CN108885477A - 具有多种跟踪方式的触摸板系统及集成有电容位置跟踪功能的机械力定位传感器 - Google Patents

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Abstract

一种系统以及方法，当触摸板为无机械按钮的(比如压力板(forcepad))时，在足够的力被用来在所述触摸板上加压以执行鼠标点击功能(比如右键点击或者左键点击)的情况下，所述系统以及方法用于使整个触摸板表面能够机械地运动，以便在触摸板上提供触觉反馈(其否则不具有触觉反馈)。

Description

具有多种跟踪方式的触摸板系统及集成有电容位置跟踪功能 的机械力定位传感器
技术领域
本发明总体涉及触摸传感器以及力传感器。特别地，本发明涉及用于使整个触摸板表面能够在足够的力被用来在所述触摸板上加压以执行鼠标点击功能的情况下机械地运动的系统以及方法。
背景技术
存在用于电容敏感触摸传感器的一些设计，其可利用用于提供触摸板(其为无按钮的)的机械运动的系统和方法。有用的是，调查触摸传感器的潜在的技术以更好地理解任何电容敏感触摸板可如何利用本发明。
公司的触摸板为互电容-感应装置并且示例在图1中被显示为方块图。在该触摸板10中，使用由X(12)和Y(14)电极以及传感电极16所构成的栅极来限定触摸板的触摸敏感区域18。通常，当存在空间限制时，触摸板10为由大约16乘以12个电极、或者8乘以6个电极所构成的矩形栅极。单个传感电极16与这些X(12)和Y(14)(或者行和列)电极交错。所有位置测量通过传感电极16进行。
公司的触摸板10测量传感线路16上的电荷方面的不平衡。当没有定点物体在触摸板10上或者接近触摸板10时，触摸板电路20处于平衡状态中，并且传感线路16上不存在电荷不平衡。当定点物体在物体接近或者触及触摸表面(触摸板10的感应区域18)时由于电容耦合而产生不平衡时，在电极12、14上发生电容的改变。测量的是电容的改变，而不是电极12、14上的绝对电容值。触摸板10通过测量电荷的量(其必须被注入至传感线路16上以在传感线路上重新确立或者重新获得电荷的平衡)确定电容的改变。
利用上述系统来确定如下的触摸板10上的或者接近如下的触摸板的手指的位置。该示例描述行电极12，并且对于列电极14以相同的方式重复。从行和列电极测量所获得的值确定交叉点，所述交叉点为触摸板10上的或者接近触摸板的定点物体的图心。
在第一步骤中，用来自P、N生成器22的第一信号驱动第一组行电极12，以及用来自P、N生成器的第二信号驱动不同的但是相邻的第二组行电极。触摸板电路20使用互电容测量装置26从传感线路16获得值，该值表明哪一行电极离定点物体最近。然而，受某个微控制器28控制的触摸板电路20却不能确定定点物体位于行电极的哪一侧上，触摸板电路20也不能确定定点物体距离电极究竟有多远。因此，系统使待驱动的电极12的组移动一个电极。换句话说，添加所述组的一侧上的电极，而不再驱动所述组的相对的侧上的电极。接着通过P、N生成器22驱动新的组以及进行对传感线路16的第二测量。
根据这两个测量，可以确定定点物体位于行电极的哪一侧上，以及有多远。接着使用将所测量的两个信号的幅度相比较的等式执行定点物体位置确定。
公司的触摸板的敏感度或者分辨率比由行和列电极所构成的16乘以12栅极所蕴含的更高。分辨率通常为大约每英寸960计数，或者更大。通过构件的敏感度，同一行以及列上的电极12、14之间的间距，以及另外的因素(其对于本发明而言并非重要的)确定精确的分辨率。对于Y或者列电极14，使用P、N生成器24重复上述过程。
虽然上述公司的触摸板使用由X和Y电极12、14以及单独的、单一的传感电极16所构成的栅极，但是传感电极实际上可通过使用多路技术为X或Y电极12、14。
应当理解的是，在该文件各处，术语“触摸传感器”的使用可与“压力板(forcepad)”、“无按钮触摸板”、“接近度传感器”、“触摸和接近度传感器”、“触摸面板”、“触摸板”以及“触摸屏”可交互地使用。
无按钮触摸板以及压力板可能为这样的触摸传感器，该触摸传感器在被按压时未能提供机械“点击”的用户友好的触觉反馈感觉。虽然触摸传感器仍然能够提供鼠标点击的功能，但是它们可能不能提供触觉反馈，此种触觉反馈对于功能而言可能并非必须的，但是对于使用者而言可能是可取的。
此外，很多触摸传感器不容许使用者在触摸板的顶部部分处执行机械点击(右边或左边)。这在机械按钮(一个或多个)安装于触摸传感器表面的底面的底部区域处时是固有的设计问题，因为触摸传感器在触摸板的上部区域附近具有铰接部。可能的是，这些设计容许触摸传感器表面的面积的大致80％被用于“点击”，因为试图在触摸板的上部的20％上获得机械点击是不可能的或者需要过度的力。
可能存在这样的某些触摸传感器，该些触摸传感器不容许任何机械运动，而是相反地在使用者按压触摸传感器上(比如压力板中)的任何地方时使用触觉电动机形成“人造的”点击型响应。还可能存在其它压力板设计，其在使用者在触摸传感器(其检测机械压力)上按压时产生可听见的“点击”声音。然而，这些触摸传感器也缺乏触摸传感器自身的机械运动。
发明内容
在第一实施例中，本发明为一种系统以及方法，当触摸板为无机械按钮的时，所述系统以及方法用于使整个触摸板表面能够在足够的力被用来在所述触摸板上加压以执行鼠标点击功能(比如右键点击或者左键点击)的情况下机械地运动，以便在不具有触觉反馈电动机的触摸板上提供触觉反馈。
根据对以下具体描述的考虑并结合附图，本发明的这些以及其它目的、特征、优点以及替代的方面对于本发明所属领域的技术人员而言将变得更加显而易见。
附图说明
图1为触摸板的运行的方块图，所述触摸板存在于现有技术中，并且其适合于在本发明中使用。
图2为基材以及设置于其上的触摸传感器的俯视图的照片，所述基材在所述触摸传感器的每一角上具有四个柔性臂。
图3为基材的底部的立体图，其示出设置于所述基材的中心中的机械开关，以在所述触摸传感器被按压时提供机械开关。
图4为所述触摸传感器的、从边缘所取得的视图，其示出的是，仅仅在所述四个柔性臂中的每一个的远侧端部处通过壳体支撑所述基材。
具体实施方式
现在将参考附图，其中本发明的各个元件将被给予数字标号并且其中将对本发明进行讨论，以便使本发明所属领域的技术人员能够构造以及使用本发明。应当理解的是，以下描述仅仅为本发明的原则的示例，并且不应当被视为限制以下权利要求。
图2为触摸传感器30的第一实施例的俯视图。触摸传感器30具有使它能够提供所期望的功能的多个特征。触摸传感器30的第一特征为基材31。基材31可具有四个柔性臂32，其可将触摸传感器悬挂于壳体(其未被示出)内。触摸传感器30的基材31可由如在该第一实施例中所示出的单个柔性材料片制成。例如，基材31可由印刷电路板(PCB)组成。PCB可为足够地柔性的，以使四个柔性臂32能够提供触摸传感器30的所期望的机械偏转动作。
在该第一实施例中，四个柔性臂32被显示为在每一个的远侧端部处具有孔34。每一柔性臂32中的孔34可用来将触摸传感器30定位以及保持于壳体内的适当的位置中。将力施加至触摸传感器30的触摸表面36的任何部分可引起四个柔性臂32的弯曲，其中柔性臂附接至触摸传感器的角。
替代地，四个柔性臂32可不为触摸传感器30的基材31的组成部分，而是相反地机械地接合至触摸传感器并且仍然可提供通过被施加至触摸表面36的力机械地操纵触摸传感器所需的柔性。
四个柔性臂32中的每一个的长度可为相同的或者它们可变化。四个柔性臂32在宽度以及长度方面可与图2中所示的宽度以及长度不同。四个柔性臂32可具有或者可不具有用于定位的孔34。图2中所示的触摸传感器30仅仅为示例说明的目的，并且触摸传感器的任何部分的长度和宽度可变化并且仍然落入本发明的第一实施例内。
在该第一实施例中，触摸传感器30还可包含四个小接片38。虽然四个柔性臂32可设置于触摸传感器30的短边上，但是接片38可设置于触摸传感器的长边上。接片38可起防止触摸传感器30的非期望的运动的作用。例如，四个接片38可为枢转点，其可防止触摸传感器30被提拉出壳体以及相反地在力被施加至触摸表面36时帮助触摸传感器向下运动至壳体中。
四个接片38的沿长边的位置可被改变，以便在力被施加至触摸表面36时获得触摸传感器30的不同的运动深度，或者它们可被完全地消除。因此，可改变四个接片38的沿长边的位置，以便在力被施加时获得触摸传感器30的不同的运动特征。
图3为触摸传感器30的底侧40的视图。底侧40示出开关42，其可设置于触摸传感器30的中心中。开关42可提供机械点击。机械点击可为触觉运动、点击声音、或者两者。可通过所述开关42与触摸传感器30下面的壳体相接触引起机械点击。
图4为触摸传感器30的一个端部的一部分以及支撑结构50的、从侧边或者边缘所取得的局部侧视、俯视、立体图。支撑结构50可为壳体的部分。触摸传感器的基材31被显示为由柔性臂32支撑。柔性臂32可为触摸传感器30的、要与壳体接触的唯一的部分。当力被施加至触摸传感器30的触摸表面36时，触摸传感器可朝向壳体向下行进同时由四个柔性臂32支撑，直至触摸传感器的底侧上的开关42与壳体接触。
第一实施例的一个方面为：力可被施加于触摸表面36上的任何位置处并且仍然致使整个触摸传感器30朝向壳体运动。然而，若力被施加于触摸传感器的边缘附近，以使得触摸传感器的某些区域与触摸传感器的其它部分相比可能朝向壳体更远地运动，则触摸传感器30可能倾斜。尽管如此，当力被施加时，触摸表面36的全部可朝向壳体向下运动。运动可继续直至力被移除或者直至开关42与壳体接触，防止触摸传感器30的进一步的运动。
触摸传感器30的一个方面为：用于触摸传感器的材料将为足够柔性的，以使得在力未被施加时触摸传感器可返回至未弯曲的或者休止的位置。
第一实施例以及四个柔性臂32(在每一角处有一个柔性臂连接至触摸传感器30)的使用的一个优点是：触摸传感器上的、在触摸传感器与四个柔性臂之间的连接位置52处的应力可跨越触摸传感器更均匀地分布。因此，可更容易引起触摸传感器30的机械运动。然而，使触摸表面36在力被施加以执行鼠标点击功能时弯曲可能是不符合要求的。第一实施例的一个优点是：用来防止触摸表面36弯曲的材料可不必和在使用仅仅两个柔性臂(当在触摸传感器上使用铰接结构时)时一样刚硬，因为触摸传感器现在将通过四个柔性臂32更容易地运动。
可选地，用来防止触摸传感器30弯曲的材料的厚度可不必为厚的，并且因此增加触摸传感器的敏感度。
第一实施例的另一个方面为：可使用触觉反馈电动机来提供触摸传感器30的另外的运动。触摸传感器30的另外的运动可为被施加至触摸传感器的力或者压力的量的函数。触觉反馈电动机可因此提供触摸传感器30的另外的运动程度。
第一实施例的另一个方面可为机械弹簧偏置特征。可设置弹簧安装平台，其具有倾斜的表面以及使弹簧弯曲以形成预负荷状态的相对的特征。当触摸传感器在没有力被施加时处于休止位置处时，触摸传感器可推顶内部边框表面。
应当指出的是，将机械力感应元件集成至电容触摸传感器设计的PCB中可增加冗余跟踪能力。第一实施例可用来将两个独立的跟踪数据集相比较，以通过使用第二测量跟踪系统以及方法隔离一个测量系统中所存在的噪声源，以同时地使两个测量系统之间的数据相互关联，从而改进触摸传感器的精确度。
集成式力感应特征本质上可为电容性的、电阻性的、磁性的或者电感性的。这些传感器还可为被焊接至或者机械地附接至PCB或壳体的表面的分立的构件。
所述系统的优点包含PCB接片或者操作杆特征，其可包含被设计至触摸传感器PCB解决方案中的集成式电容感应构件。评估来自多个感应构件特征的数据可形成所导出的以及与传统的电容跟踪系统相关联的位置测量值。另外的冗余位置跟踪系统可使得能够通过两个感应系统之间的比较解决噪声、误差或者其它不精确的数据。
通过重新使用现存的构件模拟以及触摸传感器内所设计的数字信号，这样可以提供多个冗余跟踪系统技术。可使两个系统之间的数据相互关联以及解决两个系统之间的数据，从而改进物体跟踪以及位置精确度。另外的好处可为测量着陆力的能力。
另一个优点可为，力跟踪方法可消除与仅仅电容跟踪解决方案相关联的水滴干扰问题。
应当指出的是，第一实施例示出用于触摸传感器30的矩形基材31。然而，基材31的形状可为不同的。例如，基材的形状可包含圆形、三角形、或者任何其它形状，其使得触摸传感器能够设置于其上并且其容许触摸传感器在柔性臂上弯曲。因此，柔性臂的数量还可不同于四个。柔性臂的数量可变化并且可少至两个，并且可根据需要具有尽可能多的柔性臂以容许触摸传感器的、在力被施加时的运动。
虽然已经在上文具体地描述了仅仅几个示例性实施例，但是本发明所属领域的技术人员将轻易地理解的是，在示例性实施例中，很多修改为可能的而不实质性地脱离本发明。因此，所有这样的修改包含于本发明的、如在以下权利要求中所限定的范围内。申请者的明确的意图是，除了其中权利要求明确地使用词语“用于…的装置”连同相关联的功能的那些权利要求以外，不要援引美国法典第35编第112节第6段来对本文中的权利要求中的任一项进行任何限制。

Claims (18)

1.一种用于在力被施加时提供触摸传感器的表面的机械运动的方法，所述方法包括步骤：
提供用于触摸传感器的基材，所述基材包含表面，所述基材具有四个柔性臂，所述四个柔性臂中的每一个联接至所述基材的不同的位置并且在所述基材与所述四个柔性臂中的每一个之间的连接处弯曲；
提供用于所述触摸传感器的壳体，所述壳体在所述四个柔性臂中的每一个的远侧端部处支撑所述触摸传感器；
在所述基材的表面上提供触摸传感器，其中所述触摸传感器为不具有用于执行鼠标点击功能的机械按钮的触摸传感器；以及
对所述触摸传感器的表面施加力以及使所述基材在所述壳体内运动以在所述基材在所述四个柔性臂中的每一个的连接处弯曲时为使用者提供触觉反馈，从而为所述触摸传感器提供运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在所述基材的底部表面上提供机械开关，其中当所述机械开关与所述壳体接触时，所述基材的运动停止；以及
当所述机械开关与所述壳体接触时，提供机械点击动作。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：提供伴随所述机械点击动作的可听见的声音。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：仅仅在所述四个柔性臂中的每一个的远侧端部处支撑所述基材。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：当所述力被从所述触摸传感器的表面移除时，使所述基材返回至休止位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将所述基材形成为矩形形状以及在所述基材的四个角处将所述四个柔性臂接合至所述基材。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤：通过在所述基材上提供抑制弯曲的材料抑制所述基材上的所述触摸传感器的弯曲。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：通过减小用来抑制所述基材弯曲的材料的厚度，增加所述触摸传感器的敏感度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括步骤：提供触觉电动机，在足以致使所述触摸传感器的基材运动的力被施加至所述触摸传感器时，所述触觉电动机用以增加所述触摸传感器的触觉反馈。
10.一种用于在力被施加时提供触摸传感器的机械运动的系统，所述系统包括：
用于触摸传感器的基材；
四个柔性臂，其中所述四个柔性臂中的每一个联接至所述基材的不同的位置并且在所述基材与所述四个柔性臂中的每一个之间的连接处弯曲；
用于所述触摸传感器的壳体，所述壳体在所述四个柔性臂中的每一个的远侧端部处支撑所述触摸传感器；以及
设置于所述基材的表面上的触摸传感器，其中所述触摸传感器不具有用于执行鼠标点击功能的机械按钮，并且对所述触摸传感器的表面施加力致使所述触摸传感器的整个表面在所述壳体内运动以在所述基材在所述四个柔性臂中的每一个的连接处弯曲时为使用者提供触觉反馈，从而为所述触摸传感器提供运动。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：
设置于所述基材的底部表面上的机械开关，其中当所述机械开关与所述壳体接触时，所述基材的运动停止；以及
在所述机械开关与所述壳体接触时所执行的机械点击动作。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：伴随所述机械点击动作的可听见的声音。
13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：在所述四个柔性臂中的每一个的远侧端部处支撑所述基材。
14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：将所述基材形成为矩形形状，其中所述四个柔性臂在所述基材的四个角处联接至所述基材。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：在所述基材上提供抑制弯曲的材料。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：通过减小用来抑制所述基材弯曲的材料的厚度增加所述触摸传感器的敏感度。
17.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括触觉电动机，在足以致使所述触摸传感器的基材运动的力被施加至所述触摸传感器时，所述触觉电动机用以增加所述触摸传感器的触觉反馈。
18.一种用于在力被施加时提供触摸传感器的整个表面的机械运动的方法，所述方法包括步骤：
提供用于触摸传感器的基材，所述基材形成矩形表面，所述基材具有四个柔性臂，所述四个柔性臂中的每一个联接至所述矩形表面的不同的角并且在所述基材与所述四个柔性臂之间的连接处弯曲；
提供用于所述触摸传感器的壳体，所述壳体在所述四个柔性臂中的每一个的端部处支撑所述触摸传感器；
在所述基材的表面上提供触摸传感器，其中所述触摸传感器为不具有用于执行鼠标点击功能的机械按钮的无按钮触摸传感器；
对所述触摸传感器的矩形表面施加力以及使所述触摸传感器的整个表面在所述壳体内运动以在所述基材在所述四个柔性臂中的每一个的连接处弯曲时为使用者提供触觉反馈，从而为所述无按钮触摸传感器提供运动。
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