或虚拟按键；

触控面板(1)包括输入区(1a)和功能区(1b)；触控面板(1)的输入区(1a)包括左手区(1a-L)和右手区(1a-R)，

功能区(1b)位于触控面板(1)上，在该功能区(1b)设置有虚拟按键(10)，该虚拟按键(10)用于功能键以及控制输入区(1a)的触摸响应在键盘输入、触摸输入以及其它扩展功能之间切换。

2.根据权利要求1所述的基于多指触摸技术的输入装置，其特征在于：行扫描电极(8)和列扫描电极(9)中的感应区为直线、菱形或弯曲线；

其中行扫描电极(8)和列扫描电极(9)在绝缘板(7)的两面分别设置，或在绝缘板(7)的同一面设置，

行扫描电极(8)和列扫描电极(9)相交处经导电过孔(7a)通过导电过桥(7c)连接，或表面制作绝缘层(7b)通过导电过桥(7c)连接。

3.根据权利要求1所述的基于多指触摸技术的输入装置，其特征在于：绝缘板(7)为透明的玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯或聚苯二甲酸乙二醇酯透明有机聚合物板材或薄膜，或为不透明的陶瓷板、有机玻璃板或为用于制造印制电路板的基材，厚度0.01～3毫米。

4.根据权利要求1所述的基于多指触摸技术的输入装置，其特征在于：触控面板(1)的保护面板(5)采用钢化玻璃、表面硬化处理的有机玻璃或类似板材的陶瓷板材料。

5.一种用于权利要求1所述的基于多指触摸技术的输入装置的输入方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

所述触摸信号微处理器(2)通过检测判断手指在触摸传感器(6)上对应的位置，通过编码向手势分析模块(3)输出手的动作信息信号；手势分析模块(3)根据前述信号判断触摸手势以及单击虚拟键盘按键、多个虚拟键盘(10)组合按键，通过编码向通讯模块(4)发送信息；通讯模块实现与主机的通讯。

6.根据权利要求5所述的基于多指触摸技术的输入方法，其特征在于：

当手指在功能区(1b)中选择键盘输入时，手势分析模块(3)将手指在控制输入区(1a)的位置在坐标查找表中找出相应的按键值；根据手指的按下、抬起的动作，判断按键的敲击长按或按键组合按键动作；同时屏蔽手指在输入区(1a)上的滑动无效动作；上述按键通过通讯模块(4)与主机实现键盘通讯；当手指在功能区(1b)中选择触摸输入时，手势分析模块(3)将手指在控制输入区(1a)的手指数、位置、速度信息转换成相应的单指或多指的滑动、单击、双击、点击后滑动、离开、滑动后离开等触摸动作；通过通讯模块(4)与主机实现触摸通讯；当手指在功能区(1b)中选择电源开关、音量调整特殊功能键时，手势分析模块(3)通过通讯模块(4)向主机相应的指令。

7.根据权利要求5所述的基于多指触摸技术的输入方法，其特征在于：

所述触摸信号微处理器(2)通过检测判断手指在触摸传感器(6)上对应的位置，通过编码向手势分析模块(3)输出的手的动作信息包括触摸手指数、相应的触摸坐标和触摸压力信息；

手势分析模块(3)根据前述信号判断包括触摸手势包括各手指坐标、移动方向及速度、手指单击或双击、单击后拖动，

通讯模块(4)根据与主机的通讯协议通过有线、无线、红外方式发送指令，实现与主机的通讯。

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