专利名称：触摸按键结构及触摸装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及触摸传感技术，特别涉及触摸按键结构及触摸装置。
背景技术：
目前，市场上的消费电子产品种类越来越趋于多样化，用户对于这些消费电子产品的使用感受要求也日渐提高。而消费电子产品中的按键系统就成为了影响用户使用感受的其中一项关键因素。传统的机械式按键由于外观突兀不够美观且不易清洁而逐渐被淘汰，同时机械式按键的使用寿命有限也成为了降低用户使用感受的原因之一。因此，市场上已逐渐采用触摸感应按键来替代传统的机械式按键。其中，电容式触摸按键的设计也是触摸感应按键技术中的一项热点。现在普遍使用的电容式触摸按键系统都是使用塑料作为触摸面板的材料，一般都不含金属成分，以免引起错位的触发。所述塑料面板下具有PCB板感应盘，通过触摸在PCB 板感应盘正上方的塑料面板，就可触发按键，以实现触控操作。然而，对于现有的电容式触摸按键系统，如果面板材料采用金属材料或面板材料含金属成分，则触摸在面板的任何位置都将触发按键，这就无法识别某一次的触发是属于哪一个按键，从而将引发触摸操作错误，影响用户的使用。因此，如何在触摸按键系统中实现采用金属材料或含金属成分的面板，且达到准确识别触摸的目的，就成为了技术上亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种采用金属材料或含金属成分的面板的触摸按键结构及触摸装置， 以提高触摸识别的准确度。为解决上述问题，本发明还提供一种触摸按键结构，包括金属触摸面板，所述触摸面板上具有多个金属按键，所述按键与所述触摸面板间通过绝缘层隔离，所述触摸面板接地；所述触摸面板下的侦测板，所述侦测板上具有多个与按键位置对应的电极，所述侦测板与所述触摸面板间绝缘隔离；所述多个按键及对应电极间的区域构成平板电容。本发明还提供一种触摸装置，包括上述触摸按键结构及控制器，所述触摸装置还包括控制器，所述控制器与所述侦测板上的各电极相连，检测各电极上的电荷转移情况以获得对应的电荷样本值，对所述触摸操作进行识别，并根据识别结果产生识别控制信号输出，所述检测包括当触摸按键结构面临触摸或临近触摸时，记录从各电极上转移的电荷总量对应的电压达到参考电压的次数；以各电极上转移的电荷总量对应的电压达到参考电压的次数作为所述电极对应的按键在所述触摸按键结构面临触摸或临近触摸时的电荷样本值；将电荷样本值小于触摸感应阈值的按键识别为被触摸按键。
与现有技术相比，上述触摸按键结构及触摸装置具有以下优点通过将金属触摸面板接地且将金属触摸面板上的多个按键通过绝缘层隔离，使得所述多个按键得以互相区分。并且，由于金属触摸面板接地，只有当用户手指按到金属按键时才会触发按键，相邻两键之间不会有任何响应，感应范围的约束效果也较好，避免了相邻按键在触摸识别时的干扰。以及，当发生触摸动作时，计算由于触摸产生的电荷转移量来作为识别触摸的标准。因此，使得对于触摸动作的触摸识别更准确。并且，上述的触摸识别实质上实现了零压力的触摸按键结构，提升了用户的使用感受。
图1是本发明触摸按键结构的一种实施例的俯视示意图；图2是图1所示触摸按键结构沿A-A方向的剖视示意图；图3是应用本发明触摸装置进行触摸识别的一种实现过程示意图；图4是应用本发明触摸装置进行触摸识别的一种实现示意图；图5在图4所示触摸识别过程中，电荷向控制器中的单位电容转移的简易示意图。
具体实施例方式以下结合实施例及附图分别对于触摸按键结构及触摸识别方法进行详细说明。结合图1和图2所示，本发明触摸按键结构的一种实施例包括金属触摸面板100，所述触摸面板100上具有多个金属按键1 5，所述按键与所述触摸面板100间通过绝缘层200隔离，所述触摸面板100接地；所述触摸面板下的侦测板，所述侦测板上具有多个与按键位置对应的电极A E， 所述侦测板与所述触摸面板100间绝缘隔离；所述多个按键及对应电极间的区域构成平板电容。上述触摸按键结构的实施例中，通过绝缘层将各按键与金属触摸面板隔离，形成了各自键位独立的多个按键。而通过将金属触摸面板接地，只有当用户手指按到金属按键时候才会触发按键，相邻两键之间不会有任何响应，感应范围的约束效果也较好。并且，当用户手指触摸在金属按键上时，电荷就会有一部分通过人体逃逸，并经由金属按键对应的电极进行电荷转移，从而通过检测电荷转移来实现对所述金属按键的触摸识别。由此可以看出，上述按键结构实质上实现了零压力的触摸按键结构，用户无需用力按压所述金属按键就可被较为准确地检测到触摸行为，从而提升了用户的使用感受。在具体的实施例中，所述金属按键的触摸面可以与所述金属触摸面板平齐，也可以高于或低于所述金属触摸面板。在具体的实施例中，所述金属按键和所述金属触摸面板可以采用同一种材料，以节约制造成本及优化制造流程。例如，所述金属按键和所述金属触摸面板的材料均可以为铜。在实际制造时，可以先形成金属触摸面板，并在所述金属触摸面板上按各按键的大小及键位分布进行打孔，打孔的孔径大小应大于各按键的大小。随后，再形成各金属按键，并将各金属按键与金属触摸面板进行对位后固定，在各金属按键与金属触摸面板的间隙内填充绝缘材料形成绝缘层以进行隔离。在具体的实施例中，各金属按键可以为实心金属盘。则所述实心金属盘的形状可以为任意适合所述按键结构的形状，例如圆形或方形，此处并不以此限定。在具体的实施例中，各金属按键也可以为金属字符，则所述金属按键可同时实现触摸检测及提示按键功能，无需再在金属触摸面板上重新丝印按键字符。在具体的实施例中，所述绝缘层的材料可以为玻璃，或者也可以为其他已知的各种绝缘材料。所述电极为铜箔，或者也可以为其他已知的各种导电材料。需要说明的是，所述金属触摸面板100上的按键为5个仅为举例，并不应对其实现方式加以限制。所述按键的个数及功能的分配都可以依据实际所需实现的触摸功能而相应设置。在其他的实施例中，所述金属触摸面板100上的按键可以为8个、20个或者更多。相应地，本发明触摸装置的一种实施例包括上述触摸按键结构及控制器，所述控制器与所述侦测板上的各电极相连，对各电极进行充电，检测各电极上的电荷转移情况以获得对应的电荷样本值，对所述触摸操作进行识别，并根据识别结果产生识别控制信号输出，所述检测包括记录从各电极上转移的电荷总量对应的电压达到参考电压的次数；以各电极上转移的电荷总量对应的电压达到参考电压的次数作为所述电极对应的按键在所述触摸按键结构面临触摸或临近触摸时的电荷样本值；将电荷样本值小于触摸感应阈值的按键识别为被触摸按键。所述控制器包括多个单位电容、多个电压检测及比较单元、计数单元、识别分析单元、输出单元，其中，多个单位电容，分别与触摸按键结构中的各电极对应连接；多个电压检测及比较单元，分别与所述多个单位电容对应连接，检测对应单位电容两端电压，在所述单位电容两端电压达到参考电压时，输出计数信号；计数单元，连接多个电压检测及比较单元，对各电压检测及比较单元输出的计数信号的计数，并将各电压检测及比较单元输出的计数信号的计数值发送至识别分析单元；识别分析单元，以各电压检测及比较单元输出的计数信号的计数值作为各电极对应的按键在所述触摸按键结构面临触摸或临近触摸时的电荷样本值；将电荷样本值小于触摸感应阈值的按键识别为被触摸按键；将所述识别信息发送至输出单元；输出单元，基于所述识别信息产生识别控制信号并输出。参照图3所示，应用本发明触摸装置进行触摸识别的过程包括步骤sl，当触摸按键结构面临触摸或临近触摸时，记录从各电极上转移的电荷总量对应的电压达到参考电压的次数；步骤s2，以各电极上转移的电荷总量对应的电压达到参考电压的次数作为所述电极对应的按键在所述触摸按键结构面临触摸或临近触摸时的电荷样本值；步骤S3，将电荷样本值小于触摸感应阈值的按键识别为被触摸按键。其中，在进行所述触摸识别之前，还需要进行一些初始化过程，包括检测背景环境信号，屏蔽第一频率(本实施例中为80KHz)至第二频率(本实施例中为120KHz)范围外的信号，在检测到所述第一频率至第二频率范围内的信号后，产生触发信号。所述触发信号触发所述触摸识别过程。
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图4示出了应用本发明触摸装置进行触摸识别的一种实现示意图，所述触摸装置的触摸按键结构中，金属触摸面板和金属按键的材料均为铜，金属按键和金属触摸面板间的绝缘层的材料为玻璃，侦测板上与按键位置对应的电极为铜箔。当手指触摸或临近触摸铜薄膜上某一按键时，电荷就会有一部分通过人体逃逸， 并经由所述按键位置对应的铜箔产生电荷转移。为了获悉所述电荷转移的情况，可以采用电压检测的手段。参照图5所示，可以将所述触摸按键结构中的各个铜箔与所述控制器相连，所述控制器中包括有多个单位电容，每一铜箔分别与所述控制器中一单位电容对应连接。如前述，当手指触摸或临近触摸铜薄膜上某一按键时，从人体逃逸的电荷会有一部分经由所述铜箔产生电荷转移。而由于单位电容与所述铜箔已存在电连接，电荷就会向控制器中的单位电容转移，此过程即相当于对控制器中的单位电容进行充电。由于电容两端的电压很容易测得，因此可以通过对单位电容两端的电压进行检测来获得电荷转移的情况。具体地，采用电容量较小的单位电容，通常可以采用pF级的电容，例如0.5pF。这样，单位电容就较容易被从铜箔转移的电荷充满。基于此，通过控制器中的电压检测及比较单元，将单位电容两端的电压与所述单位电容充满时两端的电压(参考电压)进行比较，就可获悉所述单位电容是否充满。由于手指触摸或临近触摸铜薄膜上某一按键过程中，经由所述铜箔转移的电荷可能大于单位电容充满所需电荷，还可在控制器中设置多个与单位电容数量对应的放电电路。在控制器中的电压检测及比较单元检测到单位电容两端电压达到参考电压时，所述放电电路就启动对单位电容放电。由于单位电容的电容量较小，因此也较容易被所述放电电路快速放电，进而放电所需时间很少。从而，可以保证整个触摸识别过程的精确性。在对单位电容放电后，单位电容又将被经由铜箔转移的电荷充满，随后又将经历再次放电，此过程一直循环直至手指触摸或临近触摸铜薄膜上某一按键的动作结束。由于电压检测及比较单元在单位电容两端电压达到参考电压时会输出计数信号， 则在上述手指触摸或临近触摸动作结束时，电压检测及比较单元将输出多个计数信号。基于此，通过控制器中的计数单元就可记录到相应的计数信号的计数值，所述计数值就可作为所述触摸按键结构面临触摸或临近触摸时相应按键的电荷样本值。在获得各按键对应的电荷样本值后，就可通过控制器中的识别分析单元进行分析，将电荷样本值小于触摸感应阈值的按键识别为被触摸按键。从而，完成本次触摸识别过程。在本发明触摸装置的其他实施例中，相对于前述实施例，还包括位于多个按键下方的光源，所述光源与控制器相连；所述绝缘层的材料为透明绝缘材料；所述控制器在各按键对应的电荷样本值小于接近感应阈值且大于触摸感应阈值时，开启所述光源。所述触摸装置的实施例中，由于在按键下方增设了光源，当控制器检测到某一按键对应的电荷样本值小于接近感应阈值且大于触摸感应阈值时，实际发生的情况是用户的手指靠近所述触摸按键结构，此时通过控制器开启光源就能够使用户在黑暗的环境中看清各个按键，增强了用户的操作体验，进一步提高了用户的使用感受。此外，当所述控制器在识别获得被触摸按键后，还可以调亮所述被触摸按键下方的光源，从而当用户触摸某个按键时，可以将该键位处的光线更明亮，以提示按键，使得用户的操作体验进一步获得增强。以下对于上述用户手指靠近触摸按键结构及触摸按键时相应进行光源控制的过程进一步说明。为方便描述，将用户手指靠近触摸按键结构对应的情况定义为接近感应事件触发，将用户手指触摸按键时对应的情况定义为触摸感应事件触发。具体地说，当用户手指靠近所述金属触摸面板的某一按键时，电荷就会有一部分通过人体逃逸。而此时，所述控制器就会对由此产生的电荷转移情况进行检测，获得该按键对应的单位电容被充满的次数，将所述被充满的次数作为用户手指靠近过程中的电荷样本值。从而，所述控制器就可进行接近感应事件的判定。通常，为使得接近感应事件的判定准确，所述控制器会基于多个电荷样本数据进行判定，以获得判定结果。例如，连续8次获得的电荷样本值满足Tth < CS < Pth (1)则，所述控制器判定接近感应事件触发，进行上述开启光源的操作。其中，CS是各次的电荷样本值，Pth是接近感应阈值，Tth是触摸感应阈值。所述接近感应阈值和触摸感应阈值可预先在控制器的识别分析单元中进行设置，其值可通过设立一初始值，并通过多次接近感应事件/触摸感应事件试验来最终确定。当然，由于引发上述电荷累积区域中电荷发生变化的原因并不仅仅是用户手指靠近触摸按键结构，可能还会有其他环境干扰的影响。为了获得更准确的判定结果，可以综合更多次的判定来最终获得接近感应事件的触发是否对应了用户手指靠近触摸按键结构的情况。例如，将前述连续8次获得的电荷样本值满足公式(1)后获得的判定结果作为初步判定结果，若连续5次的初步判定结果均显示接近感应事件触发，则确定接近感应事件的触发对应了用户手指靠近触摸按键结构的情况。此时，由所述控制器开启位于多个按键下方的光源，以使用户在黑暗的环境中看清各个按键。而为了保证后续对用户手指对按键的触摸识别的准确性，所述控制器可以停止对电荷转移情况的检测，即禁止金属触摸面板对应的感应通道，以使得金属面板的电位重新固定到接地电位，保证按键功能正常使用。当用户手指继续靠近金属触摸面板直至最终触摸到金属面板上的一个或多个按键时，所述控制器可进行相应的触摸识别，在识别获得被触摸按键后，调亮所述被触摸按键下方的光源。与前述判定接近感应事件类似，为使得触摸感应事件的判定准确，所述控制器也会基于多个电荷样本值数据进行判定，以获得判定结果。例如，连续8次获得的电荷样本值满足CS < Tth (2)则，所述控制器判定触摸感应事件触发，进行调亮所述被触摸按键下方的光源的操作。其中，CS仍表示各次的电荷样本值，Tth仍表示触摸感应阈值。更进一步，为了获得更准确的判定结果，可以综合更多次的判定来最终获得触摸感应事件的触发是否对应了用户手指触摸所述触摸按键结构的情况。例如，将前述连续8 次获得的电荷样本值满足公式(2)后获得的判定结果作为初步判定结果，，若连续5次的初步判定结果均显示触摸感应事件触发，则确定触摸感应事件的触发对应了用户手指触摸所述触摸按键结构的情况。当触摸完成，用户手指逐渐远离所述触摸按键结构时，电荷样本值(CS)也开始缓缓升高。当电荷样本值满足05彡(1^11+1^^)\75%时，则，所述控制器判定触摸感应终止，恢复所述被触摸按键下方的光源调亮前的亮度。其中，LTA(Long Term Average)表示没有触发任何条件时，所述电荷样本值的长期平均值。而判定时的参数75%也可调整为其他数值，例如87. 5%，主要视环境对所述触摸按键结构的噪声影响而定。随着用户手指进一步远离所述触摸按键结构，电荷样本值继续升高，当电荷样本值满足05彡(卩让+1^7\)\75%时，则，所述控制器判定接近感应也终止，并关闭所有按键下方的光源，重新处于监控所述电荷样本值并相应根据上述触发条件开启或调亮光源。以上公开了本发明的多个方面和实施方式，本领域的技术人员会明白本发明的其它方面和实施方式。本发明中公开的多个方面和实施方式只是用于举例说明，并非是对本发明的限定，本发明的真正保护范围和精神应当以权利要求书为准。
权利要求
1.一种触摸按键结构，其特征在于，包括金属触摸面板，所述触摸面板上具有多个金属按键，所述按键与所述触摸面板间通过绝缘层隔离，所述触摸面板接地；所述触摸面板下的侦测板，所述侦测板上具有多个与按键位置对应的电极，所述侦测板与所述触摸面板间绝缘隔离；所述多个按键及对应电极间的区域构成平板电容。
2.如权利要求1所述的触摸按键结构，其特征在于，所述按键的触摸面与所述触摸面板平齐。
3.如权利要求1所述的触摸按键结构，其特征在于，所述按键的触摸面高于或低于所述触摸面板。
4.如权利要求1所述的触摸按键结构，其特征在于，所述按键为实心金属盘。
5.如权利要求4所述的触摸按键结构，其特征在于，所述按键为圆形或方形。
6.如权利要求1所述的触摸按键结构，其特征在于，所述按键为金属字符。
7.如权利要求1所述的触摸按键结构，其特征在于，所述电极为铜箔。
8.如权利要求1所述的触摸按键结构，其特征在于，所述触摸面板和所述按键的材料均为铜。
9.一种包括权利要求1至8任一项所述的触摸按键结构的触摸装置，其中，所述触摸装置还包括控制器，所述控制器与所述侦测板上的各电极相连，检测各电极上的电荷转移情况以获得对应的电荷样本值，对所述触摸操作进行识别，并根据识别结果产生识别控制信号输出，所述检测包括当触摸按键结构面临触摸或临近触摸时，记录从各电极上转移的电荷总量对应的电压达到参考电压的次数；以各电极上转移的电荷总量对应的电压达到参考电压的次数作为所述电极对应的按键在所述触摸按键结构面临触摸或临近触摸时的电荷样本值；将电荷样本值小于触摸感应阈值的按键识别为被触摸按键。
10.如权利要求9所述的触摸装置，其中，所述控制器包括多个单位电容、多个电压检测及比较单元、计数单元、识别分析单元、输出单元，其中，多个单位电容，分别与触摸按键结构中的各电极对应连接；多个电压检测及比较单元，分别与所述多个单位电容对应连接，检测对应单位电容两端电压，在所述单位电容两端电压达到参考电压时，输出计数信号；计数单元，连接多个电压检测及比较单元，对各电压检测及比较单元输出的计数信号计数，并将各电压检测及比较单元输出的计数信号的计数值发送至识别分析单元；识别分析单元，以各电压检测及比较单元输出的计数信号的计数值作为各电极对应的按键在所述触摸按键结构面临触摸或临近触摸时的电荷样本值；将电荷样本值小于触摸感应阈值的按键识别为被触摸按键；将所述识别信息发送至输出单元；输出单元，基于所述识别信息产生识别控制信号并输出。
11.如权利要求9或10所述的触摸装置，其中，还包括位于多个按键下方的光源，所述光源与控制器相连；所述绝缘层的材料为透明绝缘材料；所述控制器在各按键对应的电荷样本值小于接近感应阈值且大于触摸感应阈值时，开启所述按键下方的所述光源。
12.如权利要求11所述的触摸装置，其中，所述控制器在识别获得被触摸按键后，调亮所述被触摸按键下方的光源。
全文摘要
一种触摸按键结构及触摸装置。所述触摸按键结构包括金属触摸面板，所述触摸面板上具有多个金属按键，所述按键与所述触摸面板间通过绝缘层隔离，所述触摸面板接地；所述触摸面板下的侦测板，所述侦测板上具有多个与按键位置对应的电极，所述侦测板与所述触摸面板间绝缘隔离；所述多个按键及对应电极间的区域构成平板电容。所述触摸按键结构及触摸装置感应范围的约束效果较好，避免了相邻按键在触摸识别时的干扰。
文档编号H03K17/967GK102571058SQ20111033703
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者刘正东, 姚理觉, 陶冬冬, 龙江, 龙涛 申请人:江苏惠通集团有限责任公司