JP5707502B2 - キャパシタンス型タッチボタンを判断するための方法 - Google Patents

キャパシタンス型タッチボタンを判断するための方法 Download PDF

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関連出願の相互参照
本出願は、2010年11月4日に出願され、「METHOD FOR JUDGING CAPACITANCE TYPE TOUCH BUTTONS」と題する中国特許出願第201010531983.3号の優先権を主張するものであり、それの開示全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は一般に、タッチ感知技術に関し、より詳細には、容量性タッチキーを検出するための方法に関する。
タッチキーは、一種のタッチ感知入力装置であり、それは、携帯電話、テレビ受像機および他のメディア装置で広く使用される。タッチ感知原理によると、タッチキーは、抵抗性タッチキー、容量性タッチキーなどに分類できる。容量性タッチキーは、それらの高い光透過率、長い寿命、摩耗、環境温度および湿度変化に対する高い耐性、ならびに多点タッチ機能などのそれらの改善された性能により、産業界で広く注目を集める。容量性タッチキーは、絶縁材料、例えばガラスまたはプラスチックを通じて指からのタッチ事象を検出することができ、従来のキーでのような機械的ボタンなしでタッチ事象が有効なものであるかどうかを決定することができる。このプロセスは、次の理論に基づいている。指がタッチキーの感知領域に触れることによって生成されるキャパシタンスの増加量が、タッチキー装置の固有のキャパシタンス量に加えられ、新しいキャパシタンス量が得られ、タッチ検出制御回路は、新しいキャパシタンス量を処理して、対応する制御コマンドを生成することができ、それによって制御を実現する。
電源によると、タッチキーは、一次および二次コイル共通接地タッチキーならびに一次および二次コイル非共通接地タッチキーに分類できる。図1を参照すると、一次および二次コイル共通接地タッチキーについては、キーが、指によって触れられているとき、大きなコンデンサCFとしての人体は、接地に接続されることもある。一方、キーの感知コンデンサCPは、同様に接地と接続することもある。結果として、コンデンサCFおよびCPは、並列である。図2を参照すると、一次および二次コイル非共通接地タッチキーについては、キーが、指によって触れられているとき、大きなコンデンサCFとしての人体は、接地に接続されることもある。そしてキーの感知コンデンサCPは、直流接地と接続することもある。それ故に、コンデンサCFおよびCPは、並列でない。
従来の方法では、キー検出は、常に接地に対するキャパシタンス変化に基づいて行われる。非接地状況では、電流リークが、生じることもある。もしタッチ検出が、なお従来の方法を用いることによって行われるならば、間違った検出結果が得られることもあり、間違ったキー検出につながる。
したがって、キーをより正確に検出するための新しい方法が望まれる。
本開示の実施形態は、容量性タッチキーを検出するときの精度を改善することができる。
一実施形態では、容量性タッチキーを検出するための方法は、
タッチキーが触れられているとき、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップであって、変化傾向が、増加および減少を含む、ステップと、
キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップと、
キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷調整量に従ってタッチキーが触れられているときの各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算し、各電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比を計算するステップであって、電荷バランス量が、タッチキーが触れられる前の各電荷蓄積領域での電荷量である、ステップと、
キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向が減少であり、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比が、第1のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または第1のしきいに等しくかつ第3のしきい未満であるとき、キーが触れられていると決定するステップと、
キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向が増加であり、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比が、第2のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または第2のしきいに等しくかつ第3のしきい未満であるとき、キーが触れられていると決定するステップとを含んでもよく、
絶縁誘電体層は、各キーの周囲に形成され、金属層は、絶縁誘電体層の周囲に形成され、金属シールドリングは、隣接キー間に形成され、各キーは、標準単位コンデンサと接続される。
適宜、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップは以下を含んでもよい。キーが触れられているとき、もし人体およびキーの等価キャパシタンスが減少するならば、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、減少であると決定され、もし人体およびキーの等価キャパシタンスが増加するならば、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、増加であると決定される。
適宜、キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップは、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、標準単位コンデンサの放電によって電荷蓄積領域に電荷補給を行うステップを含んでもよい。
適宜、キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップは、固定時間間隔でキーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップを含んでもよく、各電荷調整アクションによって、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するようになる。
適宜、固定時間間隔は、5μsであってもよい。
適宜、標準単位コンデンサは、アナログ/デジタル変換器(ADC)のサンプルホールド回路中のホールドコンデンサであってもよく、標準単位コンデンサの放電は、サンプリングパルスによって制御されてもよい。
適宜、サンプリングパルスの周波数は、80kHzから120kHzに及んでもよい。
適宜、サンプリングパルスは、同じ周波数を用いてもよい。
適宜、サンプリングパルスは、異なる周波数を用いてもよい。
適宜、サンプリングパルスは、異なる周波数を用い、その場合初回の電荷調整アクションの後、サンプリングパルスは、現在の電荷調整アクションでは、前のアクションの周波数よりも大きな周波数を用いる。
適宜、サンプリングパルスは、異なる周波数を用い、その場合周波数可変範囲は、サンプリングパルスについてあらかじめ決定され、サンプリングパルスは、現在の電荷調整アクションでは、前のアクションの周波数よりも大きな周波数を用い、電荷調整アクションでのサンプリングパルスの周波数が、その範囲内で最高周波数に達した後、サンプリングパルスは、現在の電荷調整アクションでは、前のアクションの周波数よりも低い周波数を用いる。
適宜、電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向が減少であるときは、電荷蓄積領域での電荷調整量は、標準単位コンデンサの電荷蓄積領域への電荷補給量であり、電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向が増加であるときは、電荷蓄積領域での電荷調整量は、電荷量が安定に達するときの電荷蓄積領域での電荷量と電荷バランス量との間の差である。
適宜、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷調整量に従ってタッチキーが触れられているときの各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算するステップは、第1の電荷調整アクションでの電荷調整量を第1の電荷調整アクションでの電荷変化量として使用するステップと、第2の電荷調整アクションから、現在の電荷調整アクションでの電荷調整量と前の電荷調整アクションでの電荷調整量の加重和を計算し、その加重和を現在の電荷調整アクションでの電荷変化量として採用するステップと、すべての電荷調整アクションでの電荷変化量を平均化して平均値を得て、その平均値をキーが触れられているときの電荷変化量として採用するステップとを含んでもよい。
適宜、加重和は、次の式、
C = C1 × N1 + C 2× N2、
に基づいて計算され、ただしCは、現在の電荷調整アクションでの電荷変化量であり、C1は、前の電荷調整アクションでの電荷調整量であり、N1は、前の電荷調整アクションの第1の加重であり、C2は、現在の電荷調整アクションでの電荷調整量であり、N2は、現在の電荷調整アクションの第2の加重であり、N1とN2の和は1である。
適宜、第1の加重は、第2の加重未満であってもよい。
適宜、第1の加重は、1/3であってもよく、第2の加重は、2/3であってもよい。
適宜、第1のしきいは、第2のしきい未満であってもよい。
適宜、第1のしきいは、1%であってもよく、第2のしきいは、5%であってもよい。
適宜、第3のしきいは、10%であってもよい。
従来の方法と比較して、本開示は、次の利点を有する。標準単位コンデンサは、キーに対応するすべての電荷蓄積領域での電荷量を安定に達しさせるように充電を行うために用いられ、それによって従来の方法では非接地状況でのキーを決定するために接地へのキャパシタンスを加えるという不都合を回避する。さらに、第1および第2のしきいを含む2つの決定標準は、容量性タッチキーについてより正確な検出をもたらす。その上、第3のしきいはさらに、外部干渉を除去する。
従来技術における、一次および二次コイル共通接地タッチキーが触れられているときのコンデンサ間の関係を示す概略図である。 従来技術における、一次および二次コイル非共通接地タッチキーが触れられているときのコンデンサ間の関係を示す概略図である。 本開示の一実施形態による、容量性タッチキーの概略構造図である。 本開示の第1の実施形態による、容量性タッチキーを検出するための方法の流れ図を概略的に例示する図である。 本開示の第1の実施形態による、ADCのサンプルホールド回路中のホールドコンデンサを通じての電荷蓄積領域のための電荷補給を示す概略構造図である。 本開示の第1の実施形態による、電荷変化量を計算するための方法の概略流れ図である。 本開示の第2の実施形態による、容量性タッチキーを検出するための方法の概略流れ図である。 本開示の第2の実施形態による、ADCのサンプルホールド回路中のホールドコンデンサを通じての電荷蓄積領域のための電荷補給を示す概略構造図である。 本開示の第2の実施形態による、電荷変化量を計算するための方法の概略流れ図である。
本開示の目的、特徴および利点を明確にするために、本開示の実施形態が、添付の図面と併せて詳細に述べられることになる。
次の記述では、説明の目的で、多くの具体的詳細が、本開示の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、本開示は、以下で述べる実施形態と異なる他の実施形態で実施されてもよいことが当業者には明らかであろう。それに応じて、本開示は、本明細書で述べる実施形態に限定されない。
本開示の背景技術で述べるように、従来の方法では、キー検出は、常に接地に対するキャパシタンス変化に基づいて行われる。非接地状況では、電流リークが、生じることもあり、それは、間違ったキー検出を引き起こすこともある。
容量性タッチキーを検出するときの精度を改善するために、本開示の実施形態は、
タッチキーが触れられているとき、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップであって、変化傾向が、増加および減少を含む、ステップと、
キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップと、
キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷調整量に従ってタッチキーが触れられているときの各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算し、各電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比を計算するステップであって、電荷バランス量が、タッチキーが触れられる前の各電荷蓄積領域での電荷量である、ステップと、
キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向が、減少であり、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比が、第1のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または第1のしきいに等しくかつ第3のしきい未満であるとき、キーが触れられていると決定するステップと、
キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向が、増加であり、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比が、第2のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または第2のしきいに等しくかつ第3のしきい未満であるとき、キーが触れられていると決定するステップとを含み、
絶縁誘電体層は、各キーの周囲に形成され、金属層は、絶縁誘電体層の周囲に形成され、金属シールドリングは、隣接キー間に形成され、各キーは、標準単位コンデンサと接続される、容量性タッチキーを検出するための方法を提供する。
本開示では、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達することを確実にするために、標準単位コンデンサが、充電を行うために用いられる。したがって、従来の方法では非接地状況でのキーを検出するために接地へのキャパシタンスを加えるという不都合が、回避される。さらに、第1および第2のしきいを含む2つの決定標準は、容量性タッチキーについてより正確な検出をもたらす。その上、第3のしきいはさらに、外部干渉を除去する。
第1の実施形態
本実施形態では、キーは、一次および二次コイル共通接地容量性タッチ銅箔キーである。図3で示すように、絶縁誘電体層は、各キーの周囲に形成され、金属層は、絶縁誘電体層の周囲に形成され、金属シールドリングは、隣接キー間に形成され、各キーは、標準単位コンデンサと接続される。金属層は、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷蓄積量を増加させ、検出感度を改善するように構成される。
キー検出の前に、背景環境信号を検出すること、その周波数が第1の周波数(本実施形態では80kHz)から第2の周波数(本実施形態では120kHz)の範囲を超える信号をシールドすること、およびその周波数が第1の周波数と第2の周波数との間である信号が検出された後にトリガー信号を発生させることを含む、いくつかの初期化プロセスが、行われてもよい。トリガー信号は、タッチ検出プロセスを始動させるように構成される。
本実施形態によると、キー検出方法は、
S100、キーが触れられているとき、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップであって、変化傾向が、増加および減少を含む、ステップと、
S110、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップと、
S120、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷調整量に従ってキーが触れられているときの各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算し、各電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比を計算するステップであって、電荷バランス量が、キーが触れられる前の各電荷蓄積領域での電荷量である、ステップと、
S130、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向が、減少であり、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比が、第1のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または第1のしきいに等しくかつ第3のしきい未満であるとき、キーが触れられていると決定し、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向が、増加であり、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比が、第2のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または第2のしきいに等しくかつ第3のしきい未満であるとき、キーが触れられていると決定するステップとを含んでもよい。
図4は、本実施形態による容量性タッチキーを検出するための方法の流れ図を概略的に例示する。その検出は、本明細書で詳細に述べられる。
最初に、S100が、次の通りに行われ、キーが触れられているとき、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップであって、変化傾向が、増加および減少を含む、ステップが、行われる。
本実施形態でのキーは、一次および二次コイル共通接地容量性タッチキーである。すなわち、キーによって印加される交流/直流(AC/DC)電源では、一次コイルおよび二次コイルは、共通接地にある。キーが、指によって触れられているとき、人体コンデンサは、接地され、キーの感知コンデンサも、同様に接地される。感知コンデンサおよび人体コンデンサは、並列である。人体コンデンサは、キーの感知コンデンサよりもはるかに大きいので、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷は、人体コンデンサに沿って接地に放電されることもあり、電荷蓄積領域での電荷量の減少をもたらす。したがって、本実施形態では、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、減少であり、すなわち、一次および二次コイル共通接地容量性タッチキーが、触れられているとき、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、減少である。
上記の結論は、一次コイルおよび二次コイルがAC/DC電源での共通接地にあるという周知の状況に基づいて得られる。しかしながら、実際には、キーの種類は、キー検出中に最初に決定すべきである。したがって、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップは、キーが触れられているとき、もし人体およびタッチキーの等価キャパシタンスが減少するならば、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、減少であると決定され、もし人体およびタッチキーの等価キャパシタンスが増加するならば、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、増加であると決定されるステップを含んでもよい。本実施形態では、人体およびキーの等価キャパシタンスは、キーが触れられているときに減少し、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、減少である。
その後、S110が、次の通りに行われ、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップが、行われる。
銅箔キーが、触れられているとき、キーに対応する銅箔の電荷蓄積領域での電荷量は、著しく変化する。本実施形態では、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量は、大幅に減少する。キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量を安定に達しさせるためには、キーに対応する各電荷蓄積領域に電荷補給を行うことが必要である。電荷補給を行うステップは、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、標準単位コンデンサの放電によって電荷蓄積領域に電荷補給を行うステップを含んでもよい。本実施形態では、電荷量が安定に達することは、電荷蓄積領域での電荷量が電荷バランス量に達することを意味する。電荷バランス量は、キーが触れられる前の電荷蓄積領域での電荷量のことである。
いくつかの実施形態では、1つのタッチ事象の持続時間での電荷補給量をより精密に計算するためには、その持続時間を複数のサブ持続時間に分割し、その複数のサブ持続時間のそれぞれでの電荷補給量を記録する方が良い。サブ持続時間が多いほど、計算は、精密である。しかしながら、大きなキャパシタンスを持つコンデンサを充放電するのには多くの時間がかかる。したがって、持続時間の分割は、大幅に制限される。本実施形態では、電荷補給は、従来技術によるADCのサンプルホールド回路を用いることによって行われ、標準単位コンデンサの放電は、サンプリングパルスによって制御される。
図5を参照すると、サンプルホールド回路は、アナログ電子スイッチSおよびホールドコンデンサCholdを含んでもよい。アナログ電子スイッチSは、fsの周波数を持つサンプリングパルスの制御下で繰り返しオン/オフされてもよい。アナログ電子スイッチSがオンにされると、電源は、ホールドコンデンサCholdを充電し、さもなければ、ホールドコンデンサCholdは、その電圧を不変に保つ。
本実施形態では、銅箔が、ホールドコンデンサCholdと接続される。アナログ電子スイッチSがオフにされると、ホールドコンデンサCholdは、電荷を銅箔に放電し、銅箔は、充電される。したがって、電荷は、ホールドコンデンサCholdによって解放された電荷のために銅箔の表面の電荷蓄積領域に蓄積される。サンプリングパルスの周波数fsを制御することを通じて、ホールドコンデンサCholdに対する充放電は、急速に行うことができ、それによって電荷は、電荷蓄積領域に絶えず補給される。比較的短時間で、電荷蓄積領域での電荷量は、安定に達することができる。このようにして、電荷補給プロセス全体は、いくつかの電荷補給プロセスに分割されてもよい。いくつかの実施形態では、ホールドコンデンサCholdは、0.5pFのキャパシタンスを有してもよい。
電荷補給量の精密計算のほかに、電荷補給アクションが、合理的に設定されるべきである。
具体的には、電荷補給は、固定時間間隔でタッチキー構造中のキーに対応する各電荷蓄積領域に対して行われてもよい。そして各電荷補給アクションの後、電荷蓄積領域での電荷量は、安定に達する。電荷補給アクションの間、アナログ電子スイッチSのサンプリングパルスの周波数は、実際のタッチ状況の分析およびタッチ検出の精度に従って設定されてもよい。例えば、ホールドコンデンサの放電を制御するために使用されるサンプリングパルスは、各電荷補給アクションで同じ周波数または異なる周波数を用いてもよい。好ましくは、異なる周波数が、用いられる。
本実施形態では、サンプリングパルスは、各電荷補給アクションで異なる周波数を用い、その場合初回の電荷補給アクションの後、サンプリングパルスは、現在の電荷補給アクションでは前のアクションの周波数よりも大きい周波数を用いる。周波数可変範囲は、サンプリングパルスについてあらかじめ決定されてもよい。第1の電荷補給アクションでのサンプリングパルスの周波数は、その範囲で最低周波数に設定されてもよく、サンプリングパルスは、第2の電荷補給アクションでは第1の電荷補給アクションの周波数よりも少し大きい周波数を用い、サンプリングパルスは、第3の電荷補給アクションでは第2の電荷補給アクションの周波数よりも少し大きい周波数を用い、そして最後の電荷補給アクションでのサンプリングパルスの周波数が、その範囲で相対的により高い値または最高周波数に達するまで同じように続く。いくつかの実施形態では、電荷補給アクションは、固定時間間隔で行われてもよい。
本実施形態では、固定時間間隔は、5μsであってもよく、サンプリングパルスの周波数は、80kHzから120kHzに及んでもよい。
キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達したかどうかを決定するために、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷バランス量が、前もって記録されてもよく、電荷蓄積領域での蓄積された電荷量と対応する電荷バランス量との間の実時間比較が、電荷補給中に行われてもよい。
その後、S120が、次の通りに行われ、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷調整量に従ってキーが触れられているときの各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算し、各電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比を計算するステップであって、電荷バランス量が、キーが触れられる前の各電荷蓄積領域での電荷量である、ステップが行われる。
1つのタッチ事象の持続時間でのキーに対応する銅箔の各電荷蓄積領域での電荷変化量を正確に計算するためには、多重電荷補給アクションによって得られる複数の電荷補給量を包括的に処理して電荷変化量を得ることが必要である。
図6を参照すると、複数の電荷補給量を包括的に処理するステップは、
ステップS121、第1の電荷補給アクションでの電荷補給量を第1の電荷補給アクションでの電荷変化量として使用するステップと、
ステップS122、第2の電荷補給アクションから、現在の電荷補給アクションでの電荷補給量および前の電荷補給アクションでの電荷補給量の加重和を計算し、その加重和を現在の電荷補給アクションでの電荷変化量として採用するステップと、
ステップS123、すべての電荷補給アクションの電荷変化量を平均化して平均値を得て、その平均値をキーが触れられているときの電荷変化量として採用するステップとを含んでもよい。
加重和は、次の式、C = C1 × N1 + C2 × N2、に基づいて計算され、ただしCは、現在の電荷補給アクションでの電荷変化量であり、C1は、前の電荷補給アクションでの電荷補給量であり、N1は、前の電荷補給アクションの第1の加重であり、C2は、現在の電荷補給アクションでの電荷補給量であり、N2は、現在の電荷補給アクションの第2の加重であり、N1とN2の和は1である。
Cは、C1よりもC2とより関係があることを考慮すると、N2は、N1よりも大きくすべきである。本実施形態では、第1の加重N1は、1/3であり、第2の加重N2は、2/3である。いくつかの実施形態では、第1の加重N1は、1/4または2/5であってもよい。それに応じて、第2の加重N2は、3/4または3/5であってもよい。
キーに対応する銅箔の各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算した後、対応する電荷バランス量に対する各電荷蓄積領域での電荷変化量の比が、得られてもよい。
その後、S130が、次の通りに行われ、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比が、第1のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または第1のしきいに等しくかつ第3のしきい未満であるとき、キーが触れられていると決定するステップが、行われる。
本実施形態では、第1のしきいは、1%であり、第3のしきいは、10%である。実際には、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷は、キーが指によって触れられるときほとんど吸収されることもあり、他の干渉はほとんど、電荷の吸収を引き起こさない。したがって、第1のしきいは、比較的より小さくてもよい。すなわち、いったんキーに対応する電荷蓄積領域での電荷の1%が、吸収されると、キーは、触れられていると決定される。
第2の実施形態
本実施形態では、キーは、一次および二次コイル非共通接地容量性タッチ銅箔キーである。図3で示すように、絶縁誘電体層は、各キーの周囲に形成され、金属層は、絶縁誘電体層の周囲に形成され、金属シールドリングは、隣接キー間に形成され、各キーは、標準単位コンデンサと接続される。
キー検出の前に、背景環境信号を検出すること、その周波数が第1の周波数(本実施形態では80kHz)から第2の周波数(本実施形態では120kHz)の範囲を超える信号をシールドすること、およびその周波数が第1の周波数と第2の周波数との間である信号が検出された後にトリガー信号を発生させることを含む、いくつかの初期化プロセスが、行われてもよい。トリガー信号は、タッチ検出プロセスを始動させるように構成される。
本実施形態によると、キー検出方法は、
S200、キーが触れられているとき、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップであって、変化傾向が、増加および減少を含む、ステップと、
S210、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップと、
S220、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷調整量に従ってキーが触れられているときの各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算し、各電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比を計算するステップであって、電荷バランス量が、キーが触れられる前の各電荷蓄積領域での電荷量である、ステップと、
S230、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向が、減少であり、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比が、第1のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または第1のしきいに等しくかつ第3のしきい未満であるときは、キーが触れられていると決定し、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向が、増加であり、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比が、第2のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または第2のしきいに等しくかつ第3のしきい未満であるときは、キーが触れられていると決定するステップとを含んでもよい。
図7は、本実施形態による容量性タッチキーを検出するための方法の流れ図を概略的に例示する。その検出は、本明細書で詳細に述べられる。
最初に、S200が、次の通りに行われ、キーが触れられているとき、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップであって、変化傾向が、増加および減少を含む、ステップが行われる。
本実施形態でのキーは、一次および二次コイル非共通接地容量性タッチキーである。すなわち、キーによって印加されるAC/DC電源では、一次コイルおよび二次コイルは、共通接地にない。キーが、指によって触れられているとき、コンデンサとしての人体は、接地され、キーの感知コンデンサは、接地されない。感知コンデンサおよび人体コンデンサは、並列でない。人体コンデンサの一方の端部は、キーの感知コンデンサの一方の端部と接続され、それらのもう一方の端部は、接続されない。人体コンデンサのキャパシタンスは、キーの感知コンデンサのそれよりもはるかに大きいので、キーに対応する電荷蓄積領域は、人体の静電気から電荷を得ることもある。それ故に、電荷蓄積領域での電荷は、減少せずに増加し、電荷蓄積領域での電荷量の増加をもたらす。したがって、本実施形態では、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、増加であり、すなわち、一次および二次コイル非共通接地容量性タッチキーが、触れられているとき、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、増加である。
上記の結論は、一次コイルおよび二次コイルがAC/DC電源で共通接地にないという周知の状況に基づいて得られる。しかしながら、実際には、キーの種類は、キー検出中に最初に決定すべきである。したがって、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップは、キーが触れられているとき、もし人体およびタッチキーの等価キャパシタンスが減少するならば、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、減少であると決定され、もし人体およびタッチキーの等価キャパシタンスが増加するならば、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、増加であると決定されるステップを含んでもよい。本実施形態では、人体およびキーの等価キャパシタンスは、キーが触れられているときに増加し、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向は、増加である。
その後、S210が、次の通りに行われ、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップが、行われる。
銅箔キーが、触れられているとき、キーに対応する銅箔の電荷蓄積領域での電荷量は、著しく変化する。本実施形態では、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷量は、大幅に増加する。電荷蓄積領域が蓄えることができる電荷は、限られているので、キーに対応する各電荷蓄積領域に電荷補給を行うことが、必要である。電荷補給を行うステップは、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、標準単位コンデンサの放電を用いることによって電荷蓄積領域に電荷補給を行うステップを含んでもよい。本実施形態では、電荷量が安定に達することは、電荷蓄積領域での電荷量が最大値に達すること、すなわち電荷が動的バランスに達することを意味する。具体的には、電荷量が、最大値に達するとき、サンプルホールドコンデンサはなお、電荷蓄積領域への充電を行うことができる。電荷量が最大値に達した後の充電プロセスで形成される電荷は、サンプルホールドコンデンサに流れて戻ってもよく、それによって動的バランスを実現する。
電荷蓄積領域での電荷補給量は、電荷量が安定に達するときの電荷蓄積領域での電荷量を検出し、その電荷量から電荷バランス量だけ引くことによって得られてもよい。
いくつかの実施形態では、1つのタッチ事象の持続時間での電荷補給量をより精密に計算するためには、その持続時間を複数のサブ持続時間に分割し、その複数のサブ持続時間のそれぞれでの電荷補給量を記録する方が良い。サブ持続時間が多いほど、計算は、精密である。しかしながら、大きなキャパシタンスを持つコンデンサを充放電するのには多くの時間がかかる。したがって、持続時間の分割は、大幅に制限される。本実施形態では、電荷補給は、従来技術によるADCのサンプルホールド回路を用いることによって行われ、標準単位コンデンサの放電は、サンプリングパルスによって制御される。
図8を参照すると、サンプルホールド回路は、アナログ電子スイッチSおよびホールドコンデンサCholdを含んでもよい。アナログ電子スイッチSは、fsの周波数を持つサンプリングパルスの制御下で繰り返しオン/オフされてもよい。アナログ電子スイッチSがオンにされると、電源は、ホールドコンデンサCholdを充電し、さもなければ、ホールドコンデンサCholdは、その電圧を不変に保つ。
本実施形態では、銅箔が、ホールドコンデンサCholdと接続される。アナログ電子スイッチSがオフにされると、ホールドコンデンサCholdは、電荷を銅箔に放電し、銅箔は、充電される。したがって、電荷は、ホールドコンデンサCholdによって解放された電荷のために銅箔の表面の電荷蓄積領域に補給される。サンプリングパルスの周波数fsを制御することを通じて、ホールドコンデンサCholdへの放電は、急速に行うことができ、それによって電荷は、電荷蓄積領域に絶えず補給される。比較的短時間で、電荷蓄積領域での電荷量は、最大値に達することができる。このようにして、電荷補給プロセス全体は、いくつかの電荷補給プロセスに分割されてもよい。いくつかの実施形態では、ホールドコンデンサCholdは、0.5pFのキャパシタンスを有してもよい。
電荷補給量の精密計算のほかに、電荷補給アクションが、合理的に設定されるべきである。
具体的には、電荷補給は、固定時間間隔でタッチキー構造中のキーに対応する各電荷蓄積領域に対して行われてもよい。そして各電荷補給アクションの後、電荷蓄積領域での電荷量は、最大値に達する。電荷補給アクションの間、アナログ電子スイッチSのサンプリングパルスの周波数は、実際のタッチ状況の分析およびタッチ検出の精度に従って設定されてもよい。例えば、ホールドコンデンサの放電を制御するために使用されるサンプリングパルスは、各電荷補給アクションで同じ周波数または異なる周波数を用いてもよい。好ましくは、異なる周波数が、用いられる。
本実施形態では、サンプリングパルスは、各電荷補給アクションで異なる周波数を用い、その場合初回の電荷調整アクションの後、サンプリングパルスは、現在の電荷調整アクションでは前のアクションの周波数よりも大きい周波数を用いる。周波数可変範囲は、サンプリングパルスについてあらかじめ決定されてもよい。第1の電荷補給アクションでのサンプリングパルスの周波数は、その範囲で最低周波数に設定されてもよく、サンプリングパルスは、第2の電荷補給アクションでは第1の電荷補給アクションの周波数よりも少し大きい周波数を用い、サンプリングパルスは、第3の電荷補給アクションでは第2の電荷補給アクションの周波数よりも少し大きい周波数を用い、そして最後の電荷補給アクションでのサンプリングパルスの周波数が、その範囲で比較的より高い値または最高周波数に達するまで同じように続く。いくつかの実施形態では、電荷補給アクションは、固定時間間隔で行われてもよい。
本実施形態では、固定時間間隔は、5μsであってもよく、サンプリングパルスの周波数は、80kHzから120kHzに及んでもよい。
その後、S220が、次の通りに行われ、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷調整量に従ってキーが触れられているときの各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算し、各電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比を計算するステップであって、電荷バランス量が、キーが触れられる前の各電荷蓄積領域での電荷量である、ステップが行われる。
1つのタッチ事象の持続時間でのキーに対応する銅箔の各電荷蓄積領域での電荷変化量を正確に計算するためには、多重電荷補給アクションによって得られる複数の電荷補給量を包括的に処理して電荷変化量を得ることが必要である。
図9を参照すると、複数の電荷補給量を包括的に処理するステップは、
ステップS221、第1の電荷補給アクションでの電荷補給量を第1の電荷補給アクションでの電荷変化量として使用するステップと、
ステップS222、第2の電荷補給アクションから、現在の電荷補給アクションでの電荷補給量および前の電荷補給アクションでの電荷補給量の加重和を計算し、その加重和を現在の電荷補給アクションでの電荷変化量として採用するステップと、
ステップS223、すべての電荷補給アクションの電荷変化量を平均化して平均値を得て、その平均値をキーが触れられているときの電荷変化量として採用するステップとを含んでもよい。
加重和は、次の式、C = C1 × N1 + C2 × N2、に基づいて計算され、ただしCは、現在の電荷補給アクションでの電荷変化量であり、C1は、前の電荷補給アクションでの電荷補給量であり、N1は、前の電荷補給アクションの第1の加重であり、C2は、現在の電荷補給アクションでの電荷補給量であり、N2は、現在の電荷補給アクションの第2の加重であり、N1とN2の和は1である。
Cは、C1よりもC2とより関係があることを考慮すると、N2は、N1よりも大きくすべきである。本実施形態では、第1の加重N1は、1/3であり、第2の加重N2は、2/3である。いくつかの実施形態では、第1の加重N1は、1/4または2/5であってもよい。それに応じて、第2の加重N2は、3/4または3/5であってもよい。
キーに対応する銅箔の各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算した後、対応する電荷バランス量に対する各電荷蓄積領域での電荷変化量の比が、得られてもよい。
その後、S230が、次の通りに行われ、キーに対応する電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する電荷変化量の比が、第1のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または第1のしきいに等しくかつ第3のしきい未満であるとき、キーが触れられていると決定するステップが、行われる。
本実施形態では、第1のしきいは、5%であり、第3のしきいは、10%である。実際には、電荷は、キーが指によって触れられているときにキーに対応する電荷蓄積領域に補給されることもあり、他の干渉、例えば携帯電話をキーの周辺に置くことが、電荷蓄積領域への電荷補給を同様に引き起こすこともある。したがって、十分な電荷が、キーに対応する電気蓄積領域に補給されるときだけ、キーは、触れられていると決定される。そのことはまた、第2のしきいが、第1の実施形態での第1のしきいよりもはるかに大きい理由でもある。
本開示では、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達することを確実にするために、標準単位コンデンサが、充電を行うために用いられる。したがって、従来の方法では非接地状況でのキーを検出するために接地へのキャパシタンスを加えるという不都合は、回避される。さらに、第1のしきい(例えば、1%)および第2のしきい(例えば、5%)を含む2つの決定標準は、容量性タッチキーについてより正確な検出をもたらす。その上、第3のしきい(10%)はさらに、外部干渉を除去する。
さらに、電荷変化量の計算では、信号間の関係が、考慮され、それによって電荷変化量の現実性を確実にする。
本開示は、それの好ましい実施形態を参照して上記のように開示されたけれども、それに限定されないであろう。当業者は、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく実施形態を修正し、変えることができる。それに応じて、考案された本技術構想の範囲から逸脱することなく、どんな簡単な修正および等価な変形も、考案された本技術構想の保護範囲に属する。
タッチ感知技術分野でキャパシタンス型タッチボタンを判断するための方法は、ボタンに触れているときに、ボタン上の電荷量の変化傾向を決定するステップと、ボタンに対応する電荷蓄積領域での電荷量が不変のままであるまで、各ボタンに対応する電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップと、ボタンに触れているときの電荷蓄積領域の電荷変化量を計算し、電荷蓄積領域の電荷変化量と電荷バランス量との間の比を同様に計算するステップと、ボタン上の電荷量の変化傾向が減少であり、ボタンに対応する電荷蓄積領域の電荷変化量と電荷バランス量との間の比が、第1のしきい以上かつ第3のしきい未満であるとき、またはボタン上の電荷量の変化傾向が増加であり、ボタンに対応する電荷蓄積領域の電荷変化量と電荷バランス量との間の比が、第2のしきい以上かつ第3のしきい未満であるとき、ボタンが、触れられたボタンであると決定するステップとを含む。キャパシタンス型タッチボタンは、本発明によれば、より正確に判断される。
S アナログ電子スイッチ
CF コンデンサ
CP コンデンサ
C 電荷変化量
C1 前の電荷補給アクションでの電荷補給量
C2 現在の電荷補給アクションでの電荷補給量
N2 現在の電荷補給アクションの第2の加重
N1 第1の加重
N2 第2の加重
Chold ホールドコンデンサ
fs サンプリングパルスの周波数

Claims (19)

  1. タッチキーが触れられているとき、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップであって、前記変化傾向が、増加および減少を含む、ステップと、
    キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップと、
    キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷調整量に従って、前記タッチキーが触れられているときの各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算し、各電荷蓄積領域での電荷バランス量に対する前記電荷変化量の比を計算するステップであって、前記電荷バランス量が、前記タッチキーが触れられる前の各電荷蓄積領域での前記電荷量である、ステップと、
    前記キーに対応する前記電荷蓄積領域での電荷量の前記変化傾向が減少であり、前記キーに対応する前記電荷蓄積領域での前記電荷バランス量に対する前記電荷変化量の比が、第1のしきいよりも大きくかつ第3のしきい未満である、または前記第1のしきいに等しくかつ前記第3のしきい未満であるとき、前記キーが触れられていると決定するステップと、
    前記キーに対応する前記電荷蓄積領域での電荷量の前記変化傾向が増加であり、前記キーに対応する前記電荷蓄積領域での前記電荷バランス量に対する前記電荷変化量の比が、第2のしきいよりも大きくかつ前記第3のしきい未満である、または前記第2のしきいに等しくかつ前記第3のしきい未満であるとき、前記キーが触れられていると決定するステップとを含み、
    絶縁誘電体層は、各キーの周囲に形成され、金属層は、前記絶縁誘電体層の周囲に形成され、金属シールドリングは、隣接キー間に形成され、各キーは、標準単位コンデンサと接続される、容量性タッチキーを検出するための方法。
  2. キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量の変化傾向を決定するステップは、前記タッチキーが触れられているとき、もし人体および前記タッチキーの等価キャパシタンスが減少するならば、前記キーに対応する前記電荷蓄積領域での電荷量の前記変化傾向は減少であると決定され、もし人体および前記タッチキーの等価キャパシタンスが増加するならば、前記キーに対応する前記電荷蓄積領域での電荷量の前記変化傾向は増加であると決定されるステップを含む、請求項1に記載の方法。
  3. キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップは、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するまで、前記標準単位コンデンサの放電によって前記電荷蓄積領域に電荷補給を行うステップを含む、請求項1に記載の方法。
  4. キーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップは、固定時間間隔でキーに対応する各電荷蓄積領域に対して電荷調整を行うステップを含み、各電荷調整アクションによって、キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷量が安定に達するようになる、請求項1または3に記載の方法。
  5. 前記固定時間間隔は、5μsである、請求項4に記載の方法。
  6. 前記標準単位コンデンサは、アナログ/デジタル変換器のサンプルホールド回路中のホールドコンデンサであり、前記標準単位コンデンサの前記放電は、サンプリングパルスによって制御される、請求項1または3に記載の方法。
  7. 前記サンプリングパルスの周波数は、80kHzから120kHzに及ぶ、請求項6に記載の方法。
  8. 前記サンプリングパルスは、同じ周波数を用いる、請求項7に記載の方法。
  9. 前記サンプリングパルスは、異なる周波数を用いる、請求項7に記載の方法。
  10. 前記サンプリングパルスが異なる周波数を用いることは、初回の電荷調整アクションの後、サンプリングパルスが、現在の電荷調整アクションでは前のアクションの周波数よりも大きい周波数を用いることを含む、請求項9に記載の方法。
  11. 前記サンプリングパルスが異なる周波数を用いることは、周波数可変範囲が、サンプリングパルスについてあらかじめ決定され、サンプリングパルスが、現在の電荷調整アクションでは前のアクションの周波数よりも大きい周波数を用い、電荷調整アクションでのサンプリングパルスの前記周波数が、前記範囲で最高周波数に達した後、サンプリングパルスが、現在の電荷調整アクションでは前のアクションの周波数よりも低い周波数を用いることを含む、請求項9に記載の方法。
  12. 前記電荷蓄積領域での電荷量の前記変化傾向が減少であるときは、前記電荷蓄積領域での前記電荷調整量は、前記標準単位コンデンサの前記電荷蓄積領域への電荷補給量であり、前記電荷蓄積領域での電荷量の前記変化傾向が増加であるときは、前記電荷蓄積領域での前記電荷調整量は、前記電荷量が安定に達するときの前記電荷蓄積領域での電荷量と電荷バランス量との間の差である、請求項1に記載の方法。
  13. キーに対応する各電荷蓄積領域での電荷調整量に従って、前記タッチキーが触れられているときの各電荷蓄積領域での電荷変化量を計算するステップは、第1の電荷調整アクションでの電荷調整量を前記第1の電荷調整アクションでの電荷変化量として使用するステップと、第2の電荷調整アクションから、現在の電荷調整アクションでの電荷調整量と前の電荷調整アクションでの電荷調整量の加重和を計算し、前記加重和を前記現在の電荷調整アクションでの電荷変化量として採用するステップと、すべての前記電荷調整アクションの電荷変化量を平均化して平均値を得て、前記平均値を前記タッチキーが触れられているときの電荷変化量として採用するステップとを含む、請求項1または12に記載の方法。
  14. 前記加重和は、次の式、
    C = C1 × N1 + C2 × N2、
    に基づいて計算され、ただしCは、前記現在の電荷調整アクションでの電荷変化量であり、C1は、前記前の電荷調整アクションでの電荷調整量であり、N1は、前記前の電荷調整アクションの第1の加重であり、C2は、前記現在の電荷調整アクションでの電荷調整量であり、N2は、前記現在の電荷調整アクションの第2の加重であり、N1とN2の和は1である、請求項13に記載の方法。
  15. 前記第1の加重は、前記第2の加重未満である、請求項14に記載の方法。
  16. 前記第1の加重は、1/3であり、前記第2の加重は、2/3である、請求項15に記載の方法。
  17. 前記第1のしきいは、前記第2のしきい未満である、請求項1に記載の方法。
  18. 前記第1のしきいは、1%であり、前記第2のしきいは、5%である、請求項17に記載の方法。
  19. 前記第3のしきいは、10%である、請求項1に記載の方法。
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