CN103733166A - 在线性传感器或单层传感器上的两指手势 - Google Patents

Abstract

一种可以用于单层传感器中的线性传感器（单个电极）或单层传感器（多个平行的平面电极），其中通过测量然后对电流进行积分可以检测到线性或单层传感器上的两指捏合手势，以确定手指是否远离或朝着传感器的边缘移动，或者可确定手指之间的距离是否发生变化。

Description

在线性传感器或单层传感器上的两指手势

相关申请的交叉引用

本发明要求档案号为5020.CIRQ.PR、具有序列号61/521,475并于2011年8月9日提交的临时专利申请的优先权，并将其包含的所有主题并入本文中，并且本发明是具有序列号12/719,717并于2010年3月8日提交的共同未决申请4519.CIRQ.CIP的部分延续申请。

技术领域

本发明一般涉及使用表面电容技术的触摸板。更具体地，本发明为用于根据放置在一个或多个电阻轨迹附近的两个手指来识别手势的新方法。

背景技术

电容触摸屏被简便地用于各种用途中。由于触摸感应屏变得更加流行和有用，其生产技术也在改进。

已经出现有若干种不同的触摸屏和触摸板技术，其包括投射电容方法和表面电容方法。投射电容方法目前需要完成同时在表面上利用多于一个手指或指示对象的手势。

例如，图1为正交电极6，比如多个X（2）和Y（4）电极的阵列的顶视图，所述电极经常被用在比如那些由公司制造的触摸板和触摸屏中。然而，实施投射电容方法一般比实施表面电容方法的成本更高，这是因为需要更复杂的工艺来将电极图形蚀刻成导电表面。

表面电容技术的示例如图2所示。这样的表面盖板10为布置在绝缘基板18（比如玻璃）上的导电材料16的固体薄板，同时传感器12布置在角上。传统的测量表面电容触摸板10上指示对象14的位置或“触摸位置”的方法为，施加AC信号至触摸板的导电层16的所有四个角上。导电层16可由例如氧化铟锡（ITO）制成。

为了制造触摸板10，玻璃基板18的表面浸没或覆盖有基本均匀的电阻ITO材料层，该材料层形成片状电阻。然后施加电介质以覆盖ITO导电材料。

在施加AC信号至导电ITO材料16后，下一步是使用流过每个角的电流对触摸位置进行三角测量。常见的是应用正弦波或者方波。

如果对象（比如手指14）与触摸板10的表面接触，在ITO表面16和手指尖14之间形成电容。该电容值很小，一般在50pF的量级。因此流入面板的每个角12的必需测量的电荷量或电流很小。由于电流如此小，因此***非常容易受到杂散电容影响。因此，触摸板10的精确度经常是一个问题。

考虑到这两个不同的触摸技术，观察到在便携式或固定的电子产品（比如计算机、智能电话和可以使用触摸界面的任何其它装置）中的软件应用，现在开始使用第二接触点（比如手指和拇指或两个手指）来支持手势比如“捏合和缩放”、摇动、转动等。其它应用使用用于“下一个和前一个”手势的第三同时接触和甚至在应用之间转换的第四同时接触。

比如在公司教导的方法中，也可使用“区域手势”实施多指手势，其中，不跟踪多点接触但是替代地，通过将多点接触看作为单个较大对象来实施区域手势，其中多点接触仅限定较大对象的外部边界。多点接触因此可以被认为是具有一定高度和宽度。

对操作***软件和人类界面装置（HIG）的标准进行修改，以包括这些报告与触摸传感表面接触的多手指接触的新的手势和方法。

不幸的是，还不可能利用较便宜的表面电容触摸屏或触摸板（下面称作“表面盖板（cap panel）”）以支持多手指手势或区域手势，这是因为还没有可获得的合适的方法用于跟踪多于一个的接触点，或用于确定如

公司的用于多接触点区域手势的方法限定的、较大对象的外部边缘。换句话说，还不可能确定较大对象的高度和宽度。

因此，对于现有技术而言，能够利用由与用作触摸屏或触摸板的表面盖板接触的多个接触点限定的区域手势将是一个优势。该***将实现新的多接触点技术与更简单的触摸屏和触摸板技术一起使用。

下面的***和方法初始地涉及在短孔径和长孔径时间窗口中测量电流的应用，从而确定表面盖板上的手指位置。然而，使用短孔径和长孔径窗口的技术可用于更传统的利用单个或多个电极的触摸板技术中，或用于单层电极中。因此，对可以修改并利用本发明的互电容感应技术的描述是有用的。

公司的触摸板是一种互电容感应装置，且如图3中的框图来例示一个实施例。在该触摸板210中，X（12）和Y（14）电极的格栅和感应电极216被用于限定触摸板的触摸感应区域218。典型地，触摸板210为近似16乘以12电极的矩形格栅，或当存在空间限制时为8乘以6电极。单个感应电极216与这些X（12）和Y（14）（或行和列）电极交叉。所有位置测量都通过感应电极216来进行。

公司的触摸板210测量在感应线216上电荷的失衡。当没有指示对象位于或靠近触摸板210时，触摸板电路220处于平衡状态，且在感应线216上没有电荷失衡。当由于对象接近或触摸到触摸表面（触摸板210的感应区域218）而引起电容耦合使指示对象产生失衡时，在电极212，214上发生电容的改变。所测量的是电容的变化，而不是在电极212，214上的绝对电容值。通过测量必需注入到感应线216上以重新建立或重新获得感应线上电荷平衡的电荷量，触摸板210可确定电容变化。

上述***被利用以确定如下的触摸板210上或附近的手指位置。

该实施例描述了行电极212，并以同样方式重复描述了列电极214。从行或列电极测量中获得的值可确定交叉点，该交叉点为在触摸板210上或附近的指示对象的形心（centroid）。

在第一步中，用来自P、N发生器222的第一信号驱动第一组行电极212，用来自P、N发生器的第二信号驱动不同但是靠近的第二组行电极。通过使用互电容测量装置226，触摸板电路220从感应线216中获得了值，其表示哪个行电极最接近指示对象。然而，在一些微处理器228的控制下，触摸板电路220还不能确定指示对象位于行电极的哪一侧，触摸板电路220也不能确定指示对象恰好离电极由多远。

因此，该***移位有待驱动的电极组212一个电极。也就是说，在该组的一侧的电极被加入，同时在该组的相对侧上的电极不再被驱动。然后新的组被P、N发生器222驱动并且进行感应线216的第二测量。

从这两个测量中，能够确定指示对象位于行电极的哪一侧以及与之有多远。然后通过使用等式来进行指示对象位置的确定，所述等式可比较两个所测信号的大小。

公司的触摸板的灵敏度或分辨率比行和列电极的16乘12栅格隐含的灵敏度或分辨率高很多。分辨率典型地处于每英寸960或更大量级。准确的分辨率由元件的灵敏度、在同一行和列上电极212、214之间的间隔和对本发明不重要的其它因素来确定。

使用P、N发生器224对Y或列电极214重复上述步骤。

尽管上述

公司的触摸板使用X和Y电极212、214的栅格和分离的单个感应电极216，但实际上通过使用多路技术，感应电极可以为X或Y电极212、214。

发明内容

本发明为一种可以用于单层传感器中的线性传感器（单线性电极）或单层传感器（多个平行的平面电极），其中通过测量然后对电流进行积分可以检测到线性或单层传感器上的两指捏合手势，以确定手指是否远离或朝着传感器的边缘移动，或者可确定手指之间的距离是否变化。

通过考虑结合所附附图作出的以下详细描述，本发明的这些和其它目的、特点、优势和替代方面对于本领域技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1为如现有技术中的X和Y电极栅格触摸板的透视图；

图2为如现有技术中的表面盖板的透视图；

图3为现有技术中的并适用于本发明的具有电极的传统触摸板的实施例的操作框图；

图4为根据本发明的原理制造的表面盖板10的透视图；

图5为显示当存在单个对象时包括电容和电流测量传感器的电流测量电路怎样应用于表面盖板的电路图；

图6为第一实施例中的表面盖板的俯视图，该表面盖板使用可检测多个对象的8线方法；

图7为显示包括两个电容和两个电流测量传感器的电流测量电路怎样应用于表面盖板从而检测多个对象的电路图；

图8为显示在不同时间孔径时所作测量的示意图；

图9为表面盖板的俯视图，其显示电流测量电路的电极放置在哪个角中以进行为了检测多个对象必需完成的8个不同测量；

图10为可以用于本发明中的表面盖板的替代实施例；

图11为与两个手指接触的单个线性电极的轮廓图；

图12为表示图10的电路的示意图；

图13为表示当手指相对靠近线性电极边缘时代表积分电流的曲线，和表示当手指相对远离边缘时代表积分电流的曲线的示意图；

图14为单层中的多个电极的俯视图。

具体实施方式

现在将参考附图讨论本发明从而使本领域技术人员能够制造和使用本发明，在附图中本发明的各个元件将给予数字标号。可理解的是下面的描述只是本发明原理的示例，而不应被视为是对所附权利要求的限制。

图4为根据本发明的原理制造的表面盖板10的透视图。如共同未决申请中所公开，一种在触摸板上确定对象位置的新颖和创新的方法是给较大的电容充电然后将该“飞跨电容（flying capacitor）”施加到触摸板10的两个相对的端部。在本发明的飞跨电容方法中，该方法测量当沿单轴跨过表面产生稳定的电压梯度时与表面盖板20的表面接触所感应的瞬时和总电流。如图5所示的感应电流测量电路32被用于表面盖板10以进行该电流测量。使用飞跨电容30对表面盖板10充电。使用电流测量电路32测量从表面盖板10上移除的任何电荷。

电压梯度的线性化可改进图4中表面盖板10的精确度。因此，在第一步中，期望但非必要的是在表面上沿着触摸板10的边缘加入具有较低电阻的材料。电梯度线20从顶部边缘26至底部边缘28变得更靠近和更线性。

在共同未决申请12/592,283中，解释了为了确定表面盖板10上单个对象的位置，需要进行四个测量。本发明通过使用被称为的“8线方法”的方法延伸了确定位置的“飞跨电容”方法的性能。

用于8线方法的表面盖板40如图6所示。在该表面盖板40中，在每个角产生间隙42，从而各个电极可在每个低电阻路径的端部被连接到低电阻材料。因此，电极在50、52、54、56、58、60、62和64处耦合，其为8线方法的8条线。低电阻路径被分开但相互充分靠近，从而形成在共同未决申请的4线方法中的稳定电压梯度。

8线方法的实施是通过对每次事件除了测量总电荷转移外，还测量电荷转移率。当进行一次测量，则确定一个事件。电荷转移率被用于确定表面盖板40上的两个接触点之间的距离。通过对表面盖板40的角上的电极数进行加倍，从而确定与两个接触点之间的距离相关的高度和宽度信息。

图7表示用于8线方法中的修改的电流测量电路70。在图7中，两个飞跨电容72和74被同时用在表面盖板40上。飞跨电容72和74的同时应用实现了在表面盖板40上接触点和水平与垂直低电阻路径之间集合（aggregate）电阻的相对测量。

具体地，表面盖板40上接触点的位置是通过测量经过多个手指的电流和确定每个平行轴对于接触点的有效诺顿（Norton）电阻来确定的。

诺顿电阻是由每个轴上电流的两个（2）连续积分而得出的。经过长和短的时间孔径积分的两个（2）测量容许待确定的RC时间常数。然后接触点对于边缘的位置和靠近度从所计算的接触点与边缘间的计算电阻中导出。总积分电流（下文中曲线下方的区域）与手指电容成比例。

图8中所示的沿着一个轴的捏合手势例示了随着接触点移开电流时间常数的变化。2/1为随着手指首先靠在一起（2和4）然后远离开（1和3）在之前和之后的测量。1对2的较大“短测量”表示沿该轴的较大的捏合。

通过测量电容的快速变化以检测第二接触点，本发明也延伸了上文的4线“飞跨电容”方法的性能。保持第一接触点位置固定并移动第二接触点提供了中间点的位置信息，该中间点的位置信息现在例如可用于提供“转动”手势的信息。

以与共同未决申请的4线方法相同的原理操作8线方法，因为各个电极在每个电极端部被连接至低电阻材料。在低电阻材料中感应的电流比表面盖板上手指或其它接触点中感应的电流大很多倍。

图9为本发明表面盖板40的框图。表面盖板的角被标记为A、B、C和D。F1为任意选择的第一指示对象的接触点。F2为任意选择的第二指示对象的接触点。O被标记为接触点F1和F2之间的中间点。

在检测电极和驱动电极之间连续施加相反充电的电容。在特点时间孔径中离开表面盖板的电荷在特点时间孔径中累加。存在8个电极图案和累加时间孔径的不同组合。存在必需进行的总共8个不同测量。8个测量或电极与时间孔径的组合如表1中迭代列出。

必需完成的计算如下所示：Z1=M1+M2，Z2=M3+M4，X=M3/Z2，Y=M1/Z1，Z=Z1+Z2。分析捏合移动的计算因此被定义为Pinch=M1/M5+M2/M6+M3/M7+M4/M8。

与接触点的垂直和水平间隔相关的纵横比通过对于每个测量（M1到M8）的Ax和Ay的平均比率确定。因此，MRn=（Axn-Ayn）/（Axn+Ayn）。并且纵横比=（MR1/MR5+MR2/MR6+MR3/MR7+MR4/MR8）/4。

图10为表面盖板40的替代实施例。在该附图中，在每个角上的表面电阻材料中产生小狭槽80，从而进一步分离电极50、52、54、56、58、60、62和64。狭槽80从突出直至做出接触的表面盖板40的有源区的外部角延伸。

本发明的原理现在可用于包括单个电极的线性传感器，并用于包括平面上多个平行电极的单层传感器。更具体地，本发明的原理可涉及通常已知的作为捏合手势的手势。在捏合手势中，两个手指或手指和拇指（下面被称为手指）被放在一起或移开。捏合手势的一个典型应用为当两个手指被放在一起时实施“缩小”功能，并当两个手指被移开时实施“放大”功能。然而，任何功能可以用于两个手指的移到一起或移开的动作。重要的是两个手指的手势被识别，以及跟踪手指的动作，由此确定手指是否移到一起或移开，从而可以执行适当的功能。

图11为单个或线性电极90的轮廓图。两个手指92和94看起来与单个电极90触碰。假定非导电或电介质材料层（比如玻璃）分离手指92、94与单个电极90的物理接触。

假定通过手指92实施的动作总是与手指94的动作相同。换句话讲，手指92、94实施捏合手势，其中手指92和94或者朝向彼此移动，或者远离彼此移开。因此，在最简单的情况下，只需要知道一个手指是移开还是移向单个电极90的边缘，从而就知道手指92、94是朝向彼此移动还是远离彼此移开。如果手指92远离边缘100移动，则手指92、94朝向彼此移动，并且如果手指92移向边缘100，则手指92、94远离彼此移开。

在该实施例中，本发明使用了上面描述的用于表面盖板概念的采取短孔径测量和长孔径测量的技术。因此，尽管本发明可以用于确定每个手指与单个电极90的外边缘之间的距离，并从这些测量中确定手指之间的距离，但是只是为了实施捏合手势，该信息可以需要或不需要。

具体地，通过测量从边缘100至手指92的电极电阻以及从边缘102至手指94的电极电阻，可以确定手指92、94之间沿着单个电极90的距离。然而，如果只需知道是否实施了捏合手势，则不必知道手指92、94之间的间隔。无论如何，如果已知单个电极90的长度D1，并且能够确定边缘100和手指92之间的距离D2，以及边缘102与手指94之间的距离D4，则可以精确地确定手指92、94之间的距离D3。

图12示出了图11的示意图。第一手指92用接地端110和电容112（比如经过单个电极90上的玻璃层的电容）来显示。类似地，第二手指94用接地端114和作为经过电极90上的玻璃层的电容的电容116来显示。

AC信号被施加到电极90，以便使信号穿过电容112和116。测量电路被用于测量经过手指92、94的电流。信号必需从单个电极90的每个边缘施加，以便确定每个手指与每个边缘的距离。

RC时间常数、群延迟或相移与单个电极90的电阻成比例并且可以通过使用短和长孔径测量的电流的两个连续测量来得到。

例如，考虑图13，其示出了作为时间的函数积分的电流的曲线图。在时间T1施加信号并在时间T2和时间T3测量该积分电流。时间T2为短孔径测量，而时间T3代表长孔径测量。当信号首先施加到电极90上时，电流作为电容被充电的函数等同物而最初快速升高，然后趋平。然而，电容被充电的速率是手指与电极90边缘的距离的函数。

考虑手指92和从边缘100施加的信号，比如方波。如果手指92与边缘100之间的距离D2相对较小，则电容112将快速充电，因为单个电极90的电阻较小。曲线120代表积分电流。注意到该积分电流在时间T2和时间T3几乎相同。这代表相对短的距离D2。

其次，考虑曲线122。曲线122为当距离D2较大并且单个电极92的电阻因此较大时得到的积分电流曲线。因此现在可知，积分电流的两个连续计算的比较或比率能够怎样揭示距离D2变小还是变大。

如果不需要手指92的精确定位，而只需确定手指是否移动，则曲线120、122只需要相互比较。如果曲线基本上相同，则手指92不移动。如果第二曲线比第一曲线更平，则手指92远离边缘100移动，并且如果第一曲线比第二曲线更平，则手指92朝着线性电极90的边缘移动。

另一描述数据特征的方法是给出手指的相对位置。当只需要知道手指是否在移动并沿哪个方向时，这是有用的。因此第一曲线可被认为是第一位置，而第二曲线可被认为是相对于第一位置的第二位置。

如果需要手指92在线性电极90上的精确定位，则首先通过测量流向手指92的电流和对时间内的电流进行积分（在时间T2进行的第一测量或短孔径测量，和在时间T3进行的第二测量或长孔径测量）来确定距离D2。该信息可用于确定精确位置。然后，为了确定距离D2变大还是变小，在时间T2和T3进行后续的两个测量和电流积分的组。

因此，如果曲线120代表第一组计算，而曲线122代表第二组计算，则可知手指92远离边缘100移动和朝着手指94移动。类似地，如果曲线122代表第一组计算，而曲线120代表第二组计算，则可知手指92朝着边缘100移动并因此远离手指94移动。

本发明的一个方面为如果需要手指92沿着单个电极90的长度方向的精确定位，则可以确定准确的距离D2。

另一分析由曲线120和122代表的积分电流的结果的方法是当在时间T3的积分电流的量比在时间T2的积分电流的量稍大时，规定曲线120的积分电流的比率。积分电流的比率因此可被描述为当距离D2变小时，或者手指92更移动靠近边缘100时，接近1:1。同样，能够描述曲线122为规定当与在时间T2的积分电流相比，随着手指92远离边缘100移动，在时间T3的积分电流的比率更大，或者只大于1:1。我们因此可以规定，曲线120代表比曲线122更小的积分电流比率。

随后进行的电流的测量和积分，以跟踪手指92、手指94或手指92和94两者的移动。手指92和94朝着彼此移动或远离彼此移动可以被认为是对应于捏合手势。当手指92和94之一或两者的移动停止时，手势可以终止，并且当手指之一或两者的移动再次开始时可以恢复。因此，如果需要知道是否发生以其中任一种方式的移动，就可能需要跟踪手指92和94相对单个电极90的边缘100、102的移动。

应该理解的是，从采取的电流的测量中可进行各种计算。从可放置在单个电极90上的测量电路收集的信息中，可以使用积分电流、电阻、电压或任何可测量或可计算的量。然后测量或计算值可相互比较，以便确定手指的相对位置和移动方向。

尽管上述实施例涉及单个电极90，但其原理也同样适用于如图14所示的单层多个平行电极130。本发明的原理也可适用于多层触摸板。

本发明所用的测量电路能够精确地测量经过至少一个电极的电流，所述电流由施加信号至至少一个电极的信号发生器和与放在至少一个电极上的电介质材料发生接触的至少一个手指产生。测量电路包括用于记录测量和用于积分经过至少一个电极的电流的处理器。

可以理解，上述配置只是对本发明原理的应用的示例。在不背离本发明精神和范围的情况下，本领域技术人员可以设计出多种修改和替代配置。所附的权利要求意在涵盖这些修改和配置。

Claims (11)

1.一种用于确定是否执行多对象捏合手势的方法，所述方法包括：

1）提供线性电极、布置在所述线性电极上的电介质、和用于测量在所述线性电极任一端上的电流的装置，所述线性电极包括绝缘基板，所述线性电极布置在所述绝缘基板上；

2）施加信号至所述线性电极的第一边缘；

3）通过使用第一短孔径测量和第一长孔径测量，测量通过最靠近所述线性电极的所述第一边缘的第一手指的第一电流；

4）通过使用第二短孔径测量和第二长孔径测量，测量通过最靠近所述线性电极的所述第一边缘的所述第一手指的第二电流；以及

5）确定所述第一手指是否执行捏合手势。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括对所测量的第一电流进行积分，对所测量的第二电流积分，并比较所积分的第一和第二电流，以确定所述第一手指是否移动。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括：

1）使用所述第一短孔径测量对所述第一电流进行积分并使用所述第一长孔径测量对所述第一电流进行积分，以确定所述第一手指的第一位置；

2）使用所述第二短孔径测量对所述第二电流进行积分并使用所述第二长孔径测量对所述第二电流进行积分，以确定所述第一手指的第二位置；以及

3）比较所述第一手指的所述第一位置与所述第二位置，由此确定所述第一手指是否在移动。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：

1）施加信号至所述线性电极的第二边缘；

2）通过使用第一短孔径测量和第一长孔径测量，测量通过最靠近所述线性电极的所述第二边缘的第二手指的第一电流；

3）通过使用第二短孔径测量和第二长孔径测量，测量通过最靠近所述线性电极的所述第二边缘的所述第二手指的第二电流；以及

4）确定所述第二手指是否执行捏合手势。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述方法还包括对所测量的第一电流进行积分，对所测量的第二电流进行积分，并比较所积分的第一和第二电流，以确定所述第二手指是否移动。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述方法还包括：

1）使用所述第一短孔径测量对所述第一电流进行积分并使用所述第一长孔径测量对所述第一电流进行积分，以确定所述第二手指的第一位置；

2）使用所述第二短孔径测量对所述第二电流进行积分并使用所述第二长孔径测量对所述第二电流进行积分，以确定所述第二手指的第二位置；和

3）比较所述第二手指的所述第一位置与所述第二位置，由此确定所述第二手指是否在移动。

7.如权利要求3所述的方法，其中，所述方法还包括当所述第一手指的第一位置与所述第一手指的第二位置不同时，确定在执行捏合手势。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述方法还包括当所述第二手指的所述第一位置与所述第二手指的所述第二位置不同时，确定在执行捏合手势。

9.一种用于确定线性传感器上是否在执行多对象捏合手势的***，所述***包括：

绝缘基板；

布置在所述绝缘基板上的单个线性电极；

布置在所述线性电极顶部的电介质；

能与所述线性电极的第一端或第二端耦合的测量电路；

用于施加信号至所述线性电极的所述第一端或所述第二端的信号发生器；以及

用于对在所述线性电极的所述第一端或所述第二端测量的电流进行积分的处理器。

10.一种用于确定多接触点传感器上是否在执行多对象捏合手势的***，所述***包括：

绝缘基板；

布置在所述绝缘基板上的多个平行电极；

布置在所述多个平行电极顶部的电介质；

能与所述多个平行电极的第一端或第二端耦合的测量电路；

用于施加信号至所述多个平行电极的所述第一端或所述第二端的信号发生器；以及

用于对在所述多个平行电极的所述第一端或所述第二端测量的电流进行积分的处理器。

11.一种用于确定是否在执行多对象捏合手势的方法，所述方法包括：

1）提供线性电极、布置在所述线性电极上的电介质、和用于测量在所述线性电极任一端上的电流的装置，所述线性电极包括绝缘基板，所述线性电极布置在所述绝缘基板上；

2）施加信号至所述线性电极的第一边缘上；

3）通过使用第一短孔径测量和第一长孔径测量，测量所述线性电极第一边缘处的第一电流；

4）通过使用第二短孔径测量和第二长孔径测量，测量所述线性电极第一边缘处的第二电流；以及

5）确定所述第一手指是否执行捏合手势。

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