电容检测面上具有可移动手柄的输入设备及电容耦合装置 |
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| 申请号 | CN202080043062.4 | 申请日 | 2020-03-31 | 公开(公告)号 | CN114026518A | 公开(公告)日 | 2022-02-08 |
| 申请人 | 普瑞有限公司; | 发明人 | T·克勒费尔; N·鲍尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种输入设备(1)，包括：电容检测装置(2)，其具有检测面(10)，从而形成与检测面(10)相关联的第一阵列的阵列 电极 (X1至Xn、Y1至Yn)，其中，该第一阵列由两组(X、Y)阵列电极(X1至Xn、Y1至Yn)组成，这些阵列电极分组地基本上相互平行且分组地交替布置，当垂直投影到公共平面上时，这些阵列电极多重相交，并彼此电绝缘布置，从而在它们相交的部位形成各个 节点 (K31、Kll、K59)，其中，在相对于检测面(10)面积最大的检测面(10)子区域中，形成节点(Kll) 定位 符合规则的规则栅格结构； 电子 评估单元(14)，其电连接到阵列电极(X1至Xn、Y1至Yn)，以便通过第一阵列的阵列电极(X1至Xn、Y1至Yn)形成所属的电测量场阵列，用于空间分辨检测对检测面(10)的电容影响； 手柄 (3)，其以能沿着平行于检测面(10)的调节路径移动的方式安置于检测面(10)上，以便通过手动实现沿着调节路径的运动来执行操作输入，例如通过操作者(B)触摸手柄(3)来执行操作输入；至少一个 位置 发送器(4)，其随手柄(3)移动，以便根据位置电容影响测量场阵列的至少一个测量场；其中，在沿着调节路径手动调节手柄期间，位置发送器(4)在检测面(10)上方描绘至少一个轨迹(12)；且其中，电子评估单元(14)构造为检测通过位置发送器(4)引起的对测量场阵列的位置相关影响，以便接收和输出手柄(3)的位置信息和/或运动信息。该输入设备的特征在于，栅格结构发生局部 变形 ，以便改进位置发送器与测量场阵列中的至少一个测量场之间的位置相关 电容耦合 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种输入设备(1)，包括： |
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| 说明书全文 | 电容检测面上具有可移动手柄的输入设备及电容耦合装置技术领域[0001] 本发明涉及一种具有电容检测装置的输入设备，该检测装置具有检测面，从而形成与检测面相关联的阵列电极的第一阵列。例如，该第一阵列由两组电极形成，这些电极布置为分组地基本上相互平行且由此预定分组取向，并且当垂直投影到公共平面上，组与组之间多重相交布置，例如正交相交、相互交替和彼此电绝缘。这样形成规则的栅格结构，从而在相交的部位形成所谓的节点。最近相邻节点之间的最小距离描述了栅格结构的最小周期。通常，最近相邻节点之间的最小距离在分组取向的两个方向上相同。例如，检测装置为电容式触摸屏或电容式触摸板。在这些通用型输入设备中，还设置有电连接到阵列电极的电子评估单元，以便通过阵列电极的第一阵列形成所属的电测量场阵列，用于空间分辨检测对检测面的电容影响。测量场阵列中的各个测量场通常是通过按时间顺序进行相应的驱动产生。 背景技术[0002] 目前，手柄还以可移动方式布置于检测装置所限定的检测面上，通过检测装置可检测到手柄的位置。为此，手柄具有随之移动的位置发送器，以便对检测装置可检测到的至少一个测量场产生影响，由此可导出位置信息和/或运动信息。这类由触摸板或触摸屏与以可移动方式布置于其上的手柄组合形成的输入设备正日益普及，因为它提供了灵活的输入选项，尤其是在触摸屏的情况下，由于这种灵活的手柄指示选项，可以分配各种功能和功能指令。而另一方面，手柄提供了用户无需视觉接触即可轻松感觉到的惯常触觉反馈。由于期望利用位于手柄下方并被手柄覆盖的电容电极结构区域来进行位置检测，需要在手柄、尤其是设置于此的位置发送器与阵列电极的第一阵列之间的电容耦合。这里经常出现的电容耦合问题主要源于：当沿着调节路径手动移动手柄时，位置发送器覆盖的轨迹永远不会完全符合阵列电极的第一阵列所预定的结构，进而位置检测至少对于手柄的某些位置而言不太可靠且易受干扰。 [0003] 在此背景下，需要一种通用型输入设备，其中因电容耦合更均匀而改进手柄的各个位置，进而实现了改进位置检测，尤其是改进电容检测装置，例如电容触摸屏与手柄的位置发送器之间的电容耦合。本发明用以达成上述目的的解决方案为根据权利要求1所述的输入设备。同样有利的用途请参阅独立权利要求的主题。一些有利的技术方案请参阅各从属权利要求的主题。应当指出，权利要求中单独列出的特征可以采取任意技术上合理的方式相互组合，表明本发明的更多技术方案。本说明书尤其是结合附图额外具体说明本发明的特征。 发明内容[0004] 本发明涉及一种包含电容检测装置的输入设备，该检测装置具有检测面，从而形成与检测面相关联的阵列电极的第一阵列。阵列电极例如布置于一个公共平面上或两个或两个以上平行平面上。该第一阵列由两组阵列电极形成。阵列电极布置为分组地基本上相互平行，由此按组预设分组取向。阵列电极分组地布置，即关于它们的分组归属交替布置。当垂直投影到公共平面上，这些阵列电极彼此相交，例如正交，而它们实际上布置为彼此电绝缘。故从整体上观察，在相对于整个检测面的面积最大的检测面子区域中，形成规则的栅格结构，从而在相交部位形成所谓的节点，又理解为符合规则的栅格结构设计以及第一阵列设计。由分组取向定义的两个方向上下一相邻节点之间的最小距离描述了栅格结构的最小周期。通常，节点之间的最小距离在分组取向预设的两个方向上相同。 [0005] 术语“电极”旨在暗示由导电材料、例如由金属或金属合金形成相关阵列电极。例如，它是投射电容技术中的一种电容检测装置，尤其是一种呈互电容结构的电容检测装置。利用互电容结构，如上所述，在两个电绝缘的相交阵列电极之间的节点处产生测量场。在标准触摸板或触摸屏中，节点呈直角栅格布置。 [0006] 根据本发明，还设置电连接、优选地导电连接到阵列电极的电子评估单元，以便通过阵列电极的第一阵列形成所属的电测量场阵列，其优选地按时间顺序产生并随时间变化，下面称为测量场阵列，用于空间分辨检测对检测面的电容影响。一般而言，通过阵列电极产生的测量场的方位均由节点的位置限定。 [0007] 评估单元能够测量电容所产生的对测量场的影响。如果相应的测量场受到物体自外接近的影响，则例如在相关节点处改变并检测由评估单元测得的电气影响，由于阵列电极结构优选地按行和列划分，可以关联到检测面上的某个部位。 [0008] 根据本发明，所述输入设备具有手柄，该手柄通过轴承机构以可沿着平行于检测面的调节路径移动的方式布置于检测面上，优选地通过轴承机构固定，以便在移动期间执行操作输入，尤其是由操作员触摸手柄。例如，它是一种以可在平行于检测面的方向上沿线性调节路径作平移运动的方式安置的手柄。手柄优选地以可围绕正交于检测面的旋转轴作旋转运动的方式安置于检测面上，进而使输入设备的手柄成为旋转调节器。 [0009] 根据本发明，还设置随手柄移动进而与手柄同步移动的位置发送器，在沿着调节路径手动调节手柄期间，该位置发送器在检测面上方描绘至少一个轨迹。位置发送器设置为根据位置来对测量场阵列的至少一个测量场进行电容影响，因为例如对其施加电势。它例如是构造为例如弹簧舌的电导体。位置发送器例如构造为与评估单元电绝缘。它可以构造为一个或多个部分，这多个部分优选地导电连接。在一实施方案中，位置发送器导电连接到面向操作者的手柄表面，以便当被操作者触摸时充电或放电到其电势。 [0010] 根据本发明，当轨迹垂直于检测面投影到包含栅格结构的平面上，该栅格结构的较小子区域位于最大子区域之外且至少部分地包含轨迹投影，并构造为不同于规则的栅格结构，使得位于子区域内的多个节点相对于它们符合规则的假想位置偏置，即相应节点到轨迹投影的距离与其符合规则的位置相比至少最小化。换而言之，从主要规则的栅格结构局部偏离出不符合规则的结构，又称为变形，其目的是使不符合规则的子区域中多个节点、优选地大多数节点、更优选地全部节点与符合规则设计预定的位置相比，在位置发送器的轨迹投影方向上偏置定位，或甚至包含在轨迹的投影面积中。 [0011] 根据一优选实施方案，就此规定，当轨迹垂直于检测面投影到栅格结构的平面上，位于子区域内的多个、优选大多数、更优选地全部节点布置于位置发送器的轨迹上。更优选地，位于子区域内的节点布置为彼此均匀间隔地分布到由调节路径预定的轨迹路线上。 [0012] 根据一优选实施方案，为了位置发送器与阵列电极的第一阵列之间达成位置相关电容耦合，提供了静置于检测面上、例如固定于检测面上的耦合装置。该耦合装置可以构造为一个或多个部分。它具有面向检测面的第一表面，该第一表面上构造有第二阵列的耦合电极，用于电容耦合到阵列电极。耦合装置还具有面向位置发送器而背向检测面的第二表面，该第二表面上构造有具有多个彼此间隔布置的接触面的第三阵列。这些接触面布置为使得它们被选择性触摸式接触，这取决于手柄沿着位置发送器的调节路径的位置。耦合装置还包含多个导电连接件，其数目至少对应于接触面的数目。导电连接件构造为将各个耦合电极导电连接到接触面。接触面、耦合电极和导电连接件由导电材料制成。接触面、耦合电极和/或导电连接件例如构造为衬底上的导电涂层。在一实施方案中，导电连接件、所属的接触面和所属的耦合电极分别一体成型，例如构造为柱状导体。 [0013] 这样，电子评估单元构造为检测由于至少一个电容耦合而引起的对测量场的影响，其中所选择的接触面由位置发送器的位置确定，并且位置发送器根据位置通过接触面和相应的电连接件所接触的耦合电极与测量场阵列中相邻布置的所属测量场之间产生电容耦合，该测量场阵列是由第一阵列的阵列电极生成。如上所述，例如可能由于多重电容耦合，不同阵列电极的多个测量场在位置发送器的一个或多个位置受到影响，因为根据一实施方案，接触面通过连接件分别导电连接到多个耦合电极，或者位置发送器在一个位置并行接触多个接触面，或设置多个位置发送器。评估单元能够检测上述对测量场的位置相关影响，以便接收和输出手柄的位置信息和/或运动信息。换而言之，评估单元能够基于根据手柄的位置由位置发送器引起的影响来识别相应位置的相关测量场，进而将该影响与位置信息相关联，并且例如将其输出到高级控制装置以执行控制功能或切换功能。 [0014] 优选地，设置卡锁装置，用于产生卡锁触觉且指定沿着手柄的调节路径的预定位置。例如，该卡锁装置具有卡锁凸耳和卡锁轮廓，其中卡锁凸耳与卡锁轮廓作用性接合且当调节手柄时对卡锁轮廓预紧，并运行到卡锁轮廓上，以便干预在克服卡锁凸部后接合到卡锁凹部中，后者限定了预定位置。 [0015] 根据一实施方案，位置发送器导电连接到导电表面，该导电表面构造且布置为供操作者触摸，由此可对其施加电势。但优选地规定，耦合装置构造为使得位置发送器经由耦合装置与至少一个阵列电极的电场电容耦合。 [0016] 优选地，耦合装置在其第一表面上具有至少一个馈电电极而在其第二侧上具有至少一个导电的馈电接触面，借此，位置发送器至少在预定位置处于触摸式接触，以便位置发送器与至少一个阵列电极的电场达成电容耦合。 附图说明[0018] 下面结合附图对本发明予以详述。附图仅应理解为示例并且仅代表优选变型方案。图中： [0019] 图1示出根据本发明的输入设备1的透视俯视图； [0020] 图2示出一示例性实施方式中根据本发明的输入设备所属的耦合装置5的剖视图； [0021] 图3示出一示例性实施方式中根据本发明的输入设备所属的耦合装置5的面向位置发送器5的第二侧的俯视图。 具体实施方式[0022] 图1示出根据本发明的输入设备1具有充当电容检测装置2的触摸屏。检测装置2限定面向操作者B的检测面10，手柄3通过轴承机构(为清楚起见，图1未示出)以可围绕旋转轴线D作旋转运动的方式安置于检测面10上，进而形成所谓的旋转调节器。电容检测装置2具有基本上平行的阵列电极X1至X3以及与之垂直延伸的阵列电极Y1至Y3作为反电极，由此形成第一阵列。由阵列电极X1至X3、Y1至Y3形成的第一阵列在图中未完全按比例绘制，仅旨在示意性说明原理结构。阵列电极X1至X3与阵列电极Y1至Y3的交点分别形成虚拟节点作为电容测量场的起点。所得的栅格结构作为垂直于检测面10投影到公共平面上而产生。为了清楚起见，图1中仅具体指出一个节点，即K31。其他节点编号与之相似。 [0023] 电子评估单元14电连接到阵列电极X1至X3和Y1至Y3，选择性并按时间顺序作用于某些阵列电极，例如电极X1至X3，以生成具有所属电势的所属测量场，以便基于对该测量场的影响来检测操作者B的触摸，或根据相关节点相对于手柄3的位置来检测手柄3的位置。为了影响相关的测量场，手柄3在其面向检测面10的一侧上具有位置发送器4，在本实施方式中，当操作者B触摸手柄3时，该位置发送器4布置为与操作者B电绝缘而不施加操作者B的体电势，至少一个阵列电极的电场与之电容耦合。设置多个预定位置，尤其是均匀分布到手柄3的调节路径上的位置，图1中示出其中一个可能的位置。这些位置由卡锁装置(未示出)预定。 [0024] 为了改进位置发送器4与位于节点K11至K33处的测量场之一之间的电容耦合，设置静置于检测面10上的耦合装置5，但不必须提供。它具有面向检测面10的第一表面以及面向位置发送器4的第二表面。第一表面例如布置为邻近检测面或固定于检测面上。第一表面承载第二阵列的耦合电极6a、6b、6c(图1中仅局部示出)，而第二表面承载第三阵列的接触面7a、7b、7c(图1中同样仅局部示出)。第二阵列的耦合电极6a、6b、6c在第一侧上的位置与第三阵列的接触面7a、7b、7c在第二侧上的位置基本上相一致。 [0025] 参照图2阐述如图3示意性所示根据本发明实施方式要解决的问题。当严格符合规则，即在栅格结构的整个平面上符合规则地形成第一阵列的阵列电极X1至Xn、Y1至Yn，其问题在于，位置发送器(图1中标为4)的轨迹12垂直投影到上述的描绘第一阵列的栅格结构仅包含几个节点，或投影轨迹12与一些节点之间的距离较大。当手柄3沿着调节路径移动时，由位置发送器4的移动产生轨迹12或其垂直投影，例如当存在耦合装置5时，由耦合装置5与位置发送器4之间的接触区域限定该轨迹12或其垂直投影。如图所示，轨迹12的投影仅包含几个节点，例如不包含节点K59，这是因为该投影轨迹12与由栅格结构预设，进而符合规则的节点K59位置并不一致。 [0026] 为了解决这个问题，在图3所示的根据本发明的设计中，由触摸屏的第一阵列的阵列电极X1至Xn和Y1至Yn限定出检测面10的子区域11，其面积占该检测区10总面积的50％以下，该子区域11之中形成的栅格结构与子区域11之外预定的规则有所不同。子区域11中就存在不符合规则的构造，此时在子区域11中不再必然遵循如子区域11之外遵循的最近相邻节点之间的最小距离a。现在出现在子区域11中的栅格结构的变形旨在抵消位于子区域11中的大多数或全部节点(例如节点K59)偏离其符合规则的位置，以当如图1所示的位置发送器4的轨迹12垂直投影检测面10上时，使其布置于该投影轨迹12所描绘的表面内。这样确保了位置发送器4与位置检测相关的节点(例如节点K59，根据本实施方式，该节点将与或不与耦合装置5桥接)之间的净距离不仅与其符合规则的假想位置相比最小化，而且这还记录在轨迹12的投影面积中。这样实现了改进与起源于这些耦合点(例如耦合点K59)的测量电场的电容耦合。总之，实现了改进的位置检测。 |
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