CN207281736U - 基于电容感应的显示屏手势控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开基于电容感应的显示屏手势控制电路，该电路包括显示屏以及设置于显示屏四周的感应器，感应器呈条状布置，且每一感应器的周边设置有一个屏蔽层，多个感应器均向检测电路输出感应信号；显示屏的接地端与大地断接，且显示屏的接地端、感应器与屏蔽层均连接至震荡信号源。本实用新型可以精确检测用户手势的变化，且生产成本较低。

Description

基于电容感应的显示屏手势控制电路

技术领域

本实用新型涉及手势识别领域，尤其涉及一种基于电容感应的显示屏手势控制电路。

背景技术

现在的电子设备越来越智能化，随着人们对电子设备的要求越来越高，电子设备的手势识别功能显得越来越重要。现有的电子设备对手势的识别大多是通过摄像装置拍摄用户的手势，然后通过对图像进行识别，根据图像识别出用户的手部动作变化过程，从而识别用户的手势。

然而，通过摄像装置拍摄的图像、视频对用户手势进行识别，对电子设备的图像处理能力、图像识别能力提出了很高的要求，并且，电子设备对图像进行识别时，也需要占用大量的硬件资源，例如需要大量的CPU资源以及内存资源，有时候导致电子设备运行缓慢。

因此，人们考虑使用触摸式显示屏来检测用户的手势，现有的电容屏大都通过互容的方式来检测电容大小，例如，现有的显示屏10自上而下包括上层玻璃11、公共电极12以及下层玻璃13，在上层玻璃11的上方设置有多个电极14，当用户手指位于某一电极14的上方时，该电极14与手指之间的电容将发生变化，从而感应出手指的位置。然而，现有的显示屏感应距离很短，基本是用户手指触碰到显示屏才会感应，而目前感应距离最长的电容屏也只能感应几厘米的距离，难以满足手势感应的需求。

由于相同电势物体之间不存在电场耦合，利用这一原理，可以在显示屏的感应器、连接线和干扰物体之间增加屏蔽层，如图2所示，在显示屏20的上层玻璃21的上方设置屏蔽层25，屏蔽层25电极28之间存在绝缘层24。在上层玻璃21的下方依次设有公共电极22以及下层玻璃23。

当某一感应器28被激活的时候，需要屏蔽层25和感应器28的电压保持同步，从而切断掉屏蔽层25下层的干扰，让感应器28只和前方的人体或者导体耦合。

由于两个物体之间存在电场，那么它们之间就存在电容。电场耦合越强，电容则越大。因此，人们希望感应器28和手指之间的电场是最强的，但是由于境等不可控因素太多，大部分情况下不尽人意。由于感应器28周围比手指更近的地方存在许多导体，电场耦合会被这些导体吸走，因此耦合到手指上的电场就非常微弱。可见，现有的电容屏难以满足手势识别的要求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种检测距离较大的基于电容感应的显示屏手势控制电路。

为了实现上述的主要目的，本实用新型提供的基于电容感应的显示屏手势控制电路包括显示屏以及设置于显示屏四周的感应器，感应器呈条状布置，且每一感应器的周边设置有一个屏蔽层，多个感应器均向检测电路输出感应信号；显示屏的接地端与大地断接，且显示屏的接地端、感应器与屏蔽层均连接至震荡信号源。

一个优选的方案是，屏蔽层设置在感应器的下方，且显示屏设置在屏蔽层的下方。

另一个优选的方案是，感应器设置于显示屏的外侧，屏蔽层设置与感应器远离显示屏的一侧。

进一步的方案是，感应器通过连接线与检测电路连接，连接线设置在感应器的下方，且连接线外包裹有金属层。

更进一步的方案是，检测电路与感应器之间设置第一开关阵列，第一开关阵列设置有多个第一开关，每一感应器均与一个第一开关串联连接。更进一步的，震荡信号源与感应器之间设有电压缓冲器以及第二开关阵列，第二开关阵列包括多个并联连接的第二开关，每一感应器与一个第二开关串联连接，且第二开关与电压缓冲器的输出端电连接。

进一步的，显示屏手势控制电路还设置有环境基准感应器，环境基准感应器与检测电路连接并向检测电路输出信号。

由上述方案可见，将多个感应器设置在显示屏的四周，并且将感应器设置成条状，避免在整个显示屏上设置大量的感应器，可以降低手势控制电路的生产成本。并且，将显示屏的接地端与大地断接，可以减小显示屏对感应器的电磁干扰，而显示屏的接地端、感应器与屏蔽层均连接至震荡信号源，可以确保感应器与显示屏、屏蔽层均接收相同震荡频率的震荡信号，从而提高感应器感应距离。

并且，将屏蔽层设置在感应器的下方或者设置在感应器的一侧，都可以有效的将干扰源隔离，从而减小干扰源对感应器输出信号的影响，使得感应器有效的电场感应距离更远，这样感应器能够感应更远距离，有利于手势控制的实现。

另外，使用金属层包裹连接线，可以屏蔽连接线对感应器的电磁干扰，有利于提高感应器的感应精确性。

此外，通过第一开关阵列的多个开关连接检测电路以及多个感应器，这样，多个第一开关可以按顺序依次闭合以及断开，并且确保同一时刻下只有一个第一开关是闭合的，这样，检测电路可以依次检测多个感应器上的信号。可见，通过多个第一开关的依次闭合，一个检测电路即可以检测多个感应器上的信号，减小检测电路的数量，降低手势控制电路的生产成本。

另一方面，电压缓冲器通过第二开关阵列上的多个第二开关向多个感应器输出电压信号，从而确保多个感应器上加载的电压信号的震荡频率相同，有利于对感应器上的信号进行检测。

此外，手势控制电路设置环境基准感应器，用于检测环境的变化，从而对其他感应器进行补偿，即检测电路将因环境变化引起的数值变化补偿到其他工作的感应器或者非工作的感应器上，使得感应器的检测更加精确。

附图说明

图1是现有一种触摸屏的示意图。

图2是现有另一种触摸屏的示意图。

图3是本实用新型基于电容感应的显示屏手势控制电路实施例中显示屏与感应器、屏蔽层的示意图。

图4是本实用新型基于电容感应的显示屏手势控制电路实施例中显示屏与感应器、屏蔽层的电连接示意图。

图5本实用新型基于电容感应的显示屏手势控制电路另一实施例中显示屏与感应器、屏蔽层的示意图。

图6是本实用新型基于电容感应的显示屏手势控制电路实施例中感应器与连接线的电连接示意图。

图7是图6的感应器应用的开关阵列示意图。

图8是本实用新型基于电容感应的显示屏手势控制电路另一实施例的电连接示意图。

图9是本实用新型基于电容感应的显示屏手势控制电路另一实施例的电连接示意图。

图10是应用本实用新型基于电容感应的显示屏手势控制电路实施例电子设备的电连接框图。

图11是应用本实用新型基于电容感应的显示屏手势控制电路实施例电子设备另一实施方式的电连接框图。

图12是应用本实用新型基于电容感应的显示屏手势控制电路实施例电子设备另一实施方式的电连接框图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实用新型的基于电容感应的显示屏手势控制电路用于对多个感应器上输出的信号进行检测，从而根据多个感应器上的信号变化情况确定用户手势，可以应用在诸如手机、平板电脑等电子设备上。

参见图3，本实施例包括显示屏35，在显示屏35的四周分别设置有一个呈条状的感应器，例如，在显示屏35的上侧设置有感应器31，右侧设置有感应器32，下侧设置还有感应器33，左侧设置有感应器34，这样，在显示屏35上下左右都设置有一个感应器。本实施例中，感应器可以是条状的铜片。在每一个感应器的下方均设置有屏蔽层，如图4所示，从图3的A-A方向看，在感应器32的下方设置有屏蔽层36，在感应器34的下方设置有屏蔽层38。并且，屏蔽层设置在显示屏35的上方，即感应器、屏蔽层以及显示屏35是自上而下的设置的。这样，屏蔽层可以将显示屏35产生的干扰屏蔽掉，避免显示屏35的电磁场对感应器31、32、33、34造成影响。

当然，屏蔽层并不一定设置在感应器的下方，如图5所示，在另一个实施方式中，感应器51、52分别设置在显示屏50的两侧，而与感应器51对应的屏蔽层53设置在感应器51远离屏蔽层50的一侧，与感应器52对应的屏蔽层54设置在感应器52远离屏蔽层50的一侧，这样也能够将特定方向的干扰源屏蔽掉。可见，每一个感应器的周边设置一个与该感应器对应的屏蔽层，屏蔽层可以设置在感应器的周边，以对特定方向上的干扰源进行屏蔽。

本实施例中，屏蔽层可以选择ITO材料制成，即使用氧化铟锡制成，并且，由于图4所示的实施例中，屏蔽层的一部分将遮挡在显示屏35上，因此屏蔽层需要使用透明的材料制成。由于氧化铟锡具有透明特性，因此是制造屏蔽层的优选材料。

如果两个物体之间存在电场，那么这两个物体之间就存在电容，电场耦合越强，电容则越大。本实用新型正是利用这一原理，尽可能减小感应器与显示屏35之间的电场耦合，而增加感应器与用户手指之间的电场耦合。因此，本实施例中，为了减小显示屏35对感应器的影响，显示屏35的接地端需要与大地断开连接。此外，显示屏35接地端与屏蔽层、感应器均被加载相同震荡频率的信号，如图4所示，本实施例设置一个震荡信号源40，震荡信号源40可以发出震荡频率固定的电压信号，震荡信号源40输出的信号可以通过电压缓冲器41加载到屏蔽层上，如加载到屏蔽层36、38上。并且，震荡信号源40输出的震荡信号还可以通过电压缓冲器42输出至显示屏35的接地端。

此外，利用等电势物体间不存在电场耦合的原理，本实用新型在干扰源（例如显示屏35）与感应器之间加入屏蔽层，并且，屏蔽层需要被加载与处于工作状态的感应器相同的震荡信号。因此，本实施例中，感应器也需要被加载震荡信号。因此，震荡信号源40产生的震荡信号也需要通过电压缓冲器加载到感应器上。

由于感应器31、32、33、34均需要通过连接线连接到检测电路，但是感应器与检测电路之间的连接线也是产生干扰信号的干扰源，为了减小连接线对感应器的影响，本实施例中，将感应器与检测电路之间的连接线设置在感应器的下方。利用同样的等势体无耦合的原理，本实用新型采用非工作的感应器当作屏蔽层。如图6所示，假设感应器34为当前工作的感应器，其他感应器，即感应器31、32、33为非工作的感应器，则需要向非工作的感应器加载相同震荡频率的信号，从而设置在感应器33下方的连接线45就不会和用户的手指产生耦合了。

然而，由于感应器的连接线有时候不可避免的经过了其他的感应器，此时会对其他感应器产生干扰，本实施例中，在连接线的外侧包裹一层金属层，例如，在连接线45的外侧包裹一层金属层46，并且利用工作的感应器的电压加载到连接线45上，这样就可以屏蔽连接线45对感应器的影响了。

本实施例中，通过一个检测电路来检测多个感应器上的信号变化，如图7所示，检测电路49接收多个感应器的信号。然而，如果多个感应器同时向检测电路49输出信号，则检测电路49无法判断每一个感应器上的信号变化情况，因此，本实施例中设置了第一开关阵列，第一开关阵列包括多个第一开关，如本实施例中，第一开关阵列包括四个第一开关S1、S2、S3、S4，其中第一开关S1连接在检测电路49与感应器31之间，第一开关S2连接在检测电路49与感应器32之间，第一开关S3连接在检测电路49与感应器33之间，第一开关S4连接在检测电路49与感应器34之间。

这样，通过控制四个第一开关S1、S2、S3、S4轮流闭合与断开，检测电路49可以依次检测四个感应器31、32、33、34所输出的信号。例如，四个第一开关S1、S2、S3、S4可以是三极管或者场效应管，也就是可以控制闭合与断开的开关。当第一开关S1闭合且其他三个第一开关断开时，检测电路49接收感应器31输出的信号。而当第一开关S2闭合且其他三个第一开关断开时，检测电路49接收感应器32输出的信号，如此类推。这样，只需要设置一个检测电路49，即可以多个感应器输出的信号。

检测电路49检测某一感应器所输出的信号发生变化时，可以确定该感应器为当前工作的感应器，例如，用户的手指靠近感应器31的上方，此时感应器31输出的信号将发生变化，因此，检测电路49确定感应器31为当前工作的感应器，而其他感应为非工作的感应器。

本实用新型为了增加感应器的感应距离，需要对非工作的感应器加载与当前工作感应器相同的震荡频率的电信号，如图7所示的，震荡信号源40通过电压缓冲器43向感应器31、32、33、34加载电压信号。当然，电压缓冲器43通过第二开关阵列向多个感应器31、32、33、34加载电压信号输出电压信号。

本实施例中，第二开关阵列包括多个第二开关S5、S6、S7、S8，其中，第二开关S5连接在电压缓冲器43的输出端与感应器31之间，第二开关S6连接在电压缓冲器43的输出端与感应器32之间，第二开关S7连接在电压缓冲器43的输出端与感应器33之间，第二开关S8连接在电压缓冲器43的输出端与感应器34之间。

这样，当检测电路49确定当前工作的感应器为感应器31，将控制第二开关S6、S7、S8闭合，以便于电压缓冲器43向非工作的感应器32、33、34加载震荡信号，所加载的震荡信号与加载到工作的感应器31上的震荡信号的频率相同。

另外，本实施中，为了减小环境因素对感应器的影响，手势控制电路设置了一个环境基准感应器，环境基准感应器设置在电子设备的内部。例如，电子设备为手机，则环境基准感应器设置在的感应模组电路板上，并且环境基准感应器与检测电路49电连接并且输出检测信号。这样，检测电路49将记录一个初始的信号值，如果环境基准感应器输出的信号值与检测电路49所记录的初始的信号值不同，表示环境基准感应器受到环境因素的影响，如受到温度、湿度等影响而导致漂移，因此，检测电路49需要对感应器31、32、33、34的检测信号进行补偿，以使得感应器31、32、33、34检测的信号更加精确。

可见，本实用新型的主要构思是将条状的感应器设置在显示屏的四周，并且对非工作的感应器、显示屏接地端加载震荡信号，使得非工作的感应器与当前工作的感应器加载的震荡信号具有相同的震荡频率，消除显示屏、非工作的感应器对工作的感应器的影响，使得感应器的电场耦合距离更远。

基于这一构思，本实用新型还可以应用在传统的互感式电容屏上，如图8所示，在电容屏60上设置有纵横交错的感应器，如横向延伸的感应器61以及纵向延伸的感应器62，每一个感应器均通过连接线连接至检测电路65，检测电路65根据接收的每一个感应器上的电信号来确定哪一个感应器是当前工作的感应器，从而确定非工作的感应器。

检测电路65通过开关阵列68连接到多根连接线，开关阵列中的每一个开关连接到一个连接线上，从而通过选通其中一个开关来接收某一个感应器上的信号。通过轮流导通多个开关可以轮流检测多个感应器上的信号。

震荡信号源64通过电压缓冲器66、开关阵列连接至多个感应器，当检测电路65确定某一个感应器为当前工作的感应器时，震荡信号源65向非工作的感应器输出震荡信号，以使得当前工作的感应器与非工作的感应器被加载相同的震荡频率。

当然，图8所示的实施例中，多个感应器61、62纵横交错的密布在显示屏60上，为了使得检测更加精确，还需要向显示屏60加载震荡的电信号，向显示屏60加载的震荡信号的频率与向非工作感应器加载的震荡信号的频率相同。

如图9所示，在显示屏70上也设置纵横交错的感应器72、73，显示屏70的接地端71位于显示屏70的最下方，多个感应器72、73均向检测电路74输出检测信号，检测电路74与感应器72、73之间连接有开关阵列75。震荡信号源76通过开关阵列77向感应器72、73加载震荡的电压信号，从而使得显示屏接地端71、工作的感应器以及非工作的感应器被加载相同震荡频率的电信号。

本实施例的手势控制电路可以应用在诸如手机、平板电脑或者电子书阅读器等电子设备上，参见图10，当手势控制电路应用在手机上时，多个感应器80与检测电路83电连接，检测电路83可以接收多个感应器80输出的信号。另外，检测电路83与触摸屏接地端81、显示屏接地端82之间均通过电压缓冲器连接。而触摸屏接地端81与手机主板85之间通过连接线87电连接，显示屏接地端82与手机主板85之间通过连接线86电连接。

在另一实施例中，手势控制电路可以应用在手机或电脑上，参见图11，多个感应器90与检测电路93电连接，检测电路93可以接收多个感应器90输出的信号。另外，检测电路93与触摸屏接地端91、显示屏接地端92之间均通过电压缓冲器连接。而触摸屏接地端91与平板电脑主板95之间连接有电感器97，电感器97作为隔离元件，用于隔离平板电脑主板95的接地端与触摸屏接地端91。而显示屏接地端92与平板电脑主板95之间连接有电感器96，电感器96也是作为隔离元件使用，以避免平板电脑主板95的接地端对触摸屏接地端91造成影响。

在另外的实施例中，可以在手机或电脑主板与检测电路之间增加隔离元件，如图12所示，多个感应器100与检测电路103电连接，检测电路103可以接收多个感应器100输出的信号。另外，检测电路103与触摸屏接地端101、显示屏接地端102之间均通过电压缓冲器连接。而触摸屏接地端101与手机主板105之间通过连接线电连接，显示屏接地端102与手机主板105之间通过连接线电连接，并且检测电路103与手机主板105之间连接有电感器104，电感器104作为隔离器件用于隔离手机主板105与检测电路103，避免手机主板105对检测电路103造成干扰。

下面介绍上述控制电路所实现的控制方法，例如，该控制电路应用在手机上，则手机的控制器需要接收检测电路的信号，根据检测电路输出的信号确定用户的手势。

当启动手势控制系统后，首先由检测电路检测感应器输出的信号，例如检测电路控制多个第一开关阵列上的第一开关依次导通，依次检测多个感应器所输出的信号，从而判断哪一感应器为工作的感应器。例如，在图3的实施例中，如果用户的手指位于感应器31的上方，则感应器31输出的信号与其初始状态时输出的信号不同，具体的，就是感应器输出的信号的震荡频率发生变化。检测电路通过检测感应器上的震荡频率的变化来确定哪一个感情为当前工作的感应器。

在确定当前工作的感应器后，向非工作的感应器加载震荡的电压信号，例如，震荡信号源通过电压缓冲器向非工作的感应器加载震荡信号，该震荡信号的震荡频率与加载到工作感应器上的震荡信号的震荡频率相同。优选的，震荡信号源还通过电压缓冲器向显示屏的接地端、屏蔽层也加载震荡的电信号，使得当前工作的感应器、非工作的感应器以及显示屏接地端、屏蔽层都加载相同震荡频率的震荡信号。

然后，检测电路检测当前工作的感应器输出的信号，根据当前工作的感应器输出的信号的变化确定手势。例如，用户的手指从感应器31的上方移动至感应器33的上方，则此时，感应器31输出的信号将发生变化，震荡频率从较低的震荡频率逐渐恢复至初始震荡频率，而感应器33输出的信号的震荡频率将从初始的震荡频率逐渐减小。因此，可以通过多个感应器输出的信号的震荡频率变化情况确定手指的移动轨迹，如手指从感应器31的上方移动至感应器33的上方，也就是手势是从上往下移动。

类似的，如果感应器34输出的信号的震荡频率从较低的频率逐渐变成初始频率，而感应器32输出的信号的震荡频率从初始频率逐渐减小，则可以确定手指自左向右移动，从而确定用滑动手势。

为了更加精确检测感应器上的信号，可以在感应主板上设置一个环境基准感应器，并且检测电路检测与环境基准感应器电连接。这样，检测电路可以检测环境基准感应器初始状态下的信号，即预设阈值，并且监测环境基准感应器输出的实时信号，如果环境基准感应器因受到环境因素影响而输出的信号与预设阈值之间存在差异，则需要补偿环境因素引起的误差，因此检测电路在检测当前工作的感应器输出的信号后，环境基准感应器当前输出的信号值与预设阈值之间的差值加到当前工作感应器所输出的信号上，从而实现对当前工作的感应器的环境补偿。

当然，如果应用在互感式电容屏上时，可以使用电容屏上的感应器作为手势检测的电容。此时，手机上需要设置两套系统，一套系统是应用检测手势，另一套系统用于检测手指是否点击显示屏上的某一个点。这样，显示屏上的感应器即可以用于感应手势，又可以用于检测手指触摸点。由于两套系统共有感应器，但是检测电路是不相同的，用于检测手势的电路是上述实施例所使用的检测电路，主要是检测感应器所输出的信号的震荡频率的变化，而检测手指是否触碰到显示屏的检测电路则采用现有的触摸屏的检测电路。

因此，在初始的时候，先启动手势控制电路的检测电路，手势系统的检测电路根据感应器所感应到手指与感应器的距离。当手势系统检测到手指与感应器之间的距离足够接近的时候，例如依据所检测的电容大小信号确定手指与感应器之间的距离是否足够接近，如小于某一阈值时，则启动触摸屏的系统，即检测手指是否点击触摸屏的某一个点。当触摸屏系统激活以后关闭手势系统。

并且，在触摸屏系统检测不到触摸信号后，则再次开启手势系统，关闭触摸系统，从而实现两套系统的切换使用。

当然，上述的方案只是本实用新型优选的实施方案，实际应用是还可以有更多的变化，例如，在显示屏的四周所设置的感应器的数量、多个感应器的排布的改变等，这些改变都不影响本实用新型的实施，也应该包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.基于电容感应的显示屏手势控制电路，包括：

显示屏；

其特征在于：

设置于所述显示屏四周的感应器，所述感应器呈条状布置，且每一所述感应器的周边设置有一个屏蔽层，多个所述感应器均向检测电路输出感应信号；

所述显示屏的接地端与大地断接，且所述显示屏的接地端、所述感应器与所述屏蔽层均连接至震荡信号源。

2.根据权利要求1所述的基于电容感应的显示屏手势控制电路，其特征在于：

所述屏蔽层设置在所述感应器的下方，且所述显示屏设置在所述屏蔽层的下方。

3.根据权利要求1所述的基于电容感应的显示屏手势控制电路，其特征在于：

所述感应器设置于所述显示屏的外侧，所述屏蔽层设置与所述感应器远离所述显示屏的一侧。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于电容感应的显示屏手势控制电路，其特征在于：

所述感应器通过连接线与所述检测电路连接，所述连接线设置在所述感应器的下方，且所述连接线外包裹有金属层。

5.根据权利要求1至3任一项所述的基于电容感应的显示屏手势控制电路，其特征在于：

所述检测电路与所述感应器之间设置第一开关阵列，所述第一开关阵列设置有多个第一开关，每一所述感应器均与一个所述第一开关串联连接。

6.根据权利要求5所述的基于电容感应的显示屏手势控制电路，其特征在于：

所述震荡信号源与所述感应器之间设有电压缓冲器以及第二开关阵列，所述第二开关阵列包括多个并联连接的第二开关，每一所述感应器与一个所述第二开关串联连接，且所述第二开关与所述电压缓冲器的输出端电连接。

7.根据权利要求1至3任一项所述的基于电容感应的显示屏手势控制电路，其特征在于：

所述显示屏手势控制电路还设置有环境基准感应器，所述环境基准感应器与所述检测电路连接并向所述检测电路输出信号。