[发明专利]用于确定触摸输入的装置和方法

说明书

本申请主张提交于2009年3月25日、并且名称为“时域差分感 测(Time Domain Differential Sensing)”的临时美国(US)申请No. 61/163,237的优先权。

技术领域

本发明涉及用于感测触摸面上的触摸输入的装置和方法，并且更 特别地，涉及用于检测触摸输入的电子电路和方法。

背景技术

触摸面上的触摸输入被广泛地用作输入方法(input  methodology)。连同设备(appliance)控制面板、智能电话和其他手 持装置一起，触摸输入可能是人所共知的。然而，触摸屏和触摸输入 正在各种各样的应用上作为用户界面而获得广泛地接受。触摸面对于 触摸具有合适的敏感度也是重要的。如果所述表面是“太敏感”的， 则其可能对噪音是敏感的(susceptible)，或者其可能记录(register) 错误的触摸。如果所述表面是“太不敏感”的，则其可能不能精确地 记录所期望的触摸，或不能完全地记录触摸。

具有对触摸的改进的敏感度，电容感测已被良好地确立为检测各 种刺激(包括触摸输入)的方法。电容传感器通常需要典型地被称为 电极、元件、或板的至少一个电子元件。在一些情况下，可以存在一 个、两个或更多电容电极、元件或板的网络。这些元件在几何上被设 计为导致形成非刺激状态以及刺激状态两者中的网络电场。

基于非刺激状态和刺激状态之间的差异产生输出的许多方法是 本领域已知的。根据一种已知的方法，提供包括至少一个电极的电容 传感器。所述电极在几何上可以被设计为检测由于刺激(例如附近对 象的出现)而引起的电容变化。测量电路将所述电极的输出转换为与 所述电极的所述电容变化线性成比例或非线性成比例的电压、电流、 频率、周期或脉冲宽度。随后，所述电子测量电路相对于预定的参考 值评估所述电容变化。电容变化超过所述预定的参考值指示所述对象 接近所述电容传感器。

关于前述方法的问题包括：(1)不能补偿不同对象之间的电介 质差异；(2)对环境条件的敏感性；(3)不能补偿制造公差和组件 材料的差异；以及(4)当被配置为触摸传感器时，不管手指是否是 戴手套的，均不能检测所述触摸面处的输入。为了(in an attempt to) 克服前述问题，已知的测量电路典型地在各种非刺激条件上平均所述 电容输出以获得所期望的参考值。随后，所述作为结果产生的 (resulting)参考值可以被用于确定是否存在足够指示有效刺激的出 现的成比例的变化(如上所述)。然而，平均的或补偿的参考值的确 定经常需要软件或专用微控制器中的处理，这些而又会对所述整个系 统增加成本以及不需要的复杂性。即使使用平均算法，一些变量(诸 如增加的触摸基底厚度)不能被充分地补偿以消除敏感性差异。

例如，考虑如图1中所示的，提供电容传感器20以感测靠着 (against)给定的基底24的人的手指22。当将所述手指22带向所述 基底24时，其随着变化的接近度28、30、32、34、36而接近电极26。 一旦所述手指22已经接近并移动到第一距离28，所述电极26和对应 的测量电路38将试图检测如上所述的刺激，其中输出与所述刺激成 比例。在该第一距离处，所述手指实际上距所述电极26足够远，以 致实际上不存在刺激条件。然而，当所述手指22接近所述基底时， 所述测量电路38评估相对于所述预定参考值的刺激的程度，以确定 有效刺激的出现或未出现。为了考虑(account for)环境中的变化， 可以设置若干参考值以最佳的识别有效刺激事件。然而，这种系统将 必须考虑(account for)多个因素，包括结构材料的组成和差异，不 同材料的厚度差异，这些材料的接合(bonding)的制造工艺和差异， 所述(一个或多个)电极的尺寸的尺寸公差，以及用户的敏感度偏好。 可替代地，现有技术系统能够在各种非刺激条件上平均所述电容输 出，以获得单个的、补偿的参考值。然而，补偿的参考值的所述确定 可能是昂贵的以及不实际的，因为需要软件或专用微控制器中的处 理，并潜在地延迟所述相关联的电容传感器的响应时间，以及当所述 电容传感器被配置作为触摸传感器时，最终可能不能克服敏感性差异 或检测有效刺激(诸如戴手套的或不戴手套的手指)。

发明内容