CN108139821A

CN108139821A - 触摸设备

Info

Publication number: CN108139821A
Application number: CN201580083464.6A
Authority: CN
Inventors: 陈善智
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2018-06-08
Also published as: EP3314382A1; WO2017070885A1; US20190004625A1; EP3314382A4

Abstract

公开了一种设备。触摸设备包括第一检测单元(510)、第二检测单元(520)和控制单元(530)。第一检测单元(510)响应于触摸来生成指示触摸的位置的第一信息。设置在第一检测单元(510)下方的第二检测单元(520)响应于触摸来生成指示该触摸的测量值的第二信息。被耦接到第一检测单元(510)和第二检测单元(520)的控制单元(530)将第一信息与第二信息关联。第一信息的生成与第二信息的生成被隔离开。

Description

触摸设备

背景技术

触摸设备是用于对是否发生触摸进行感测并且响应于该触摸来执行相应操作的设备。触摸设备对施加于其触摸屏/面板的输入区域的对象(例如，手指或手写笔(stylus))的位置进行检测，触摸传感器被布置在触摸屏/面板中。这种传感器包括与输入区域重叠的导电元件。可被用在触摸设备中的触摸传感器包括电容式传感器、电阻式传感器和红外传感器。

附图说明

图1描绘了根据示例的处于触摸操作中的触摸设备的示意图；

图2A描绘了根据示例的触摸设备的层叠结构；

图2B描绘了根据示例的第一子图案化层的图案设计；

图3A描绘了根据另一示例的触摸设备的层叠结构；

图3B描绘了根据示例的第二子图案化层的图案设计；

图3C描绘了根据示例的第三子图案化层的图案设计；

图4描绘了根据另一示例的触摸设备的层叠结构；

图5描绘了根据示例的触摸设备的架构；

图6描绘了根据示例的用于对触摸的压力进行检测的方法。

具体实施方式

在以下对示例的描述中，参考附图，其中通过说明的方式示出了可以实践的具体示例。应当理解的是，可以使用其他示例并且可以在不脱离各种示例的范围的情况下进行结构改变。

示例触摸设备被用于通过对触摸传感器的输出进行监测来捕获外部触摸。例如，可以使用电容式传感器来检测由触摸引起的电容变化。本文所提供的示例可以被用于检测触摸设备上的触摸的测量值，例如温度或湿度、触摸的压力、触摸的大致位置等。在一个示例中，触摸设备可以是温度计、湿度计、移动电话、可穿戴电子设备、健康监测设备、环境监测设备、平板计算设备、计算机显示器、计算输入设备(例如触摸板、键盘或鼠标等)、触摸板或屏幕、按钮等。

在一些情况下，透明或非透明的触敏膜(touch-sensitive film)与非显示组件集成在一起，以在外壳的表面或设备的其他表面上形成触敏表面。在一些示例中，触敏膜与触摸板、触摸面板或设备的其他触敏表面集成在一起。在一个示例中，触敏膜与笔记本计算机系统的触摸板集成在一起。可以使用能够对触摸的测量值进行确定的触摸传感器来在显示器、外壳或电子设备的其他表面上感测触摸。估算出的力的大小或程度可以被用作到触摸设备的输入信号或输入数据。电容器的介电常数与温度有关，因此在通过电容式触敏膜检测到的测量值为手写笔的温度变化时，触敏膜可以产生输出量(例如电容变化量等)以指示温度变化。为了更详细地描述本发明的构思，以下描述的触摸压力被用作测量值的示例。

图1描绘了根据示例的处于触摸操作中的触摸设备的示意图。在该示例中，触摸设备100可以包括设置在第二检测层120下方的显示元件130，该第二检测层120设置在第一检测层110下方。显示元件130通常可被称为显示器并被用于向触摸设备100的用户呈现视觉内容。显示元件130可以包括各种设备，例如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器等。如下面更详细解释的，第一检测层110和第二检测层120可以是透明的，并且在一些情况下可以是非透明的。检测层110和120可以经由空间层(例如，压敏粘合剂层、塑料层、玻璃层或其他材料)而彼此附接。

在用户想要选择被呈现在显示元件130上的对象“OBJ”的示例操作中，他可以通过压力来触摸指向“OBJ”的位置的区域，例如块110a。在实现所提及的触摸时，块110a的状态被改变，并且用于指示触摸的位置(例如块110a的位置)的第一信息被生成。同时，设置在块110a下方的块120a的状态也响应于该触摸而改变，并且指示该触摸的压力的第二信息被生成。在被耦接到这两层的控制单元获得该信息时，该控制单元可以通过建立触摸的位置与压力之间的关系来将这两个信息关联。

在该示例中，块120a可以具有比块110a更大的可检测量(这通过两个块的不同尺寸来示出)，以确保该触摸的压力能够被准确地感测到。并且，位于右下角的带有黑点的四个块对应于块120a。

图2A描绘了根据示例的触摸设备的层叠结构。示例层叠200包括但不限于第一检测层210和第二检测层220，并且其中第二检测层220包括子屏蔽层221和第一子图案化层223。第一检测层210通过第一光学透明粘合剂(Optical clear adhesive，OCA)层240被附接到第二检测层220，并且子屏蔽层221通过第二OCA层250被附接到第一子图案化层223。在一些情况下，触摸设备200可以包括显示元件，第二检测层220通过第三OCA层被附接在该显示元件上。如上所讨论的，显示元件可以包括例如LCD显示器、LED显示器、OLED显示器等。在一些情况下，第二检测层220可以被直接地附接到显示元件。然而，在其他示例中，在显示元件与第二检测层220之间可以存在附加的组件或层。

在该示例中，子屏蔽层221的基板是透明塑料或玻璃材料，该基板上具有透明的全导电材料，例如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、金属网、AG(银)纳米线、碳纳米管等。关于第一子图案化层223，它的基板可以由具有透明图案化导电材料(例如ITO线、金属网、AG纳米线、碳纳米管等)的透明塑料或玻璃材料来制成。

图2B描绘了根据示例的第一子图案化层的图案设计。图案设计可以是但不限于具有相同尺寸图案的矩阵。图案化导电材料的形状不是固定的，并且该形状可以被成形为正方形、矩形、圆形、三角形、菱形或其他形式。在这样的示例中，第一子图案化层的导电材料块被电耦接到控制单元(示例连接导线未被示出)，并且形成具有第一子图案化层223的第二检测电容器的阵列。通过减小子屏蔽层221和第一子图案化层223之间的距离，可以增加每个第二检测电容器的电容。如上所述，每个第一检测电容器的可检测电容变化可以小于每个第二检测电容器的可检测电容变化。

通过该构造，第一检测层210可以包括第一检测电容器的阵列，以对触摸进行检测来生成与第一检测电容器中的每一个相对应的第一电容变化信息；而第二检测层220可以包括由子屏蔽层221和第一子图案化层223形成的第二检测电容器的阵列，并且该第二检测层220被设置在第一检测层210下方，以对触摸进行检测来响应于该触摸而生成与第二检测电容器中的每一个相对应的第二电容变化信息。在对触摸设备施加触摸的操作中，阵列中与触摸位置相对应的特定检测电容器处的电容通过该触摸而被改变，并且控制单元可以相应地获得第一电容变化信息。同时，控制单元还可以响应于该触摸而获得第二电容变化信息。

在一些情况下，控制单元可以获得包括电容器的点ID(编号)与坐标的电容变化信息。在一些其他情况下，电容变化信息可以包括状态指示符以指示电容器P1被直接触摸还是间接触摸。在多点触摸操作的示例中，存在两个以上的触摸点。控制单元可以基于第一电容变化信息来获得关于触摸点的多个指示参数，该第一电容变化信息指示存在两个触摸点以及触摸点的坐标，如表1所示。

表1：位置信息

点ID	坐标(X)	坐标(Y)
			P1	220	80
P2	240	150

在第二检测层包括16(4×4)个第二电容器的示例中，控制单元可以获得如表2所示的16个压力数据。

表2：压力信息

Cap ID	CAP	Cap ID	CAP	Cap ID	CAP	Cap ID	CAP
								12	6	13	12	14	21	15	0
8	0	9	12	10	5	11	6
								4	35	5	0	6	145	7	30
0	0	1	10	2	230	3	120

基于坐标(220，80)，在比较第一检测层与第二检测层之间的位置之后，在Cap 2的区域中找到点1。然后，将被确定为压力数据的电容器2的电容变化与点1关联。以相同的方式，点2对应于电容器6。最后，如表3所示，控制单元可以获得指示触摸的位置和压力的信息。在表3中，增加Z列中的数据，该数据由电容器2和6获得，以指示触摸压力。

表3：所联信息

点ID	X	Y	Z
				1	220	80	230
2	240	150	145

在示例中，控制单元可以通过接口(例如I2C(二线总线)接口、USB(通用串行总线)接口、UART(异步串口)或其他通信接口)将所关联的信息发送给主机。然后主机可以使用压力数据来执行相应的操作。在示例中，控制单元可以直接使用压力来执行相应的操作。

在这样的示例中，子屏蔽层221可以被耦接到固定电压——例如0伏(即，接地)、3伏、5伏或其他被允许的电压等——来形成第二检测电容器的极板，并且使第一电容变化信息的生成与第二电容变化信息的生成隔离开。而且，子屏蔽层221可以防止第一检测层210受到由显示元件所产生的噪声的影响。

图3A描绘了根据另一示例的触摸设备的层叠结构。示例触摸设备300还可以包括用于提供指示触摸位置的信息的第一检测层310、以及用于提供指示触摸压力的信息的第二检测层320。

在这样的示例中，第二检测层320设置在第一检测层310之间。基于示例层叠，第二检测层320中存在五个部分，即，子屏蔽层321、第二子图案化层323、第三子图案化层325以及两个OCA(光学透明粘合剂)层350和360。第一检测层310通过OCA层340被附接到第二检测层320。在一些情况下，触摸设备300可以包括显示元件，第二检测层320通过OCA层被附接在该显示元件上。

子屏蔽层321的基板也可以是其上具有透明全导电材料的透明塑料或玻璃材料。关于第二子图案化层323和第三子图案化层325，它们的基板可以由具有透明图案化导电材料的透明塑料或玻璃材料来制成。第二子图案化层323和第三子图案化层325连接到用于对电容变化进行检测的控制单元(未示出)。

图3B描绘了根据示例的第二子图案化层的图案设计，并且图3C描绘了根据示例的第三子图案化层的图案设计。

在该示例中，设置在子屏蔽层下方的第二子图案化层323具有沿第一方向分布的导电材料棒的阵列，并且设置在第二子图案化层323下方的第三子图案化层325具有沿与第一方向正交的第二方向分布的导电材料棒的阵列。如图3B和3C所示，第一方向是轴向的，并且第二方向是纵向的。在另一示例中，第一方向可以是纵向的，并且第二方向是轴向的。通过该构造，第二检测电容器的阵列由第二子图案化层323和第三子图案化层325形成，并且位于这两层的棒的交叉点处。类似地，如图2B所述，每个第一检测电容器的可检测电容变化小于每个第二检测电容器的可检测电容变化。

在该示例中，子屏蔽层321被耦接到固定电压，例如0伏(即，接地)、3伏、5伏或其他被允许的电压等。由于子屏蔽层的存在，第二子图案化层323可以被实现为：或者被耦接到激励信号的Tx层、或者将从Tx层接收信号的Rx层，并且两个子图案化层之间的信号传输不会受到第一检测层310的操作的干扰。

图4描绘了根据示例的触摸设备的另一层叠结构。触摸设备400还可以包括用于提供指示触摸位置的信息的第一检测层410、以及用于提供指示触摸压力的信息的第二检测层420。

在示例中，第二检测层420设置在第一检测层410与显示元件之间。基于层叠，在第二检测层420中存在三个部分，即，子屏蔽层421、第四子图案化层423以及OCA层450。子屏蔽层421和第四子图案化层423的基板也可以由具有透明的导电材料的透明塑料或玻璃材料来制成。第一检测层410通过OCA层440被附接到第二检测层420。在一些情况下，触摸设备400可以包括显示元件，第二检测层420通过OCA层被附接在该显示元件上。

在该示例中，子屏蔽层421包括沿第一方向分布的导电材料棒的阵列，并且设置在子屏蔽层421下方的第四子图案化层423包括沿与第一方向正交的第二方向分布的导电材料棒的阵列。通过该构造，第二检测电容器的阵列由子屏蔽层421和第四子图案化层423形成，并且位于这两层的棒的交叉点处。类似地，如上所述，每个第一检测电容器的可检测电容变化可以小于每个第二检测电容器的可检测电容变化。

在该示例中，子屏蔽层421被耦接到激励信号以用作Tx层，而第四子图案层用作Rx层。在控制单元逐个扫描Tx层上的棒时，子屏蔽层421也可以大体上将由两个层421和423所实现的信息生成隔离开。具体地，在Tx层上的棒被用于传输激励信号时，其他的棒被耦接到固定电压，例如0伏(即，接地)、3伏、5伏或其他被允许的电压。因此，子屏蔽层421可以用作屏蔽件，并且层421和423之间的信号传输不会受到第一检测层410的操作的干扰。而且，子屏蔽层421可以防止第一检测层410受到由显示元件所产生的噪声的影响。

图5描绘了根据示例的触摸设备的架构。触摸设备500包括但不限于第一检测单元510、第二检测单元520和控制单元530。第一检测单元510被通信地耦接到控制单元530，并且用于响应于触摸来生成指示触摸位置的第一信息。设置在第一检测单元510下方的第二检测单元520被电耦接到控制单元530，并且用于响应于触摸来生成指示触摸压力的第二信息。因此，控制单元530可以获得能够对指示触摸的不同参数进行描述的第一信息和第二信息。

在触摸被施加在触摸设备上时，两个检测单元510和520二者都可以生成电容变化信息。示例控制单元530被电耦接到第一检测单元510和第二检测单元520这两者，并且从这两个检测单元中获得不同的电容变化信息。在对电容变化信息进行分析之后，控制单元530可以基于这两个检测单元之间的位置对应关系、来将从第一信息中获得的位置与从第二信息中获得的压力关联。换言之，控制单元530将压力数据分配到当前或相应的触摸位置。在将第一信息与第二信息关联之后，控制单元可以获得指示触摸的位置和压力的信息，控制单元530可以基于该信息来触发相应的行为。在控制单元530被耦接到主机的情况下，可以通过诸如SPI(串行外围接口)、I2C、UART或其他通信接口等接口来将包括触摸的位置和压力的信息传输到主机。随后，主机可以执行相应的操作。

在一些情况下，触摸设备500可以包括反馈单元，该反馈单元被通信地耦接到控制单元530以在所获得的触摸压力大于预定阈值时生成通知。在获得该通知之后，控制单元530或者被耦接到控制单元530的主机可以触发如下操作：通知用户当前触摸的压力过大。所触发的操作可以是视觉呈现、声音、振动或其他有感觉的操作。

如上所述，示例第一检测单元510包括用于生成第一信息的第一检测块(例如块110a)的阵列，并且示例第二检测单元520包括用于生成第二信息的第二检测块(例如块120a)的阵列。在这种构造中，块110a的位置被指向块120a的位置。

当触摸被施加到触摸设备时，例如，触摸点位于块110a中，第一检测单元510可以检测到在块110a处发生电容变化，并且该触摸点的坐标可以基于第一信息来确定。响应于相同的触摸，在块120a处也发生电容变化，并且由第二信息所指示的压力基于由块2a检测到的电容变化被确定。在这种构造中，每个第一检测块(例如块110a)的可检测电容变化小于每个第二检测块(例如块120a)的可检测电容变化。

示例第二检测单元520可以包括屏蔽件，以将第一信息的生成与第二信息的生成隔离开，由此减小了两个检测层之间的干扰。示例屏蔽件可以通过耦接到固定电压或其他被允许的电压甚至激励信号来实现。

示例触摸设备500可以包括显示单元(未示出)，其中用户意欲选择由显示单元呈现的对象来触发操作。在该示例中，设置在第二检测单元520下方的显示单元可以机械性地支撑第二检测单元520并提供视觉内容。通过该构造，可以减少用于对包括第一检测单元510和第二检测单元520的层叠进行支撑的附加支撑元件。

图6描绘了根据示例的用于检测触摸的压力的方法。在该示例中，通过第一检测层和第二检测层来对触摸进行检测。

在框S61处，第一检测层和第二检测层响应于触摸来分别生成第一电容变化信息和第二电容变化信息。第一电容变化信息用于指示触摸的位置，并且第二电容变化信息用于指示触摸的压力。

在框S62处，基于第一电容变化信息和第二电容变化信息来确定触摸的压力数据。具体而言，从第二电容变化信息中获得与触摸的位置相对应的电容变化。基于这两层的位置对应来对信息进行比较，以确定由第二检测层生成的哪个电容变化指向由第一检测层指示的触摸的位置。并且，与触摸的位置相对应的电容变化被确定为压力数据。

该方法还可以包括将压力数据与示例预定阈值进行比较，并且在压力数据大于预定阈值时生成通知。本文所使用的压力数据和预定阈值可以是电容变化、根据电容变化而计算出的触摸的强度、或者其他可比较的数值。

前面的公开描述了用于检测触摸的多个示例。应当意识到，所描述的示例旨在说明而不是限制本公开的范围。因此，权利要求并不旨在受限于示例的所示细节，而是应被赋予与权利要求的语言一致的全部范围。

Claims

1.一种触摸设备，包括：

第一检测单元，所述第一检测单元用于响应于触摸来生成指示所述触摸的位置的第一信息；

第二检测单元，所述第二检测单元被设置在所述第一检测单元下方、用于响应于所述触摸来生成指示所述触摸的测量值的第二信息；和

控制单元，所述控制单元被耦接到所述第一检测单元和所述第二检测单元、用于将所述第一信息与所述第二信息关联，

其中所述第一信息的所述生成与所述第二信息的所述生成被隔离开。

2.根据权利要求1所述的触摸设备，其中所述第二检测单元包括屏蔽件以将所述第一信息的所述生成与所述第二信息的所述生成隔离开。

3.根据权利要求1所述的触摸设备，其中

所述第一检测单元包括用于生成所述第一信息的第一检测块的阵列，所述第二检测单元包括用于生成所述第二信息的第二检测块的阵列，

其中每个所述第一检测块的可检测电容变化小于每个所述第二检测块的可检测电容变化。

4.根据权利要求3所述的触摸设备，其中所述控制单元基于所述第一检测块与所述第二检测块之间的位置对应关系来将所述触摸的所述测量值与所述触摸的所述位置关联。

5.根据权利要求1所述的触摸设备，其中所述触摸的所述测量值包括以下中的至少一种：

压力；

温度；

湿度；和

位置。

6.根据权利要求1所述的触摸设备，进一步包括：

显示单元，所述显示单元设置在所述第二检测单元下方并且机械性地支撑所述第二检测单元用于提供视觉内容。

7.一种用于对触摸设备中的触摸的压力进行检测的方法，包括：

响应于触摸，通过第一检测层和第二检测层来分别生成第一电容变化信息和第二电容变化信息；和

基于所述第一电容变化信息和所述第二电容变化信息来确定所述触摸的压力数据，

其中所述第一电容变化信息的所述生成与所述第二电容变化信息的所述生成被隔离开。

8.根据权利要求7所述的方法，所述确定进一步包括：

从所述第二电容变化信息中获得与所述触摸的位置相对应的电容变化；和

将所述电容变化确定为所述压力数据。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

将所述压力数据与预定阈值进行比较；和

在所述压力数据大于所述预定阈值时，生成通知。

10.一种触摸设备，包括：

第一检测层，所述第一检测层包括第一检测电容器的阵列、用于对触摸进行检测来生成与所述第一检测电容器中的每一个相对应的第一电容变化信息；和

第二检测层，所述第二检测层包括第二检测电容器的阵列并且被设置在所述第一检测层下方、用于对所述触摸进行检测来生成与所述第二检测电容器中的每一个相对应的第二电容变化信息，

其中所述第二检测层包括子屏蔽层以将所述第一电容变化信息的所述生成与所述第二电容变化信息的所述生成隔离开。

11.根据权利要求10所述的触摸设备，其中

所述子屏蔽层被耦接到固定电压；

所述第二检测层进一步包括：

第一子图案化层，所述第一子图案化层被设置在所述子屏蔽层下方并且具有导电材料块的阵列；以及

所述第二检测电容器的所述阵列由所述子屏蔽层和所述第一子图案化层形成。

12.根据权利要求10所述的触摸设备，其中

所述子屏蔽层被耦接到固定电压；

所述第二检测层进一步包括：

第二子图案化层，所述第二子图案化层被设置在所述子屏蔽层下方并且具有沿第一方向分布的导电材料棒的阵列；和

第三子图案化层，所述第三子图案化层被设置在所述第二子图案化层下方并且具有沿与所述第一方向正交的第二方向分布的导电材料棒的阵列；以及

所述第二检测电容器的所述阵列由所述第二子图案化层和所述第三子图案化层形成。

13.根据权利要求10所述的触摸设备，其中

所述子屏蔽层包括沿第一方向分布的导电材料棒的阵列；

所述触摸模块进一步包括：

第四子图案化层，所述第四子图案化层被设置在所述子屏蔽层下方并且具有沿与所述第一方向正交的第二方向分布的导电材料棒的阵列；以及

所述第二检测电容器的所述阵列由所述子屏蔽层和所述第四子图案化层形成，并且所述子屏蔽层被耦接到激励信号。

14.根据权利要求10所述的触摸设备，其中每个所述第一检测电容器的可检测电容变化小于每个所述第二检测电容器的可检测电容变化。

15.根据权利要求10所述的触摸设备，进一步包括：

控制单元，所述控制单元被耦接到所述第一检测层和所述第二检测层、用于从所述第一电容变化信息中获得所述触摸的位置信息、并且用于从所述第二电容变化信息中获得所述触摸的压力信息。