CN102301318A - 带有触摸保持功能的触摸感应装置和相应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及触摸感应装置，包括交互作用表面，其具有基于声音信号确定触摸位置的触摸定位系统。衬垫，形成为用于将交互作用表面与其上放置交互作用表面的地面声学地隔离的装置，该衬垫设置有上电极和下电极。衬垫弹性是弹性可压缩的并且具有介电性能，从而两个电极和衬垫形成电容器，该电容器具有随施加到交互作用表面的作用力变化的电容。除了由声音信号确定的触摸位置之外，触摸感应装置基于电容变化检测触摸持续时间，以使可以根据其持续时间对触摸活动进行分类。本发明还涉及相应的方法。

Description

带有触摸保持功能的触摸感应装置和相应的方法

技术领域

本发明涉及一种具有触摸保持功能的触摸感应装置和用于确定触摸是否伴随保持或释放动作的方法。

背景技术

已知的触摸感应装置基于各种技术。例如，电容、电阻、压敏和声音系统。作为人机界面的这样的装置在众多的产品中获得应用，如亭中触摸屏、自动售货机、个人电子产品，并且与计算机相结合，并且特别有利于其中键盘会堆积灰尘或污垢的环境。

触摸感应装置的一个特殊类别由基于对应于由交互作用装置上的冲击引起的声音屈曲波(acoustic flexion wave)的声音信号的分析的装置形成，如在WO 2006/108443中公开的Reversys^TM方法。在这种技术中，源自交互作用装置上的触摸产生的声音信号由转换装置检测，该转换装置用于将交互作用装置的激励转换成对应的信号，并且信号处理装置基于感测到的信号确定交互作用装置上的激励的位置。激励的定位例如可以使用声音信号的计时和/或声音信号幅度中的差异来确定。基于声波的分析系统的优势在于，交互作用装置可以由能够传送声波的任何材料制成。激励可以通过手指实现，但也可以使用戴着手套的手或铁笔。这种触摸控制系统提供具有高精度的位置检测，并且还可以检测多点触摸激励和拖曳运动。

随着声音信号逐渐消失，在交互作用装置上发生冲击之后，当用户触摸交互装置并且手指保持在交互作用装置上时，声学方法关于延长的触摸保持动作的检测或关于触摸释放的检测是受到限制的。

发明内容

因此，本发明的第一目的在于，提供具有用于基于声音信号确定触摸位置的触摸定位系统的触摸感应装置，具有实现触摸保持功能的可能性，区别释放动作和触摸保持动作。本发明的目的用根据权利要求1的触摸感应装置和根据权利要求12的方法实现。

根据权利要求1的触摸感应装置，其包括：交互作用表面，特别是触摸面板，具有用于基于声音信号确定触摸位置的触摸定位系统；声学隔离装置，是弹性可压缩的并且是介电的，该声学隔离装置设置在交互作用表面的一个表面上；第一传导电极，设置在交互作用表面和声学隔离装置之间；第二传导电极，第一传导电极和第二传导电极将声学隔离装置夹在中间；和用于确定第一传导电极和第二传导电极之间的电容的装置。

根据本发明，利用存在声学隔离装置的优势，该声学隔离装置对于将交互作用装置与触摸感应装置的其余部分声学地隔绝是必要的，以提供额外的传感器。事实上，通过在声学隔离器的上、下表面上设置电极，电容传感器集成到装置中。这种传感器感应施加到交互作用表面的表面上的作用力。交互作用表面上的作用力导致衬垫的压缩，以使电极之间的距离减小，导致电容增加。通过监测电容，由此可以获得在交互作用表面上施加的外力的连续记录。通过将电容变化与由声音系统检测到的触摸活动进行比较，即使在声音信号已经流失以后，也可以确定触摸活动的持续时间。因此，仍然可以检测触摸保持动作，从而可以检测当用户在一个位置处触摸交互作用装置较长时间时的情况。因此，在给定位置处的触摸活动，可以被分类为短触摸活动，像轻叩或敲打，或被分类为触摸保持活动，例如超过某一预定周期。通过监测电容，确定用户离开交互作用装置(触摸释放活动)的时刻也将成为可能。

用根据要求12的方法实现相同的有益效果。

根据本发明的触摸感应装置的进一步有利修改在从属权利要求中陈述。

附图说明

根据参考附图的本说明书，本发明的具体实施方式将变得更为明显，在附图中，

图1a说明本发明实施方式的第一示例，显示作为本发明的交互作用表面的示例的触摸面板，作为隔离装置的示例的声学隔离衬垫，隔离衬垫被夹在作为本发明的传导电极示例的两条粘性铜带条之间，

图1b图示使用图1a所示第一实施方式的创造性方法，

图1c示意地图解由第一个实施方式的声换能器和电容器捕获的信号，

图2a到2C说明根据本发明的第一实施方式的进一步变形，涉及不同的电极，以及

图3说明本发明的第二实施方式，具有根据本发明的设置有三个电容传感器的交互作用表面。

具体实施方式

根据本发明的第一实施方式的在图1a中所示的触摸感应装置包括交互作用表面3，这这里为触摸面板，例如玻璃面板，具有连接到与用户7可以施加冲击的位置相反的一侧的声换能器5。这样的触摸感应装置可以与显示器一起使用以形成触摸屏，但也作为如自动售货机一样的机器的控制面板，不一定需要显示器。通常地设置两个或两个以上(优选是三个或更多)换能器5。换能器连接到信号处理装置9。信号处理装置被配置为基于换能器5的感测信号确定触摸的存在，并且最终确定触摸位置。如果与在下面的显示器一起使用，触摸面板3可以是透明或半透明的面板，但是根据应用，也可以是不透明的面板。

在触摸面板3的一个表面上，通常是在与发生冲击的位置相反的表面上，设置衬垫11作为隔声装置以声学地隔离触摸面板3与其所连接的装置的其余部分(未显示)。衬垫11由弹性可压缩、电介质材料形成。

在本发明中，设置将衬垫11夹在中间的两个导电材料电极13和15。第一电极13布置在触摸面板3和衬垫11之间，第二电极15布置衬垫11的相反侧处，因此与衬垫11的接触第一电极13的一侧相对。两个电极13和15与衬垫11一起形成具有一定电容的电容器17。该电容使用用于确定电容的装置19来测量，装置19也被配置以监测电容变化，从而用作电容处理装置。用于确定电容的装置19可以合并入例如计算机处理器形式的处理装置9。

在操作状态下，触摸面板3被放置为接触外部表面，例如接触监视器的显示器。根据表面的倾斜度，一定的作用力施加在弹性可压缩材料上，并且相应的电容可以由装置19测量。如果两个电极13和15之间的距离变化，电容变化将被检测到，例如，因为一定的作用力施加至触摸面板3的表面。

根据本发明的发明触摸感应装置以下述方式起作用。用户7在给定位置X处触摸交互作用装置，从而触摸触摸面板3。触摸产生由换能器5捕获的声音信号，换能器5将感测到的信号发送到处理装置9，处理装置9分析信号并且确定发生的触摸，并且根据如图1b所示的步骤S1最终提供冲击的精确定位(因此在处理装置9的参考系统中的位置x)。如果用户继续触摸面板，没有更多的声音信号将呈现，然而触摸意味着在衬垫11上的一定压力以及由此导致的其厚度21的改变。这改变电容器17的介电常数，介电常数的改变由用于确定电容的装置19按照步骤S2检测到。基于确定的电容，作为时间和幅度的函数，变得能够根据步骤1c确定用户是否仍然触摸面板3(因此对应于保持动作)，或者确定用户已经移开他的手指(释放动作)。

为了确定触摸活动的终止的实际时刻，可使用各种标准。图1c示意地图示作为时间的函数的由换能器5感测到的声音信号(下部信号)和由电容器17感测的电容值(上部信号)。在时刻A处，用户触摸触摸面板3并且换能器5开始感测信号，由于触摸面板3上的压力，声波隔离器改变其厚度并且可以观察到电容升高。而在时刻B处，声音信号已经消失，电容器17仍然具有较高电容，其可以归结于用户的保持动作，这意味着，他仍然将他的手指定位在面板上的位置x处。因此电容处理装置19可以确定保持动作发生，电容处理装置可以进一步确定在时刻C处完成触摸保持动作并且用户已经释放他的手指。事实上，在时刻C处，电容值返回到其初始值，指示触摸面板不再处于压力下。

优选地，为触发触摸动作，电容的变化应超过预定阈值。阈值例如可以根据隔离装置11的已知的属性，如厚度、可压缩性和介质常数。此外，两个传导电极13、15在释放状态(即没有触摸活动发生时)的电容也可以考虑。

根据变化，可以将触摸活动的结束(C)与比基于在触摸活动开始时检测的增加的幅度(A)的值大的电容的变化相关。最后，还可以考虑周期A至C期间电容的变化。

据第一实施方式的另一变化，电容处理装置19可以被配置以使自动适应处理被执行以考虑声学装置随着时间的推移慢慢改变其属性、因而改变测得的电容的基线、因而改变在触摸面板3上没有触摸的值的老化。这种自动适应程序可以定期进行。电容处理装置然后可以考虑基线的变化以重新确定阈值，从该阈值开始确定存在保持动作。此外，这种自动适应程序也可以考虑变化状态，如同触摸面板的平面从水平改变到垂直，这改变了在声学装置上的重力，并且因此还改变其基线电容值。电容测量提供的另一个能力也称为所谓的手掌抑制能力。

而且，当例如手放在触摸面板上时，可以在没有声音信号的情况下发生电容值基线随着长时间的变化。在这种情况下，额外的保持动作可能没有被检测到，如由于手的存在并且用于检测保持动作的阈值已经过去。

通过不断使基线适应环境，从而考虑到老化、面板的新方位和/或扰动的存在，在声音信号已消失以后的保持动作的检测精度可以被改善。

对于许多应用，用户要区分触摸和释放输入动作以及触摸和保持行动，在触摸和释放输入动作期间，用户点击触摸面板3并再次移开其手指，在触摸和保持行动期间，用户的手指保持在触摸面板3上较长时间。根据触摸感应装置的期望应用，不同的时间阈值可能会被选择以区分短的触摸和释放动作以及长的触摸和保持动作。阈值，例如可以被选择为在0.01秒和50秒之间，更优选地在0.05秒和10秒之间，还更优选是0.1秒和1秒之间。

根据有利的变化，电容处理装置19可以额外地被配置为使得如果在等于阈值时间的时间处基于电容测量中的变化没有检测到触摸释放，则该触摸活动被认为是触摸保持动作。如果在阈值时间之前检测释放，则触摸活动被认为是触摸释放动作。用户能够以那种方式传达的附加的二进制信息(释放或保持)将取决于特定的应用。

此外，超出所选择的阈值时间，可以确定保持变成释放的时间上的那一刻。如前所述，交互作用表面(在这种情况下为触摸面板3)在面板上的运动期间不发射声波，以使没有问题地检测到拖曳运动，但是当保持动作太长时面板上不动的手指的存在难以通过声学技术检测，但与触摸面板下面的显示装置上的显示信息相关的释放的确切时刻正如触摸开始的时刻和位置一样重要。

此外，还可以检测第二次触摸(如由第二手指进行)是应当解释为多触摸活动的开始(当第一手指保持在触摸面板上时)还是应当解释为新的单个触摸动作(在第一次触摸已被终止的情况下)。两个或多个手指动作可用于特殊任务。

根据触摸感应装置1的另一变化，处理装置19被配置不仅指示保持或释放动作，而且根据电容变化的幅度还可以提供指示到施加在面板上的作用力的水平的输出，例如，稍微触摸或冲压。根据幅度，可以由处理装置19或9指示保持行动或不同的动作。

根据变化，处理装置19或9可以配置为将声波的检测记录与电容变化记录进行比较，以在触摸动作开始处使两项纪录相关联。这种比较可以实时执行。在电容17中测量到的变化然后可以归因于由处理装置19基于声音信号识别的某个触摸活动。

根据本发明，隔离装置(因而衬垫11)以及将隔离装置11夹在之间的上下电极13和15可以设置有几种变化。

在这里，隔离装置11优选地具有大致平行的两个平面23、25。上下电极13和15布置以使他们大致垂直于隔离装置11的压缩方向。优选地，两个平面23、25平行于触面板3的主表面。连接与电极13、15接触的两个表面23、25的表面可以与这两个表面23、25为直角，但也可以有不同的方位。为了最优化电容的变化，隔离装置11的厚度与其隔声性能平衡。衬垫11的隔声材料是以弹性方式可压缩的，以使其在触摸引起的作用力已经被移除后返回到其初始状态。

根据本发明，如图1所示的传导电极13、15能够以几种方式实现。两个电极13’、15’可以通过导电板形成，例如由金属板或铜带件形成，如图2a中所示。这种配置具有的优势在于，很容易涂敷电极，一个电极13’在隔离装置11和触摸面板13之间(见图1)，另一个电极15’在隔离装置11的相反表面上，平行于第一个。电极13’、15’被连接到电容转换器装置19的相应的输入装置，如图1所示。

电极13、15中的一个或二者可以由电线代替，更特别是铜线或钢丝。图2b代表一种配置，其中上电极13″由钢丝形成，下电极15’由金属板形成。实际上，电极13、15可以以任何合适的方式实现，只要该对电极是导电的，并且形成电容器，在冲击触摸面板时该电容器的电容变化。

进一步创造性配置如图2c所示。在该配置中，下电极15″是由金属框架形成，例如显示器(如LCD装置)的金属框架，本发明的如图1所示的触摸感应装置放置在该金属框架上。上电极13″可以由钢丝形成，或者通过上述的任何其他可能的电极变化形成。这种配置具有优点，即不需要提供额外的下电极15。

图3说明本发明的第二实施方式。在此实施方式中，三个电容器17a、17b和17c连接到触摸面板3。三个电容器17a、17b和17c以与上述关于第一个实施方式的电容器17相同的方式建立，并且连接到用于确定电容的装置19。电容器17a、17b和17c还包括声学隔离装置，以从触摸面板3与该装置的其它部分分开。为了优化这个功能，声学隔离装置沿着面板3的边缘布置。

当然，取决于装置的几何形状，可以布置只有两个或两个以上的声学隔离装置以确保隔声。

除了上面所述的用于第一实施方式以其变化的功能，超过一个电容器的设置提供额外的功能。根据第二实施方式的触摸感应装置31可以设置3种电容测量。

基于电容器17a、17b和17c的三个电容传感器的测量电容值不仅可以用来确定是否具有保持动作，而且还可以基于相互比较而提供关于保持动作的位置的信息。举例来说，当冲击在位置X发生时，在电容17a处电容的变化比在电容17b处的变化更大。与可以通过使用声音信号提供结果相比，这个位置信息是粗略的。

然而，基于这个额外的信息，置信值(confidence valve)可以归因于检测到的保持动作。事实上，如果声音和电容触摸位置大致相同，在某一预定置信限度内，由电容传感器系统检测的触摸保持动作可以更有把握地归结到使用的声音信号检测的触摸，并且远离有意的冲击位置发生的杂散多余效应可以被(至少部分地)过滤掉。

在利用声音信号确定冲击的位置的一些触摸位置系统中，利用预先存储在数据库中的参考信号。然后可以基于测量的信号与先前存储的信号的比较(例如，使用相关性等)确定冲击位置。在这种情况下，基于电容器17a、17b和17c的电容测量的粗略冲击位置可以有利地用来限制冲击发生的区域，以使仅该区域的参考信号用在冲击定位处理中。这将大大减少必要的计算能力和/或加快位置确定过程。

在上述实施方式中，当已经通过声波冲击定位系统的处理单元9确定冲击时，电容值被使用。然而，根据进一步的变化，优选在检测到指示冲击的电容变化时，电容值的连续分析可以用来唤醒声波冲击定位系统。

本发明实施方式的优势在于，通过提供电容测量，通过设置将用作可压缩电介质的声波隔离装置夹在中间的电极，可以以简单的方式确定采用声音信号检测到的触摸的保持动作。此外，测量到的电容值可以有利于用于唤醒触摸检测系统，以在形成多个电容器的情况下使用粗略的定位能力加快数据分析过程。

Claims (14)

1.一种具有触摸保持功能的触摸感应装置，包括：

交互作用表面，特别是触摸面板，具有用于基于声音信号确定触摸位置的触摸定位系统，

声学隔离装置，是弹性可压缩的并且是介电的，该声学隔离装置设置在交互作用表面的一个表面上；

第一传导电极，设置在交互作用表面和声学隔离装置之间；

第二传导电极，第一传导电极和第二传导电极将声学隔离装置夹在中间；

用于确定第一传导电极和第二传导电极之间的电容的装置。

2.根据权利要求1所述的触摸感应装置，还包括：

电容处理装置，被配置为基于电容变化，特别是基于大于预定阈值的电容变化确定触摸保持和/或触摸释放。

3.根据权利要求2所述的触摸感应装置，其中，电容处理装置被配置为当由触摸定位系统检测到触摸时确定保持动作。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的触摸感应装置，其中，声学隔离装置包括多个隔离装置，特别地所述多个隔离装置沿着触摸屏的一个以上的边缘放置，

所述多个隔离装置中的每一个都夹在第一传导电极和第二传导电极之间，并且

该触摸感应装置还包括用于测量每对第一传导电极和第二传导电极的电容的装置。

5.根据权利要求4所述的触摸感应装置，其中，电容处理装置进一步被配置为基于测量到的多个电容提供有关保持位置的信息。

6.根据权利要求5所述的触摸感应装置，其中，电容处理装置被配置为执行由触摸定位系统确定的触摸位置和由电容处理装置确定的保持位置的比较。

7.根据权利要求1至6中任何一项所述的触摸感应装置，其中，用于确定触摸位置的触摸定位系统包括至少两个用于声波的换能器。

8.根据权利要求1至7中任何一项所述的触摸感应装置，其中，第一传导电极是导线，特别是钢丝，或带，特别是铜板。

9.根据权利要求1至8中任何一项所述的触摸感应装置，其中第二传导电极是金属板，特别是铜带。

10.根据权利要求1至9中任何一项所述的触摸感应装置，其中，电容处理装置进一步被配置为基于测得的电容的基线的变化执行自动适应。

11.一种具有保持和/或释放功能的触摸屏系统，包括：

根据权利要求1至10中任一项的触摸感应装置和具有金属框架的屏幕，其中金属框架对应于第二电极。

12.一种用于确定在根据权利要求1至11中任一项的触摸感应装置上的触摸位置以及触摸保持和/或触摸释放动作的方法，包括下述步骤：

基于由交互作用表面上的冲击提供的声音信号来确定触摸，特别是触摸的位置；

监测第一传导电极和第二传导电极之间的电容，特别是在检测到触摸以后；

基于监测的电容确定是触摸保持动作还是触摸释放动作。

13.根据权利要求12所述的方法，

其中如果在检测到触摸后电容的变化在预定的时间周期内位于预定的范围内，则确定触摸保持动作。

14.根据权利要求12或13所述的方法，

其中当电容的变化大于预定的阈值时，确定触摸释放动作。

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