CN103250118A - 用于确定在电容式的感应区上的接触位置的方法 - Google Patents

用于确定在电容式的感应区上的接触位置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定在电容式的传感器场上的接触位置的方法，所述传感器场具有由多个分散的电极（12）组成的网格结构，其中：确定被接触的电极，其方式是，对于每个电极测量电容值并且对于每个电极针对测得的电容值检查，所述电容值是否超过实现确定确定的阈值。通过用测得的电容值对电极位置进行加权，计算粗略的接触位置（Bg）。由测得的电容值计算接触直径（14）。在使用数值表的情况下由粗略的接触位置（Bg）和所计算出的接触直径（14）计算最终的接触位置（Be），在所述数值表中对于可能的粗略的接触位置（Bg）和预先规定的接触直径（14）存储有修正值，所述修正值由经验或通过模拟确定。

Description

用于确定在电容式的感应区上的接触位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定在电容式的感应区上的接触位置的方法，所述感应区具有由多个分散的电极组成的网格。
背景技术
通常在二维的触控板中这样来改进识别精度，即非常密地构成电极网格，特别是电极的间距选择得明显小于指尖的平均接触直径。但这会导致电极的数量较高，这又会在信号分析评估时带来高的耗费。
发明内容
本发明的目的是，给出一种方法，利用该方法即使对于电极比传统的相互分开的电极分开得宽的电极网格结构也能以高精度确定接触点。
这根据本发明这样来实现，即
a）确定被接触的电极，其方式是，对于每个电极测量电容值，并且对于每个电极对于测得的电容值检查，该电容值是否超过之前确定的阈值，
b）计算粗略的接触位置，其方式是，用测得的电容值对电极位置进行加权，
c）由测得的电容值计算出接触直径，以及
d）由粗略的接触位置和所计算出的接触直径在采用值表的情况下计算最终的接触位置，在所述值表中对于可能的粗略的接触位置和预先规定的接触直径存储修正值，所述修正值是根据经验或通过模拟确定的。
以这种方式即使对于较稀疏的电极网格结构也能以低于1mm的误差确定接触位置。
优选对于分散的相对位置以高于电极网格的分辨率存储修正值。该分辨率可以是电极网格的分辨率的10至200倍。已经证明100倍是有利的。这里分辨率是指通过修正值形成的精细网格沿预先规定的方向的划分（度）。
测得的电容值高于阈值的电极优选组成至少一组相邻的电极，特别是四个电极的组，这四个电极的中点构成一个矩形的顶点，对于每组电极通过该组的各电极位置与测得的各电容值的乘积的和除以该组的所有测得的电容值的和来确定粗略的接触位置。当将所述四个电极设置在一个矩形中时，可以特别简单地应用这种方法。当然也可以在一组中使用其他数量的电极和电极的其他布置形式。所述方法只需与几何形状相适配。
对于修正值可以利用沿两个相互垂直的方向关于该组电极的中点的对称性。
已经证实，对于修正值可以发现一种显示，其中这些修正值例如关于该组电极的中点具有多个对称性。可以利用这些对称性来降低修正值的数量，其方式是，仅需要对于少数几个预先确定的线检测并存储修正值。这既降低了存储消耗，还降低了需提供的运算能力，从而感应区总体上可以更为有利地制造并具有较小的耗电。
在一个优选的实施形式中，关于第一方向确定差值作为修正值，其方式是，根据粗略的接触位置的沿第一方向的分量关于所述中点确定x分量，该x分量由对于沿第二方向的预先确定的坐标的第一值组获得。此外还根据粗略的接触位置沿第二方向关于中点的分量确定差值的y分量，它由对于沿第一方向的预先确定的坐标的第二值组获得。作为x分量和y分量的和计算出所述差值。
类似地确定关于第二方向的修正值。计算沿第二方向的差值，其方式是，根据粗略的接触位置的沿第二方向的分量关于所述中点确定y分量，该y分量由对于沿第一方向的预先确定的坐标的第三值组获得。此外还根据粗略的接触位置沿第二方向关于中点的分量确定差值的x分量，它由对于沿第而方向的预先确定的坐标的第四值组获得。这里还作为y分量和x分量的和计算出所述差值。
然后由粗略的接触位置和关于两个方向的差值的和形成最终的接触位置。
在沿两个垂直的下面称为x方向和y方向的方向构成电极网格结构中，并且其中设定作为电极组将一组四个电极设置在一个矩形中，例如可以对于确定的坐标分别采用相应方向的最大值的一半或四分之一。所述最大值这里由电极沿相应方向的间距确定。
由于修正值具有的对称性，这里可以将修正值的值表限制在恰好沿所述预先规定的坐标的线上。
根据修正值关于中点的对称性，沿第一方向和第二方向的值组可以分别降低到电极间距的一半。
接触直径可以通过电极测得的电容值的线性关系根据经验确定。以这种途径可以简单和快速地估算接触直径，所述接触直径等于指尖接触感应区、即贴靠在感应区上的区域的直径。
电极优选相互间隔开。
电极的直径或电极中点的间距优选在5至15mm之间，沿第一方向和第二方向的间距可以是不同的。
每个电极的电容值优选相对于接地端测量。
附图说明
图1示出感应区的示意图，所述感应区具有由多个分散的电极和接触面构成的网格结构；
图2示出修正值的值表的方向和网格的示意图；
图3示出修正值的对称性；
图4示出所采用的坐标系的示意性概图；以及
图5和6示出电极的电容值的测量方法的例子。
具体实施方式
图1示出由电容式的感应区10的局部，所述感应区具有由多个分散的电极12构成的网格结构，这些电极中在附图中分别只有两个标注了附图标记。电极12这里在沿x方向和y方向的垂直网格中相互隔开间距地设置。各电极12沿一个方向的间距分别是相同的，但这里电极中点沿x方向的间距xmax的略大于电极中点沿y方向的间距ymax。
每个电极12都能经由例如在图5和6中示出的分析评估电路与接地端连接，从而可以确定每个电极12相对于接地端的电容。
所述电容式的感应区10例如用作用于车辆功能的操作区，用于操作无线电或导航装置，并能够设置在汽车的仪表板中。
根据使用者用手指或可能为此设置的笔接触感应区10的位置，执行相应的预先确定的功能。这里所述功能例如通过单次接触或还可以通过一系列接触，例如通过拖动手指用于音量调节或类似的调节。
在图1中示出具有中点的接触面14，所述中点通过最终的接触位置Be形成。接触面14这里由使用者的指尖贴靠在感应区10的表面的直径确定。在该实施例中，电极E1、E3和E4以不同的程度被接触。
在这里示出的实施例中，沿x方向的电极间距为11mm，沿y方向为10mm。电极直径这里选择为9.7mm。当然，本领域技术人员可以自由地改变电极的直径、间距和布置。在下面说明的用于确定接触位置Be的方法中此时必须相应地改变。
在方法进行中，首先相对于接地端测量感应区10的网格结构的每个电极12的电容值。
所有电容值高于一个预先确定的阈值的电极12被评估为被接触的。
被接触的电极（在图1中是三个电极E1、E3和E4）与相邻的电极（在图1中是E2）组成一个设置在一个矩形中的四电极组，因为只发生了一个接触。但如果利用例如两个手指在感应区10上进行接触，则例如确定两个电极组并对于两个电极组分开执行以下方法步骤：
首先确定粗略的接触位置Bg，然后计算要利用粗略的接触位置Bg确定的修正值dx、dy，以便获得最终的接触位置Be。
为了确定粗略的接触位置Bg进行加权。为此相应测得的电容值与电极12沿x方向或y方向的位置相乘，将这样获得的值累加并除以电容的总和。
然后计算粗略的接触位置Bg与最终的接触位置Be的偏差，所述最终的接触位置对应于接触面14的重心。
为此目的确定一个值区，所述值区对于上面形成的组的四个电极中点之间的区域的预先确定的坐标值具有相配的修正值。所述修正值例如可以通过经验或通过模拟获得。
对于进一步的过程可以利用的是，在所述区域上考察，所述修正值具有明显的对称性。
修正值关于四电极组的中点M具有对称性。在图3中对于不同的指尖直径、即接触面14的不同的直径示出当y＝0时沿x方向值区的轮廓。所使用的坐标系的原点位于一个电极的中点，如图2所示的那样。就是说，四个电极E1至E4中的每一个覆盖一个不同的四分之一圆以及在电极之间存在自由空间。
在所示实施例中，例如对于x修正值关于中点M存在沿x方向的反对称性和沿y方向的对称性。由此得到，为了进行计算，存储在图2中示出的值区的一个单个的四分之一圆就足够了，所有其他的信息可以通过简单和快速的运算操作获得。这降低了分析评估电子装置中必需的存储容量。存储需求还可以这样来降低，即，在一个四分之一圆的内部值仅缓慢地改变。已经证明，值区在一个四分之一圆内对于每个坐标方向降低到两条线上就足够了。这在图4中示出。
在该实施例中，为此在ya＝ymax/2时沿x方向检测值，所述值用于确定差值dx的x分量dx1，以便细化粗略的接触位置Bg的x坐标。此外在x坐标xa为xmax/4时沿y方向检测值，所述值用于确定差值dx的y分量dx2，用于进一步细化接触位置的x坐标。
为了确定粗略的接触位置Bg的y坐标的差值dy，类似地使用沿在xb＝xmax/2时沿y方向的值以及沿x方向在y位置yb＝ymax/4处的值，以便确定分量dy1和dy2。
就是说要确定四个值组。第一值组（x，ya，k）包含用于在位置ya处的一系列x坐标的修正值k。第二值组（xa，y，k）包含用于在位置xa处的一系列y坐标的修正值k。第三值组（xb，y，k）包含用于在位置xb处的一系列y坐标的修正值k。第四值组（x，yb，k）包含用于在位置yb处的一系列x坐标的修正值k。
以这种方式可以将修正值的场缩减到简单的值表。沿x方向和y方向的检测和存储修正值的间距这里当然比电极网格结构中的电极12的间距更紧密。已经证明，比电极网格结构高100倍的密度就足够了。这大致对应于修正值沿电极网格结构的间距为0.1mm。就是说，在利用对称性并缩减到每个坐标两条线时，仅需记录、存储和读出约200个值。
但修正值的区域与对应于指尖的直径的接触面14的直径有相关性。已经证明，通过线性关系由被接触的电极12的电容值可以获得对接触面14的直径的良好近似。线性关系的相应参数可以经验地通过模拟或对相应具体的感应区的测量得到。
对于接触面14的不同的直径、即指尖直径检测修正值，例如对于在9至15mm之间的值检测修正值。对于每个直径确定一组修正值并将其存放到存储器中。
然后确定最终的接触位置Be，其中对于两个最接近地存放的接触直径14确定接触位置，并由这些值对于通过线性关系获得的值插值确定接触位置。
根据一个实施例，如图4所示，下面对所述方法的基本特点进行解释。
首先如上所述通过对被接触的电极的电容值进行加权确定粗略的接触位置Bg。
接着确定粗略的接触位置Bg的对于x坐标Bx或y坐标By的差值dx和dy，用于细化粗略的接触位置Bg。
通过对于坐标Bx由沿线ya（这里是1/2ymax）的修正值读出对应于值Bx的修正值k，修正值dx的分量dx1。根据沿x方向的对称关系直接使用所读取的值或使用其负值，其中相应地适配x坐标。这里有：对于Bx<xmax/2，dx(Bx)=k(ya(Bx))，对于Bx>xmax/2，dx1(Bx)=-k(ya(xmax-Bx))。
第二修正值dx2由在y方向上的修正值沿坐标xa（在这种情况下是1/4xmax）确定，其中这里也必须考虑对称性。当By，即粗略的接触位置Bg的y分量小于ymax/2时，则直接使用存储的修正值，如果它大于ymax/2，则采用关于中点M镜像对称的y坐标处的值。这里有：对于By<ymax/2，dx2=k(xa(By))，对于By>ymax/2，dx2(By)=k(ya(ymax-By))。
然后通过将dx1与dx2相乘计算x差值dx。将该修正值与粗略的接触位置Bg的x分量Bx累加，以便确定最终接触位置Be的x分量。
类似地确定y修正值dy，这里在坐标xb（这里是xmax/2）上确定修正值dy1，在坐标yb（这里ymax/4）上确定修正值dy2。
对于两个与所确定的接触直径最接近地存储的接触直径确定修正值dx和dy。以这种方式分别得到两组差值dx和dy。最终的差值通过插值法确定。
最终的差值dx和dy与粗略的接触位置Bg的x分量和y分量相加，以便确定最终的接触位置Be。
以这种方式可以在每个方向上将误差降低到1mm以下。
图5和6示出用于测量电极电容的可能的已知的方法。
所示的电路用于执行电荷转移感应法（Charge Transfer Sensing），其中分别给具有已知电容的电容器充电。这里cs是对比电容其的电容，cx是要测量的电容，cp表示不可避免的寄生电容。
在图5中，首先用已知的直流电压VCC对cs充电，这实现了Q＝VCC*cs的电荷。在下一个步骤中，断开电压VCC，并将具有电容cx和不可避免地具有寄生电容cp的要测量的电容器与电容器cs相连，从而电荷被相应地分配：Q＝VCC*(cs+cx+cp)。由此可以计算出电压VC：VC＝VCC*cs/(cs+cx+cp)。
可选地，还可以执行在图6中示出的方法，这里通过类似的计算确定VC，即VC＝VCC*(cp+cx)/(cs+cx+cp)。该方法详细记载在US2010/0181180A1中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于确定在电容式的传感器场上的接触位置的方法，所述传感器场具有由多个分散的电极（12）组成的网格结构，其中：
a）确定被接触的电极，其方式是，对于每个电极测量电容值并且对于每个电极针对测得的电容值检查，所述电容值是否超过实现确定的阈值，
b）通过用测得的电容值对电极位置进行加权，计算粗略的接触位置（Bg），
c）由测得的电容值计算接触直径（14），以及
d）在使用数值表的情况下由粗略的接触位置（Bg）和所计算出的接触直径（14）计算最终的接触位置（Be），在所述数值表中对于可能的粗略的接触位置（Bg）和预先规定的接触直径（14）存储有修正值（k），所述修正值由经验或通过模拟确定。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述修正值（k）对于分散的相对位置以高于电极网格的分辨率存储。
3.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，测得的电容值超过阈值的电极（12）组成至少一个相邻电极、特别是四个电极的组（E1-E4）、这四个电极的中点构成一个矩形，对于每组电极，粗略的接触位置（Bg）通过该组的各电极位置与测得的各电容值的乘积的总和除以该组的所有测得的电容值的总和来确定。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，对于各修正值，沿两个相互垂直的方向（x、y）关于电极组（E1-E4）的中点M存在对称性。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，其中
确定沿第一方向（x）的差值（dx），其方式如下：
根据粗略的接触位置（Bg）沿第一方向（x）的分量（Bx）关于中点（M）确定x分量（dx1），该x分量由对于预先确定的坐标（ya）沿第二方向（y）的第一值组（x，ya，k）得到，
根据粗略的接触位置（Bg）沿第二方向（y）的分量（By）关于中点（M）确定y分量（dx2），该y分量由对于预先确定的坐标（xa）沿第一方向（x）的第二值组（x，ya，k）得到，
作为x分量（dx1）和y分量（dx2）的和计算出差值（dx）；
确定沿第二方向（y）的差值，其方式如下：
根据粗略的接触位置（Bg）沿第二方向（y）的分量（By）关于中点（M）确定y分量（dy1），该y分量由对于预先确定的坐标（xb）沿第一方向（x）的第三值组（xb，y，k）得到，
根据粗略的接触位置（Bg）沿第一方向（x）的分量（Bx）关于中点（M）确定x分量（dy2），该y分量由对于预先确定的坐标（yb）沿第二方向（y）的第四值组（x，yb，k）得到，
作为y分量（dy1）和x分量（dy2）的和计算出差值（dy）；
由粗略的接触位置（Bg）和各差值（dx、dy）的和计算最终的接触位置（Be）。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，根据修正值（k）关于中点（M）的对称性将各值组沿第一和第二方向（x、y）分别缩减到电极间距的一半。
7.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，通过线性关系由各电极（12）测得的电容值确定接触直径（14）。
8.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，各电极（12）相互隔开间距。
9.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，电极（12）的直径或各电极（12）的中点（M）的间距为约5-15mm。
10.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，相对于接地端测量电极（12）的电容值。

Claims (11)

1.一种用于确定在电容式的感应区上的接触位置的方法，所述感应区具有由多个分散的电极（12）组成的网格结构，其中：
a）确定被接触的电极，其方式是，对于每个电极测量电容值并且对于每个电极针对测得的电容值检查，所述电容值是否超过实现确定的阈值，
b）通过用测得的电容值对电极位置进行加权，计算粗略的接触位置（Bg）。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，
a）由测得的电容值计算接触直径（14），以及
b）在使用值表的情况下由粗略的接触位置（Bg）和所计算出的接触直径（14）计算最终的接触位置（Be），在所述值表中对于可能的粗略的接触位置（Bg）和预先规定的接触直径（14）存储有修正值（k），所述修正值由经验或通过模拟确定。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述修正值（k）对于分散的相对位置以高于电极网格的分辨率存储。
4.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，测得的电容值超过阈值的电极（12）组成至少一个相邻电极、特别是四个电极的组（E1-E4）、这四个电极的中点构成一个矩形，对于每组电极，粗略的接触位置（Bg）通过该组的各电极位置与测得的各电容值的乘积的总和除以该组的所有测得的电容值的总和来确定。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，对于各修正值，沿两个相互垂直的方向（x、y）关于电极组（E1-E4）的中点M存在对称性。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，其中
确定沿第一方向（x）的差值（dx），其方式如下：
根据粗略的接触位置（Bg）沿第一方向（x）的分量（Bx）关于中点（M）确定x分量（dx1），该x分量由对于预先确定的坐标（ya）沿第二方向（y）的第一值组（x，ya，k）得到，
根据粗略的接触位置（Bg）沿第二方向（y）的分量（By）关于中点（M）确定y分量（dx2），该y分量由对于预先确定的坐标（xa）沿第一方向（x）的第二值组（x，ya，k）得到，
作为x分量（dx1）和y分量（dx2）的和计算出差值（dx）；
确定沿第二方向（y）的差值，其方式如下：
根据粗略的接触位置（Bg）沿第二方向（y）的分量（By）关于中点（M）确定y分量（dy1），该y分量由对于预先确定的坐标（xb）沿第一方向（x）的第三值组（xb，y，k）得到，
根据粗略的接触位置（Bg）沿第一方向（x）的分量（Bx）关于中点（M）确定x分量（dy2），该y分量由对于预先确定的坐标（yb）沿第二方向（y）的第四值组（x，yb，k）得到，
作为y分量（dy1）和x分量（dy2）的和计算出差值（dy）；
由粗略的接触位置（Bg）和各差值（dx、dy）的和计算最终的接触位置（Be）。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，根据修正值（k）关于中点（M）的对称性将各值组沿第一和第二方向（x、y）分别缩减到电极间距的一半。
8.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，通过线性关系由各电极（12）测得的电容值确定接触直径（14）。
9.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，各电极（12）相互隔开间距。
10.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，电极（12）的直径或各电极（12）的中点（M）的间距为约5-15mm。
11.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，相对于接地端测量电极（12）的电容值。
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