CN105302293A - 用于握持感测和手指跟踪的电容式传感器 - Google Patents

用于握持感测和手指跟踪的电容式传感器 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用于握持感测和手指跟踪的电容式传感器。移动设备正在越来越意识到围绕移动设备的环境。在许多应用中，移动设备能够感测不同类型的手握持和/或手指相对于移动设备的位置是有用的。本公开描述了特别适用于感测沿着移动设备边缘的手握持和/或手指跟踪的电容式传感装置。电容式传感装置包括沿着两条线布置的条带，并且各自长度和间距被设计以允许用于感测手握持和/或跟踪手指的最优响应行为。

Description

用于握持感测和手指跟踪的电容式传感器
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其涉及可用于移动设备以握持感测和手指跟踪的电容式传感器。
背景技术
移动设备无所不在。与它们进行交互的方式以及移动设备的行为方式随着时间推移而演变。移动设备的一个重要的技术就是它们的感测能力。感测可以通过许多方式发生，例如触觉/压力传感、声音传感、光线/视觉传感、温度传感和电容式传感。这些方式不仅可以允许我们以无数的不同方式与移动设备进行交互，而且这些方式允许移动设备变成“更聪明”使得移动设备可以更好地理解环境以及用户正在与移动设备交互的方式。
一个有趣的方式是电容式传感。电容式传感已经与触摸屏使用了一段时间以允许用户提供经由移动设备的屏幕的用户输入，而无需物理按钮的使用。在一些应用中，在大的表面/皮肤上的电容式传感甚至还可以用于感测握持或手的姿势。在一些其它应用中，两个电极可以被提供，在移动设备的每一侧上一个用于全手识别。在又一些其它应用中，电极可以在邻近于天线被提供以检测与靠近天线的手指或手的存在。
发明内容
移动设备越来越意识到围绕移动设备的环境。在许多应用中，对于移动设备，能够感测不同类型的握持和/或相对于移动设备手指的位置是有用的。本公开描述了特别适合于沿着移动设备的侧面或边缘感测握持和/或手指跟踪的电容式传感装置。
许多常规电容式传感应用受到它能够感测或区分的握持数量的限制。此外，许多这些应用不能精确地跟踪邻近移动设备手指的位置。本文所公开的电容式传感装置包括沿两条线(在设备的每一侧上一条线)布置的多个电容式传感条带。各自的长度和间距被设计以允许用于感测握持和/或跟踪的手指的最佳响应行为。
在本公开的上下文中，条带被定义为具有细长形状(相对于不长的材料的点)的一块材料。条带可以是狭长的一块材料。条带可以基本上是扁平且薄。
附图说明
为了提供对本公开及其特征和优点更完整的理解，可以结合附图参考下面的描述，其中相同的参考数字表示相同的部件，其中：
图1根据本公开的一些实施例，示出了用于握持感测和包括手指跟踪的可能扩展的示例性分析；
图2根据本公开的一些实施例，示出了用于握持感测和/或手指跟踪的示例性方法；
图3根据本公开的一些实施例，示出了用于移动设备的示例性电容式传感装置和由电容式传感装置的电容式传感器生成的说明性响应曲线；
图4根据本公开的一些实施例，示出了用于移动设备的另一个示例性电容式传感装置和由电容式传感装置的电容式传感器生成的说明性响应曲线；
图5根据本公开的一些实施例，示出了用于移动设备的另一个示例性电容式传感装置和由电容式传感装置的电容式传感器生成的说明性响应曲线；
图6根据本公开的一些实施例，示出了用于移动设备的另一个示例性电容式传感装置和由电容式传感装置的电容式传感器生成的说明性响应曲线；
图7根据本公开的一些实施例，示出用于具有差分跟踪的移动设备的示例性电容式传感装置；
图8根据本公开的一些实施例，示出了电容式传感装置的示例性电容式传感器；
图9A-C、10A-C和图11A-C根据本公开的一些实施例，示出了相对于移动设备的内底盘和外壳，电容式传感装置的示例性的放置；
图12根据本公开的一些实施例，示出了以柔性电路的形式的示例性电容式传感装置；
图13根据本公开的一些实施例，示出相对于移动设备布置的示例性电容式传感装置；和
图14根据本公开的一些实施例，示出了具有L形的电容式传感器的示例性电容式传感装置。
具体实施方式
电容式传感及其在移动设备中的应用
电容式传感被用于许多不同类型的传感器，包括用以检测和测量距离、位置或位移、湿度、流体水平和加速度的那些传感器。电容式传感作为人机接口设备(HID)技术(例如，以取代计算机鼠标)已经变得越来越流行。HID技术可以基于电容式耦合，它需要把人体电容作为输入。电容式触摸传感器被用在许多设备中，例如膝上型触控板、数字音频播放器、计算机显示器/触摸屏、移动电话、移动设备、平板电脑等。设计工程师继续选择电容式传感器，因为它们的通用性、可靠性和耐用性，独特的人机界面，和与机械开关相比的成本降低。
电容式传感器通常检测导电的或具有与空气的介电常数不同的任何物体，例如，人的手或手指的一部分。当激励信号充电电容式传感器(例如，一个电极)，电容式传感器成为虚拟电容器的两个板中的一个。当充当虚拟电容器的第二板的物体接近电容式传感器时，在电容式传感器上基于目前电荷的虚拟电容可以被测量，例如，通过电容式传感控制器。电容式传感控制器是一种电子设备，它可以包括被配置成测量虚拟电容并且转换模拟测量成数字数据的模拟前端。一些电容式传感控制器能够生成高分辨率的电容测量数据，每个电容式传感器高达16位或更多。电容式传感控制器也可以为提供到电容式传感器的激励信号提供激励源。典型地，电容式传感控制器可以具有多个可连接到若干电容式传感器的输入引脚。
用于移动设备的电容式传感在感测围绕移动设备的动态环境特别有用。作为电容式传感器的电极可以是便宜并且这些电极可以非常紧凑、轻薄，这使得电容式传感特别适用于移动设备，它们的外形因子能够对它们内部电子设备施加约束。例如，电容式传感可以避免需要机械按钮而这往往在移动设备中难以提供，其设计约束持续地驱使设备更小一些、更平滑和/或防水。
在本公开上下文中的移动设备包括可以由一个或多个用户的一个或多个手所持有的电子设备(电子设备可以完全移动的，和电子设备可以被拴到其它电子设备)。移动设备，凭借具有小的外形因子，通常在使用时由用户一只手或多手持有。移动设备可以包括移动电话、平板电脑、笔记本电脑等。虽然本发明着重于与具有能够容易地由使用者的手来持有的外形因子的移动设备的这些类型相关的例子，本文所描述的传感器布置通常也适用于电子设备。例如，示例性电子设备可以包括方向盘、游戏控制台的控制器、家用电器、互动显示器等。广义地说，它由本领域技术人员所理解本文所公开的传感器布置可以应用于用户期望使用他们的手和/或手指与其交互的电子设备。
理解握持感测和手指跟踪
本公开的上下文中握持感测包括用户正在如何持有移动设备的感测。握持的概念并不仅仅是一个简单的用户是否持有设备的激活或检测，或一个人是否在附近的简单确定。握持感测可以感测各种握持方式，其中用户正在持有并且身体上正在与移动设备交互。手指跟踪可以确定移动设备附近的手指位置和/或运动。图1和2描述了用于握持感测和/或手指跟踪的示例性程序。
图1根据本公开的一些实施例，示出了用于握持感测和包括手指跟踪的可能扩展的示例性分析。具有适当的电容式传感装置的移动设备可以通过分析电容式测量数据确定了许多不同类型的信息。
在用户接近检测层102，如果一个人在附近或者如果移动设备被无生命物体持有，电容式传感可以识别。在某些情况下，电容式传感甚至可以对电容式测量作三角测量以确定附近一个或多个用户之间的距离和移动。此外，电容式传感可以推断移动设备的放置情形(例如，它是在桌上，在钱包内，是用户正持有设备，等)。
在手判定层104，电容式传感可以确定偏手性。例如，电容式传感可以确定右手、左手、或双手或没有手是否正在持有移动设备。
在手势判定层106，电容式传感可以确定握持是基于掌握还是基于捏握。掌握被定义为其中移动设备的一部分由手掌或基关节区域皮肤的摩擦力被持在手里的握持的家族。捏握把被定义为，其中主要由拇指尖和指尖或其他表面的某些组合提供用于持有手机的摩擦力握持的家族。如果未检测到手，电容式传感可以使用具有介电常数的电容关系执行材料检测算法来推断关于周围环境的信息。
在握持检测层108，电容式传感可以从电容式传感器的测量确定的特定类型的握持。示例性握持包括：三指掌握、五指掌握、两指捏、三指捏等。握持的类型可以是具有细微差别，并且在某些情况下，电容式传感可以在25个或更多握持间准确区分。
在握持分析扩展层110，电容式传感可以导出除握持外的其他信息，例如用户标识、意图识别、握持手势(例如，检测握持的顺序)和手指跟踪(例如，用于按钮替代、手指手势)。存在通过分析提供给和从握持算法取回的原始和派生数据可得到的扩展功能。握持元分析可以识别移动设备的主要用户当前是否正在提供握持信息。另外，意图识别、例如拇指使劲达到跨越屏幕，是可识别。握持手势和/或手指跟踪可以包括使用握持作为用于隐式命令的用户输入机制，例如锁定和解锁，基于握持时序。显式输入，例如手指滑动或轻敲移动设备的机壳或外壳，可以被采取以替代物理按钮。应用程序可以使用在手机机壳上任意摆放和编号的按钮和滑块。
基于电容式传感器数据，通过应用分析的这些示例性的层，移动设备可以导出关于用户和移动设备之间的关系的信息。例如，握持感测可以提供用户界面，其中用户提供用户输入到移动设备。在另一实例中，握持感测可以允许移动设备以调整内部特性例如天线调谐或波束成形。在又另一实例中，与通用手势相关的握持感测可以指示使用情形和/或用户意图。握持感测及其扩展可以为用户引入了更方便地与移动设备交互的新的方式。
图2根据本公开的一些实施例，示出了用于握持感测和/或手指跟踪的示例性方法。其它方法可以使用，并且图2中所示的方法仅仅示出了用于握持感测和/或手指跟踪的示例性方法。具有电容式传感控制器和电容式传感装置或两者的移动设备，可以至少执行示例性方法的一部分。握持感测和/或手指跟踪模块可以至少执行示例性方法中的一部分来导出握持信息和手指信息。握持感测和/或手指跟踪模块至少可以在以下的任何一个或多个部分地被提供：移动设备，可通信地连接到移动设备的电子设备，和在云服务的电子设备等；从该方法生成的数据被存储在存储器(例如，内存)，它至少可以使用以下的任何一个部分地被提供：移动设备，可通信地连接到移动设备的电子设备，以及云服务等。
该方法包括，在框202中，接收来自电容式传感控制器的电容式传感测量(由电容式传感器测量)。测量作为一段数据可以被存储在保持在存储器内的阵列里(或一些其它合适的数据结构)。通过其他方式的其他测量可以被记录作为阵列中的一段数据也是可能的(例如，温度读数、加速计读数等)
在框204，该方法进行到从测量计算比率。现阶段所计算比率的例子可以包括增益无关比率：其中A是一个电容式传感器的传感器测量，且B是另一个电容传感器的传感器测量。任何适当数量的传感器测量对可以用于计算多个比率值。这些比率值可以被作为一段数据存储在保持在存储器内的阵列中(或一些其它合适的数据结构)。这种比率使得运动伪影从电容式传感器测量取消。除了计算比率，其它值也可以通过该方法计算并存储在阵列中。其他值包括相对于时间的第一和第二导数(例如，使用过去的电容式传感测量)，基于多个电容式传感器的测量的三角函数数据等。
该方法可以可选地包括，在框206中，根据在框202和/或框204获得的数据的块生成互相关矩阵。相关性，在本公开的范围内，涉及一块数据增加/减少/不变多少，而另一块数据被增加/减小/不变。配对不同的数据片段的矩阵或表可以被生成以用公式表示两块数据观察到的关系。例如，该方法可以确定是否一块数据与另一块数据正相关并且存储这样相关性在保持在存储器中的互相关矩阵。同样地，该方法可确定是否一块数据是否与另一块数据负相关，并且存储这种相关性在互相关矩阵中。没有相关性(例如，两个数据块没有改变或保持稳定)，也可以被记录在互相关矩阵中。
该方法可以包括，在框208中，推断关于移动设备与环境和/或用户之间的关系的信息。推断步骤可以采取多种的输入，包括一个或多个：在框202中获得的数据块，在输入框204获得的数据块，和来自框206的互相关矩阵中的项目。推断步骤可以应用一个或多个适当的人工智能算法(如，以规则为基础的分类、决策树、K-NN算法的概率分类(如朴素贝叶斯分类器)、线性分类、逻辑回归分析、神经网络、感测器、支持向量机、聚类算法等。)任何数量的人工智能算法都可以使用，只要它被配置以使用足够精度为应用从数据中推断握持和/或手指信息。
基于框208输出(多个)，该方法包括报告握持感测和/或手指的跟踪信息到另一个模块进行处理。例如，运行在移动设备上的应用程序可以取走所报告的信息和解释信息为有效的用户输入。
在电容式传感装置中电容式传感器空间布置的重要性
设计电容式传感器装置是不平凡的。电容式传感器的放置和物理设计可以显著影响提供握持感测和/或手指跟踪的算法性能。为此，设计师必须在为电容式传感装置提供电容式传感器时务必小心。坏传感器将不能提供适当的数据用于准确地区分具有细微差别的握持或精确检测手指相对于移动设备的位置。本公开描述了一种它的电容式传感器具有的独特的空间布置和物理设计的电容式传感器装置，旨在实现最佳握持感测和/或手指跟踪结果。
实例：4传感器设计
图3根据本公开的一些实施例,示出了用于移动设备的示例性电容式传感装置和由电容式传感装置的电容式传感器生成的说明性响应曲线。该图包括的示例性响应曲线302和示例性移动设备304(例如，智能电话、平板电脑等)。此外，该图显示了可用于移动设备304的示例性电容式传感装置。电容式传感装置可以在每一侧具有两个传感器，构成总共4个传感器。
在本实例中，电容式传感装置包括第一电容式传感器，其包括基本上沿第一线308空间地布置的第一条带306a和306b。第一电容式传感器优选位于邻近用户的手预计经常触摸的移动设备的边缘或侧面。第一条带306a和306b到第一线的对齐不必是精确，但是它是优选的第一条带306a和306b被空间地布置为在一条线上的段以基本上匹配(基本上是直的)移动设备304的边缘。
示例性电容式传感装置包括第二电容传感器，其包括基本上沿第二线312空间地布置的第二条带310a和310b。第二电容式传感器优选地位于邻近与用户的手预计经常触摸的移动设备的边缘或侧面的其他/相对的边缘或侧面。第二线312可以基本上平行于第一线308，尤其是如果手机以矩形形式并且用户预期在两个相对侧面握持移动设备。第二条带310a和310b对第二线的对齐不必精确，但是它是优选的第二条带310a和310b被空间地布置为在一条线上的段以基本上匹配(基本上是直的)移动设备304的另一个边缘。
响应曲线302示出了由各自的电容式传感器(第一条带306a和306b)生成的响应314a的和314b，当小金属球沿着移动设备304的第一侧滚动。响应314a和314b对应于由各自电容式传感器(第一条带306a和306b)获得的电容式传感器测量，相对于沿着移动设备304的第一侧或邻近第一线308金属球的位置。金属球模拟人手或物体沿着邻近第一条带，移动设备的一侧移动。响应曲线302用于说明第一电容式传感器和第二电容式传感器的特征行为。为了简单起见，仅第一电容式传感器的响应曲线被示出，因为第二电容式传感器的特征行为对应于第一电容式传感器的特征行为。
如从由第一条带306a和306b生成的响应314a和314b中可以看出，每一个第一条带被配置以生成各自来自位于邻近第一线的物体的特性响应。当物体位于沿着各自第一线的长度时，由每一个第一线的生成的各自的响应是饱和的。这一行为可以从平坦的、非变化响应(“死区”)看出，当物体被沿第一条带的长度滚动时。一般而言，死区不是最佳的用于握持感测和/或手指跟踪，因为信息无法容易地与在移动设备的侧面的手和/或手指一部分的位置关联，由于它的非变行为。此外，当物体从每一个第一线的端部远离时，各自的响应逐渐减少。当物体从第一条带的端部滚过时，表现可以从尾部响应看出。响应的逐渐减少可以与从第一条带的端部到物体的距离分之一相关。尾部响应通常对于握持感测和/或手指跟踪更好，因为信息可以与在移动设备侧部的手和/或手指的一部分的位置相关。
在图3所示的例子中，第一电容式传感器(在移动设备304的一侧)具有两个第一条带306a和306b，每个生成各自的响应314a和314b。第一条带的类似集合(例如，第二条带310a和310b)在移动设备304的另一侧呈现出与第一条带306a和306b类似的行为。
下面简单介绍响应314a和314b的一些示例性特征：
·响应314b的左尾部延伸到响应314a的死区。即使响应314a的具有沿第一条带306a的长度的死区，314b的变化的响应提供了用于握持感测和/或手指跟踪算法的信息以推断沿着第一带306a的长度的物体的位置信息。
·响应314a的右尾部沿第一条带306b的长度延伸到响应314b的死区。314a的变化的响应提供了用于握持感测和/或手指跟踪算法的信息以推断沿着第一带306b的长度的物体的位置信息。
·响应314a的右尾部与314a的左尾部在第一条带306a和第一条带306b的间距内重叠，从而允许算法推断沿着两个条带间距的跨距的物体移动的位置信息。
如从响应曲线302中可以看出，电容式传感器的间距和长度可以确保在移动设备304的一侧的长度上的任何点上，一个或多个条带正在生成逐渐减少/逐渐增加的响应。电容式传感器的这一理想的特性可以帮助握持感测和/或手指跟踪算法来确定具有细微差别的握持和/或精确地确定沿着移动设备304侧面的手指的位置。
与条带长度和条带间距相关的通用设计考虑
用作电容式传感器的条带的特性响应是设计具有最佳握持感测和/或手指跟踪能力的适当电容式传感装置时的一个重要考虑因素。握持感测和/或手指跟踪算法往往从传感器测量(例如，衍生物)，不同的传感器之间的传感器测量的比率中观察到的变化，和/或不同测量或导出的测量之间的相关性(如相对于图2所述)推断握持/手指信息。出于这个原因，重要的是，用于沿移动设备的侧面上的任何点(或至少为沿第一条带的跨度的任意点)，至少有一个或多个第一条带能够生成充分支持这些握持感测和/或手指跟踪算法的电容式传感器测量。否则，握持感测和/或手指跟踪算法将不能够在具有细微差别的握持间区分或精确地确定沿着移动设备侧面的手指的位置。
当来自第一条带的响应饱和时，算法可能无法告知沿着第一条带的长度的金属球的位置，根据来自第一条带的电容式传感器读数，由于沿着第一条带响应没有变化。相反地，当来自第一条带的响应逐渐减少或增加时，算法很可能能够告诉(来自第一条带的电容式传感器读数)金属球相对于第一条带的端部的位置并且根据从响应导出的信息：导数(多个)的正负、比率的大小、数据间的相关性等金属球正在移动的位置。条带的长度和条带的间距可以直接影响在移动设备侧面上的逐渐减少/增强响应的覆盖范围。最佳地，一个或多个条带应该在沿着移动设备的任何点或至少沿着第一条带的跨距的任何点生成有意义的/提供信息的响应，
为了确保电容式传感装置用于握持感测和/或手指跟踪是最佳的，第一条带具有各自长度和在第一条带间的间距(多个)，并且第二条带具有各自长度和在第二条带间的间距(多个)。当设计能够沿着移动设备的侧面提供合适的响应以支持最优握持感测和/或手指跟踪的电容式传感装置时，长度和间距是重要的。特别是，选择最优长度和间距对于沿着移动设备长度其中用户触摸最多或者其中握持感测和/或手指跟踪的精度最需要的部分是重要的。
通常，传感器的长度应尽量短，或者在最低限度以减少的“死区”的跨度，其中各自响应饱和。传感器的间距应足够接近(而不是相隔太远)使得各自电容的逐渐减少/增强的响应响应可以重叠和/或渗入“死区”使得当来自一个传感器的响应饱和时，从另一传感器另一响应可以提供变化的响应，即，适于握持感测和/或手指跟踪信息。第一条带的各自长度和第一条带之间的间距(或多个)应这样提供以致在沿第一线的第一条带的跨距上，第一条带的一个或多个被配置以生成逐渐减少或增加的响应当物体沿第一线移动，或措辞不同，第一条带的各自长度和第一条带间的间距(多个)应该提供使得，在沿第一线的第一条带的跨距上，至少第一条带其中一个被配置不生成饱和响应当物体沿着第一线移动时。典型的电容式传感器装置包括具有各种长度和间距的条带。
电容式传感装置的上述这些期望的特性，不仅适用于图3中所示的例子，而且这些特性继续适用于在每边上使用两个或更多条带的实施例。
实例：6传感器设计
图4根据本公开的一些实施例，示出了移动设备的另一个示例性电容式传感装置和由电容式传感装置的电容式传感器生成的说明性响应曲线。图4包括的示例性响应曲线402和示例性移动设备404(例如，智能电话、平板电脑等)。此外，该图示出了适用于移动设备404的示例性电容式传感装置。电容式感测装置在每一侧具有3个传感器，这样一共构成6个传感器。
在这个例子中，一个(额外)的中间条带被提供用于移动设备404的一个侧。一般而言，提供了更多的条带可以提供用于握持感测和/或手指跟踪算法的更多数据，从而改进其性能。电容式传感装置包括第一电容式传感器，它包括基本上沿着第一线408空间地布置的第一条带406a-c。第一条带406a和406c被分别认为第一端条和第二端带(在沿着第一线408的阵列条带的任一端)，并且第一条带406b被认为是中间条带。示例性电容式传感装置包括第二电容式传感器，其包括基本上沿着第二线412空间地布置的第二条条带410a-c。
响应曲线402示出了由各自的电容式传感器(第一条带406a-c，分别地)生成的响应414a-c当小金属球沿着移动设备的第一侧滚动时。响应414a-c对应于由各自电容式传感器(第一条带406a-c，分别地)相对于沿着移动设备404的第一侧或邻近第一线408的金属球的位置获得的电容式传感器测量。从响应曲线402可以看出，对于沿着移动设备404的一侧的任何点，第一条带中的至少一个可以生成能够充分支持这些握持感测和/或手指跟踪算法的电容式传感器测量。第一条带的类似集合将在移动设备404的另一侧呈现与第一条带406a-c类似的行为。
下面简单介绍响应414a-c的一些说明性特点：
·第一端条和/或第二端条被配置以生成逐渐减少或增加的响应，当物体沿中间条带的长度移动时。具体地，响应414a的右尾延伸过中间条带(第一带406b)的长度和响应414c的左尾延伸过中间条带(第一带406b)的长度。中间条带(第一带406b)生成饱和响应当物体沿着中间条带的长度移动时。因此，希望第一端带(第一带406a)和/或第二端带(第一带406c)生成逐渐减少或增加的响应当物体沿着中间条带(第一带406b)的长度移动时。
·中间条带被配置以生成逐渐减少或增加的响应，当物体沿第一端带或第二端带的长度移动时。通过具有中间条带(第一带406b)，来自中间条带的响应414b的尾部可以用于提供沿着响应414a和414c的死区的逐渐减少或增加的响应(即，当物体沿着第一端带(第一带406a)或第二端带(第一条带406c)的长度移动(时)。
·第一条带的两个各自被配置以生成逐渐减少或增加的响应，当物体沿两个条带之间(条带不能间隔太远开)的间距的长度移动时。至少两个逐渐减小/增加响应可以帮助准确握持感测和/或手指跟踪当物体沿着条带间的间距长度移动时。更多响应比更少响应更好因为更多的信息可以被提供给用于握持感测和/或手指跟踪的算法。
·中间条带被配置以生成逐渐减少或增加的响应，当物体沿着第一线在第一条带的间距上移动时。
·在一些实施例中，中间条带的长度比第一端条和/或第二端条更短，因为手指靠近中间条带频繁移动。通过使中间条带更短，来自中间条带的响应的死区变短。
实例：8传感器设计
图5根据本公开的一些实施例，示出移动设备的另一个示例性电容式传感装置和由电容式传感装置的电容式传感器生成的说明性响应曲线。图5包括示例性响应曲线502和示例性移动设备504(例如，智能电话、平板电脑等)。此外，该图示出了可用于移动设备504的示例性电容式传感装置。电容式传感装置在每一侧具有4个传感器，总共构成8个传感器。
在这个例子中，提供了用于移动设备504的一个侧的两个中间条带。一般而言，提供了更多的条带可以提供用于握持感测和/或手指跟踪算法的更多数据，从而改进其性能。电容式传感装置包括第一电容式传感器，它包括基本上沿着第一线508空间地布置的第一条带506a-d。第一条带506a和506d分别被认为是第一端条和第二端条(在沿着第一线508的阵列条带的任一端)，并且第一条506b和506c被认为是中间条带。示例性电容式传感装置包括第二电容式传感器，其包括基本上沿着第二线512空间地布置的第二条带510a-d。
在图5中所示的例子，第一电容式传感器(在移动设备504的一侧)具有分别生成响应514a-d的四个第一条带506a-d。第一条带类似的集合将在移动设备504的另一侧呈现于第一条带506a-d类似行为。
下面简单介绍响应514a-d的一些示例性特征：
·第一端条和/或第二端条被配置以生成逐渐减小或增加的响应，当物体沿着一个或多个中间条带中任何一个的长度移动时。这样可以确保在中间条带的死区良好的握持感测和/或手指跟踪。
·一个或多个中间条带中的一个或多个被配置以生成逐渐减小或增加的响应，当物体沿第一端带或第二端带的长度移动时。这样可以确保在端带的死区内良好的握持感测和/或手指跟踪。
·两个第一条带各自配置以生成逐渐减小或增加的响应，当物体沿两个条带之间的间距的长度移动时。这样可以确保条带间距的跨距内良好的握持感测和/或手指跟踪。在一些情况下，两个中间条带在两个中间条带之间单独生成逐渐/增加响应，而无需来自端带的帮助。这是一个额外的奖金，如果端带的一个或两个同时在两个中间条带之间生成逐渐减小/增加的响应。
·中间条带的一个或多个被配置以生成逐渐减小或增加的响应，当物体沿着第一线在第一条带的跨距上移动时。这可以很容易地被提供当有两个(或多个)中间条带时。
·在一些实施例中，一个或多个中间条带长度短于第一端带和/或第二端带。
实例：10传感器设计
根据本公开的一些实施例，图6示出了移动设备的另一个示例性电容式传感装置和由电容式传感装置的电容式传感器生成的说明性响应曲线。图6包括示范性响应曲线602和示例性移动设备604(例如，智能电话、平板电脑等)。此外，该图示出了可用于移动设备604的示例性电容式传感装置。电容式传感装置在每一侧可以具有5个传感器，一共构成10个传感器。
在本实例中，提供用于移动设备604一侧的两个中间条带。提供了更多条带可以提供用于握持感测和/或手指跟踪算法的更多数据，从而改进其性能。电容式感测装置包括第一电容式传感器，它包括基本上沿着第一线608空间地布置的第一条带606a-e。第一条带606a和606e分别被认为是第一端带和第二端带(在沿着第一线608的阵列条带的任一端)，并且第一条带606b-d被认为是中间条带。示例性电容式传感装置包括第二电容式传感器，它包括基本上沿着第二线612空间地布置的第二条带610a-e。
在图6中所示的例子，第一电容式传感器(在移动设备604的一侧)具有分别生成响应614a-e的5个第一条带。第一条带的类似集合在移动设备604的另一侧呈现于第一条带606a-e类似的行为。以下简要介绍响应614a-e的一些说明性特征：
·第一端条和/或第二端条被配置以生成逐渐减小或增加的响应，当物体沿着一个或多个中间条带中的任何一个的长度移动时。这样可以确保在中间条带的死区内良好的握持感测和/或手指跟踪。
·一个或多个中间条带的一个或多个被配置以生成逐渐减小或增加的响应，当物体沿着第一端带或第二端带的长度移动时。这样可以确保在端带的死区内良好的握持感测和/或手指追踪。
·两个第一条带各自配置以生成逐渐减小或增加的响应，当物体沿着第一线在第一条带的跨距上移动时。这样可以确保在条带间距的跨距内良好的握持感测和/或手指跟踪。
·中间条带的一个或多个被配置以生成逐渐减小或增加的响应，当物体沿着第一线在第一条带的跨距上移动时。这样可以很容易地被提供当有两个(或多个)中间条带时。
·在一些实施例中，一个或多个中间条带长度短于第一端带和/或第二端带。
五个条带设计的教导可以很容易地扩展到在移动设备的一侧使用六个或多个条带，通过提供一个或多个本文所述的特征。
差分跟踪
电容式传感对环境高度敏感。出于这个原因，电容式传感可能容易受到由环境中不期望的变化引起噪声的问题的影响。例如，这些噪声问题其中之一可能由靠近电容式传感装置的热电子元件引起。热电子可以创建温度梯度从而影响围绕电容式传感器的环境的电介质。因而电介质的作用可能会以不期望的方式影响电容式传感测量。
图7根据本公开的一些实施例，示出具有差分跟踪的移动设备的示例性电容式传感装置。电容式传感装置包括可连接到电容式感应控制器704的电容式传感器702(例如，一个条带)。典型地，连接电容式传感器702和电容式传感控制器704的导线可以需要穿过其他电子元件行进一段距离。连接到电容式传感器的电线也可以作为由围绕导线的环境的影响的电容式传感器。电子元件，如功率放大器706和专用处理器708，可能加热到未确定的温度，在移动设备正在使用的不同时间点。因而由这些电子元件生成的温度梯度可以产生超过导线的长度的局部影响。
为了消除这些局部影响，电容式传感装置可以采用差分跟踪。差分追踪可以包括第一迹线(“CIN1”)可连接到电容式传感控制器704的第一输入端(“1”)并且连接第一电容式传感器(电容式传感器702)其中之一，和第二迹线连接(“CIN2”)可连接到电容式传感控制器704的第二端(“2”)并且不连接第一电容式传感器(电容式传感器702)的其中之一。因为第一迹线和第二迹线彼此相邻，来自迹线上温度梯度的局部影响可以被抵消，如果电容式传感控制器或一些其它模块注意到经由第一输入端和第二输入端(而不是在单端设计中仅注意到仅来自第一输入端的电容式传感测量)获得的电容式传感测量之间的差异。任何数量的电容式传感器可以采用差分跟踪以减少由迹线上的局部影响造成的失真。
传感器条带设计
可以影响电容式传感器测量的失真的另一个来源是寄生电容，它可以在电容式传感器802间建立(即，条带中的任何一个)与包围电容式传感器的移动设备的材料。降低电容式传感器的寄生电容的一种方法是缩减电容式传感器的面积。但是，降低电容式传感器的面积并不总是可能的，因为条带长度的约束，当试图提供用于最佳握持感测和/或手指跟踪的电容式传感器时。代替减少长度以缩减面积，电容式传感器可以采用物理设计以减少不期望的寄生电容。
图8根据本公开的一些实施例，示出了电容式传感装置的示例性电容式传感器。电容式传感装置包括电容式传感器802(即，一条带)和说明性的迹线804。用于减小电容式传感器802的一个可能特征是提供一个或多个圆形或切掉角部以减少由电容式传感器802使用的面积。用于减少电容式传感器802的面积的另一个可能特征是在电容式传感器802的中心或者接近中心提供切口或中空部分以减少由电容式传感器802使用的面积大小。切口或中空部的形状可以根据不同的应用而变化。要小心以不减少电容式传感器802的有效面积，因为该面积与由电容式传感器可获得的响应的动态范围相关。
电容式传感装置的放置
使用本文公开的电容式传感装置为数不多考虑之一是相对于移动设备装置的放置。图9A-C、10A-C和图11A-C根据本公开的一些实施例，示出了相对于移动设备的内底盘和外壳的电容式传感装置的示例性的放置。图9A-C、10A-C和图11A-C是在标记A和A'线截取的移动设备902的横截面视图。
该部底盘典型地是模制容器或用于围绕关联移动设备(例如，印刷电路板、天线、处理器，显示电子设备等)的各种电子设备的壳体。外壳通常是一个盖，其围绕模制容器，并且外壳可以是可移除的或永久地固定到内底盘或移动设备的其他部分。
对于图9A-C、10A-C和11A-C，具有圆角的内矩形呈现移动设备的示例性内部底盘，具有圆角的外部矩形呈现移动装置的实例外壳。黑色粗线表示用作电容式传感器(黑粗线的重量对应于条带的厚度，而不是条带的长度)的条带。一个小的灰色的矩形表示外壳和内部底盘之间的电连接(例如，用于在电子设备中连接电容式传感器连接到组件的触点)
图9A-C显示至少一部分电容式传感装置(一个或多个电容式传感器)可以定位在内部底盘的一个或多个空腔。切口可以内部底盘中制造以允许传感器被放置于内底盘。此结构允许传感器通过利用由内底盘占据以把传感器放在支架上未使用的空间以适应内底盘设计的外形尺寸。
图10A-C示出了至少部分的电容式传感装置被附加到内底盘的一个或多个表面。例如，电容式传感装置可以使用合适的粘合剂或粘合方法被附加到内底盘。这种结构允许内底盘设计不变(无需切口)。
图11A-C示出了至少部分的电容式传感装置可以在外壳中(可以嵌入在外壳或位于外壳中的切口)或者在配置以朝向移动设备的外壳表面的上面。在一些情况下，连接可以被提供以电连接电容式传感装置到在内底盘内的电容式传感控制器。例如，外壳可以包括连接到内底盘上的一个或多个弹簧针的一个或多个导电焊盘。
图9A、图10A和11C示出了传感器的优选放置。直接在两侧放置传感器使得传感器接近手/手指的一部分触摸最多的地方。这允许捕获用于握持感测和/或手指跟踪的最佳电容式传感器测量。图9B、10B和11B也是传感器的期望放置。
实例柔性电路设计
电容式传感装置的电容式传感器可以被提供在柔性电路上以减少在移动设备上实现电容式传感装置所需要的占用面积。图12根据本公开的一些实施例，示出了以柔性电路形式的示例性电容式传感装置。柔性电路可以包括在柔性电路的主要部分1202上提供的迹线，它从到电容式传感控制器的连接到用于放置在柔性电路的腿1204和1206上提供电容式传感器的合适位置。
图13根据本公开的一些实施例，示出了相对于移动设备布置的示例性电容式传感装置。主要部分1202允许迹线从到移动设备的连接并且沿着移动设备1302的一侧在第一表面上运行。腿1204和1206提供了用于电容式传感装置折转并且允许电容式传感器被放置在移动设备1302的侧面上在结合第一表面的第二表面上。在一些情况下，第一表面和第二表面的弯曲表面一部分。
电容式传感装置的变型
图14根据本公开的一些实施例,示出了具有L形的电容式传感器的示例性电容式传感装置。对于实施例中电容式传感装置不具有许多传感器，通过在传感器的转角提供L形传感器以改善电容式传感装置是可能的。这改善握持检测，其中传感器测量可以提供更好的指示，当手掌插入到设备的转角时。L形传感器可以在本文公开的任何实施例的第一电容式传感器和/或第二电容式传感器的任一端或两端使用。
典型地，第一电容式传感器的空间布置基本上对称于第二电容式传感器的空间布置，相对于平行于第一线的轴。然而，虽然示出的实施例在此示出了对称的电容式传感器，其中空间布置和设计对于第一电容式传感器(在移动设备的一侧)和第二电容式传感器(在移动设备的相反侧)是相同的，电容式传感器不需要是对称的是可能的。第一电容式传感器的空间布置可以不对称与第二电容式传感器空间布置，相对于平行于第一线的轴线。例如，有可能在每一侧提供不同数量的传感器。在另一种情况下，有可能在每一侧提供具有不同长度和/或间距的传感器。非对称的设计是允许的只要电容式传感器装置的所需要的特性基本上满足。非对称的设计的可能性可以使得工程师在特定电子设备上实现电容式传感装置以更容易地提供电容式传感器因为电子设备的许多其他部分对传感器的放置和大小施加限制。此外，应注意的是电容式传感器不必在电子设备的整个长度上延伸以提供所期望的响应。它是来自电容式传感器的响应，其优选地在电子设备的整个长度上延伸用于最优的握持感测和/或手指跟踪。
应当指出第一电容式传感器优选位于邻近移动设备、用户的手预计经常碰到的边缘或侧面。第一条带到第一线的对齐不必是精确的，但它是优选第一条带在空间上布置为在一个线上的片段以基本上匹配移动设备的(基本上是直的)边缘。第二电容式传感器优选位于邻近用户的手预计经常触摸的移动设备的另一个边缘或侧面。第二线可以基本上平行于第一线，特别是如果手机是规则形式，并且用户预期从两个相对侧面握持移动设备。第二条带到第二线的对齐不必是精确的，但优选的是第二条带在空间上布置为在一条线的片段基本匹配移动设备的另一边缘(基本上是直的)。虽然在此描述的传感器被放置在电子设备的长边，它也可以被放置在短边或者矩形电子设备的所有侧面。条带优选在一条直线运行并且具有线性外形，虽然有可能条带可以被弯曲或呈现非直线边缘。
可用于电容式传感器的材料可以包括任何合适的金属材料，任何合适的碳基材料，氧化铟锡或其它重掺杂半导体，任何合适的导电塑料，或可作为电容式传感器的任何合适的导电材料。
在上述各实施例的讨论中，本文描述的组件可以很容易地被替代、替换或否则为了适应特定的电路需要修改。此外，应该指出的是互补的电子设备的使用、硬件、软件等的提供用于实现本公开的教导同样可行的选择。
在一个示例实施例中，图中任何数量的电路可以被实现在板上或在某些情况下，相关联的电子设备的柔性电路板。该板可以是通用电路板，可以容纳电子设备的内部电子系统的各种组件(例如，专用处理器、电容式传感控制器等)并且，另外，对于其他外围设备提供连接器。更具体地，板可以提供电连接，通过它系统的其它部件可以电通信。任何合适的处理器(包括数字信号处理器、微处理器、支持芯片组等)，计算机可读非临时性存储元件等可以被适当地连接到该板，根据特定结构的需求、处理需求、计算机设计等。其他组件，例如外部存储、附加的传感器、用于音频/视频显示器的控制器以及外围设备可以被作为插入式卡附加到该板，通过电缆，或集成到板本身。在各种实施例案，在本文中所描述的功能性可以在仿真形式被实施，作为在支持这些功能的结构中排列的一个或多个可配置(例如，可编程)的元件内运行的软件或固件。提供仿真的软件或固件可以被提供在包括允许处理器执行那些功能的指令集的非临时性计算机可读存储介质上。
在另一示例实施例中，图的电路可以被实现为单独的模块(例如，具有配置以执行特定的应用或功能的相关组件和电路的设备)或以插件模块的方式实现到电子设备的专用硬件。需要注意的是，本公开的具体实施例可以容易地包括在片上系统(SOC)包，无论是在部分或全部。SOC表示集成了将计算机或其它电子系统的组件集成到单个芯片的集成电路。它可能包含数字、模拟、混合信号，并且经常射频功能：所有这些可以被提供在单个芯片衬底。其他实施例可以包括多芯片模块(MCM)，具有多个位于单一的电子封装内并且配置以彼此通过电子封装紧密相互作用单独的IC。在各种其它实施例中，握持感测和/或手指跟踪功能可以被实现在专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和其他的半导体芯片的一个或多个硅芯上。
还必须要注意的是所有的说明书、尺寸和本文所概述的关系(例如，处理器的数目、逻辑操作等)只被提供用于示例的目的和教导。这样的信息可以变化相当大，而不脱离本公开的精神或所附权利要求的范围。本说明书仅适用于一个非限制性实例，因此，它们应被解释为这样。在前面的描述，示例实施例已经描述参考特定的处理器和/或部件的布置。各种修改和改变，可以对这样的实施例而不脱离所附权利要求的范围。说明书和附图相应地，应被认为是说明性的而不是限制性的。
注意，上面参照图所讨论的活动适用于涉及人的交互的任何集成电路。在某些情况下，本文中所讨论的特征可以适用于消费电子设备、航空系统、汽车系统、工业电子系统、医疗系统、音频和视频设备、装备和其它人类可以与之交互的基于数字处理的系统。
注意，对于本文所提供许多实例，相互作用可以在两个、三个、四个或多个电子部件来描述。然而，这项工作已经完成仅为了清楚和示例起见。应当理解，该系统可以以任何合适的方式进行合并。沿着类似的设计替代方案，任何示出的组件、模块和图的元件可以以各种可能的结构相结合，所有这些在本说明书的范围之内是清楚的。在某些情况下，可能会更容易来描述一个或多个一组给定流的功能仅由参考数量有限的电子元件。应当理解的是，图的电路和它的教导是容易可扩展的并且可以容纳大量的组件，以及更复杂/精密布置和结构。因此，所提供的实例不应该限制其范围或抑制电路的广泛教导因为其潜在地适用于其他无处的架构。
注意，在本说明书中，参考各种特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤，操作、特性等)包含在“一个实施例”、“示例实施例”、“实施例”、“另一实施例”、“一些实施方案”、“各种实施例”、“其他实施方案”、“替代实施例”等旨在表示任何这样的功能都包含在本公开的一个或多个实施例，但可以或可以不以在相同实施例进行组合。需要注意的是上面描述的装置的所有可选特征也可以相对于本文所描述的方法或过程被实现并且实例中的特性可以在一个或多个实施例的任何地方被使用。
同样重要的是要注意与电容式传感器相关的功能只示出了一些可能由系统执行，或在系统所示图中的电容式传感功能。其中的一些操作可以被删除或移除在适当地方下，或者这些操作可以被修改或改变很大，而不脱离本公开的范围。另外，这些操作的定时可以大大改变。前面的操作流程已经提供了用于示例和讨论的目的。极大的灵活性通过本文所描述的实施例予以提供因为任何合适的布置、年表、结构和定时机制可以被提供而不脱离本公开的教导。
许多其它变化、替换、变型，替代和修改可以被本领域技术人员确定并且其意图是本公开包括所有这样的变化、替换、变型、替代和修改落入所附权利要求的范围内。为了协助美国专利商标局(USPTO)，此外，本申请发表的任何专利的任何读者解释权利要求书(如果有的话)或这里所附的特征的概要，申请人要指出申请人：(a)不打算任何所附的权利要求(如果有的话)或特征的概要援引美国专利法35USC第112条第6款(6)，因为它存在于申请日，除非词“手段(means)”或“步骤(step)”明确地用于特定权利要求；及(b)不打算，由本说明书中的任何陈述，以没有体现的任何方式限制本公开以所附的权利要求(如果有的话)或特征的概要。这些实例(见上文)中“装置用于”可以包括(但不限于)使用本文所讨论的任何适当的部件，以及任何合适的软件、电路、集线器、计算机代码、逻辑、算法，硬件、控制器、接口、链路、总线、通信通道等。在第二个实例中，系统包括存储器，它还包含机器可读指令，当执行时使得系统执行上面讨论的任何活动。

Claims (20)

1.一种电容式传感装置，可用于电子设备以握持感测和/或手指跟踪，其中所述电容式传感装置包括：
包括基本上沿着第一线空间地布置的多个第一条带的多个第一电容式传感器，所述多个第一条带具有各自长度和所述第一条带间的间距；和
包括基本上沿着基本上平行于所述第一线的第二线空间地布置的多个第二条带的多个第二电容式传感器，所述多个第二条带具有各自长度和所述第二条带间的间距。
2.如权利要求1所述的电容式传感装置，其中：
所述第一条带的每一个被配置以生成来自位于所述第一线附近的物体的各自响应；和
由所述第一条带生成的各自响应是饱和当所述物体沿着所述各自第一条带的长度放置时；和
所述各自响应逐渐减小当所述物体从所述第一条带的每一个的所述端远离移动时。
3.如权利要求1所述的电容式传感装置，其中：
所述多个第一条带的各自长度和所述第一条带间的间距被提供使得，在沿着所述第一线，在所述第一条带的所述跨距上，至少所述多个第一条带其中一个被配置以生成逐渐减小或增加的响应当物体沿着所述第一线移动时；或
所述多个第一条带的各自长度和所述第一条带间的间距被提供使得，在沿着所述第一线，在所述第一条带的所述跨距上，至少所述多个第一条带其中一个被配置没有生成饱和响应当物体沿着所述第一线移动时。
4.如权利要求1所述的电容式传感装置，其中：
所述多个第一条带包括两个条带。
5.如权利要求4所述的电容式传感装置，其中：
所述两个条带至少其中一个是L形。
6.如权利要求1所述的电容式传感装置，其中：
所述第一条带包括第一端带、第二端带和一个或多个在所述第一端带和所述第二端带间布置的中间条带。
7.如权利要求6所述的电容式传感装置，其中：
所述第一端带和/或第二端带被配置以生成逐渐减少或增加的响应，当物体沿着所述一个或多个中间条带中任何一个的长度移动时。
8.如权利要求6所述的电容式传感装置，其中：
所述一个或多个中间条带的一个或多个被配置以生成逐渐减小或增加的响应，当物体沿着所述第一端带或所述第二端带的长度移动时。
9.如权利要求6所述的电容式传感装置，其中：
所述多个第一条带的两个各自被配置以生成逐渐减小或增加的响应，当物体沿着所述两个条带间的所述间距的长度移动时。
10.如权利要求6所述的电容式传感装置，其中：
所述中间条带的一个或多个被配置以生成逐渐减少或增强的响应，当物体沿着所述第一线在所述第一条带的所述跨距上移动时。
11.如权利要求6所述的电容式传感装置，其中：
所述一个或多个中间条带在长度上比所述第一端带和/或所述第二端带短。
12.如权利要求1所述的电容式传感装置，其中：
所述第一电容式传感器的所述空间布置基本上对称于所述第二电容式传感器的所述空间布置，相对于平行于所述第一线的轴线。
13.如权利要求1所述的电容式传感装置，其中：
所述第一电容式传感器的所述空间布置非对称于所述第二电容式传感器的所述空间布置，相对于平行于所述第一线的轴线。
14.如权利要求1所述的电容式传感装置，还包括：
用于所述多个第一电容式传感器的其中一个的差分跟踪，其中所述差分跟踪包括：
可连接到电容式传感控制器的第一输入端的第一迹线并且连接到所述第一电容式传感器的所述其中一个；和
可连接到所述电容式传感控制器的第二端的第二迹线并且没有连接到所述第一电容式传感器的所述其中一个。
15.如权利要求1所述的电容式传感装置，其中：
所述第一条带其中一个包括中空部分。
16.如权利要求1所述的电容式传感装置，其中：
所述第一条带其中一个包括一个或多个圆角。
17.如权利要求1所述的电容式传感装置，还包括：
可用于包围电子设备的外壳，所述外壳包括用于连接所述第一电容式传感器和所述第二电容式传感器到所述电子设备中的组件的触点；
其中至少所述电容式传感装置的一部分被提供在所述外壳内或在所述外壳的表面配置以朝向所述移动设备。
18.一种电子设备，包括：
用于包围与所述电子设备相关的电子设备的内底盘壳体，
可连接到所述内底盘的一个或多个所述电子设备，用于握持感测和/或手指跟踪的电容式传感装置，其中所述电容式传感装置包括：
包括基本上沿着第一线空间地布置的多个第一条带的多个第一电容式传感器，所述多个第一条带具有各自长度和所述第一条带间的间距；和
包括基本上沿着基本上平行于所述第一线的第二线空间地布置的多个第二条带的多个第二电容式传感器，所述第二电容式传感器具有各自长度和所述第二条带间的间距。
19.如权利要求18所述的电子设备，其中：
至少所述电容式传感装置的一部分位于所述内底盘的一个或多个空腔内。
20.如权利要求18所述的电子设备，其中：
至少所述电容式传感装置的一部分被附加到所述内底盘的一个或多个表面。
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