專利名稱：用于確定在電容式的感應(yīng)區(qū)上的接觸位置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定在電容式的感應(yīng)區(qū)上的接觸位置的方法，所述感應(yīng)區(qū)具有由多個分散的電極組成的網(wǎng)格。
背景技術(shù)：
通常在二維的觸控板中這樣來改進(jìn)識別精度，S卩非常密地構(gòu)成電極網(wǎng)格，特別是電極的間距選擇得明顯小于指尖的平均接觸直徑。但這會導(dǎo)致電極的數(shù)量較高，這又會在信號分析評估時帶來高的耗費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，給出一種方法，利用該方法即使對于電極比傳統(tǒng)的相互分開的電極分開得寬的電極網(wǎng)格結(jié)構(gòu)也能以高精度確定接觸點(diǎn)。這根據(jù)本發(fā)明這樣來實(shí)現(xiàn)，即a)確定被接觸的電極，其方式是，對于每個電極測量電容值，并且對于每個電極對于測得的電容值檢查，該電容值是否超過之前確定的閾值，b)計算粗略的接觸位置，其方式是，用測得的電容值對電極位置進(jìn)行加權(quán)，c)由測得的電容值計算出接觸直徑，以及d)由粗略的接觸位置和所計算出的接觸直徑在采用值表的情況下計算最終的接觸位置，在所述值表中對于可能的粗略的接觸位置和預(yù)先規(guī)定的接觸直徑存儲修正值，所述修正值是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或通過·模擬確定的。以這種方式即使對于較稀疏的電極網(wǎng)格結(jié)構(gòu)也能以低于Imm的誤差確定接觸位置。優(yōu)選對于分散的相對位置以高于電極網(wǎng)格的分辨率存儲修正值。該分辨率可以是電極網(wǎng)格的分辨率的10至200倍。已經(jīng)證明100倍是有利的。這里分辨率是指通過修正值形成的精細(xì)網(wǎng)格沿預(yù)先規(guī)定的方向的劃分(度)。測得的電容值高于閾值的電極優(yōu)選組成至少一組相鄰的電極，特別是四個電極的組，這四個電極的中點(diǎn)構(gòu)成一個矩形的頂點(diǎn)，對于每組電極通過該組的各電極位置與測得的各電容值的乘積的和除以該組的所有測得的電容值的和來確定粗略的接觸位置。當(dāng)將所述四個電極設(shè)置在一個矩形中時，可以特別簡單地應(yīng)用這種方法。當(dāng)然也可以在一組中使用其他數(shù)量的電極和電極的其他布置形式。所述方法只需與幾何形狀相適配。對于修正值可以利用沿兩個相互垂直的方向關(guān)于該組電極的中點(diǎn)的對稱性。已經(jīng)證實(shí)，對于修正值可以發(fā)現(xiàn)一種顯示，其中這些修正值例如關(guān)于該組電極的中點(diǎn)具有多個對稱性。可以利用這些對稱性來降低修正值的數(shù)量，其方式是，僅需要對于少數(shù)幾個預(yù)先確定的線檢測并存儲修正值。這既降低了存儲消耗，還降低了需提供的運(yùn)算能力，從而感應(yīng)區(qū)總體上可以更為有利地制造并具有較小的耗電。在一個優(yōu)選的實(shí)施形式中，關(guān)于第一方向確定差值作為修正值，其方式是，根據(jù)粗略的接觸位置的沿第一方向的分量關(guān)于所述中點(diǎn)確定X分量，該X分量由對于沿第二方向的預(yù)先確定的坐標(biāo)的第一值組獲得。此外還根據(jù)粗略的接觸位置沿第二方向關(guān)于中點(diǎn)的分量確定差值的I分量，它由對于沿第一方向的預(yù)先確定的坐標(biāo)的第二值組獲得。作為X分量和I分量的和計算出所述差值。類似地確定關(guān)于第二方向的修正值。計算沿第二方向的差值，其方式是，根據(jù)粗略的接觸位置的沿第二方向的分量關(guān)于所述中點(diǎn)確定I分量，該I分量由對于沿第一方向的預(yù)先確定的坐標(biāo)的第三值組獲得。此外還根據(jù)粗略的接觸位置沿第二方向關(guān)于中點(diǎn)的分量確定差值的X分量，它由對于沿第而方向的預(yù)先確定的坐標(biāo)的第四值組獲得。這里還作為y分量和X分量的和計算出所述差值。然后由粗略的接觸位置和關(guān)于兩個方向的差值的和形成最終的接觸位置。在沿兩個垂直的下面稱為X方向和y方向的方向構(gòu)成電極網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，并且其中設(shè)定作為電極組將一組四個電極設(shè)置在一個矩形中，例如可以對于確定的坐標(biāo)分別采用相應(yīng)方向的最大值的一半或四分之一。所述最大值這里由電極沿相應(yīng)方向的間距確定。由于修正值具有的對稱性，這里可以將修正值的值表限制在恰好沿所述預(yù)先規(guī)定的坐標(biāo)的線上。根據(jù)修正值關(guān)于中點(diǎn)的對稱性，沿第一方向和第二方向的值組可以分別降低到電極間距的一半。接觸直徑可以通過電極測得的電容值的線性關(guān)系根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。以這種途徑可以簡單和快速地估算接觸直徑，所述接觸直徑等于指尖接觸感應(yīng)區(qū)、即貼靠在感應(yīng)區(qū)上的區(qū)域的直徑。 電極優(yōu)選相互間隔開。電極的直徑或電極中點(diǎn)的間距優(yōu)選在5至15mm之間，沿第一方向和第二方向的間距可以是不同的。每個電極的電容值優(yōu)選相對于接地端測量。


圖1示出感應(yīng)區(qū)的示意圖，所述感應(yīng)區(qū)具有由多個分散的電極和接觸面構(gòu)成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；圖2示出修正值的值表的方向和網(wǎng)格的示意圖；圖3示出修正值的對稱性；圖4示出所采用的坐標(biāo)系的示意性概圖；以及圖5和6示出電極的電容值的測量方法的例子。
具體實(shí)施例方式圖1示出由電容式的感應(yīng)區(qū)10的局部，所述感應(yīng)區(qū)具有由多個分散的電極12構(gòu)成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，這些電極中在附圖中分別只有兩個標(biāo)注了附圖標(biāo)記。電極12這里在沿X方向和I方向的垂直網(wǎng)格中相互隔開間距地設(shè)置。各電極12沿一個方向的間距分別是相同的，但這里電極中點(diǎn)沿X方向的間距Xniax的略大于電極中點(diǎn)沿y方向的間距ymax。每個電極12都能經(jīng)由例如在圖5和6中示出的分析評估電路與接地端連接，從而可以確定每個電極12相對于接地端的電容。所述電容式的感應(yīng)區(qū)10例如用作用于車輛功能的操作區(qū)，用于操作無線電或?qū)Ш窖b置，并能夠設(shè)置在汽車的儀表板中。根據(jù)使用者用手指或可能為此設(shè)置的筆接觸感應(yīng)區(qū)10的位置，執(zhí)行相應(yīng)的預(yù)先確定的功能。這里所述功能例如通過單次接觸或還可以通過一系列接觸，例如通過拖動手指用于音量調(diào)節(jié)或類似的調(diào)節(jié)。在圖1中示出具有中點(diǎn)的接觸面14，所述中點(diǎn)通過最終的接觸位置形成。接觸面14這里由使用者的指尖貼靠在感應(yīng)區(qū)10的表面的直徑確定。在該實(shí)施例中，電極E1、E3和E4以不同的程度被接觸。在這里示出的實(shí)施例中，沿X方向的電極間距為11mm，沿y方向?yàn)?0mm。電極直徑這里選擇為9.7_。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以自由地改變電極的直徑、間距和布置。在下面說明的用于確定接觸位置的方法中此時必須相應(yīng)地改變。在方法進(jìn)行中，首先相對于接地端測量感應(yīng)區(qū)10的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的每個電極12的電容值。所有電容值高于一個預(yù)先確定的閾值的電極12被評估為被接觸的。被接觸的電極(在圖1中是三個電極E1、E3和E4)與相鄰的電極(在圖1中是E2)組成一個設(shè)置在一個矩形中的四電極組，因?yàn)橹话l(fā)生了一個接觸。但如果利用例如兩個手指在感應(yīng)區(qū)10上進(jìn)行接觸，則例如確定兩個電極組并對于兩個電極組分開執(zhí)行以下方法步驟:首先確定粗略的接觸位置Bg，然后計算要利用粗略的接觸位置Bg確定的修正值dx、dy，以便獲得最終的接觸位置Be。為了確定粗略的接觸位置Bg進(jìn)行加權(quán)。為此相應(yīng)測得的電容值與電極12沿X方向或y方向的位置相乘，將這樣獲得的值累加并除以電容的總和。然后計算粗略的接觸位置Bg與最終的接觸位置的偏差，所述最終的接觸位置對應(yīng)于接觸面14的重心。為此目的確定一個值區(qū)，所述值區(qū)對于上面形成的組的四個電極中點(diǎn)之間的區(qū)域的預(yù)先確定的坐標(biāo)值具有相配的修正值。所述修正值例如可以通過經(jīng)驗(yàn)或通過模擬獲得。對于進(jìn)一步的過程可以利用的是，在所述區(qū)域上考察，所述修正值具有明顯的對稱性。修正值關(guān)于四電極組的中點(diǎn)M具有對稱性。在圖3中對于不同的指尖直徑、即接觸面14的不同的直徑示出當(dāng)I = 0時沿X方向值區(qū)的輪廓。所使用的坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于一個電極的中點(diǎn)，如圖2所示的那樣。就是說，四個電極El至E4中的每一個覆蓋一個不同的四分之一圓以及在電極之間存在自由空間。在所示實(shí)施例中，例如對于X修正值關(guān)于中點(diǎn)M存在沿X方向的反對稱性和沿y方向的對稱性。由此得到，為了進(jìn)行計算，存儲在圖2中示出的值區(qū)的一個單個的四分之一圓就足夠了，所有其他的信息可以通過簡單和快速的運(yùn)算操作獲得。這降低了分析評估電子裝置中必需的存 儲容量。存儲需求還可以這樣來降低，即，在一個四分之一圓的內(nèi)部值僅緩慢地改變。已經(jīng)證明，值區(qū)在一個四分之一圓內(nèi)對于每個坐標(biāo)方向降低到兩條線上就足夠了。這在圖4中示出。
在該實(shí)施例中，為此在ya = y_/2時沿x方向檢測值，所述值用于確定差值dx的X分量dxl,以便細(xì)化粗略的接觸位置Bg的X坐標(biāo)。此外在X坐標(biāo)Xa為xmax/4時沿y方向檢測值，所述值用于確定差值dx的y分量dx2，用于進(jìn)一步細(xì)化接觸位置的X坐標(biāo)。為了確定粗略的接觸位置Bg的y坐標(biāo)的差值dy，類似地使用沿在Xb = xfflax/2時沿y方向的值以及沿X方向在y位置yb = ymax/4處的值，以便確定分量dyl和dy2。就是說要確定四個值組。第一值組(x，ya, k)包含用于在位置ya處的一系列X坐標(biāo)的修正值k。第二值組(xa，y，k)包含用于在位置\處的一系列y坐標(biāo)的修正值k。第三值組(xb, y, k)包含用于在位置Xb處的一系列y坐標(biāo)的修正值k。第四值組(x, yb, k)包含用于在位置yb處的一系列X坐標(biāo)的修正值k。以這種方式可以將修正值的場縮減到簡單的值表。沿X方向和y方向的檢測和存儲修正值的間距這里當(dāng)然比電極網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的電極12的間距更緊密。已經(jīng)證明，比電極網(wǎng)格結(jié)構(gòu)高100倍的密度就足夠了。這大致對應(yīng)于修正值沿電極網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的間距為0.1mm。就是說，在利用對稱性并縮減到每個坐標(biāo)兩條線時，僅需記錄、存儲和讀出約200個值。但修正值的區(qū)域與對應(yīng)于指尖的直徑的接觸面14的直徑有相關(guān)性。已經(jīng)證明，通過線性關(guān)系由被接觸的電極12的電容值可以獲得對接觸面14的直徑的良好近似。線性關(guān)系的相應(yīng)參數(shù)可以經(jīng)驗(yàn)地通過模擬或?qū)ο鄳?yīng)具體的感應(yīng)區(qū)的測量得到。對于接觸面14的不同的直徑、即指尖直徑檢測修正值，例如對于在9至15mm之間的值檢測修正值。對于每個直徑確定一組修正值并將其存放到存儲器中。然后確定最終的接觸位置Be，其中對于兩個最接近地存放的接觸直徑14確定接觸位置，并由這些值對于通過線性關(guān)系獲得的值插值確定接觸位置。根據(jù)一個實(shí)施例，如圖4所示，下面對所述方法的基本特點(diǎn)進(jìn)行解釋。

首先如上所述通過對 被接觸的電極的電容值進(jìn)行加權(quán)確定粗略的接觸位置Bg。接著確定粗略的接觸位置Bg的對于X坐標(biāo)Bx或y坐標(biāo)By的差值dx和dy，用于細(xì)化粗略的接觸位置Bg。通過對于坐標(biāo)Bx由沿線ya (這里是l/2ymax)的修正值讀出對應(yīng)于值Bx的修正值k，修正值dx的分量dxl。根據(jù)沿X方向的對稱關(guān)系直接使用所讀取的值或使用其負(fù)值，其中相應(yīng)地適配X坐標(biāo)。這里有:對于Bx〈xmax/2，dx(Bx)=k(ya(Bx))，對于Bx>xmax/2，dxi ( ) =_k (ya (Xmax-Bx))。第二修正值dx2由在y方向上的修正值沿坐標(biāo)Xa (在這種情況下是l/4x_)確定，其中這里也必須考慮對稱性。當(dāng)By，即粗略的接觸位置Bg的y分量小于y_/2時，則直接使用存儲的修正值，如果它大于7_/2，則采用關(guān)于中點(diǎn)M鏡像對稱的y坐標(biāo)處的值。這里有:對于 By<ymax/2, dx2=k (xa (By)),對于 By>ymax/2, dx2 (By) =k (ya (ymax-By))。然后通過將dxl與dx2相乘計算x差值dx。將該修正值與粗略的接觸位置Bg的x分量Bx累加，以便確定最終接觸位置的X分量。類似地確定y修正值dy，這里在坐標(biāo)Xb (這里是X_/2)上確定修正值dyl，在坐標(biāo)Yb (這里ymax/4)上確定修正值dy2。對于兩個與所確定的接觸直徑最接近地存儲的接觸直徑確定修正值4和dy。以這種方式分別得到兩組差值dx和dy。最終的差值通過插值法確定。最終的差值dx和dy與粗略的接觸位置Bg的X分量和y分量相加，以便確定最終的接觸位置B6。以這種方式可以在每個方向上將誤差降低到Imm以下。圖5和6示出用于測量電極電容的可能的已知的方法。所示的電路用于執(zhí)行電荷轉(zhuǎn)移感應(yīng)法(Charge Transfer Sensing),其中分別給具有已知電容的電容器充電。這里Cs是對比電容其的電容，Cx是要測量的電容，Cp表示不可避免的寄生電容。在圖5中，首先用已知的直流電壓VCC對Cs充電，這實(shí)現(xiàn)了 Q = VCOcs的電荷。在下一個步驟中，斷開電壓VCC，并將具有電容Cx和不可避免地具有寄生電容CP的要測量的電容器與電容器cs相連，從而電荷被相應(yīng)地分配:Q = VCC*(cs+cx+cp)。由此可以計算出電壓 VC:VC = VCC*cs/(cs+cx+cp)。可選地，還可以執(zhí)行在圖6中示出的方法，這里通過類似的計算確定VC，即VC =VCC*(cp+cx)/(cs+cx+cp) 。該方法詳細(xì)記載在 US2010/0181180A1 中。
權(quán)利要求
1.一種用于確定在電容式的感應(yīng)區(qū)上的接觸位置的方法，所述感應(yīng)區(qū)具有由多個分散的電極(12)組成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中: a)確定被接觸的電極，其方式是，對于每個電極測量電容值并且對于每個電極針對測得的電容值檢查，所述電容值是否超過實(shí)現(xiàn)確定的閾值， b)通過用測得的電容值對電極位置進(jìn)行加權(quán)，計算粗略的接觸位置(Bg)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于， a)由測得的電容值計算接觸直徑(14)，以及 b)在使用值 表的情況下由粗略的接觸位置(Bg)和所計算出的接觸直徑(14)計算最終的接觸位置(Be)，在所述值表中對于可能的粗略的接觸位置(Bg)和預(yù)先規(guī)定的接觸直徑(14)存儲有修正值(k)，所述修正值由經(jīng)驗(yàn)或通過模擬確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，所述修正值(k)對于分散的相對位置以高于電極網(wǎng)格的分辨率存儲。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，測得的電容值超過閾值的電極(12)組成至少一個相鄰電極、特別是四個電極的組(E1-E4)、這四個電極的中點(diǎn)構(gòu)成一個矩形，對于每組電極，粗略的接觸位置(Bg)通過該組的各電極位置與測得的各電容值的乘積的總和除以該組的所有測得的電容值的總和來確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，對于各修正值，沿兩個相互垂直的方向(x、y)關(guān)于電極組(E1-E4)的中點(diǎn)M存在對稱性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，其中 確定沿第一方向(X)的差值(dx),其方式如下: 根據(jù)粗略的接觸位置(Bg)沿第一方向(X)的分量(Bx)關(guān)于中點(diǎn)(M)確定X分量(dxl)，該X分量由對于預(yù)先確定的坐標(biāo)(ya)沿第二方向(y)的第一值組(X, ya, k)得到， 根據(jù)粗略的接觸位置(Bg)沿第二方向(y)的分量(By)關(guān)于中點(diǎn)(M)確定y分量(dx2)，該I分量由對于預(yù)先確定的坐標(biāo)(Xa)沿第一方向(X)的第二值組(X, ya, k)得到， 作為X分量(dxl)和y分量(dx2)的和計算出差值(dx); 確定沿第二方向(y)的差值，其方式如下: 根據(jù)粗略的接觸位置(Bg)沿第二方向(y)的分量(By)關(guān)于中點(diǎn)(M)確定y分量(dyl)，該I分量由對于預(yù)先確定的坐標(biāo)(Xb)沿第一方向(X)的第三值組(xb, Y，k)得到， 根據(jù)粗略的接觸位置(Bg)沿第一方向(X)的分量(Bx)關(guān)于中點(diǎn)(M)確定X分量(dy2)，該I分量由對于預(yù)先確定的坐標(biāo)(yb)沿第二方向(y)的第四值組(X, yb, k)得到， 作為y分量(dyl)和X分量(dy2)的和計算出差值(dy); 由粗略的接觸位置(Bg)和各差值(dx、dy)的和計算最終的接觸位置(Be)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，根據(jù)修正值(k)關(guān)于中點(diǎn)(M)的對稱性將各值組沿第一和第二方向(x、y)分別縮減到電極間距的一半。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，通過線性關(guān)系由各電極(12)測得的電容值確定接觸直徑(14)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，各電極(12)相互隔開間距。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，電極(12)的直徑或各電極(12)的中點(diǎn)(M)的間距為約5-15mm。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，相對于接地端測量電極(12)的電容值 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定在電容式的傳感器場上的接觸位置的方法，所述傳感器場具有由多個分散的電極(12)組成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其中確定被接觸的電極，其方式是，對于每個電極測量電容值并且對于每個電極針對測得的電容值檢查，所述電容值是否超過實(shí)現(xiàn)確定確定的閾值。通過用測得的電容值對電極位置進(jìn)行加權(quán)，計算粗略的接觸位置(Bg)。由測得的電容值計算接觸直徑(14)。在使用數(shù)值表的情況下由粗略的接觸位置(Bg)和所計算出的接觸直徑(14)計算最終的接觸位置(Be)，在所述數(shù)值表中對于可能的粗略的接觸位置(Bg)和預(yù)先規(guī)定的接觸直徑(14)存儲有修正值，所述修正值由經(jīng)驗(yàn)或通過模擬確定。
文檔編號G06F3/0354GK103250118SQ201180059346
公開日2013年8月14日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者U·貝克斯, W·賴澤 申請人:Trw車輛電氣與零件有限公司