CN115729370A - 经由超声波传感器实现的稳健的触摸感测 - Google Patents

Abstract

本公开的各实施例总体上涉及经由超声波传感器实现的稳健的触摸感测。一种感测触摸结构的触摸表面上的触摸的方法包括：从封闭的内部空间内向与触摸表面相对布置的触摸结构的内表面传输超声波传输信号；从封闭的内部体积内接收由内表面反射的超声波传输信号产生的超声波反射信号；从超声波反射信号中获取多个数字样本；计算多个数字样本到第一多个参考样本的欧几里得距离；以及基于欧几里得距离确定触摸表面处是否发生非触摸事件或触摸事件。

Description

经由超声波传感器实现的稳健的触摸感测

技术领域

本公开的各实施例总体上涉及经由超声波传感器实现的稳健的触摸感测。

背景技术

目前正在研究使用超声波通过金属表面进行触摸感测作为电容式触摸感测原理的备选方案。超声波感测依赖于超声波信号的传输以及来自触摸表面的反射波形的接收和处理。波形将取决于触摸事件的存在或不存在。然而，有很多类型的干扰会影响反射波形并且影响对真触摸的检测，即使在非触摸事件和假触摸事件中也是如此。例如，超声波感测容易受到以下各项的影响：传输器与接收器之间经由印刷电路板(PCB)的电气串扰、传输器与接收器之间经由耦合介质的超声波串扰、超声波信号的多径传播(例如，当传输信号被传感器封装中的各种接口反射时)、电气和机械接收器噪声、温度依赖性、以及触摸表面上存在的如污垢或水等环境干扰。

对于稳健且可靠的触摸检测方法，即使存在上述所有干扰，非触摸事件与触摸事件之间的差异也必须很大。同时，信号处理和校准工作必须保持较小，以在传感器的可用性和成本方面保持具有竞争力。因此，可能需要能够实现这两个目标的超声波触摸传感器。

发明内容

一个或多个实施例提供了一种触摸传感器，该触摸传感器包括：具有凹部的壳体；触摸结构，该触摸结构耦合到壳体并且布置在凹部之上，使得凹部形成封闭的内部体积，其中触摸结构包括触摸表面和与触摸表面相对布置的内表面，其中内表面面向封闭的内部体积；布置在封闭的内部空间内的传输器，其中传输器被配置为向内表面传输超声波传输信号；布置在封闭的内部空间内并且经由传播路径耦合到传输器的接收器，其中接收器被配置为接收由被内表面反射的超声波传输信号产生的超声波反射信号；以及传感器电路，该传感器电路布置在封闭的内部空间内并且被配置为从接收器接收超声波反射信号，从超声波反射信号中获取多个数字样本，计算多个数字样本到第一多个参考样本的第一欧几里得距离，并且基于第一欧几里得距离确定在触摸表面处是否发生非触摸事件或触摸事件。

一个或多个实施例提供了一种感测触摸结构的触摸表面上的触摸的方法。该方法包括从封闭的内部体积内向与触摸表面相对布置的触摸结构的内表面传输超声波传输信号；从封闭的内部体积内接收由内表面反射的超声波传输信号产生的超声波反射信号；从超声波反射信号中获取多个数字样本；计算多个数字样本到第一多个参考样本的第一欧几里得距离；以及基于第一欧几里得距离确定在触摸表面处是否发生非触摸事件或触摸事件。

附图说明

本文中参考附图描述实施例。

图1A示出了根据一个或多个实施例的一种超声波触摸传感器；

图1B示出了根据一个或多个实施例的另一超声波触摸传感器；

图2示出了根据一个或多个实施例的一种超声波触摸传感器的示意性框图；以及

图3示出了根据一个或多个实施例的另一超声波触摸传感器。

具体实施方式

在下文中，阐述细节以提供对示例性实施例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员来说很清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其他情况下，为了避免混淆实施例，众所周知的结构和设备以框图形式或示意图而不是详细示出。此外，除非另有特别说明，否则下文描述的不同实施例的特征可以彼此组合。

此外，在以下描述中，等效或相似的元素或具有等效或相似功能的元素用等效或相似的附图标记表示。由于在附图中相同或功能等效的元素被赋予相同的附图标记，因此可以省略对具有相同附图标记的元素的重复描述。因此，为具有相同或相似附图标记的元素而提供的描述可以相互交换。

在这点上，诸如“顶部”、“底部”、“下方”、“上方”、“前面”、“后面”、“后部”、“领先”、“尾随”等方向性术语可以参考所描述的图的取向来使用。因为实施例的部分可以定位在多个不同取向上，所以方向性术语用于说明的目的。应当理解，在不脱离由权利要求限定的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应当被理解为限制性的。权利要求中使用的方向术语可以有助于定义一个元素与另一元素或特征的空间或位置关系，而不限于特定取向。例如，横向、垂直和重叠的空间或位置关系可以参考另一元素或特征来描述，而不限于作为整体的设备的特定取向。

应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“邻近”与“直接邻近”等)。

在本文中描述的或附图中示出的实施例中，任何直接的电连接或耦合(即，没有附加的中间元件的任何连接或耦合)也可以通过间接连接或耦合(即，与一个或多个附加的中间元件的连接或耦合)来实现，或反之亦然，只要基本保持连接或耦合的一般目的，例如以传输某种信号或传输某种信息。来自不同实施例的特征可以组合以形成另外的实施例。例如，关于实施例中的一个而描述的变化或修改也可以适用于其他实施例，除非有相反的说明。

术语“基本上”和“近似地”在本文中可以用于说明在工业中被认为可接受的较小的制造公差(例如，在5％以内)，而没有背离本文中描述的实施例的方面。例如，具有近似电阻值的电阻器实际上可以具有在该近似电阻值的5％以内的电阻。

在本公开中，包括诸如“第一”、“第二”等序数的表达可以修饰各种元素。然而，这样的元素不限于上述表述。例如，上述表达式不限制元素的顺序和/或重要性。上述表达仅用于将一个元素与其他元素区分开。例如，第一框和第二框表示不同框，尽管它们都是框。又例如，第一元素可以称为第二元素，并且类似地，第二元素也可以称为第一元素，而没有脱离本公开的范围。

图1A示出了根据一个或多个实施例的超声波触摸传感器100A。如本文中定义的，超声波信号是频率为20kHz或更高的声波。

超声波触摸传感器100A包括壳体和触摸结构102，壳体包括密封剂101(例如，模制)，触摸结构102与密封剂101形成内部体积103。换言之，作为壳体的一部分，密封剂101具有凹部，当触摸结构102封闭凹部时，该凹部变成内部体积103。

具体地，触摸结构102用作盖或封装盖，其搁置在密封剂101的侧壁上。内部体积103是由密封剂102的封闭和触摸结构102形成的腔体。触摸结构102可以由一个或多个金属层和/或塑料层和/或由其他固体材料制成的层制成，并且在其与环境的外部界面处包括触摸表面104。触摸表面104被布置并且可操作以从用户接收可以被传感器电路装置检测到的接触(即，触摸)。

内部体积103包含用于检测触摸表面104处的非触摸事件和触摸事件的电路装置。触摸事件被定义为当用户接触触摸表面104的时刻，并且非触摸事件是所有其他情况，包括在非触摸事件的情况下可能发生的干扰影响(即，错误源)的发生。考虑到源自干扰影响的可能错误，该电路装置被配置为区分触摸事件和非触摸事件。

该电路装置包括被配置为传输超声波信号的传输器(TX)105、被配置为接收反射的超声波信号的接收器(RX)106、以及传感器电路107(例如，专用集成电路(ASIC))，传感器电路107被配置为生成用于由传输器105传输的超声波信号，对由接收器106接收的反射的超声波信号执行信号处理，评估反射的超声波信号以检测非触摸事件和触摸事件，以及控制传感器100A的一个或多个组件，包括对传输器105、接收器106、或传感器电路107的信号处理链的任何信号处理组件的控制。传输器105和接收器106都可以是具有柔性膜的声音换能器，在传输器的情况下，该柔性膜振动以产生声波，或者在接收器的情况下，该柔性膜响应于接收声波。

传输器105、接收器106和传感器电路107可以布置在设置在密封剂底部的公共电路基板108(例如，PCB)上。公共电路基板108被配置为将传感器电路107电耦合到传输器105和接收器106两者。传输器105、接收器106和传感器电路107可以是单独的IC(即，管芯)，或者可以以任何组合而组合成一个或两个IC。此外，传输器105和接收器106都可以在单独的收发器处实现，从而提供两个传输器和两个接收器(即，每个收发器一个TX/RX对)。

内部体积103的剩余部分填充有耦合介质109，诸如硅凝胶、软环氧树脂、液体、或能够传播超声波信号而基本上没有衰减的任何其他材料。耦合介质109是非气态介质。

耦合介质109与触摸结构102的内(内部)表面110接触，其界面被配置为将传输的超声波信号111反射回内部体积103以由接收器106接收作为反射的超声波信号112。因此，传输器105和接收器106通过耦合介质109耦合在一起。耦合介质109和内表面110形成传输器105与接收器106之间的传播通道。

触摸结构102的触摸表面104处的触摸事件引起传播通道的特性改变，并且从而改变超声波信号通过传播通道从传输器105到接收器106的传播。换言之，沿着传播通道传播的超声波信号的特性响应于触摸表面104处的触摸事件而改变，并且传感器电路107被配置为检测触摸事件，包括其一个或多个特征，包括触摸表面104上的接触压力的量、接触持续时间和接触位置。具体地，传感器电路107被配置为区分触摸事件和非触摸事件，同时考虑到可能的错误源，诸如电气和超声波串扰、多径传播、噪声、温度和环境干扰，诸如触摸表面104上的污垢或水。

传感器电路107被配置为针对每个触摸/非触摸判决生成超声波传输信号。在接收到每个反射的超声波信号时，传感器电路107做出触摸/非触摸判决。每个超声波传输信号是短信号脉冲(例如，具有大约100ns到大约1us的持续时间)。脉冲可以具有任何形状(例如，矩形、正弦曲线、高斯、高斯导数等)，或者可以是频率增加或减少的啁啾信号。例如，后续触摸检测之间的时间可以是25us的量级。

在接收器侧，传感器电路107包括模拟信号处理链和数字信号处理链，这两个链都可以包括一个或多个可选组件。模拟信号处理链可以包括直接下变频器和低通滤波器作为可选组件。直接下变频器可以包括反射的超声波信号12l的任何形式的直接下变频。例如，平方、绝对值、整流等可以用于执行直接下变频。用于这种下变频处理的模拟电路块可以是乘法器，甚至只是二极管。低通滤波器截止频率应当调谐到传输的超声波信号的带宽和传输器105的带宽。例如，低通滤波器截止频率可以设置为1MHz或2MHz。

传感器电路107包括模数转换器(ADC)，该ADC的ADC采样频率可以调谐到低通滤波器(如果存在低通滤波器)，并且是低通滤波器截止频率的大约5倍。在1MHz低通滤波器截止频率的情况下，ADC采样频率可以设置为5msps。ADC的位宽例如可以是8位或更高。ADC被配置为捕获每个超声波传输信号的多个数字样本并且将数字样本存储在存储器中。数字处理器可操作以评估在预定观察窗口中接收的数字样本以确定是否存在与超声波传输信号相对应的非触摸事件或触摸事件。预定观察窗口具有开始时间和结束时间。

用于存储数字样本的开始时间取决于传输器105传输超声波传输信号的时间和系统中第一次反射的飞行时间。第一次反射的飞行时间是超声波传输信号从传输器105传播到内表面110并且返回到接收器106所花费的预定时间。超声波信号的传播距离和传播速度是已知参数。飞行时间还可能受到用于内表面110(例如，触摸基板102的材料)和耦合介质109的材料类型的影响。飞行时间也可能受到温度的影响。可以在内部体积103内部使用温度传感器(Temp)113来测量温度并且将温度测量提供给传感器电路107以计算飞行时间。在任何情况下，在传输器105传输超声波传输信号111时，传感器电路107知道飞行时间。

反射的超声波信号的观察窗口将在第一反射的预期飞行时间加上信号脉冲的持续时间处开始。在开始时间之前(例如，在传输时间与传输时间加上飞行时间之间)接收的任何信号没有携带有关触摸事件的信息，并且可以忽略和/或不存储。

观察窗口持续时间可以预先配置。例如，10us或20us是可能的观察窗口持续时间。观察窗口越长，触摸/非触摸判决就越稳健。然而，较长的观察窗口通常具有较长的处理时间、需要更多的存储器、更多的硅芯片尺寸和能耗，和/或需要传输的超声波信号之间的更长时间，从而使系统的刷新率更慢。存储的和加窗的数字样本被馈送到由数字处理器使用的判决算法，以做出触摸/非触摸判决。判决算法可以是预先经由机器学习而训练的神经网络。

判决算法可以包括计算到一组参考信号的欧几里得距离并且选择与最小欧几里得距离相对应的类别。该判决是基于所有计算距离中的最小欧几里得距离而做出的。类别可以包括“非触摸”、“触摸”、“干扰”、“水滴”、“力度触摸F[1]”、“力度触摸F[2]”、“力度触摸F[M]”等，其中M是整数，其表示可以评估的很多不同触摸强度。

图1B示出了根据一个或多个实施例的超声波触摸传感器100B。超声波触摸传感器100B与超声波触摸传感器100A相似，不同之处在于，在触摸结构102与封装体101之间以及在触摸结构102与内部空间103之间设置有封装盖114。因此，在触摸结构102与封装盖114之间存在接口以及在封装盖114与耦合介质109之间存在另一界面。

图2示出了根据一个或多个实施例的超声波触摸传感器100A的示意性框图。超声波触摸传感器100A包括具有模拟和数字域两者的传感器电路107、传输器105、具有耦合介质109和内表面110的传播通道、以及接收器106。传输器105、传播通道和接收器106一起构成超声波信号的等效超声波通道。触摸表面104的触摸(即，触摸事件)改变了超声波通道的特性，并且更具体地，改变了传播通道的特性。

传感器电路107包括信号发生器201，信号发生器201生成超声波传输信号并且将超声波传输信号传输给传输器105以沿着传播信道传输。接收器106接收超声波传输信号111作为反射的超声波信号112，反射的超声波信号112的特性可能由于触摸事件或干扰而改变。接收器106向传感器电路107的处理电路装置传输接收信号。

作为可选组件，传感器电路107的处理电路装置可以包括将反射的超声波信号112直接转换成直流(DC)信号或基带信号的下变频器202和从基带信号中滤除任何不需要的频率分量的低通滤波器203。

传感器电路107的处理电路装置还包括多位ADC 204，该多位ADC 204根据采样速率将模拟信号转换成多位数字代码或数字值(例如，2MHz的采样频率Fs和500ns的采样时间T_S)。在本示例中，多位ADC 204是12位ADC，但不限于此。ADC 204根据其采样速率从反射的超声波信号112(例如，从一个接收的信号脉冲)中获取多个数字样本N，并且将数字样本顺序地输出到存储器206(例如，随机存取存储器(RAM)、寄存器、触发器等)。

传感器电路107的处理电路装置可以包括可选的捕获和存储电路205，捕获和存储电路205根据数字样本是否在观察窗口期间被接收到来确定哪些数字样本被捕获并且存储在存储器206中。捕获和存储电路205可以包括至少一个处理器，或者可以是确定观察窗口并且将在观察窗口内接收的数字样本转发给存储器206的处理器的一部分。本质上，捕获和存储电路205滤除从ADC 204接收的在观察窗口之外的数字样本，并且仅将在观察窗口期间接收的数字样本转发给存储器206。

在该示例中，将在观察窗口期间捕获的数字样本的数目设置为50(N＝50)。因此，观察窗口的持续时间可以基于采样时间T_S和数字样本数N(即，ADC获取50个样本所需要的时间)来计算。观察窗口的开始时间由捕获和存储电路205基于作为窗口开始触发的超声波传输信号的触发时间、和从TX到RX的估计的超声波信号的飞行时间来计算。如果在观察窗口期间捕获和存储电路205接收到数字样本，则捕获和存储电路205将数字样本传输给存储器206。否则，捕获和存储电路205可以丢弃不相关的数字样本。这里，存储器206接收并且存储N个样本r[1]、r[2]、……、r[N]。

传感器电路107的处理电路装置还包括评估处理电路207，诸如一个或多个处理器或人工神经网络，评估处理电路207从存储器206接收N个样本并且使用判决算法来确定N个样本是否指示非触摸事件或触摸事件，并且还可以进一步确定这N个样本是否指示某种其他附加类别，诸如非触摸：“干扰”、非触摸：“水滴”、非触摸：“污垢”、非触摸：“串扰”、非触摸：“噪声”、“力度触摸F[1]”、“力度触摸F[2]”、“力度触摸F[M]”、位置触摸L[1]、位置触摸L[2]、位置触摸L[P]等，其中P是表示可以评估的触摸表面104的不同触摸位置或区域的数目的整数。

为了确定反射的超声波信号对应于哪个类别，与每个类别相对应的参考信号或参考数字样本的数目存储在存储器208中。例如，与非触摸相对应的多个参考数字样本和与触摸相对应的多个参考数字样本存储在存储器208中。通过在不同类型的触摸事件和非接触事件下的测试，每个类别的参考数字样本可以在生产过程中在触摸传感器100A的组装之后获取并且存储在存储器208中。参考数字样本的数目可以等于ADC 204在测量和评估期间获取的数字样本的数目N。处理电路207被配置为访问存储器208并且从中检索期望的参考数字样本集合以用于计算欧几里得距离。

类似地，对于非触摸：“干扰”、非触摸：“水滴”、非触摸：“污垢”、非触摸：“串扰”、非触摸：“噪声”、“力度触摸F[1]”、“力度触摸F[2]”、“力度触摸F[M]”、位置触摸L[1]、位置触摸L[2]、位置触摸L[P]等，可以分别获取和存储多个参考数字样本。因此，每个类别具有对应数目的参考样本存储并且映射到其。另外，每个类别可以具有多个参考样本集合，每个集合对应于不同温度或温度范围。评估处理电路207可以从温度传感器113接收温度测量，并且基于当前测量温度为每个类别选择用于评估的参考样本集合。

非触摸事件的多个参考数字样本可以包括rNoTouch[1]、rNoTouch[2]、……、rNoTouch[N]。类似地，触摸事件的多个参考数字样本可以包括rTouch[1]、rTouch[2]、……、rTouch[N]。评估处理电路207被配置为计算数字样本集合r[1]、r[2]、……、r[N]到每个参考数字样本集合的欧几里得距离。

例如，评估处理电路207可以根据等式1计算数字样本集合r[1]、r[2]、……、r[N]到非触摸参考样本rNoTouch[1]、rNoTouch[2]、……、rNoTouch[N]的欧几里得距离dNoTouch：

dNoTouch＝sqrt((r[1]-rNoTouch[1])²+...+r[N]-rNoTouch[N])²)

等式1。

另外地或备选地，评估处理电路207可以根据等式2计算数字样本集合r[1]、r[2]、……、r[N]到触摸参考样本rTouch[1]、rTouch[2]、……、rTouch[N]的欧几里得距离dTouch：

dNoTouch＝sqrt((r[1]-rNoTouch[1])²+...+r[N]-rNoTouch[N])²)

等式2。

在等式1和等式2两者中，平方根(sqrt)计算是可选的。

等式3中提供了用于计算所获取的数字样本(r[1]、r[2]、…、r[N])到参考样本集合i的欧几里得距离dEuclidean_i的通用公式，其中Ref_i[1]是参考集合i的第一参考样本，Ref_i[N]是参考集合i的第N参考样本。参考集合的数目可以是I。

dEuclidean_i＝sqrt((r[1]-Ref_i[1])²+…+(r[N]-Ref_i[N]²)

等式3。

同样，平方根(sqrt)计算是可选的。集合索引i从1到I。

评估处理电路207可以将欧几里得距离dNoTouch和dTouch中的一者或两者与相应阈值进行比较，以确定非触摸事件或触摸事件。例如，评估处理电路207可以将欧几里得距离dNoTouch与第一阈值进行比较。如果欧几里得距离dNoTouch小于第一阈值Threshold1，则评估处理电路207可以检测到非触摸事件。如果欧几里得距离dNoTouch等于或大于第一阈值，则评估处理电路207可以检测到触摸事件。类似地，如果欧几里得距离dTouch小于第一阈值Threshold1，则评估处理电路207可以检测到触摸事件。如果欧几里得距离dTouch等于或大于第一阈值Threshold1，则评估处理电路207可以检测到非触摸事件。

备选地，评估处理电路207可以将欧几里得距离dNoTouch与欧几里得距离dTouch进行比较，以做出非触摸或触摸确定。例如，如果dNoTouch小于dTouch，则评估处理电路207检测到非触摸事件。相反，如果dNoTouch等于或大于dTouch，则评估处理电路207检测到触摸事件。评估也可以反过来，即，如果dTouch小于dNoTouch，则评估处理电路207检测到触摸事件，而如果dTouch等于或大于dNoTouch，则评估处理电路207检测到非触摸事件。

评估可以扩展到其他类别，包括子类别，诸如针对非触摸事件的不同类型的表面污染、针对触摸事件的不同量的接触力、以及针对触摸事件的不同触摸位置。阈值的层次结构可以用于每种类型的子类别。

例如，评估处理电路207可以基于上述方法评估dNoTouch和/或dTouch以检测非触摸事件或触摸事件。一旦非触摸事件或触摸事件，评估处理电路207可以评估一个或多个对应的非触摸或触摸子类别。

例如，如果dNoTouch<dTouch，指示非触摸事件，则评估处理电路207可以被配置为将dNoTouch与第二阈值Threshold2进行比较。如果dNoTouch小于Threshold2，则评估处理电路207可以确认非触摸事件。然而，如果dNoTouch等于或大于Threshold2，则评估处理电路207可以检测到表面污染错误。

如果dNoTouch不小于dTouch，指示触摸事件，则评估处理电路207可以被配置为将dTouch与第三阈值Threshold3进行比较。如果dTouch小于Threshold3，则评估处理电路207可以确认触摸事件。然而，如果dTouch等于或大于Threshold3，则评估处理电路207可以检测到表面污染错误。

注意，三个阈值Threshold1、Threshold2和Threshold3可以相同或不同。

如果dNoTouch不小于dTouch，指示触摸事件，则评估处理电路207可以被配置为计算与不同接触(触摸)力相对应的附加欧几里得距离。例如，第一接触力的参考样本可以如下记录：rTouch_F1[1]、rTouch_F1[2]、……、rTouch_F1[N]，并且第二接触力的参考样本可以如下记录：rTouch_F2[1]、rTouch_F2[2]、……、rTouch_F2[N]。数字样本r[1]、r[2]、……、r[N]相对于每个参考样本集合的欧几里得距离可以以等式3中表示的类似方式来计算，并且具有最低欧几里得距离的子类可以由评估处理电路207选择。以这种方式，与最低欧几里得距离相对应的接触力可以被确定为施加到触摸表面104的接触力的估计量。

如果dNoTouch不小于dTouch，指示触摸事件，则评估处理电路207可以被配置为计算与触摸表面104上的不同接触位置相对应的附加欧几里得距离。例如，第一接触位置的参考样本可以如下记录：rTouch_L1[1]、rTouch_L1[2]、……、rTouch_L1[N]，并且第二接触位置的参考样本可以如下记录：rTouch_L2[1]、rTouch_L2[2]、……、rTouch_L2[N]。数字样本r[1]、r[2]、……、r[N]相对于每个参考样本集合的欧几里得距离可以以等式3中表示的类似方式来计算，并且具有最低欧几里得距离的子类可以由评估处理电路207选择。以这种方式，与最低欧几里得距离相对应的触摸事件的接触位置可以被确定。还可以确定多个子类(例如，接触力和接触位置)的组合。

还可以针对不同类型的污染物或干扰、以及与污染物或干扰一起发生的触摸事件(例如，通过水滴或其他材料的触摸事件)捕获和存储参考样本。也可以评估和存储具有各种类型的污染物的非接触样本作为不同参考样本集合。可以计算数字样本r[1]、r[2]、……、r[N]相对于每个参考样本集合的欧几里得距离，以确定特定类型的非触摸事件或触摸事件已经发生。这可以通过确定所有参考样本集中的哪个欧几里得距离具有最低值并且选择具有最小欧几里得距离的事件来进行。

评估处理电路207被配置为输出基于应用于所获取的数字样本的上述判决算法的评估结果。

传感器电路107还可以被配置为在触摸传感器100A的寿命期间适配每个参考样本集合以补偿寿命影响(例如，漂移、材料老化等)。触摸传感器100A可以被配置为在用于测试各种非触摸和触摸条件的更新模式下经由ADC 204获取新的参考样本，并且基于各种非触摸和触摸条件中的每个的测试结果来更新每个参考样本集合。

欧几里得距离值给出了置信度的度量。距离越小，判决的置信度就越高。

图3示出了根据一个或多个实施例的超声波触摸传感器300。超声波触摸传感器300类似于超声波触摸传感器100A或100B，但在一个封装内包括多个声音换能器(收发器TRX)301-307。还提供了传感器电路(未示出)。多个换能器301-307可以集成在布置成矩阵的一个管芯上或在多个管芯上。换能器301-307共享相同的耦合介质109、封装盖114和触摸结构102。每个声音换能器可以是传输器、接收器或用作收发器。TRX元件之间存在串扰和干扰，但可以先验测量：可以生成一组参考信号，其中捕获元件之间的特征串扰和干扰。对于信号的判决/评估，以与上述类似的方式使用考虑了串扰的该组参考信号。

尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是显然这些方面也表示对相应方法的描述，其中块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对应装置的对应块或项目或特征的描述。一些或所有的方法步骤可以通过(或使用)硬件装置来执行，例如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，一些一个或多个方法步骤可以由这样的装置执行。

此外，应当理解，说明书或权利要求中公开的多个动作或功能的公开不应当被解释为在特定顺序内。因此，多个动作或功能的公开不会将这些限制为特定顺序，除非这样的动作或功能由于技术原因而不可互换。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以分成多个子动作。除非明确排除，否则这样的子动作可以被包括在内，并且是该单个动作的公开的一部分。

此外，描述和附图仅说明了本公开的原理。因此应当理解，本领域技术人员将能够设计出各种布置，尽管在此没有明确地描述或示出，但这些布置体现了本公开的原理并且被包括在其精神和范围内。此外，本文中列举的所有示例主要明确旨在仅用于教学目的，以帮助理解本公开的原理和有助于促进本领域发展的概念，并且应当被解释为不限于这些具体列举的示例和条件。此外，本文中引用本公开的原理、方面和实施例以及其具体示例的所有陈述旨在涵盖其等同物。因此，应当理解，本文中描述的布置和细节的修改和变化对于本领域的其他技术人员来说将是很清楚的。

此外，以下权利要求在此并入详细描述中，其中每个权利要求可以作为单独的示例实施例独立存在。虽然每个权利要求都可以作为单独的示例实施例独立存在，但要注意——尽管从属权利要求可以在权利要求中提及与一个或多个其他权利要求的特定组合——但是，其他示例实施例也可以包括从属权利要求与每个其他从属或独立权利要求的主题的组合。这样的组合在本文中提出了，除非声明不打算使用特定组合。此外，意图在于将权利要求的特征包括在任何其他独立权利要求中，即使该权利要求不直接依赖于该独立权利要求。

Claims (27)

1.一种触摸传感器，包括：

壳体，具有凹部；

触摸结构，耦合到所述壳体并且布置在所述凹部之上，使得所述凹部形成封闭的内部体积，其中所述触摸结构包括触摸表面和与所述触摸表面相对布置的内表面，其中所述内表面面向所述封闭的内部体积；

传输器，布置在所述封闭的内部体积内，其中所述传输器被配置为向所述内表面传输超声波传输信号；

接收器，布置在所述封闭的内部空间内并且经由传播路径耦合到所述传输器，其中所述接收器被配置为接收由所述超声波传输信号和所述传播路径产生的超声波反射信号；以及

传感器电路，布置在所述封闭的内部体积内并且被配置为从所述接收器接收所述超声波反射信号，从所述超声波反射信号中获取多个数字样本，计算所述多个数字样本到第一多个参考样本的第一欧几里得距离，并且基于所述第一欧几里得距离确定在所述触摸表面处是否发生非触摸事件或触摸事件。

2.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述传播路径的特性响应于所述触摸事件而改变，所述触摸事件改变所述超声波反射信号的特性。

3.根据权利要求2所述的触摸传感器，还包括：

填充所述内部体积的耦合介质，其中所述耦合介质和所述内表面形成将所述传输器耦合到所述接收器的所述传播路径的至少一部分。

4.根据权利要求3所述的触摸传感器，其中所述耦合介质是非气态介质。

5.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中：

所述第一多个参考样本对应于参考非触摸事件，

所述传感器电路被配置为将所述第一欧几里得距离与阈值进行比较，

当所述第一欧几里得距离小于所述阈值时，所述传感器电路检测到非触摸事件已经发生，并且

当所述第一欧几里得距离等于或大于所述阈值时，所述传感器电路检测到触摸事件已经发生。

6.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中：

所述第一多个参考样本对应于参考触摸事件，

所述传感器电路被配置为将所述第一欧几里得距离与阈值进行比较，

当所述第一欧几里得距离小于所述阈值时，所述传感器电路检测到触摸事件已经发生，以及

当所述第一欧几里得距离等于或大于所述阈值时，所述传感器电路检测到非触摸事件已经发生。

7.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述传感器电路被配置为计算所述多个数字样本到第二多个参考样本的第二欧几里得距离，并且基于所述第一欧几里得距离和所述第二欧几里得距离确定在所述触摸表面处是否发生非触摸事件或触摸事件。

8.根据权利要求7所述的触摸传感器，其中：

所述第一多个参考样本对应于参考非触摸事件，

所述第二多个参考样本对应于参考触摸事件，

所述传感器电路被配置为将所述第一欧几里得距离与所述第二欧几里得距离进行比较，以及

响应于所述第一欧几里得距离小于所述第二欧几里得距离，所述传感器电路检测到非触摸事件已经发生，并且响应于所述第一欧几里得距离等于或大于所述第二欧几里得距离，所述传感器电路检测到触摸事件已经发生，或者

响应于所述第二欧几里得距离小于所述第一欧几里得距离，所述传感器电路检测到触摸事件已经发生，并且响应于所述第二欧几里得距离等于或大于所述第一欧几里得距离，所述传感器电路检测到非触摸事件已经发生。

9.根据权利要求8所述的触摸传感器，其中：

响应于检测到非触摸事件，所述传感器电路被配置为将所述第一欧几里得距离与第一阈值进行比较，

响应于所述第一欧几里得距离小于所述第一阈值，所述传感器电路确认所述非触摸事件已经发生，并且

响应于所述第一欧几里得距离等于或大于所述第一阈值，所述传感器电路检测到第一错误。

10.根据权利要求9所述的触摸传感器，其中：

响应于检测到触摸事件，所述传感器电路被配置为将所述第二欧几里得距离与第二阈值进行比较，

响应于所述第二欧几里得距离小于所述第二阈值，所述传感器电路确认所述触摸事件已经发生，并且

响应于所述第二欧几里得距离等于或大于所述第二阈值，所述传感器电路检测到第二错误。

11.根据权利要求8所述的触摸传感器，其中：

响应于检测到触摸事件，所述传感器电路被配置为将所述第二欧几里得距离与阈值进行比较，

响应于所述第二欧几里得距离小于所述阈值，所述传感器电路确认所述触摸事件已经发生，并且

响应于所述第二欧几里得距离等于或大于所述阈值，所述传感器电路检测到错误。

12.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述传感器电路被配置为计算所述多个数字样本到第二多个参考样本的第二欧几里得距离，计算所述多个数字样本到第三多个参考样本的第三欧几里得距离，并且基于所述第二欧几里得距离和所述第三欧几里得距离确定在所述触摸事件期间施加的接触力的量。

13.根据权利要求12所述的触摸传感器，其中所述传感器电路被配置为基于所述第一欧几里得距离、所述第二欧几里得距离和所述第三欧几里得距离确定在所述触摸事件期间施加的所述接触力的量。

14.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中响应于检测到触摸事件，所述传感器电路被配置为：

计算所述多个数字样本到多个参考样本集合的多个欧几里得距离，其中所述多个欧几里得距离中的每个欧几里得距离对应于所述多个参考样本集合中的不同参考样本集合，以及

基于所述多个欧几里得距离确定在所述触摸事件期间施加的接触力的量。

15.根据权利要求14所述的触摸传感器，其中：

所述多个参考样本集合中的每个参考样本集合对应于不同量的接触力，并且

所述传感器电路被配置为确定所述多个欧几里得距离中的最低欧几里得距离，并且将所述最低欧几里得距离与在所述触摸事件期间施加的所述接触力的量相关联。

16.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述传感器电路被配置为计算所述多个数字样本到第二多个参考样本的第二欧几里得距离，计算所述多个数字样本到第三多个参考样本的第三欧几里得距离，并且基于所述第二欧几里得距离和所述第三欧几里得距离确定所述触摸事件在所述触摸面上的接触位置。

17.根据权利要求16所述的触摸传感器，其中所述传感器电路被配置为基于所述第一欧几里得距离、所述第二欧几里得距离和所述第三欧几里得距离确定所述触摸事件的所述接触位置。

18.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中响应于检测到触摸事件，所述传感器电路被配置为：

计算所述多个数字样本到多个参考样本集合的多个欧几里得距离，其中所述多个欧几里得距离中的每个欧几里得距离对应于所述多个参考样本集合中的不同参考样本集合，以及

基于所述多个欧几里得距离确定所述触摸事件在所述触摸表面上的接触位置。

19.根据权利要求16所述的触摸传感器，其中：

所述多个参考样本集合中的每个参考样本集合对应于所述触摸表面上的不同接触位置，并且

所述传感器电路被配置为确定所述多个欧几里得距离中的最低欧几里得距离，并且将所述最低欧几里得距离与所述触摸事件在所述触摸表面上的所述接触位置相关联。

20.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述传感器电路包括：

模数转换器，从所述超声波反射信号中获取所述多个数字样本；以及

捕获和存储电路，被配置为确定在观察窗口期间是否从所述模数转换器接收到数字样本，并且在所述观察窗口期间接收到所述数字样本的情况下，向存储器传输所述数字样本作为所述多个数字样本中的一个数字样本。

21.根据权利要求20所述的触摸传感器，其中所述捕获和存储电路被配置为在观察开始时间处开始所述观察窗口，所述观察开始时间从所述超声波传输信号的触发时间以从所述传输器到所述接收器的估计飞行时间被延迟。

22.根据权利要求20所述的接触式传感器，其中所述超声波传输信号是信号脉冲。

23.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述传感器电路被配置为随时间更新所述第一多个参考样本。

24.根据权利要求1所述的触摸传感器，还包括：

存储器，被配置为存储多个参考样本集合；以及

温度传感器，布置在所述封闭的内部体积内并且被配置为测量温度，

其中所述传感器电路被配置为接收测量温度并且基于所述测量温度从所述多个参考样本集合中选择参考样本集合以用作所述第一多个参考样本。

25.根据权利要求7所述的触摸传感器，还包括：

存储器，被配置为存储第一多个参考样本集合和第二多个参考样本集合；以及

温度传感器，布置在所述封闭的内部体积内并且被配置为测量温度，

其中所述传感器电路被配置为接收测量的温度并且基于所述测量温度从所述第一多个参考样本集合中选择第一参考样本集合以用作所述第一多个参考样本，以及

其中所述传感器电路还被配置为基于所述测量温度从所述第二多个参考样本集合中选择第二参考样本集合以用作所述第二多个参考样本。

26.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述传播路径包括所述内表面，所述内表面被配置为至少部分反射所述超声波传输信号以产生所述超声波反射信号。

27.一种感测触摸结构的触摸表面上的触摸的方法，所述方法包括：

向与所述触摸表面相对布置的所述触摸结构的内表面传输超声波传输信号；

接收由所述超声波传输信号和传播路径产生的超声波反射信号；

从所述超声波反射信号中获取多个数字样本；

计算所述多个数字样本到第一多个参考样本的第一欧几里得距离；以及

基于所述第一欧几里得距离确定所述触摸表面处是否发生非触摸事件或触摸事件。

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