具有边缘移动特性的目标位置检测器制造技术

一种近程检测器系统包括一个检测器矩阵阵列，该阵列在连接到检测器垫板的垂直和水平导线上具有一个特征电容。该电容作为目标接近检测器矩阵的距离的一个函数改变。将由于目标的接近而引起的该矩阵在Ｘ和Ｙ方向上的每一结点的电容的变化转化成在Ｘ和Ｙ方向上的一组电压。由电路对这些电压进行处理以产生表示目标的轮廓的质心的电信号，即其在Ｘ和Ｙ维上的位置。利用在这一结构中固有的噪声减少和背景电平设置技术。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及目标位置检测传感器和系统。更具体地，本专利技术涉及在诸如计算装置的光标移动的应用中以及其他应用中使用的目标位置识别，尤其涉及具有增强的边缘移动特性的光标移动。现有技术现在已有或者提出了用作目标位置检测器的许多装置应用于计算机系统和其他应用中。这种装置中的人们最熟悉的一种是计算机“鼠标器”。尽管鼠标器作为位置指示设备极其普遍，它具有机械部件，并且要求有一个平面，使得位置球能在其上面滚动。而且，为了有合理的分辨率，鼠标器通常需要滚动较长的距离。最后，鼠标器需要用户从键盘上抬起手以使得光标移动，从而干扰了人们的主要目的，因为人们的目的是通常在计算机上键入。轨迹球装置类似于鼠标装置。然而其主要差别是，不同于一个鼠标装置，轨迹球不需要一个在上面滚动的平面。轨迹球装置仍然很贵，它具有移动部件，并且象鼠标装置一样要求一个相当重的接触。在规格是它们也较大，不能较好地适合体积敏感的应用中，比如膝上型计算机。现在已有几种触摸-传感技术可以用于位置指示器。众所周知，有一种电阻膜(resistive-membrane)位置传感器，并且用于多个应用中。然而，它们总的来说分辨率较差，传感器的表面暴露给用户，因此易于磨损。另外，相对来说，电阻膜触摸传感器相对较贵。为了可靠操作，一个单表面方案(one surface approach)要求用户接地到传感器。在便携式计算机中这是不能保证的。单表面方案的一个例子是MA Wilmington的Micro Touch的产品UnMouse。一个两表面方案具有更差的分辨率，并且磨损得更快。授予Yoshikawa的美国专利(序列号为4680430)，授予Ellis的美国专利(序列号为3497617)以及其他专利揭示了电阻板技术。所有这些技术的缺点是耗电高，以及电阻膜的高成本。表面声波(SAW)装置可以用作位置指示器。然而，这种传感器技术贵而且对轻的触摸不敏感。另外，SAW装置对触摸表面的残留累积(residuebuildup)敏感，而且总的来说具有较差的分辨率。拉力计或压力板方法是一种有意义的位置检测技术，但具有几个缺点。这种方案可以使用压电传感器。其一个缺点是压电现象是一种AC现象，同时对用户的移动速率敏感。另外，由于需要特殊的传感器，拉力计或压力板方案还是有些贵。光学方案也是可能的，但受到几个原因的限制。它们所有都需要产生光，这就要求有外部部件，并且增加成本和电能消耗。比如，一种“手指-截断”红外矩阵检测器消耗高的电能，并且具有相对较差的分辨率。人们已经进行了多种尝试，试图提供一种装置，以检测用作指示设备的拇指或其他手指的位置，以代替鼠标器或轨迹球。这种设备的理想特性是低功耗，小的外观，高的分辨率，低成本，快速响应，并且在手指带有电噪声时，或者在触摸表面沾染有污物或水分时能够可靠地工作。由于电阻式装置的这些缺点，人们已经基于电容式检测手指的位置多次尝试提供指示的能力。授予Volpe的美国专利(序列号为3921166)教导了一种电容矩阵，其中手指改变行和列电极的转移电容(transcapacitance)。授予Bobick的美国专利(序列号为4103252)利用四个振荡信号在四个电容电极之间内插x和y位置。授予Schuyler的美国专利(序列号为4455452)公开了一种电容板，其中手指衰减耦合在电极之间的电容。授予Mabusth的美国专利(序列号为4550221)教导了一种电容板，其中一个振荡信号测定对″虚地″的有效电容。连续地查询每一行或列，并且应用插值的基本形式求出两行或列之间的位置。通过对振荡波形的多个周期进行平均试着解决电干扰的问题。通过在没有手指的时候进行检测，并且在没有手指出现期间应用一个周期校正来解决污染的问题。授予Rympalski的美国专利(序列号为4639720)教导了用于检测一铁笔的位置的板。该铁笔改变耦合在行和列电极之间的转移电容，这些行和列电极是连续被扫描的。授予Matzke的美国专利(序列号为4736191)教导了在键盘的空格键下的一种径向电极装置，它可以通过用拇指触摸而激活。该专利教导使用整个触摸电容作为触摸压力的一种指示，以控制光标移动的速度。利用脉冲化的连续查询解决电干扰的问题。授予Greanias的美国专利(序列号分别为4686332和5149919)教导了用于安装到一个CRT上的铁笔和手指检测系统。作为一个手指检测系统，它使用X/Y传感器矩阵确定传输最大值信号的两条矩阵线。利用这种编码方案，这两条线唯一地确定相对于线间隔的分辨率的手指位置的定位。对于铁笔检测系统，Greanias首先粗略地定位它，然后通过驱动在一个方向上的目标的一侧上的所有线以及在相反方向的相对侧上的所有线产生一个虚偶极(virtual dipole)。使用不同的偶极相位和信号极性进行三次。假设一个预定的矩阵响应该目标，这三次测量提供一组联立方程，可对它求解出位置。授予Evans的美国专利(序列号为4733222)第一次教导了插值到高阶的电容触摸测量系统。Evans教导了一个三极限测量系统(three terminalmeasurement system)，它在其矩阵中使用一个驱动，传感和电极信号集，并且基于在电极结点信号上的手指的衰减效应的测量(使用电容分压器现象)。Evans连续地扫描每一驱动集以测量电容。从三个最大的响应开始，应用一个插值例程来确定手指位置。Evans还教导了一种归零技术，它允许″无手指″级可作为测量的部分而被取消。授予Gruaz的美国专利(序列号为5016008)教导了一种也使用插值的触摸敏感板(touch sensitive pad)。Gruaz在触摸矩阵使用一个驱动和检测信号集，并且象Evans一样，取决于手指的衰减效应以调制该驱动信号。连续地扫描该触摸矩阵以读出每一矩阵行的响应信号。然后一个插值程序在两维中选择两个最大的相邻信号以确定手指的位置，并且从这4个数中比例度量地确定有效的位置。Gerpheide的PCT申请(申请号为US90/04584，公开号为WO91/03039，美国专利序列号为5305017)将Greanias的虚偶极方法的一种变形应用到一个触摸板系统。Gerpheide教导了将给定相位和频率的振荡电位施加到虚偶极的一侧上的所有电极，以及将一种同样频率和相反相位的振荡电位施加到其另一侧。电子电路产生一个“平衡信号”，在没有手指时它是零，如果一个手指在虚偶极的中心的一侧则其有一个极性，如果该手指在其另一侧，则具有相反的极性。为了开始获得手指的位置，连续地扫描该板上的虚偶极。一旦定位了手指，在手指已经移动超过一行或一列时将通过向手指移动虚偶极而对其进行跟踪。由于虚偶极方法是通过产生在电容不随距离而变化时为零的一个平衡信号而操作的，因此它只检测手指接触区域的周边，而不是整个接触区域。由于该方法取决于该激励信号的同步检测，它必需在较长的时间周期上进行平均以排除电干扰，因此较慢。这一方法和一旦丢失了前一接触而连续地搜索一个新手指接触所需要的平均时间，将象以前的方法一样，不符合快速指示设备的要求，这种快速指示设备不受电干扰的影响。应当指出的是，所有先前使用插值的触摸板在它们的检测板上加上了苛刻的设计要求。为了产生信号，Gre本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种响应表示一个目标在一个两维检测平面上的位置的电信号为在与一个计算机相连的显示器屏幕上提供用于移动光标的一种电信号的方法，包括下列步骤：提供一个检测平面，该检测平面包括安排成相隔开的多个行和列的行导电线和列导电线的导线矩阵，所述检测平 面其特征在于在所述行导电线和列导电线的每个上具有一种固有电容，所述电容随着一个目标距离所述行和列导线的接近距离而改变；检测在所述行和列导线的至少所选择的一个上的电容；从表示所述目标在所述检测平面上的Ｘ和Ｙ方向的当前位置的所检测的电容 产生当前位置信号；检测所述目标是否在所述检测平面的周边区域中；产生表示所述目标在Ｘ和Ｙ方向的所述当前位置和所述目标在Ｘ和Ｙ方向的一个前一位置之间的差的第一个相对位置Ｘ和Ｙ信号；如果所述目标不在所述检测平面的所述周边区域中，则将所 述第一相对位置Ｘ和Ｙ信号送到所述主计算机；如果所述目标在所述检测平面的一个周边区域中，产生第二相对位置Ｘ和Ｙ信号；只要所述目标在所述检测平面的所述周边区域中，则将所述第二相对位置Ｘ和Ｙ信号送到所述计算机。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D吉尔列斯皮，TP艾伦，RJ米勒，F费金，
申请(专利权)人：辛纳普蒂克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]