CN108292184A - 用于射频识别触摸面板的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了在单个交互面板上结合射频识别和电容传感功能的装置和方法。该交互面板能够探测具有低电容探测阈值的物体以及具有高电容探测阈值的手指触摸。此外,该交互面板能够同时探测多个物体,大大超过智能手机和智能平板电脑的触摸屏通常提供的11个独立触摸点。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时具有电容传感和射频识别标签读取功能的交互面板。
背景技术
智能手机和平板电脑的电容触摸屏的爆发式增长使触摸屏成为人机交互的主导形式。这些触摸屏通常为一个用户和屏幕之间的触摸交互而设计和构建,因此,仅为了这个效果进行优化。
当一个用户参与时,不需要智能手机或者平板电脑屏幕识别多于11个的同时的手指触摸的功能。也不需要多个物体与触摸屏交互的功能。智能手机/平板电脑用户不关心这些类型的应用。
US7928965描述了射频识别技术和电容触摸屏技术的结合,使用典型的驱动线和感应线结构。
根据US7928965的一个实施例,单个射频环形天线在驱动线或者感应线的同一侧形成,驱动线或者感应线完全被环形天线包围着。在这个设计中,环形天线比驱动线或者感应线的整个区域稍稍大些。然而,在不产生一个无法进行射频探测的中心区域时,能应用多大的环形天线是有限制的。因此,这个设计对于大面板(例如,大于20cm乘以20cm的正方形)是不可行的。
根据US7928965的另一个实施例,环形天线形成在驱动线的内侧。很不幸,这个设计会破坏驱动线和感应线的均匀性,这样,会负面地影响用户的电容触摸交互的效果。
尽管在与驱动线和感应线分离的一个面板表面上使用多个环形天线这一设计使大尺寸触摸屏具有均匀的射频探测功能,这个设计仍然是有限的,因为它不容易检测到小尺寸导电物体或者不能探测多于11个的同时的触摸。
的确,使用类似于US7928965的系统和方法的最大问题在于,目前不存在商业上可得的能获得多于11个独立触摸的计算机芯片。因此,如果一个人需要多于11个同时触摸的识别功能,US7928965描述的系统及相关方法实际上无法实施。更进一步地,由于目前不存在商业上可得的使电容触摸屏能够探测到来自小尺寸导电物体的电容耦合的芯片,如果一个人需要触摸屏和物体的交互,US7928965也不能使用。
因此,新型的能探测比现有技术数量更多的同时的触摸以及允许小尺寸导电物体的探测和识别的交互面板是需要的。
发明内容
本发明披露了在单个交互面板上结合射频识别和电容传感功能的装置和方法。交互面板能够探测具有低电容探测阈值的物体以及具有高电容探测阈值的手指触摸。此外,该交互面板能够同时探测多个物体,大大超过智能手机或智能平板电脑的触摸屏通常所能提供的11个独立触摸点。这样一个装置可以,例如,考虑到大量的印有字母的卡片放置在交互面板上时会产生实时反馈。对于年幼的儿童,这将成为一个有用的语言教学工具。
本发明的装置包括:交互面板,包括一层或者多层;在第一层的第一表面上的电容传感电极阵列,其中每个所述电容传感电极被设置为独立于任何其他电容传感电极来感知电容动作;在第二层的第二表面上的射频环形天线阵列,其中每个所述射频环形天线的探测范围空间上包括所述电容传感电极的一个子集;电极处理器,与每个所述电容传感电极连接;天线处理器,与每个所述射频环形天线连接。
本发明的方法包括:在所述交互面板的第一层的第一表面上形成电容传感电极阵列,其中每个所述电容传感电极被设置为独立于任何其他电容传感电极来感知电容动作;在所述交互面板的第二层的第二表面上形成射频环形天线阵列,其中每个所述射频环形天线的探测范围在空间上包括所述电容传感电极的一个子集;每个所述电容传感电极与电极处理器连接,每个所述射频环形天线与天线处理器连接。
本发明的一个实施例中,所述交互面板由多层组成。所述层可以由通常用于触摸屏的玻璃制成,也可以由通常用于印刷电路板的塑料制成。
在本发明的另一个实施例中,所述电极以及电线由透明导电材料组成,例如放置在玻璃层或者类玻璃层上的氧化铟锡。
在本发明的另一个实施例中,所述射频天线由透明导电材料组成,例如放置在玻璃层或者类玻璃层上的氧化铟锡。
在本发明的另一个实施例中,第一表面和第二表面是同一层的顶面和底面。
在本发明的另一个实施例中,所述射频环形天线采用透明导电材料形成在所述层上。
在本发明的另一个实施例中,所述电容传感电极阵列形成在玻璃层的顶面,所述射频环形天线阵列形成在同一玻璃层的底面。电极电路和天线电路采用透明导电材料(例如氧化铟锡)形成在电极和天线区域内,并且通过柔性印刷电路与处理器所在的印刷电路板连接。在这个实施例中,芯片和导线干净地与透明电极和天线分离,实现所述交互面板的均匀性和透明度,并有效屏蔽电磁干扰。
在本发明的另一个实施例中,所述装置进一步包括计算机单元,接收来自所述电极处理器和所述天线处理器的信息,并使用这些信息作为计算机程序的输入。
在本发明的另一个实施例中,所述电容动作是在电容传感电极处或者附近,手指触摸所述交互面板。
在本发明的另一个实施例中,电子显示面板被加入,并被所述计算机单元控制。
在本发明的另一个实施例中,所述电容动作是在电容传感电极处或者附近,在所述交互面板上放置一个物体,其中,所述物体包括能被所述电容传感电极探测到的元素。
在本发明的另一个实施例中,能被所述电容传感电极探测到的所述元素是嵌入所述物体中的射频识别标签。
在本发明的另一个实施例中,所述计算机单元被配置为给探测所述物体设定阈值,所述阈值低于探测手指触摸的阈值。
附图说明
为了更好地说明本发明实施例的技术特征,本发明不同实施例将结合附图简要描述。显而易见的这些图例仅为举例,本领域普通技术人员不脱离本发明的原则可以获得额外的附图。
图1是根据本发明的一个实施例,具有探测多个手指触摸和物体功能的交互面板的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例,位于第一层的第一表面的电极阵列的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例,位于第二层的第二表面的射频环形天线阵列的示意图。
图4是第一层和第二层相互叠加的横截面示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了更好地说明本发明实施例的目的、技术特征和优势,本发明的不同实施例将结合附图进一步描述。
尽管本发明将结合不同特定实施例进行描述,本发明并不限定于这些实施例。本领域普通技术人员将认识到本发明的系统和方法可以有许多其他应用。
例如,为了简单起见,“面板”或者“交互面板”的概念被讨论,但是本发明很容易应用于三维情况。
另外,尽管本发明实施例披露了特定电容传感器阵列和特定天线阵列的设计,其他阵列设计也可以使用,并且在本发明的范围内。
另外,尽管手指触摸或包含导电材料的物体被置于所述交互面板上被反复用来代表所述电极阵列探测的动作,其他方法的使用,例如触针或者具有高介电常数的材料也在本发明的范围内。
此外,尽管本发明实施例披露了所述处理器,所述射频天线阵列,以及多个物体的射频识别芯片之间的特定通讯流程,本发明实施例并不限定于任何特定的所述物体的唯一识别码被所述交互面板探测的流程。
通过参考附图,对于本领域技术人员,本发明可以更好地被理解,它的目的和优势将更加明显。
本发明披露了在单个交互面板上结合射频识别和电容传感功能的装置和方法。交互面板能够探测具有低电容探测阈值的物体以及具有高电容探测阈值的手指触摸。此外,该交互面板能够同时探测多个物体,大大超过智能手机或智能平板电脑的触摸屏通常所能提供的11个独立触摸点。这样一个装置可以,例如,考虑到大量的印有字母的卡片放置在交互面板上时会产生实时反馈。对于年幼的儿童,这将成为一个有用的语言教学工具。
图1是根据本发明的一个实施例,具有探测多个手指触摸和物体功能的交互面板的示意图。交互面板101被提供,它的表面能探测多个(例如,多于11个)同时的手指触摸102以及嵌入导电电容材料的物体103的位置。交互面板101能通过嵌入交互面板101中的射频天线与嵌入物体103中的射频识别标签的无线通讯,进一步识别放置在其表面上的每个物体103的唯一识别码。
图2是根据本发明的一个实施例,位于第一层的第一表面的电极阵列的示意图。第一层201包括电极阵列202,每个电极203有其自己独立的电子线路204,将其连接到电极处理器205,其中,每个电容感应电极203是独立连接到电极处理器205的,因此每个电极203能独立于任何其他电容感应电极203感知电容动作。在图2描述的实施例里,电极处理器205位于交互面板201的边缘206。电容动作由人的手指触摸一个或者多个电极203引起,或者由放置包含或者嵌入能被电极203探测的导电电容材料的物体引起。电极203和相应的电极处理器205被设计为,具有相对小的电容值的物体引起的小的电容变化能被检测。
这个设计不同于传统的由驱动线和感应线形成的电容屏,由于电极阵列202中的每个电极203能形成一个独立的自电容传感器,任何以及所有电极阵列202中的电极203都能被一个或者多个电容动作激活。与此相反,驱动线和感应线形成的电容屏被设计为提供最多11个独立的手指触摸。
尽管在智能手机或者智能平板电脑中,拥有多于10个同时的手指触摸探测是没有实际用途的;然而,在大的交互面板与多个用户同时交互,导致几十甚至上百个独立的触摸(或者通过手指触摸或者通过操控物体,例如卡片或者积木)的情况下,上述功能变为合乎需要的。
尽管目前期望电极203的数目达到百万是不切实际的,因为要实现这个目的,每个电极203的电子线路204会非常复杂并且从空间的角度来讲具有物理局限性;然而,具有几百或者几千个电极203的电极阵列202在目前的工艺水平之内,电极203和它相应的线路204通过透明的导电材料例如氧化铟锡在玻璃或者类玻璃材料(为了电容触摸屏的最佳均匀性和透明度)实现,或者通过非透明导电材料例如铜或者塑料电路板(即,印刷电路板)来实现。
图3是根据本发明的一个实施例,位于第二层301的第二表面的射频环形天线阵列302的示意图。第二层301的第二表面有射频环形天线阵列302。第二层301叠加在第一层201的电极阵列202上,以这样一种方式设计,射频环形天线303的探测范围在空间上包括电容传感电极203的一个子集。高频射频环形天线的典型尺寸是方形的,边长从5cm到15cm,取决于电容传感电极203的密度。环形天线阵列302物理布局根据经验选择,已证明能够横跨电容传感电极203的整个阵列202提供均匀的射频识别标签探测功能。
正如电极阵列202,所有射频环形天线303在天线处理器304的控制之下。电子线路将射频环形天线303和它们的天线处理器304连接起来,确保每个射频环形天线303与天线处理器304是独立连接的。
正如第一层201,天线处理器304位于第二层301的边缘305。
射频环形天线303和它相应的线路通过透明的导电材料例如氧化铟锡在玻璃或者类玻璃材料(为了电容触摸屏的最佳均匀性和透明度)实现,或者通过非透明导电材料例如铜或者塑料电路板(即,印刷电路板)来实现。
图4是根据本发明的一个实施例,第一层201和第二层301相互叠加的横截面示意图。
交互面板401包括相互叠加的三层,包括电极203的第一层201在中间,包括射频环形天线303的第二层在底部。一个保护薄板403也固定在第一层201顶部。第一层201和第二层301有效连接到计算机单元404。计算机单元404被配置为给探测所述物体设定阈值,该阈值低于探测手指触摸的阈值。
图4的流程如下:多个物体402,每个嵌有导电电容材料和包含物体唯一识别码的射频识别标签,被放置在交互面板401上面,引起位于每个物体402下面的电极探测到电容变化,所述电极处理器进一步给所述交互面板的计算机单元404发送信号来确认每个物体402的准确位置。这引起计算机单元404指令射频天线处理器使分配给已经探测到电容变化的那些电极203的射频天线与探测物体402的射频识别标签开始无线通讯,以便得到每个探测物体402的唯一识别码。以这种方式,图4描述的交互面板401能实时定位并识别多个物体的唯一识别码(即,多于11个)以及手指触摸。
在另一个实施例中,能被电容传感电极203探测到的元素是嵌入物体402中的射频识别标签,计算机单元404被配置为给探测物体402的射频识别标签设定一个低阈值。
在本发明的另一个实施例中,增加电子显示面板,作为第一表面和第二表面的额外叠加层,被计算机单元404控制。
在本发明的另一个实施例中,电容传感电极阵列202在玻璃层的顶面形成,射频环形天线阵列302在相同玻璃层的底部形成。电极电路和天线电路使用透明导电材料形成,例如氧化铟锡,在电极和天线区域内,通过柔性印刷电路与处理器所在的印刷电路板连接。在这个实施例中,芯片与电线与透明电极干净地分离,并位于交互面板的边缘,以便实现所述交互面板的均匀性和透明度,并有效屏蔽电磁干扰。
交互面板提供射频识别和电容传感功能的方法,包括:在所述交互面板的第一层的第一表面上形成电容传感电极阵列,其中每个所述电容传感电极被设置为独立于任何其他电容传感电极来感知电容动作;在所述交互面板的第二层的第二表面上形成射频环形天线阵列,其中每个所述射频环形天线的探测范围空间上包括所述电容传感电极的一个子集;每个所述电容传感电极与电极处理器连接,每个所述射频环形天线与射频环形天线处理器连接。
图5是根据本发明的一个实施例的方法流程图。
根据本发明的一个实施例,方法如下所述:在所述交互面板的第一层的第一表面上形成电容传感电极阵列,其中每个所述电容传感电极被设置为独立于任何其他电容传感电极来感知电容动作(501);在所述交互面板的第二层的第二表面上形成射频环形天线阵列,其中每个所述射频环形天线的探测范围空间上包括所述电容传感电极的一个子集(502);每个所述电容传感电极与一个电极处理器连接,每个所述射频环形天线与一个射频环形天线处理器连接(503);连接电极处理器和天线处理器到一个计算机单元(504)。
Claims (18)
1.一种用来提供射频识别和电容传感功能的装置,其特征在于,包括:
- 交互面板,包括一层或者多层,
- 在第一层的第一表面上的电容传感电极阵列,其中每个所述电容传感电极被设置为独立于任何其他电容传感电极来感知电容动作,
- 在第二层的第二表面上的射频环形天线阵列,其中每个所述射频环形天线的探测范围在空间上包括所述电容传感电极的一个子集,
- 电极处理器,与每个所述电容传感电极连接,
- 天线处理器,与每个所述射频环形天线连接。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,进一步包括一个计算机单元,所述计算机单元接收来自所述电极处理器和所述天线处理器的信息,并使用这些信息作为计算机程序的输入。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述电容动作是在电容传感电极处或者附近,手指触摸所述交互面板。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述电容动作是在电容传感电极处或者附近,在所述交互面板上放置一个物体,其中,所述物体包括能被所述电容传感电极探测到的元素。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,能被所述电容传感电极探测到的所述元素是嵌入所述物体中的射频识别标签。
6.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述计算机单元被配置为给探测所述物体设定阈值,所述阈值低于探测手指触摸的阈值。
7.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,进一步包括一个被所述计算机单元控制的电子显示面板。
8.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述第一表面和所述第二表面是同一层的顶面和底面。
9.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述射频环形天线采用透明导电材料形成在所述层上。
10.一种通过交互面板提供射频识别和电容传感功能的方法,其特征在于,包括:
- 在所述交互面板的第一层的第一表面上形成电容传感电极阵列,其中每个所述电容传感电极被设置为独立于任何其他电容传感电极来感知电容动作,
- 在所述交互面板的第二层的第二表面上形成射频环形天线阵列,其中每个所述射频环形天线的探测范围在空间上包括所述电容传感电极的一个子集,
- 每个所述电容传感电极与电极处理器连接,每个所述射频环形天线与射频环形天线处理器连接。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,进一步包括计算机单元接收来自所述电极处理器和所述天线处理器的信息,并使用这些信息作为计算机程序的输入。
12.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述电容动作是在电容传感电极处或者附近,手指触摸所述交互面板。
13.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述电容动作是在电容传感电极处或者附近,在所述交互面板上放置一个物体,其中,所述物体包括能被所述电容传感电极探测到的元素。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,能被所述电容传感电极探测到的所述元素是嵌入所述物体中的射频识别标签。
15.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,所述计算机单元被配置为给探测所述物体设定阈值,所述阈值低于探测手指触摸的阈值。
16.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,进一步包括一个被所述计算机单元控制的电子显示面板。
17.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述第一表面和所述第二表面是同一层的顶面和底面。
18.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述射频环形天线采用透明导电材料形成在所述层上。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180717 |
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |