CN106169926A - 具有交错电极结构的接近传感器总成 - Google Patents

具有交错电极结构的接近传感器总成 Download PDF

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Abstract

提供一种接近开关总成和用于检测接近开关成激活的方法。总成包括各自具有提供感测激活场的接近传感器的多个接近开关。第一接近传感器生成第一激活场且包含具有互相交叉的第一指状元件和第二指状元件的第一和第二电极。第二接近传感器生成第二激活场且包含具有互相交叉的第三指状元件和第四指状元件的第三和第四电极。第一和第二电极与第三和第四电极交错。

Description

具有交错电极结构的接近传感器总成
技术领域
本发明总体上涉及接近传感器，并且更具体地涉及具有设置为提供增强的开关激活的判定的电力连接电极的接近传感器。
背景技术
机动车辆通常装备有各种用户可致动的开关，比如用于操作包括电动车窗、前照灯、挡风玻璃雨刮器、天窗、车内照明灯、广播和信息娱乐装置、以及各种其它装置在内的装置的开关。通常，这些类型的开关需要由用户致动，以便激活或停用装置或者执行某些类型的控制功能。接近开关——比如电容开关——采用一个或多个接近传感器以生成感测激活场(sense activation field)，并感测指示开关的用户致动的激活场的变化，该变化通常由用户手指非常接近或接触传感器引起。电容开关通常配置为根据感测激活场与阈值的比较来检测开关的用户致动。
开关总成经常采用多个相互非常接近的电容开关，并且通常需要用户选择单个所需的电容开关来执行预期操作。在某些应用中，比如在机动车中的使用，由于驾驶员注意力分散，车辆的驾驶员查看开关的能力受限。在这些应用中，允许用户探索开关总成以寻找特定按钮同时避免过早判定开关激活是令人期望的。因此，辨别用户是打算激活开关、还是只是在专注于高优先级任务(比如驾驶)的同时探索特定的开关按钮、还是无意激活开关是令人期望的。
各个电容开关具有一个或多个电容传感器，一个或多个电容传感器通常包括各自具有多个电极指状元件的第一和第二电极。电极指状元件通常互相交叉——即，一个指状元件分布在另外的指状元件之间——且被充电来形成电容耦合。电容传感器通常位于在彼此隔开的位置处的分离接口区域或垫板内。提供具有允许增强的接近传感器和开关的检测的增强的电极结构的接近传感器总成是令人期望的。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种接近传感器总成。接近传感器总成包括第一接近传感器，该第一接近传感器生成第一激活场且包含具有互相交叉的第一指状元件和第二指状元件的第一和第二电极。接近传感器总成还包括第二接近传感器，该第二接近传感器生成第二激活场且包含具有互相交叉的第三指状元件和第四指状元件的第三和第四电极。第一和第二电极与第三和第四电极交错。
根据本发明的另一个方面，提供一种接近开关总成。接近开关总成包括第一接近开关，该第一接近开关具有第一接近传感器，该第一接近传感器生成第一激活场且包含具有互相交叉的第一指状元件和第二指状元件的第一和第二电极。接近开关总成还包括第二接近开关，该第二接近开关具有第二接近传感器，该第二接近传感器生成第二激活场且包含具有互相交叉的第三指状元件和第四指状元件的第三和第四电极。第一和第二电极与第三和第四电极交错。
本领域技术人员一经研究下面的说明书、权利要求、和附图，本发明的这些以及其它方面、目的、和特征将会被理解和领会。
附图说明
在附图中：
图1是具有顶置控制台的机动车辆的乘客舱的透视图，该顶置控制台采用根据一个实施例的接近开关总成；
图2是图1中所示的顶置控制台和接近开关总成的放大视图；
图3是通过图2中的线III-III截取的放大剖视图，其相对于用户的手指示出了接近开关的阵列；
图4是图3中所示的每个电容开关中所采用的电容传感器的简化示意图；
图5是示出了根据一实施例的接近开关总成的框图；
图6是示出了与电容传感器相关联的一个信道(channel)的信号计数(signal count)的曲线图，其示出了激活运动分布曲线；
图7是示出了与电容传感器相关联的两个信道的信号计数的曲线图，其示出了滑动探索/搜索运动分布曲线；
图8是示出了与电容传感器相关联的信号信道的信号计数的曲线图，其示出了缓慢激活运动分布曲线；
图9是示出了与电容传感器关联的两个信道的信号计数的曲线图，其示出了快速滑动探索/搜索运动分布曲线；
图10是示出了根据一实施例与处于探索/搜索模式的电容传感器相关联的三个信道的信号计数的曲线图，其示出了在峰值时的稳定按压激活；
图11是示出了根据另一实施例与处于探索/搜索模式的电容传感器相关联的三个信道的信号计数的曲线图，其示出了在信号下降到低于峰值时的稳定按压激活；
图12是示出了根据又一实施例与处于探索/搜索模式的电容传感器相关联的三个信道的信号计数的曲线图，其示出了垫板(pad)上的增加的稳定压力以激活开关；
图13是示出了根据又一实施例与处于探索模式的三个电容传感器相关联的三个信号信道的信号计数以及根据增加的稳定压力选择垫板的曲线图；
图14是示出了根据一实施例用状态机(state machine)实施的电容开关总成的五种状态的状态图；
图15是示出了根据一实施例的执行激活开关总成的开关的方法的例程的流程图；
图16是示出了开关激活和开关释放处理的流程图；
图17是示出了在开关非活动(switch none)和开关活动(switchactive)状态之间转换的逻辑的流程图；
图18是示出了从活动开关状态向开关非活动状态或开关阈值状态转换的逻辑的流程图；
图19是示出了在开关阈值与开关搜索状态之间转换的例程的流程图；
图20是示出了实施开关搜索状态的虚拟按钮方法的流程图；
图21是示出了根据又一实施例与具有用于开启开关的探索模式和虚拟按钮模式的电容传感器相关联的信道的信号计数的曲线图；
图22是示出了用于虚拟按钮模式的信号计数的曲线图，其中激活不被触发；
图23是示出了根据图21的实施例用于处在探索模式中的电容传感器的信号计数的曲线图，其进一步示出了开关被激活的时间；
图24是示出了根据图21的实施例用于电容传感器的信号计数的曲线图，其进一步示出了激活被触发的时间；
图25是示出了根据图21的实施例用于电容传感器的信号计数的曲线图，其进一步示出了用于退出虚拟按钮模式和重新进入虚拟按钮模式的超时；
图26是示出了根据图21所示的实施例用虚拟按钮模式处理信号信道的例程的流程图；
图27是示出了根据图21的实施例处理信号信道的虚拟按钮方法的流程图；
图28是根据另一个实施例相对于用户的手指通过接近传感器的阵列截取的放大的剖视图；
图29A是根据第一实施例在图28中所示的接近传感器的阵列的俯视图，其示出了交错的电极；
图29B是示出了根据一示例的图29A中所示的接近传感器的信号计数的曲线图；
图30A是根据第二实施例具有多个交错的电容电极的接近传感器的阵列的俯视图；
图30B是示出了根据一示例的图30A中所示的接近传感器的信号计数的曲线图；
图31A是根据第三实施例具有交错的电极的接近传感器的阵列的俯视图；
图31B是示出了根据一示例的图31A中所示的传感器设置的信号计数的曲线图；
图32A是根据第四实施例具有交错的电极的接近传感器的阵列的俯视图；
图32B是示出了根据一示例的图32A的接近传感器的信号计数的曲线图；
图33A是根据第五实施例采用交错的电极的接近传感器的阵列的俯视图；以及
图33B是示出了根据一示例的图33A中所示的接近传感器的信号计数的曲线图。
具体实施方式
按照规定，在此公开本发明的详细的实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为本发明的示例，其可以实施为各种替代形式。附图不一定是具体设计；某些示意图可以放大或缩小以显示功能概况。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅是作为教导本领域技术人员不同地使用本发明的代表性基础。
参照图1和2，根据一实施例，机动车辆10内部总体显示为具有乘客舱和开关总成20，开关总成20采用多个接近开关22，接近开关22具有开关激活监控和判定。车辆10通常包括装配到车辆乘客舱顶部的车顶或天花板下侧的车顶内衬上的顶置控制台12，其总体处在前排乘客座位区上方。根据一实施例，开关总成20具有在顶置控制台12中相互邻近设置的多个接近开关22。各种接近开关22可以控制若干车辆装置和功能中的任意一个，比如控制天窗16的运动、控制天窗遮板18的运动、控制一个或多个照明设备——比如内部地图/阅读灯和顶灯30——的开启，以及控制各种其它装置和功能。然而，应当理解的是，接近开关22可以位于车辆10的其它位置，比如位于仪表板、位于其他控制台(比如中央控制台)、集成到广播或信息娱乐系统的触屏显示器14(比如导航和/或音频显示器)、或者根据不同的车辆应用位于车辆10内的其它位置。
根据一实施例，接近开关22在此示出且描述为电容开关。每个接近开关22包括至少一个接近传感器，接近传感器提供感测激活场以感测用户接触或者非常接近(例如1毫米之内)一个或者多个接近传感器，比如通过用户的手指的滑动动作。因此，在示例性实施例中每个接近开关22的感测激活场是电容电场，并且，对本领域技术人员应当显而易见的是，用户的手指具有导电性和介电性能，其引起感测激活场中的变化或扰动。然而，本领域技术人员还应当理解的是，也可以使用另外或替代类型的接近传感器，比如但不限于，感应传感器、光学传感器、温度传感器、电阻传感器等等、或者其组合。2009年4月9日的触摸传感器设计指南，10620D-AT42-04/09，中描述了示例性接近传感器，该参考文献的全部内容在此通过引用并入本文。
图1和2中所示的接近开关22每个都提供对车辆部件或装置的控制，或者提供指定的控制功能。一个或多个接近开关22可以专用于控制天窗16的运动，以便根据控制算法使天窗16向打开或者关闭方向移动、倾斜天窗、或者停止天窗的移动。一个或多个其它接近开关22可以专用于控制天窗遮板18在打开和关闭位置之间移动。天窗16和遮板18每个可以响应于相应的接近开关22的致动而被电动马达致动。其它接近开关22可以专用于控制其它装置，比如开启内部地图/阅读灯30、关闭内部地图/阅读灯30、开启或关闭顶灯、解锁行李箱、打开后舱门、或者消除门灯开关。通过接近开关22的附加控制可以包括致动车门电动窗上升或下降。通过本文所描述的接近开关22可以控制各种其它车辆控制器。
参照图3，其中示出了开关总成20使用过程中的接近开关总成20的一部分，其具有三个相对于用户的手指34彼此密切靠近的串行设置的接近开关22的阵列。每个接近开关22包括一个或者多个用于生成感测激活场的接近传感器24。根据一实施例，可以通过将导电油墨印刷在聚合物顶置控制台12的上表面来形成每个接近传感器24。图4中示出了一个总体上具有驱动电极26和接收电极28的印刷油墨接近传感器24的示例，驱动电极26和接收电极28每个具有用于生成电容电场32的交叉指状元件。应当理解的是，可以以其它方式形成每个接近传感器24，比如，根据另外的实施例，通过将预制的导电电路布线装配到载体上。驱动电极26接收以电压VI施加的方波驱动脉冲。接收电极28具有用于生成输出电压VO的输出。应当理解的是，电极26和28可以以各种其它结构设置并且可以与如本文所描述的传感器24所关联的其他电极交错，以用于生成如激活场32的电容电场。
在本文所示和所描述的实施例中，向每个接近传感器24的驱动电极26施加方波脉冲的电压输入VI，该方波脉冲具有足以将接收电极28充电为所需电压的充电脉冲周期。因此接收电极28用作测量电极。在所示的实施例中，通过相邻的接近开关22生成的相邻感测激活场32重叠。当用户或者操作者，比如用户的手指34，进入激活场32时，接近开关总成20检测到由手指34对激活场32造成的扰动，并且确定该扰动是否足以激活相应的接近开关22。通过处理与相应的信号信道(signal channel)相关联的充电脉冲信号(chargepulse signal)来检测激活场32的扰动。当用户的手指34接触两个相邻传感器24之间的区域中的两个激活场32时，接近开关总成20通过单独的信号信道检测两个接触到的激活场32的扰动。每个接近开关22具有其自身专用的生成充电脉冲计数的信号信道，如本文所讨论的处理该充电脉冲计数。
参照图5，根据一实施例示出了接近开关总成20。将多个接近传感器24示出为向控制器40——比如微控制器——提供输入。控制器40可以包括控制电路，比如微处理器(μP)42和存储器48。控制电路可以包括传感控制电路，传感控制电路处理每个传感器22的激活场，以按照一个或者多个控制例程通过将激活场信号与一个或多个阈值相比较来感测相应开关的用户激活。应当理解的是，其它模拟和/或数字控制电路也可以用于处理每个激活场，判定用户激活，并且发起动作。根据一实施例，控制器40可以采用可用的QMatrix采集法(QMatrix acquisition method)。ATMEL采集法可以采用主机C/C++编译器和WinAVR调试程序简化鹰眼实用程序(utility Hawkeye)的开发和测试，鹰眼实用程序允许实时监控软件关键变量的内部状态以及收集数据日志用于后处理。
控制器40向一个或者多个装置提供输出信号，该一个或者多个装置配置为响应于接近开关的正确激活来执行专门动作。例如，一个或者多个装置可以包括具有使天窗面板在打开和关闭位置以及倾斜位置之间移动的马达的天窗16、在打开和关闭位置之间移动的天窗遮板18、可以开启和关闭的照明设备30。可以控制其它装置，比如无线电设备，以执行开启和关闭功能、音量控制、扫描，以及控制其它类型装置，以用于执行其它专用功能。一个接近开关22可以专用于致动天窗关闭，另一接近开关22可以专用于致动天窗打开，另外的接近开关22可以专用于将天窗致动到倾斜位置，所有这些接近开关都会使马达将天窗移动到所需位置。天窗遮板18可以响应于一个接近开关22而打开，并且可以响应于另一个接近开关22而关闭。
控制器40进一步示为具有连接到微处理器42的模拟-数字(A/D)比较器(analog to digital(A/D)comparator)44。A/D比较器44接收来自每个接近开关22的电压输出VO，将模拟信号转换为数字信号，并且将数字信号提供给微处理器42。此外，控制器40包括连接到微处理器42的脉冲计数器(pulse counter)46。脉冲计数器46对施加到每个接近传感器的每个驱动电极的充电信号脉冲进行计数，执行对电容器充电所需的脉冲的计数，直到电压输出VO达到预定电压，并将该计数提供到微处理器42。脉冲计数是相应的电容传感器的电容变化的指示。控制器40进一步示为与脉冲宽度调制驱动缓冲器(pulse width modulated drive buffer)15通信。控制器40向脉冲宽度调制驱动缓冲器15提供脉冲宽度调制信号(pulsewidth modulated signal)，以生成施加到每个接近传感器/开关22的每个驱动电极的方波脉冲序列VI。控制器40处理存储在存储器中的控制例程100，以监控并作出激活其中一个接近开关的判定。
在图6-13中，根据各种实例示出了与多个接近开关22——比如图3中示出的三个开关22——相关联的多个信号信道的传感器充电脉冲计数的变化，示为Δ传感器计数(ΔSensor Count)。传感器充电脉冲计数的变化是无任何手指或其它物体出现在激活场中时的初始参考计数值与相应传感器读数之间的差。在这些示例中，当用户的手指移动通过开关阵列时，用户的手指进入与三个接近开关22中的每一个相关联的激活场32，通常一次进入一个感测激活场，相邻传感器24之间的区域中的激活场32之间有重叠。信道1是与第一电容传感器24相关联的传感器充电脉冲计数的变化量(Δ)，信道2是与相邻的第二电容传感器24相关联的传感器充电脉冲计数的变化量，信道3是与邻近第二电容传感器的第三电容传感器24相关联的传感器充电脉冲计数的变化量。在所公开的实施例中，接近传感器24是电容传感器。当用户的手指接触或者非常接近传感器24时，手指改变相应传感器24上测量的电容。该电容并行于未接触的传感器垫板寄生电容(sensor pad parasitic capacitance)，并且因此，测量值作为偏移量。用户或者操作者感应的电容与用户的手指或者其它身体部分的介电常数、暴露于电容垫板的表面成正比，并且与用户的肢体(例如，手指)到开关按钮的距离成反比。根据一实施例，通过脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)电子设备，使用一列电压脉冲激发每个传感器，直到将传感器充电至设置的电势。这种采集方法将接收电极28充电至已知电势。重复此循环，直到测量电容两端的电压达到预定电压。将用户的手指置于开关24的接触表面引入外部电容，该外部电容增加每个周期所传递的电荷量，从而减少测量电容达到预定电压所需的周期总数。因为传感器充电脉冲计数变化是基于初始参考计数减去传感器读数，所以用户的手指引起传感器充电脉冲计数变化增加。
当手特别是手指非常靠近接近传感器22时，接近开关总成20能够识别用户的手部移动，以辨别用户的意图是激活开关22，还是在专注于高优先级任务(比如驾驶)的同时时探索特定的开关按钮，或者是与接近开关22的致动无关的非相关任务的结果，比如调整后视镜。接近开关总成20可以以探索或搜索模式运行，该模式容许用户通过将手指非常接近地经过或划过开关来探索键盘或按钮而不引起开关的激活，直到确定用户的意图。接近开关总成20监控响应于激活场而生成的信号的振幅，确定生成信号的差分变化，并且当差分信号超出阈值时生成激活输出。因此，允许对接近开关总成20的探索，以便用户可以使用其手指自由地探索开关界面垫板而不会无意触发事件，界面的响应时间迅速，当手指接触表面面板时发生激活，防止或者减少了开关的无意激活。
参照图6，当用户的手指34接近与信号信道1相关联的开关22时，手指34进入与传感器24相关联的激活场32，这引起电容的扰动，从而导致传感器计数增加，如具有典型激活运动分布曲线的信号50A所示。根据一实施例，可以使用入口斜坡斜率法(entry rampslope method)确定操作者是否打算按下按钮或者探索界面，其基于信道1的信号50A的入口斜坡的斜率，即信号50A穿过活动电平(LVL_ACTIVE)计数的点52上升到信号50A穿过阈值电平(LVL_THRESHOLD)计数的点54之间的斜率。入口斜坡的斜率是点52与54之间的生成信号中的差分变化，其发生在时间tth和tac之间的时间间隔中。因为当检测到手套存在时计数器阈值电平-活动电平通常会变化，否则为常数，所以斜率可以仅计算为从活动电平达到阈值电平所经过的时间，简称tactive2threshold，其为时间tth和tac之间的差。直接推动开关垫板通常发生在约40到60毫秒范围内的时间间隔内，称为tdirectpush。如果时间tactive2threshold小于或者等于直接推动时间tdirectpush，那么判定发生开关激活。否则，判定开关处于探索模式。
根据另一实施例，入口斜坡的斜率可以计算为点52处的时间tac与达到点56处峰值计数值的时间tpk的时间差，称为tactive2peak。时间tactive2peak可以与简称为tdirect_push_pk的直接推动峰值相比较，根据一实施例，tdirect_push_pk可以具有100毫秒的值。如果时间tactive2peak小于或者等于tdirect_push_pk，则判定发生开关激活。否则，开关总成以探索模式操作。
在图6中所示的示例中，示出在电容扰动增加时信道1信号增强，迅速从点52处上升到点56处的峰值。接近开关总成20将入口斜坡斜率判定为信号从第一阈值点52上升到点54处的第二阈值或者点56处的峰值阈值的时间间隔tactive2threshold或者tactive2peak。然后将生成信号的斜率或者差分变化用于与典型直接推动阈值tdirect_push或tdirect_push_pk比较，以判定接近开关的激活。具体地，当时间tactive2peak小于tdirect_push或者tactive2threshold小于tdirect_push时，判定开关激活。否则，开关总成保持在探索模式。
参照图7，经过两个开关的滑动/探索运动的一个示例示为手指通过或者划过两个相邻的接近传感器的激活场，其示为标记为50A的信号信道1和标记为50B的信号信道2。当用户的手指接近第一开关时，手指进入与第一开关传感器相关联的激活场，引起信号50A的传感器计数变化以较慢速度上升，如此，判定生成信号的减小的差分变化。在此示例中，信号信道1的分布曲线在不小于或者等于tdirect_push的时间tactive2peak经历了变化，从而导致进入搜索或探索模式。根据一实施例，因为tactive2threshold是生成信号的缓慢差分变化的指示，所以不发起开关按钮的激活。根据另一实施例，因为时间tactive2peak不小于或者等于tdirect_push_pk，指示生成信号的缓慢差分变化，所以根据另一实施例不发起激活。标记为50B的第二信号信道显示为在过渡点58处成为最大信号，并且，其Δ传感器计数有上升的变化，且信号的差分变化类似于信号50A。因此，第一和第二信道50A和50B反映手指在探索模式中经过两个电容传感器的滑动动作，结果是不激活任何一个开关。在接近开关的电容电平达到信号峰值时，使用时间间隔tactive2threshold或tactive2peak，可以做出激活或者不激活接近开关的判定。
对于如图8所示的缓慢直接推动动作，可以采用额外处理以确保无有意激活。如图8中可以看出，标示为信号50A的信号信道1显示为在时间间隔tactive2threshold或tactive2peak都更加缓慢地上升，这将导致进入探索模式。当检测到这种滑动/探索状态，且时间tactive2threshold大于tdirect_push，如果信道失效，其条件是第一信号信道进入探索模式，并且在其电容在点60处下降到低于LVL_KEYUP_Threshold(电平升高阈值)时，其仍然为最大信道(具有最高强度的信道)，则发起开关激活。
参照图9，其示出了用户的手指经过接近开关总成的快速动作，并且无开关激活。在此示例中，对于分别由线50A和50B表示的两个信道1和2，检测到信道1和2的生成信号的相对大的差分变化。开关总成采用延迟时间间隔来推迟激活判定，直到第二信号信道50B上升到高于第一信号信道50A处的过渡点58。根据一实施例，可以将时间延迟设置为等于时间阈值tdirect_push_pk。因此，通过在判定开关激活之前采用延迟时间间隔，接近键盘非常快的探索防止了开关的无意激活。在响应中引入时间延迟可以使界面较不敏感，并且在操作者的手指运动大体上均匀时可以更好地工作。
根据一实施例，如果最近检测到之前的未导致激活的阈值事件，则可以自动地进入探索模式。因此，一旦检测并拒绝了无意致动，在探索模式的一段时间内可以更加谨慎。
另一种容许操作者进入探索模式的方式是，使用开关面板表面上的一个或者多个适当标记和/或有纹理的区域或垫板，其与专用的接近开关相关联，该专用的接近开关具有向接近开关总成发送操作者盲目探索意图信号的功能。一个或多个探索预定垫板可以位于易于接触到并且不大可能产生其它信号信道活动的位置。根据另一实施例，可以采用围绕整个开关界面的未标记的更大探索预定垫板。当操作者的手划过顶置控制台上的饰边寻找标志物并从该标志物开始对接近开关总成的盲目探索时，很可能会首先触碰到这种探索垫板。
一旦接近传感器总成判定传感器计数变化的增加是开关激活或者是探索动作的结果，总成继续判定在接近开关激活中是否应当终止以及如何终止探索动作。根据一实施例，接近开关总成搜索对开关按钮最少达到预设的时间量的稳定按压。在一个特定的实施例中，预设的时间量等于或者大于50毫秒，更优选为约80毫秒。图10-13中示出了采用稳定时间法的开关总成操作的示例。
参照图10，示出了对三个接近开关的探索，其对应于分别标记为信号50A-50C的信号信道1-3，手指在探索模式中滑动经过第一和第二开关，然后激活与信号信道3相关联的第三开关。当手指探索与信道1和2相关联的第一和第二开关时，由于线50A和50B无稳定信号，判定不激活。信道1的线50A的信号作为最大信号值开始，直到线50B的信道2成为最大值，并且最后信道3成为最大值。显示信号信道3在峰值附近具有例如80毫秒的足够长时间间隔tstable的传感器计数的稳定变化，该时间足以起动相应接近开关的激活。当已经满足电平阈值激发条件并且已经达到峰值时，稳定电平法在开关电平被限定在一个狭窄范围内至少时间间隔tstable之后激活开关。这允许操作者探索不同的接近开关，并且，一旦发现用户的手指保持在靠近开关的位置一个稳定时间间隔tstable之后，激活所需开关。
参照图11，其示出了稳定电平法的另一实施例，其中，线50C的第三信号信道具有在信号下降中具有稳定状态的传感器计数变化。在此示例中，第三信道的传感器计数变化超出阈值电平，并且具有检测到时间间隔tstable的稳定按压，因此判定第三开关激活。
如图12和13所示，根据另一实施例，接近开关总成可以采用虚拟按钮法，其搜索探索模式中传感器计数变化的初始峰值，在该初始峰值后跟随着传感器计数变化的额外持续上升，以此判定开关激活。在图12中，线50C的第三信号信道上升到初始峰值，然后进一步上升传感器计数变化Cvb。这等同于用户的手指划过开关总成时轻轻擦到开关总成表面，接触到所需按钮，然后在虚拟机械开关上按下，以便用户的手指按在开关接触表面上，并且增加用户的手指靠近开关的体积量。当指尖挤压在垫板表面时，增加的指尖表面引起电容的增加。电容增加可能在检测到图12中所示的峰值之后立刻发生，或者可以如图13所示地在传感器计数变化下降之后发生。接近开关总成检测初始峰值，该初始峰值后跟随着处于稳定电平或稳定时间间隔tstable的传感器计数进一步上升的变化，表示为电容Cvb。检测的稳定电平总体上意味着无传感器计数值的无噪声变化，或者小的传感器计数值的无噪声变化，其可以在校准中预先设定。
应当理解的是，较短的时间间隔tstable可能导致意外激活，尤其是在手指运动方向反转之后，并且较长的时间间隔tstable会导致较不敏感的界面。
还应当理解的是，可以同时使用稳定值法和虚拟按钮法。在这种情况下，由于操作者可以始终用虚拟按钮法触发按钮而不必等待稳定推按超时，因此可以将稳定时间tstable放宽至更长，例如1秒。
接近开关总成可以进一步采用加强噪声抑制(robust noiserejection)来防止扰人的意外致动。例如，对于顶置控制台，应当避免意外打开和关闭天窗。过多的噪声抑制最终可能会拒绝有意的激活，这应当避免。一种抑制噪声的方法是检查是否多个相邻信道同时报告触发事件，如果为是，则选择具有最高信号的信号信道并且激活它，从而忽略所有其它信号信道直到释放选择的信号信道。
接近开关总成20可以包括特征噪声抑制法(signature noiserejection method)，其基于两个参数，即特征参数(signatureparameter)，其是最高强度信道(max_channel)与整体累积电平(sum_channel)的比值，以及dac参数，其是与max_channel最少成一定比例的信道的数目。在一实施例中，dacαdac＝0.5。特征参数可以由以下方程定义：
dac参数可以由以下方程定义：
d a c = ∀ channels i > α d a c max _ c h a n n e l .
根据dac，对于未被拒绝的识别激活，通常必须信道清晰，即特征参数必须高于预定阈值。在一实施例中，αdac＝1＝0.4并且αdac＝2＝0.67。根据一实施例，如果dac大于2，则拒绝激活。
当在分布曲线的下降阶段做出激活或者不激活开关的判定时，可使用max_channel及sum_channel的峰值peak_max_channel及peak_sum_channel来替代max_channel及sum_channel用于计算特征参数。特征参数可以为以下方程：
可采用噪声抑制触发搜索模式。当由于不清晰的特征参数而拒绝检测到的激活时，应当自动使用搜索或者探索模式。因此，在盲目探索时，用户可以使用所有伸直手指触碰，以期望建立参考系，由此开始搜索。这可以同时触发多个信道，因而导致较差的特征参数。
参照图14，根据一实施例，示出了一种状态机实施方式中的接近开关20的状态图。状态机的实施方式显示为具有五种状态，包括SW_NONE状态70、SW_ACTIVE状态72、SW_THRESHOLD状态74、SW_HUNTING状态76以及SWITCH_ACTIVATED状态78。SW_NONE状态70是未检测到传感器活动的状态。SW_ACTIVE状态是传感器检测到某些活动、但在此时间点上不足以引起开关激活的状态。SW_THRESHOLD状态是传感器确定的活动高到足以保证开关总成的激活、搜索/探索、或者偶然动作的状态。当开关总成确定的活动模式与探索/搜索交互作用相一致时，进入SW_HUNTING状态76。SWITCH_ACTIVATED状态78是已经确认开关激活的状态。在SWITCH_ACTIVATED状态78，开关按钮将保持活动，不再能够进行其他选择，直到释放相应的开关。
接近开关总成20的状态取决于感测信号的检测和处理而改变。当处于SW_NONE状态70时，在一个或者多个传感器检测到某些活动时，接近开关总成20可以进行到SW_ACTIVE状态72。如果检测到足以保证激活、搜索或者偶然动作的活动，系统20可以直接进入SW_THRESHOLD状态74。当处于SW_THRESHOLD状态74时，接近开关总成20在检测到指示探索的模式时可以进入SW_HUNTING状态76，或者系统20可以直接进入SWITCH_ACTIVATED状态78。在SW_HUNTING状态下激活开关时，可以检测到开关激活以改变到SWITCH_ACTIVATED状态78。如果信号被拒绝并且检测到意外动作时，接近开关总成20可以返回到SW_NONE状态70。
参照图15，其示出了根据一实施例监控和判定何时使用接近开关装置生成激活输出的主方法100。方法100开始于步骤102，然后进行到步骤104执行初始校准，初始校准可以进行一次。在步骤106，通过从原始数据中减去参考值，由原始信道数据与校准参考值计算出校准的信号信道值。然后，在步骤108，从所有信号信道传感器读数计算出称为max_channel的最高计数值以及称为sum_channel的所有信道传感器读数的总和。此外，确定活动信道数目。在步骤110，方法100计算出max_channel和sum_channel的最近范围，以在随后判定动作是否在进行中。
步骤110之后，方法100进行到判定步骤112，以判定是否有任何开关活动。如果无开关活动，方法100进行到步骤114，以执行在线实时校准。否则，方法116在步骤116处理开关释放。因此，如果开关已经活动，那么方法100进行到等待并锁定所有活动直到其释放的模块。
实时校准之后，方法100进行到判定步骤118，以判定是否有任何指示最近激活的信道锁定，并且如果为是，则进行到步骤120以递减信道锁定计时器(channel lockout timer)。如果未检测到信道锁定，方法100进行到判定步骤122以寻找新的max_channel。如果当前max_channel已经改变，这样就有新的max_channel，则方法100进行到步骤124以重新设置max_channel、计算范围的总和、并且设置阈值电平。因此，如果确定新的max_channel，方法重新设置最近的信号范围，并且，如需要，更新搜索/探索参数。如果switch_status(开关状态)小于SW_ACTIVE，则将搜索/探索标志(hunting/exploration flag)设置为等于true(真值)(hunting/exploration_on＝true)，并且，将开关状态设置为等于SW_NONE。如果当前max_channel未改变，则方法100进行到步骤126以处理max_channel赤裸(无手套)手指状态。这可以包括处理如图14的状态图中所示的不同状态之间的逻辑。
步骤126之后，方法100进行到判定步骤128，以判定是否有任何开关活动。如果未检测到开关激活，则方法100进行到步骤130，以检测用户手上可能的手套存在。可以根据电容计数值减少的变化来检测手套的存在。然后方法100进行到步骤132，以更新max_channel和sum_channel的既往史。然后，在步骤136终止之前，在步骤134将活动开关指数(index of the active switch)，如果有的话，输出到软件硬件模块。
当开关活动时，激活图16中示出的处理开关释放例程。处理开关释放例程116在步骤140开始，然后进行到判定步骤142以判定活动信道是否小于LVL_RELEASE(释放电平)，并且如果为是，则在步骤152结束。如果活动信道小于LVL_RELEASE，则例程116进行到判定步骤144，以判定LVL_DELTA_THRESHOLD(电平增量阈值)是否大于0，并且如果为否，若信号较强，则进行到步骤146以提高阈值电平。这可以通过降低LVL_DELTA_THRESHOLD来实现。步骤146还设置阈值、释放电平和活动电平。然后例程116进行到步骤148，重新设置用于长期稳定信号搜索/探索参数的最大信道及总和历史定时器。在步骤152终止之前，在步骤150将开关状态设置为等于SW_NONE。为了退出处理开关释放模块，活动信道的信号必须降到LVL_RELEASE以下，LVL_RELEASE是自适应阈值，当检测到手套相互作用时，该自适应阈值将改变。当开关按钮释放时，重新设置所有内部参数，并且开启锁定计时器，以便在特定的等待时间结束之前，例如100毫秒，阻止进一步激活。此外，根据手套的出现与否可以调节阈值电平。
参照图17，根据一实施例，示出了判定状态从SW_NONE状态改变为SW_ACTIVE状态的例程200。例程200在步骤202开始，以处理SW_NONE状态，然后进行到判定步骤204，以判定max_channel是否大于LVL_ACTIVE。如果max_channel大于LVL_ACTIVE，则接近开关总成改变状态，从SW_NONE状态改变为SW_ACTIVE状态，并且在步骤210结束。如果max_channel不大于LVL_ACTIVE，则在步骤210终止之前，例程200在步骤208检查是否重新设置搜索标志。因此，当max_channel触发上述LVL_ACTIVE时，状态从SW_NONE状态改变为SW_ACTIVE状态。如果信道保持低于此电平，经过一定的等待时间后，如果设置了搜索标记，搜索标记被重新设置为无搜索，这是离开搜索模式的方法之一。
参照图18，根据另一实施例，示出了处理状态从SW_ACTIVE状态改变为SW_THRESHOLD状态或者SW_NONE状态的方法220。方法220在步骤222开始，然后进行到判定步骤224。如果max_channel不大于LVL_THRESHOLD，则方法220进行到步骤226，以判定max_channel是否小于LVL_ACTIVE，并且，如果为是，进行到步骤228，将开关状态改变为SW_NONE。相应地，当max_channel信号降低到LVL_ACTIVE以下时，状态机的状态从SW_ACTIVE状态移动到SW_NONE状态。还可以从LVL_ACTIVE中减去一个Δ值，以引入某些滞后。如果max_channel大于LVL_THRESHOLD，则例程220进行到判定步骤230，以判断是否已经检测到最近的阈值事件或者手套，并且如果为是，则在步骤232将搜索开启标志设置为等于真(true)。在步骤236终止之前，方法220在步骤234将状态转换为SW_THRESHOLD状态。因此，如果max_channel触发上述LVL_THRESHOLD，则状态改变为SW_THRESHOLD状态。如果检测到手套，或者最近检测到未导致激活的先前阈值事件，则可以自动进入搜索/探索模式。
参照图19，根据一实施例，示出了从SW_THRESHOLD状态判定开关激活的方法240。方法240在步骤242开始，以处理SW_THRESHOLD状态，并进行到判定框244，以判定信号是否稳定或者信号信道是否处于峰值，并且如果为否，则在步骤256终止。如果信号稳定或者信号信道处于峰值，之后方法240进行到判定步骤246，以判定搜索或探索模式是否处于活动，并且如果为是，则跳到步骤250。如果搜索或者探索模式未处于活动，则方法240进行到判定步骤248，以判定信号信道是否清晰并且快速活动是否大于阈值，并且如果为是，则在步骤250将开关活动(switch_active)设置为等于最大信道(MAX_CHANNEL)。方法240进行到判定框252，以判定是否存在开关活动，并且如果为是，则在步骤256终止。如果无开关活动，则方法240进行到步骤254，在步骤256终止之前将搜索变量SWITCH_STATUS初始设置为等于SWITCH_HUNTING(开关搜索)(SW_EXPLORATION/HUNTING)，且将PEAK_MAX_BASE(峰值最大基数)初始设置为等于MAX_CHANNELS。
在SW_THRESHOLD状态中，不进行判定，直到检测到MAX_CHANNEL中的峰值。检测到峰值的条件是信号方向的反转，或者MAX_CHANNEL和SUM_CHANNEL在至少一定间隔(例如60毫秒)内都保持稳定(限定在一个范围内)。一旦检测到峰值，则检查搜索标志。如果搜索模式关闭，则应用入口斜坡斜率法。如果SW_ACTIVE到SW_THRESHOLD的时间少于阈值，例如16毫秒，并且噪声抑制法的特征指示其是有效触发事件，则状态改变为SWITCH_ACTIVE，并且进程移动到PROCESS_SWITCH_RELEASE(处理开关释放)模块，否则将搜索标志设置为等于true。如果采用延迟激活法而不是立即激活开关，则状态改变为SW_DELAYED_ACTIVATION(开关延迟激活)，其中强制执行延迟，在延迟结束时，如果当前MAX_CHANNEL指数未改变，则激活按钮。
参照图20，根据一实施例，示出了实施SW_HUNTING状态的虚拟按钮法。方法260在步骤262开始，以处理SW_HUNTING状态，并且进行到判定步骤264，以判定MAX_CHANNEL是否已经下降到低于LVL_KEYUP_THRESHOLD，并且如果为是，则在步骤272将MAX_PEAK_BASE(最大峰值基线)设置为等于MIN(MAX_PEAK_BASE，MAX_CHANNEL)。如果MAX_CHANNEL已经下降到低于LVL_KEYUP_THRESHOLD，则方法260进行到步骤266，以采用第一信道触发搜索法来检查该事件是否会触发按钮激活。这取决于判定是否横穿第一且唯一的信道并且信号清晰。如果为是，则在步骤282终止之前，方法260在步骤270将开关活动设置为等于最大信道。如果未横穿第一且唯一的信道或信号不清晰，则方法260进行到步骤268，以停止并且判定意外致动，并且在步骤282终止之前将SWITCH_STATUS设置为等于SW_NONE状态。
步骤272之后，方法260进行到判定步骤274，以判定信道是否选中。这取决于MAX_CHANNEL是否大于MAX_PEAK_BASE加上Δ值(delta，增量值)。如果信道已选中，则方法260进行到判定步骤276，以判定信号是否稳定且清晰，并且如果为是，则在步骤282终止之前，在步骤280将开关活动状态设置到最大信道。如果信道未选中，则方法260进行到判定步骤278，以检查信号是否长、稳定、并且清晰，并且如果为是，则进行到步骤280，在步骤282终止之前将开关活动设置为等于最大信道。
根据另一实施例，接近开关总成20可以包括虚拟按钮模式。参照图21-27，根据本实施例，具有虚拟按钮模式的接近开关总成和用虚拟按钮模式激活接近开关的方法在其中被显示。接近开关总成可以包括一个或多个接近开关——其每个提供感测激活场——和用于控制每个接近开关的激活场来感测激活的控制电路。控制电路监控指示激活场的信号，确定一段时间的信号的第一稳定振幅，确定一段时间的信号的随后的第二稳定振幅，和当第二稳定信号超出第一稳定信号已知量时生成激活输出。方法可以通过接近开关总成被采用，并包括生成与多个接近传感器中的一个或多个各自相关联的激活场的步骤，和监控指示每个相关联的激活场的信号的步骤。方法还包括当信号稳定最小时间段时确定第一振幅的步骤，和当信号稳定最小时间段时确定第二振幅的步骤。方法进一步包括当第二振幅超出第一振幅已知量时生成激活输出的步骤。因此，虚拟按钮模式提供防止或减少可能通过探索多个接近开关按钮和改变方向的手指或通过覆盖有手套的手指引起的无意或错误的激活的接近开关。
在图21中，针对标记为信号50的信号信道中的一个，显示了当用户的手指滑过相应的开关，进入探索模式，并在虚拟按钮模式中进行到激活开关时，接近开关的探索和激活。应该认识到的是，用户的手指可以探索如图10-12中所示的多个电容开关，其中与每个相应的信号信道相关联的信号在手指穿过每个信道的激活场时被生成。多个信号信道可以同时被处理和最大信号信道可以被处理来确定相应的接近开关的激活。在图21-25的信号图中提供的示例中，与一个开关相关联的单个信号信道被显示，然而，多个信号信道可以被处理。在图21中与信号信道中的一个相关联的信号50被显示，其在点300处上升到阈值活动电平320，在那个点处信号进入探索模式。信号50此后继续上升并达到第一振幅，在那个点处信号稳定最小时期，如在点302处被显示的Tstable所示。在点302处，信号50进入虚拟按钮模式并创建第一基值Cbase，其是在点302处的增量信号计数。在这个点处，虚拟按钮模式根据基值Cbase乘以常数Kvb创建增量激活阈值。用于确定激活的激活阈值可以通过(1+Kvb)×Cbase表示，其中Kvb是大于零的常数。虚拟按钮模式继续来监控信号50以确定它何时达到第二稳定振幅持续最小时间段Tstable，其发生在点304处。在这个点304处，虚拟按钮模式将第二稳定振幅与第一稳定振幅比较且确定第二振幅是否超过第一振幅达Kvb×Cbase的已知量。如果第二振幅超过第一振幅达已知量，则用于接近开关的激活输出生成。
根据本实施例，稳定信号的振幅在进入虚拟按钮模式或确定开关的激活之前必须通过信号信道保持至少最小时期Tstable。当它进入虚拟按钮模式时的传感器值被记录为Cbase。方法监控在超时期之前随后的稳定信号的振幅何时再次被达到。如果稳定信号的振幅在超时期期满之前以大于先前记录的Cbase期望百分比的增量计数值(比如先前记录的Cbase的12.5％)再次被实现，则激活被触发。根据一实施例，至少10％的百分比增量信号计数增加通过Kvb×Cbase规定。
根据一实施例，乘数Kvb是Cbase的值的至少0.1，或至少10％的因子。根据另一实施例，乘数Kvb设定为约0.125，其相当于12.5％。根据一实施例，稳定时期Tstable可以设置为至少50毫秒的时间段。根据另一实施例，稳定时期Tstable可以在设置在50至100毫秒的范围内。根据一实施例，稳定的振幅可以通过信号振幅实质稳定在估计的信号噪声的两倍大小的范围内来确定，或根据另一实施例，在信号电平的2.5％到5.0％内，或根据又一实施例，两倍的估计的信号噪声加上2.5％到5.0％的信号电平的组合。
参照图22，用于与接近开关相关联的信号信道的信号50被说明，其在点300处进入探索模式和继续进行为当稳定信号的振幅在点302处存在最小时间段Tstable(其中进入虚拟按钮模式)时达到稳定的第一振幅。在这个点处，Cbase值被确定。此后，信号50被显示下降，并再次上升为当信号在点306处稳定最小时间段Tstable时达到第二振幅。然而，在这种情况下，在点306处第二振幅未超过点302处信号的基值Cbase达Kvb×Cbase的已知量，并因此不会生成用于开关的激活输出。
参照图23，与信号信道相关联的信号50被说明，其在点300处进入探索模式，并继续在点302处达到第一振幅稳定时期Tstable，其中进入虚拟按钮模式和确定Cbase。此后，信号50继续上升到第二振幅，其在点308处稳定最小时间段Tstable。然而，在点308处，第二振幅未超过在点302处在第一振幅处创建的信号的基值Cbase达Kvb×Cbase的已知量，所以接近开关总成不会触发开关输出。然而，在点308处用于Cbase的新的更新的基值会生成，并且用于确定与下一个稳定振幅比较的已知量。信号50被显示下降，然后上升到第三振幅，其在点310处稳定最小时间段Tstable。第三振幅超过第二振幅多于已知量Kvb×Cbase，从而用于开关的激活输出被生成。
参照图24，信号50的另一示例被说明，其在点300处进入探索模式，并继续上升为在点302处达到稳定最小时期Tstable的第一振幅，其中进入虚拟按钮模式和确定Cbase。此后，信号50显示下降到第二振幅，其在点312处稳定最小时间段Tstable。在点312处，第二振幅未超出第一振幅达Kvb×Cbase的已知量，从而信号的触发不被生成。然而，在点312处更新的基值Cbase会生成。此后，信号50继续上升到第三振幅，其在点310处稳定最小时间段Tstable。第三振幅超过第二振幅达已知量Kvb×Cbase，从而用于开关的激活输出被生成。
参照图25，用于信号信道的信号50的另一示例被显示，其在点300处进入探索模式，并继续达到在点302处稳定最小时期Tstable的第一振幅并因此进入虚拟按钮模式和确定Cbase。接下来，信号50继续上升到第二振幅，其在点308处稳定时间段Tstable。第二振幅未超过第一振幅已知量，从而开关的触发在该点处不被生成。此后，信号50显示下降到点314，并且在这样做的过程中，复位定时器超时，因为最后的稳定振幅通过时间Treset所示被接收。当复位定时器超时，在点314处，退出虚拟按钮模式，并且一旦退出虚拟按钮模式，进入探索模式。当这发生时，先前确定的Cbase不再有效。此后，信号50被显示上升到第三振幅，其在点316处稳定最小时间段。在这个点处，第三振幅创建更新的Cbase，其用于确定开关的未来激活。此后，信号50进一步显示为降低到阈值活动值320以下，在那样的情况下，退出虚拟按钮模式而无任何激活。
一种采用使用接近开关总成的虚拟按钮模式激活接近开关的方法在图26和27中被说明。参照图26，方法400在步骤402处开始和继续进行至在步骤404处获得与所有接近开关相关联的所有信号信道。方法400继续进行到判定框406来确定状态是否设置在ACTIVE(活动)状态，并且，如果是，则在步骤416处结束之前，在步骤414处检查开关的释放。如果状态没有设置在ACTIVE状态，则方法400继续进行到步骤408来发现最大的信道(CHT)。接下来，一旦最大的信道已经被发现，则例程400继续进行到步骤410来在步骤416处结束之前处理最大信道(CHT)虚拟按钮方法。处理最大信道虚拟按钮方法410在图27中被说明和在下面被描述。应该认识到的是，方法400可以包括可选步骤412，其也用于使用敲击方法处理最大信道信号来检测在接近开关上的用户敲击以便生成激活输出。
在图27中所示的处理最大信道虚拟按钮方法410在步骤420处开始和继续进行到步骤422来输入最大信道信号。因此，与接近开关中的一个相关联的最大(最高)信号信道被处理来确定虚拟按钮模式状态和开关的激活。在判定步骤424处，方法410确定开关是否设置到虚拟按钮(VIRTUAL_BUTTON)模式状态，并且如果是，则继续进行到判定步骤426来确定信号信道值是否小于活动阈值。如果信号信道小于活动阈值，则方法410继续进行到步骤428来设置状态等于NONE(无)并且返回到开始。如果信号信道不小于活动阈值，则方法410继续进行到判定步骤430来确定信号是否具有持续大于稳定时间段Tstable的一时间段的稳定第一振幅。如果在第一振幅处的稳定信号信道稳定大于Tstable的时间段，则方法410继续进行到判定步骤432来确定信号信道是否未稳定超过复位时间段Treset的一时间段，并且，如果不是，则返回到步骤422。如果信号信道未稳定超过复位时间段Treset的一时间段，则方法410继续进行来设置状态等于探索/搜索状态和在步骤460处结束。
返回到判定步骤430，如果信号信道稳定超过稳定时期Tstable的一时间段，则方法410继续进行到判定步骤436来确定信号Ch(t)是否大于Cbase达一通过Kvb×Cbase限定的已知量，并且如果是，则设置开关状态到激活以便在步骤460处结束之前生成激活输出。如果信号不超过Cbase达Kvb×Cbase的已知量，则方法410继续进行来在步骤460处结束之前，在步骤440处在当前稳定信号振幅处设置新的Cbase值。
返回到判定步骤424，如果开关状态没有设置为虚拟按钮模式，则方法410继续进行到判定步骤442来确定状态是否设置为探索状态，如果是，继续进行到判定步骤444来确定信号是否大于活动阈值，如果不是，设置状态等于NONE状态并在步骤460处结束。如果信号大于活动阈值，则方法410继续进行到判定步骤448来确定信号是否在振幅处稳定一超过最小时间段Tstable的时间段，并且如果不是，则在步骤460处结束。如果信号在振幅处稳定一超过最小时间段Tstable的时间段，则方法410继续进行到步骤450来设置开关的状态为虚拟按钮的状态，并在步骤460处结束之前，在步骤450处创建用于信号信道的新的Cbase值。
返回到判定步骤442，如果开关的状态没有设置为探索/搜索状态，则方法410继续进行到判定步骤452来确定信号是否大于活动阈值，并且如果不是，则在步骤460处结束。如果信号大于活动阈值，则方法410继续进行到判定步骤454来在步骤460处结束之前，设置状态为探索/搜索状态。
因此，具有虚拟按钮方法410的接近开关总成有利地提供了增强的虚拟按钮开关激活检测和提高的无意激活的拒绝。方法410可以有利地检测开关的激活，同时拒绝当手指探索开关总成和反转方向或其中用户手指正戴着手套时可能被检测到的无意激活。增强的激活检测有利地提供了增强的接近开关总成。确定例程有利地确定接近开关的激活。例程有利地允许用户探索接近开关垫板，其在机动车的应用中特别有用，在那儿驾驶员注意力分散可以避免。
接近开关总成20可以包括接近传感器装置，该接近传感器装置具有电极，该电极具有多个电极线或指状元件，多个电极线或指状元件如关于图28-33B所示且所描述地与相邻传感器的电极交错或交织。在某些情况下，相邻接近传感器的电极的交错设置可以有利地提供增强的接近检测和对象的存在或位置的判定以及增强的接近开关的激活。接近开关总成20包括可以形成接近传感器总成的接近传感器的阵列。接近传感器包括第一接近传感器，该第一接近传感器生成第一激活场且包含具有互相交叉的第一指状元件和第二指状元件的第一和第二电极。接近传感器还包括第二接近传感器，该第二接近传感器生成第二激活场且包含具有互相交叉的第三指状元件和第四指状元件的第三和第四电极。第一和第二接近传感器被定位为彼此相邻，例如，以线性阵列并排。第一和第二电极与第三和第四电极交错。应当理解的是，可以采用另外的接近传感器，该接近传感器具有与相邻接近传感器的其他电极交错的另外的电极。通过采用相邻接近传感器的电极的交错结构，可以确定对象的增强的灵敏度和检测以及增强的开关激活的检测。
在图28中，用户的手指34被示出与接近开关总成20非常接近且交互，该接近开关总成20具有接近传感器总成，该接近传感器总成具有与三个各自单独的接近开关相关联的三个接近传感器24A-24C的线性阵列。此外，提供了两个附加接近传感器，每个位于所示总成的相对端，其包括在一端的第四接近传感器24D和在相对端的第五接近传感器24E。第四和第五接近传感器24D和24E提供在总成20的相对端的增强的接近感测并且提高对象(比如用户的手指)的滑动运动检测。接近传感器24A-24E通常具有彼此隔开限定中间或过渡区域500的距离D的专用传感器接口区域或垫板。根据一实施例，过渡区域500可以具有至少2.0毫米的宽度距离D。因此，用户的手指34可以通过穿过在其间的过渡区域500从一个传感器(比如传感器24A)到另一个传感器(比如传感器24B)滑过总成20。传感器接口区域是用户想要交互以使传感器或开关激活并且可以具有垫板或其它可识别表面的接近传感器的主区域。
图29A和29B中进一步示出了接近开关总成20，根据第一实施例，该接近开关总成20具有含交错电极的多个接近传感器。与图28中所示的总成20相同，图29A中所示的总成20包括第一、第二和第三接近传感器，比如电容传感器24A-24C，它们以线性阵列彼此相邻地设置。接近传感器24A-24C中的每个通过过渡区域500与相邻传感器隔开。此外，第四接近传感器24D位于左侧端且通过过渡区域500与第一传感器24A隔开，并且第五接近传感器24E位于右侧端且与第三接近传感器24C隔开一距离，该距离由过渡区域500限定。第四和第五接近传感器24D和24E感测进入总成的端部或从总成的端部离开的对象。
第一、第二和第三接近传感器24A-24C中的每个包括一对电极，该一对电极被称为第一或驱动电极26和第二或接收电极28。每个驱动电极26包括多个电极指状元件506，多个电极指状元件506总体示出为在竖直延伸的导电馈线的左侧和右侧水平地延伸并且彼此竖直地隔开。每个接收电极28包括多个电极指状元件508，多个电极指状元件508各自从导电信号线水平地延伸并且彼此平行地竖直隔开。在电容传感器的实施例中，驱动电极26的多个电极指状元件506与接收电极28的多个电极指状元件508互相交叉，以便创建电容耦合。驱动电极26接收充电信号，而接收电极28生成与如图4中所示的电容传感器相关的如上所述的电压输出。
返回参照图29A，第四和第五接近传感器24D和24E同样地各自包括驱动电极26和接收电极28。驱动电极26包括从竖直导电馈线延伸的多个水平延伸的电容指状元件50。接收电极28同样地包括多个水平延伸的电容指状元件508。根据电容传感器的实施例，第四和第五接近传感器24D和24E的电容指状元件506和508同样地互相交叉以创建电容耦合。驱动电极26接收充电信号，并且接收电极生成电压输出。
第一接近传感器24A具有电极26和28，电极26和28具有部分510，该部分510在第一接近传感器24A和第二接近传感器24B之间的过渡区域500内与第二接近传感器24B的电极26和28的部分510交错。同样地，第二接近传感器24B的电极26和28具有部分510，该部分510在第二接近传感器24B和第三接近传感器24C之间的过渡区域500内与第三接近传感器24C的电极26和28的部分510交错。此外，第四接近传感器24D具有含部分510的电极26和28，该部分510在第四接近传感器24D和第一接近传感器24A之间的过渡区域500内与第一接近传感器24A的电极26和28的部分510交错。最后，第五接近传感器24E具有含部分510的电极26和28，该部分510在第五接近传感器24E和第三接近传感器24C之间的过度区域500内与第三接近传感器24C的电极26和28的部分510交错。电极26和28的交错的部分510示出彼此上下交替且堆叠并且穿过过渡区域500延伸较大距离。
电极26和28和相应的电极指状元件506和508分别在过渡区域500内的相邻接近传感器之间的交错有利地扩张了传感器的接近场(例如，电容场)改善了串扰，并且使围绕峰值响应的信号响应变平，这进一步改善了搜索/探索和虚拟按钮检测。交错的电极设置导致来自相邻接近传感器的电极指状元件506和508都延伸到在两个相邻接近传感器之间的相应的过渡区域500中，以使两个相邻接近传感器检测在两个传感器的主感测垫板区域之间中的对象。在本实施例中，相邻接近传感器中的每个的交错电极26和28以平行设置水平地延伸到过渡区域500，并且以交替设置竖直地偏移。然而，应当理解的是，可以采用其它形状和大小的电极结构，其包括如本文所描述的过渡区域500内的交错设计。
根据一实施例，与一个接近传感器相关联的电极26和28的交错部分510与相关联的相邻接近传感器的电极26和28的交错部分510交错至少2.0毫米的距离。根据一实施例，包含电极26和28的交错部分510的过渡区域500具有至少2.0毫米的距离D。过渡区域500从而允许相邻接近传感器之间的增强的感测。与相邻接近传感器相关联的电极的交错部分510优选地在过渡区域500内延伸至少距离D的一半。
用户的手指34通过虚线在第一接近传感器24A上示出。根据所示的示例，当用户的手指从接近开关总成20的左侧移动到右侧时，根据由距离X所示的总成上的用户的手指的位置，图29B中所示的信号通过对应于各自接近传感器的各个信号信道生成。在本示例中，信号50D被示出在用户的手指从左侧滑动到第四传感器24D上并且然后通过过渡区域500且到第一接近传感器24A上时通过第四接近传感器24D生成。当手指34接近第一接近传感器24A时，信道4(Ch4)信号50D下降到点550，并且与第一接近传感器24A相关联的信号50A随第一信号信道而生成，其示出为在接近传感器的边缘时大体上升到点552，然后在四分之一的垫板处到点554且在点556到峰值，并且此后值降低。当用户的手指滑动超过第一接近传感器24A进入右侧的下一个过渡区域500时，信号信道1(Ch1)的信号50A被降低且信号信道2(Ch2)上的信号50B通过第二接近传感器24B生成，其遵循相似模式，即在信号信道3(Ch3)上的第三信号50C在手指34通过下一个过渡区域500且接近第三接近传感器24C时通过第三接近传感器24C生成之前上升到峰值且然后下降回来。当用户的手指离开第三接近传感器24C时，信号信道5(Ch5)上的信号50E在手指通过最后的过渡区域500且通过第五接近传感器24E时通过第五接近传感器24E生成。
接近开关总成20可以采用控制电路，比如图5中所示的控制器40，以用于处理与相应的接近传感器的激活场相关联的信号，从而确定一个或多个接近传感器的激活且确定与此相关的接近开关的激活。控制电路可以接收且处理与第一、第二、第三、第四和第五接近传感器24A-24E相关联的信号并且可以根据处理的信号来确定第一、第二和第三接近传感器24A-24C中的一个的激活。控制电路可以接收且处理与第四和第五接近传感器24D和24E相关联的信号，其可以用来指示用户的手指何时接近或离开在总成20的相对端上的第一接近传感器24A或第三接近传感器24C。额外的接近传感器24D和24E有利地提供手指接近或离开总成20的边缘检测，其提供增强的接近传感器的激活。通过确定传感器24A-24C中的一个的激活，接近开关总成20可以有利地确定接近开关中的一个的激活。交错的电极有利地允许在手指与第一、第二和第三接近传感器24A-24C交互时的增强的信号计数的信号电平。过渡区域500内提供的交错电极结构扩大了传感器的电容场，改善了串扰，使围绕峰值响应值的响应变平，并且改善搜索和虚拟按钮检测。
参照图30A和30B，根据另一个实施例，接近开关总成20示出使用具有过渡区域500内的锥形的电极的交错倾斜接口设计。在本实施例中，过渡区域500内的电极26和28的交错部分510具有锥形端，该锥形端导致在过渡区域500内交错的电极28成角度的Z字形设置。当用户滑动手指从左侧到右侧穿过总成20时，倾斜配置的交错设计导致图30B中所示的感测信号形式。这导致第一、第二和第三接近传感器中的每个内的改善的信号响应，其由如30B中所见的峰值之前和之后的高信号电平示出。
图31A和31B中示出了采用多个交错电极的接近开关总成20的另一个实施例。在电极指状元件506之间的在尖端处内部指状元件被缩短或被移除，从而导致减少的电极密度且直接降低每个接近传感器24A-24E的顶部的激活场。这大体上使穿过接近传感器的响应变平，并增加串绕。因为在本示例中电极指状元件的密度降低了约一半，所以总成20的整体灵敏度可能会降低。得到的信号响应可以如图31B中所示的更平。应当理解的是，电极指状元件可以通过缩短指状元件来调整，这可以提高性能同时降低信号损失。
参照图32A和32B，根据又一实施例，示出了接近开关总成20的高密度的交错电极指状元件的几何结构。在本实施例中，过渡区域500内相邻接近传感器之间的电极26和28的交错部分510示出具有在部分510中彼此交错的竖直取向的电极指状元件506A和508A。各自电极指状元件506和508的附加竖直延伸部506A和508A可以进一步增强如图32B中所示的信号响应中所见的信号响应。应当理解的是，电极指状元件的其它尺寸、形状和数量可以在过渡区域500的交错部分510内采用。
参照图33A和33B，根据又一实施例，接近开关总成20被示出具有多个锥形的且交错的电极指状元件506。在本实施例中，与电极26相关的电极指状元件506从一端到另一端逐渐变细，以使高度从一端到另一端变化。在具有最大高度的电极指状元件506的端部的高度设置在过渡区域500内的交错部分510中并且与本实施例中所示的相邻传感器的电极交错。与电极28相关联的电极指状元件508示出为具有大体上恒定的宽度。应当理解的是，电极508可以同样地包括的某种形式的锥形。通过使电极指状元件逐渐变细，接近传感器的激活场可以被调整为如图33B中所示的在峰值计数值处生成平的信号。
因此，接近传感器总成和开关总成有利地采用相邻接近传感器之间的过渡区域500内的交错部分510以进一步增强接近感测。应当理解的是，根据一实施例，接近传感器有利地采用电容传感器。然而，应当理解的是，其它接近传感器也可以采用交错设计。接近开关总成可以通过自身感测接近传感器的激活或可以进一步用来感测接近开关的激活。
应当理解的是，可以对上述结构做出变化和修改而不脱离本发明的构思，进一步应当理解的是，旨在通过以下权利要求包含该构思，除非这些权利要求通过文字另有明确说明。

Claims (20)

1.一种接近传感器总成，包含：
第一接近传感器，所述第一接近传感器生成第一激活场且包含第一和第二电极，所述第一和第二电极具有互相交叉的第一指状元件和第二指状元件；以及
第二接近传感器，所述第二接近传感器生成第二激活场且包含第三和第四电极指状元件，所述第三和第四电极指状元件具有互相交叉的第三指状元件和第四指状元件，其中所述第一和第二电极与第所述第三和第四电极交错。
2.根据权利要求1所述的接近传感器总成，进一步包含控制电路，所述控制电路用于处理与所述第一和第二激活场相关联的信号以确定所述第一接近传感器和所述第二接近传感器中的一个的激活，所述控制根据所述第一接近传感器和所述第二接近传感器中的一个的所述确定的激活来进一步确定接近开关的激活。
3.根据权利要求1所述的接近传感器总成，其中所述第一接近传感器位于第一传感器接口区域内并且所述第二接近传感器位于第二传感器接口区域内，其中部分所述第一和第二电极与部分所述第三和第四电极在所述第一传感器接口区域和所述第二传感器接口区域之间的过渡区域内交错。
4.根据权利要求1所述的接近传感器总成，其中所述第一和第二电极与所述第三和第四电极交错至少2.0毫米的距离。
5.根据权利要求1所述的接近传感器总成，其中所述第一接近传感器和所述第二接近传感器各自包含电容传感器，并且其中所述第一电极指状元件和所述第二电极指状元件电容地耦合以生成所述第一激活场，并且所述第三电极指状元件和所述第四电极指状元件电容地耦合以生成所述第二激活场。
6.根据权利要求1所述的接近传感器总成，其中所述第一、第二、第三和第四电极的交错部分是锥形的。
7.根据权利要求1所述的接近传感器总成，其中所述第一和第三电极具有锥形的第一和第三指状元件。
8.根据权利要求1所述的接近传感器总成，进一步包含第三接近传感器，所述第三接近传感器生成第三激活场且包含第五和第六电极指状元件，所述第五和第六电极指状元件具有互相交叉的第五指状元件和第六指状元件，其中所述第五和第六电极与所述第三和第四电极交错。
9.根据权利要求1所述的接近传感器总成，进一步包含附加接近传感器，所述附加接近传感器包含与所述第一和第二电极交错的一对附加电极。
10.根据权利要求1所述的接近传感器总成，其中所述接近开关被采用在车辆上。
11.一种接近开关总成，包含：
第一接近开关，所述第一接近开关包含第一接近传感器，所述第一接近传感器生成第一激活场且包含第一和第二电极，所述第一和第二电极具有互相交叉的第一指状元件和第二指状元件；以及
第二接近开关，所述第二接近开关包含第二接近传感器，所述第二接近传感器生成第二激活场且包含第三和第四电极指状元件，所述第三和第四电极指状元件具有互相交叉的第三指状元件和第四指状元件，其中所述第一和第二电极与所述第三和第四电极交错。
12.根据权利要求11所述的接近开关总成，进一步包含控制电路，所述控制电路用于处理与所述第一和第二激活场相关联的信号以确定所述第一接近开关和所述第二接近开关中的一个的激活。
13.根据权利要求11所述的接近开关总成，其中所述第一接近传感器位于第一接口区域内并且所述第二接近传感器位于第二接口区域内，其中部分所述第一和第二电极与部分所述第三和第四电极在所述第一传感器接口区域和所述第二传感器接口区域之间的过渡区域内交错。
14.根据权利要求11所述的接近开关总成，其中所述第一和第二电极与所述第三和第四电极交错至少2.0毫米的距离。
15.根据权利要求11所述的接近开关总成，其中所述第一接近传感器和所述第二接近传感器各自包含电容传感器，并且其中所述第一电极指状元件和所述第二电极指状元件电容地耦合以生成所述第一激活场，并且所述第三电极指状元件和所述第四电极指状元件电容地耦合以生成所述第二激活场。
16.根据权利要求11所述的接近开关总成，其中所述第一、第二、第三和第四电极的交错部分是锥形的。
17.根据权利要求11所述的接近开关总成，其中所述第一和第三电极具有锥形的第一和第二指状元件。
18.根据权利要求11所述的接近开关总成，进一步包含第三接近开关，所述第三接近开关包含第三接近传感器，所述第三接近传感器生成第三激活场且包含第五和第六电极，所述第五和第六电极具有互相交叉的第五指状元件和第六指状元件，其中所述第五和第六电极与所述第三和第四电极交错。
19.根据权利要求1所述的接近开关总成，进一步包含附加接近传感器，所述附加接近传感器包含与所述第一和第二电极交错的一对附加电极。
20.根据权利要求11所述的接近开关总成，其中所述接近开关被采用在车辆上。
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