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1、(10)申请公布号 CN 103902129 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103902129 A (21)申请号 201410144835.4 (22)申请日 2014.04.11 G06F 3/044(2006.01) (71)申请人 中科融通物联科技无锡有限公司 地址 214135 江苏省无锡市新区太湖国际科 技园菱湖大道 200 号中国传感网国际 创新园 E 号办公楼 E1-505 (72)发明人 王嵚 王江 (74)专利代理机构 无锡市大为专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32104 代理人 曹祖良 (54) 发明名称 电容屏多点触摸压力检测方法 (57) 摘要。
2、 本发明提供一种电容屏多点触摸压力检测方 法， 包括下述步骤 ： a) 感知用户触摸行为和触摸 点坐标， 以获得触摸点数和触摸位置 ； b) 通过薄 膜压力传感器采样获取触摸屏的左上角、 右上角、 左下角和右下角的压力值 ； c) 根据收到的各个薄 膜压力传感器的压力测量值、 触摸点数和触摸点 具体位置， 进行各个触摸点的触控压力的计算。 本 发明通过集成多个低功耗薄膜压力传感器与多点 式电容触摸屏， 在正常触摸条件下， 可以通过多个 压力传感器的压力值检测， 获得多个触摸点对应 的压力值， 实现基于压力感知的 （X， Y， F） 表示的 三维坐标系统。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3。
3、 页 说明书 7 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103902129 A CN 103902129 A 1/3 页 2 1. 一种电容屏多点触摸压力检测方法， 其特征在于， 包括下述步骤 ： a). 感知用户触摸行为和触摸点坐标， 以获得触摸点数和触摸位置 ； b). 通过薄膜压力传感器采样获取触摸屏的左上角、 右上角、 左下角和右下角的压力 值， 以上四角的 （x， y） 坐标为已知条件， 分别记为 ： 左上角 （xLT， yLT， FLT） ； 右上角 (xRT， yRT， FRT。
4、) ； 左下角 （xLB， yLB， FLB） ； 右下角 （xRB， yRB， FRB） ； XLT： 表示触摸屏左上角的 x 轴坐标 ； YLT： 表示触摸屏左上角的 y 轴坐标 ； FLT： 表示触摸屏左上角的压力值 ； XRT： 表示触摸屏右上角的 x 轴坐标 ； YRT： 表示触摸屏右上角的 y 轴坐标 ； FRT： 表示触摸屏右上角的压力值 ； XLB： 表示触摸屏左下角的 x 轴坐标 ； YLB： 表示触摸屏左下角的 y 轴坐标 ； FLB： 表示触摸屏左下角的压力值 ； XRB： 表示触摸屏右下角的 x 轴坐标 ； YRB： 表示触摸屏右下角的 y 轴坐标 ； FRB： 表示触。
5、摸屏右下角的压力值 ； c). 根据收到的各个薄膜压力传感器的压力测量值、 触摸点数和触摸点具体位置， 进行 各个触摸点的触控压力的计算 ； 薄膜压力传感器的布设位置及压力值分别为 (xLT， yLT， FLT)、 (xRT， yRT， FRT)、 (xLB， yLB， FLB)、 (xRB， yRB， FRB) ； 对于 n 个触摸点， 对应触摸点位置分别为 （x0， y0） 、（x1， y1） .（xn-1， yn-1） ， 待计算的对 应触摸点压力分别为 F0、 F1.Fn-1； 根据压力与位置关系和空间任意力系平衡的充要条件， 即所有各力在三个坐标轴中每一个轴上的投影的代数和等于零， 。
6、以及这些力对于每一个坐 标轴的矩的代数和也等于零， 上述充要条件表示为式 1-1 ； 式 1-1 Fx： 表示力在 x 轴上投影 ； Fy： 表示力在 y 轴上投影 ； Fz： 表示力在 z 轴上投影 ； Mx： 表示力对 x 轴上力矩 ； My： 表示力对 y 轴上力矩 ； Mz： 表示力对 z 轴上力矩 ； 对式 1-1 进行如下式 1-2、 式 1-3、 式 1-4、 式 1-5 展开 ： 触摸屏所受各力在三个坐标轴中每一个轴上的投影的代数和等于零， 如式 1-2 ； 权 利 要 求 书 CN 103902129 A 2 2/3 页 3 式 1-2 触摸屏所受各力对于 X 坐标轴的矩的代。
7、数和等于零， 如式 1-3 ； 式 1-3 触摸屏所受各力对于 Y 坐标轴的矩的代数和等于零， 如式 1-4 ； 式 1-4 触摸屏所受各力对于垂直方向的矩的代数和等于零， 如下式 1-5 式 1-5 n ： 表示触摸点的个数 ； Fi， Fj表示第 i 或 j 个触摸点的触摸压力值 ； xi： 表示第 i 个触摸点的 x 轴坐标 ； yi： 表示第 i 个触摸点的 y 轴坐标 ； xj： 表示第 j 个触摸点的 x 轴坐标 ； yj： 表示第 j 个触摸点的 y 轴坐标 ； 由式 1-2、 式 1-3、 式 1-4、 式 1-5 的等式左边产生 A 矩阵 ； 由式 1-2、 式 1-3、 式。
8、 1-4、 式 1-5 的等式右边产生 B 矩阵 ； 由未知量 (X0， Y0， F0)， (X1， Y1， F1).(Xn-1， Yn-1， Fn-1) 形成解空间向量 U ： 用最小二乘法和初等变换的方法解线性方程， 如式 1-9 所示 ： ATAU ATB 式 1-9 AT： 表示 A 矩阵的转置矩阵 ； 由式 1-9 通过最小二乘法， 获得各触摸点的压力值 F0、 F1.Fn-1。 2. 如权利要求 1 所述的电容屏多点触摸压力检测方法， 其特征在于 ： 当触摸点为两点 时， A 矩阵如式 1-6 所示 ： 式 1-6 ； B 矩阵如式 1-7 所示 ： 权 利 要 求 书 CN 10。
9、3902129 A 3 3/3 页 4 式 1-7 ； 解空间向量 U 如式 1-8 所示 ： 式 1-8 X0： 表示第 0 个触摸点的 x 轴坐标 ； Y0： 表示第 0 个触摸点的 y 轴坐标 ； F0： 表示第 0 个触摸点的压力值 ； X1： 表示第 1 个触摸点的 x 轴坐标 ； Y1： 表示第 1 个触摸点的 y 轴坐标 ； F1： 表示第 1 个触摸点的压力值。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的电容屏多点触摸压力检测方法， 其特征在于 ： 薄膜压力传感器为四个， 分别设置于电容触摸屏体的下方四角。 4. 如权利要求 1 或 2 所述的电容屏多点触摸压力检测方法， 其特征在于。
10、 ： 当主控芯片完成当前时刻的触摸点数、 触控位置和触控压力检测后， 若用户触控行为 已结束， 则将电容触摸屏控制芯片转换为休眠状态 ； 若用户触控行为仍在持续， 则由电容触 摸屏控制芯片对触摸点数和触摸点对应位置进行继续检测。 权 利 要 求 书 CN 103902129 A 4 1/7 页 5 电容屏多点触摸压力检测方法 技术领域 0001 本发明涉及人机交互领域， 涉及一种触摸屏多点触摸压力的检测方法， 尤其是一 种通过压力传感器与多点式电容触摸屏有机结合， 支持多点触控压力感知的检测方法。 背景技术 0002 触摸屏因具有易操作性、 直观性和灵活性等优点， 已成为个人移动通信设备和综 。
11、合信息终端如平板电脑和智能手机、 超级笔记本电脑的主要人机交互手段。目前市场广泛 应用的触摸屏有电容式触摸屏和电阻式触摸屏， 其中电容触摸屏具有多点触控的功能， 反 应时间快、 使用寿命长和光透过率较高， 用户使用体验优越， 同时随着工艺的逐步成熟， 良 品率得到显著提高， 电容屏价格日益降低， 目前已成为中小尺寸信息终端触控交互采用的 主要技术。 0003 目前的电容触摸屏仅感知屏体所在平面(X， Y轴二维空间)的触摸位置， 难以支持 垂直于屏体平面 (Z 轴 ) 的触摸压力感知。 发明内容 0004 本发明的目的是针对当前触摸屏只能提供二维坐标系统的不足， 提出的在多点式 电容触摸屏下方增。
12、加薄膜压力传感器， 实现对垂直于触摸屏表面的触控压力的准确感知， 将当前触摸的二维感知空间扩展三维感知空间， 即由 (X， Y) 表示的二维坐标系统扩展为 (X， Y， F) 表示的三维坐标系统， 其中 F 表示触摸压力值。本发明采用的技术方案是 ： 0005 一种电容屏多点触摸压力检测方法， 包括下述步骤 ： 0006 a). 感知用户触摸行为和触摸点坐标， 以获得触摸点数和触摸位置 ； 0007 b). 通过薄膜压力传感器采样获取触摸屏的左上角、 右上角、 左下角和右下角的压 力值， 以上四角的 (x， y) 坐标为已知条件， 分别记为 ： 0008 左上角 (xLT， yLT， FLT)。
13、 ； 0009 右上角 (xRT， yRT， FRT) ； 0010 左下角 (xLB， yLB， FLB) ； 0011 右下角 (xRB， yRB， FRB) ； 0012 XLT： 表示触摸屏左上角的 x 轴坐标 ； 0013 YLT： 表示触摸屏左上角的 y 轴坐标 ； 0014 FLT： 表示触摸屏左上角的压力值 ； 0015 XRT： 表示触摸屏右上角的 x 轴坐标 ； 0016 YRT： 表示触摸屏右上角的 y 轴坐标 ； 0017 FRT： 表示触摸屏右上角的压力值 ； 0018 XLB： 表示触摸屏左下角的 x 轴坐标 ； 0019 YLB： 表示触摸屏左下角的 y 轴坐标 。
14、； 0020 FLB： 表示触摸屏左下角的压力值 ； 说 明 书 CN 103902129 A 5 2/7 页 6 0021 XRB： 表示触摸屏右下角的 x 轴坐标 ； 0022 YRB： 表示触摸屏右下角的 y 轴坐标 ； 0023 FRB： 表示触摸屏右下角的压力值 ； 0024 c). 根据收到的各个薄膜压力传感器的压力测量值、 触摸点数和触摸点具体位置， 进行各个触摸点的触控压力的计算 ； 0025 薄膜压力传感器的布设位置及压力值分别为 (xLT， yLT， FLT)、 (xRT， yRT， FRT)、 (xLB， yLB， FLB)、 (xRB， yRB， FRB) ； 0026。
15、 对于 n 个触摸点， 位置分别为 (x0， y0)、 (x1， y1)(xn-1， yn-1)， 待计算的对应触摸点 压力分别为F0、 F1Fn-1； 根据压力与位置关系和空间任意力系平衡的充要条件， 即所有各力 在三个坐标轴中每一个轴上的投影的代数和等于零， 以及这些力对于每一个坐标轴的矩的 代数和也等于零， 上述充要条件表示为式 1-1 ； 0027 式 1-1 0028 Fx： 表示力在 x 轴上投影 ； 0029 Fy： 表示力在 y 轴上投影 ； 0030 Fz： 表示力在 z 轴上投影 ； 0031 Mx： 表示力对 x 轴上力矩 ； 0032 My： 表示力对 y 轴上力矩 ；。
16、 0033 Mz： 表示力对 z 轴上力矩 ； 0034 对式 1-1 进行如下式 1-2、 式 1-3、 式 1-4、 式 1-5 展开 ： 0035 触摸屏所受各力在三个坐标轴中每一个轴上的投影的代数和等于零， 如式 1-2 ； 式 1-2 0036 触摸屏所受各力对于 X 坐标轴的矩的代数和等于零， 如式 1-3 ； 0037 0038 式 1-3 0039 触摸屏所受各力对于 Y 坐标轴的矩的代数和等于零， 如式 1-4 ； 0040 0041 式 1-4 0042 触摸屏所受各力对于垂直方向的矩的代数和等于零， 如下式 1-5 0043 式 1-5 0044 n ： 表示触摸点的个数。
17、 ； 0045 Fi， Fj表示第 i 或 j 个触摸点的触摸压力值 ； 说 明 书 CN 103902129 A 6 3/7 页 7 0046 xi： 表示第 i 个触摸点的 x 轴坐标 ； 0047 yi： 表示第 i 个触摸点的 y 轴坐标 ； 0048 xj： 表示第 j 个触摸点的 x 轴坐标 ； 0049 yj： 表示第 j 个触摸点的 y 轴坐标 ； 0050 由式 1-2、 式 1-3、 式 1-4、 式 1-5 的等式左边产生 A 矩阵 ； 0051 由式 1-2、 式 1-3、 式 1-4、 式 1-5 的等式右边产生 B 矩阵 ； 0052 由未知量 (X0， Y0， F。
18、0)， (X1， Y1， F1)(Xn-1， Yn-1， Fn-1) 形成解空间向量 U ： 0053 用最小二乘法和初等变换的方法解线性方程， 如式 1-9 所示 ： 0054 ATAU ATB 式 1-9 0055 AT： 表示 A 矩阵的转置矩阵 ； 0056 由式 1-9 通过最小二乘法， 获得各触摸点的压力值 F0、 F1.Fn-1。 0057 具体地， 当触摸点为两点时， 0058 A 矩阵如式 1-6 所示 ： 0059 0060 式 1-6 ； 0061 B 矩阵如式 1-7 所示 ： 0062 0063 式 1-7 ； 0064 解空间向量 U 如式 1-8 所示 ： 006。
19、5 式 1-8 0066 X0： 表示第 0 个触摸点的 x 轴坐标 ； 0067 Y0： 表示第 0 个触摸点的 y 轴坐标 ； 0068 F0： 表示第 0 个触摸点的压力值 ； 0069 X1： 表示第 1 个触摸点的 x 轴坐标 ； 说 明 书 CN 103902129 A 7 4/7 页 8 0070 Y1： 表示第 1 个触摸点的 y 轴坐标 ； 0071 F1： 表示第 1 个触摸点的压力值。 0072 本发明的优点 ： 通过集成多个低功耗薄膜压力传感器与多点式电容触摸屏， 在正 常触摸条件下， 可以通过多个压力传感器的压力值检测， 获得多个触摸点对应的压力值， 实 现基于压力感。
20、知的 (X， Y， F) 表示的三维坐标系统。 附图说明 0073 图 1 为本发明的结构组成示意图。 0074 图 2 为本发明的流程图。 具体实施方式 0075 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。 0076 图 1 是本发明实施例的基于压力传感器的三维多点式电容触摸屏组成框图。如图 1 所示， 该电容触摸屏由多点式电容触摸屏体、 电容触摸屏控制芯片、 置于电容触摸屏屏体 下方的薄膜压力传感器、 压力传感器接口芯片和主控芯片组成。 0077 多点式电容触摸屏体是与用户直接交互的实体， 外表面通常为抗刮擦玻璃， 通过 在屏体平面的 X 轴和 Y 轴分别设置由透明导电材料制成的多条信。
21、号驱动线和信号检测线， 形成互电容矩阵， 实现对人体触摸引起的电容变化进行检测。 0078 电容触摸屏控制芯片负责提供电容触摸屏体的驱动信号， 处理电容变化探测信 号， 转换成触摸点数和触摸位置信息， 传送给主控芯片。具体来说， 电容触摸屏控制芯片与 触摸屏屏体内 X、 Y 轴的多条信号驱动线和信号检测线相连， 根据发生电容变化的信号驱动 线和信号感应线对应的编号， 实现多个触控点的检测和定位。为了实现高精度的定位和降 低环境噪声对电容变化检测信号的影响， 电容触摸屏控制芯片通常内嵌门限检测、 噪声信 号滤波和空间插值算法。 0079 薄膜压力传感器置于电容触摸屏体的下方， 具有较高的压力探测。
22、精度和较低的功 耗， 用于感知用户轻触屏体时的压力。 具体地， 薄膜压力传感器布设在触摸屏体的下表面和 设备主机之间， 即电容触摸屏体之下， 用于感知用户触摸屏体产生的触控压力。 薄膜压力传 感器厚度薄， 面积很小， 通常布设在电容触摸屏体的四角 ( 位于屏幕可见显示区外 )， 不会 显著增加触摸屏的总体厚度和边缘宽度。薄膜压力传感器的布设数量可以为 4 个， 布设于 触摸屏的左上角、 右上角、 左下角和右下角。 0080 压力传感器接口芯片完成多个薄膜压力传感器探测值的数字化， 并通过数字接口 与主控芯片相连。 具体地， 压力传感器接口芯片通过导线与薄膜压力传感器相连， 完成多个 薄膜压力传。
23、感器的压力测量值采样， 并通过数字接口将多个传感器测量的压力值传送给主 控芯片。 0081 主控芯片是个人移动通信设备和综合信息终端等设备的 CPU， 负责对压力传感器 接口芯片和电容触摸屏控制芯片发送的数据进行简单融合处理， 得到触摸点数、 各点触摸 位置和对应的触控压力。具体地， 主控芯片根据左上角、 右上角、 左下角和右下角的压力值 计算出当前各触摸点的压力值。 0082 图 2 给出了本发明具体实施例的工作流程图， 具体实现步骤如下 ： 说 明 书 CN 103902129 A 8 5/7 页 9 0083 1. 设备启动 0084 设备启动后， 薄膜压力传感器和压力传感器接口芯片处于。
24、休眠状态， 电容触摸屏 控制芯片处于值守状态， 等待用户的触摸行为。 0085 2. 电容触摸屏对触控行为的探测 0086 当用户触摸屏体时， 处于值守状态的触摸屏感知用户触摸行为和触摸点的 (x， y) 坐标， 以获得触摸点数和触摸位置 ； 处于值守状态的薄膜压力传感器由休眠状态转换至工 作状态。 0087 3. 压力传感器对触控压力的检测 0088 当触摸屏感知到用户的触摸动作和触摸点的 (x， y) 坐标， 处于值守状态的薄膜压 力传感器由休眠状态转换至工作状态， 同时采样触摸屏的左上角、 右上角、 左下角和右下角 的压力值， 以上四角的 (x， y) 坐标为已知条件， 分别记为 ： 0。
25、089 左上角 (xLT， yLT， FLT) ； 0090 右上角 (xRT， yRT， FRT) ； 0091 左下角 (xLB， yLB， FLB) ； 0092 右下角 (xRB， yRB， FRB) ； 0093 XLT： 表示触摸屏左上角的 x 轴坐标 ； 0094 YLT： 表示触摸屏左上角的 y 轴坐标 ； 0095 FLT： 表示触摸屏左上角的压力值 ； 0096 XRT： 表示触摸屏右上角的 x 轴坐标 ； 0097 YRT： 表示触摸屏右上角的 y 轴坐标 ； 0098 FRT： 表示触摸屏右上角的压力值 ； 0099 XLB： 表示触摸屏左下角的 x 轴坐标 ； 010。
26、0 YLB： 表示触摸屏左下角的 y 轴坐标 ； 0101 FLB： 表示触摸屏左下角的压力值 ； 0102 XRB： 表示触摸屏右下角的 x 轴坐标 ； 0103 YRB： 表示触摸屏右下角的 y 轴坐标 ； 0104 FRB： 表示触摸屏右下角的压力值 ； 0105 4. 各触摸点的触控压力的计算 0106 主控芯片根据收到的各个薄膜压力传感器的压力测量值、 电容触摸屏控制芯片获 得的触摸点数和触摸点具体位置， 进行各个触摸点的触控压力的计算 ； 0107 已知 4 个薄膜压力传感器的布设位置及压力值分别为 (xLT， yLT， FLT)、 (xRT， yRT， FRT)、 (xLB， y。
27、LB， FLB)、 (xRB， yRB， FRB) ； 计算方式如下 ： 0108 对于 n 个触摸点， 对应触摸点位置分别为 (x0， y0)、 (x1， y1).(xn-1， yn-1)， 待计算的 对应触摸点压力分别为F0、 F1.Fn-1； 根据压力触控技术中的压力与位置关系和空间任意力 系平衡的充要条件， 即所有各力在三个坐标轴中每一个轴上的投影的代数和等于零， 以及 这些力对于每一个坐标轴的矩的代数和也等于零， 上述充要条件表示为式 1-1 ； 0109 式 1-1 说 明 书 CN 103902129 A 9 6/7 页 10 0110 Fx： 表示力在 x 轴上投影 ； 011。
28、1 Fy： 表示力在 y 轴上投影 ； 0112 Fz： 表示力在 z 轴上投影 ； 0113 Mx： 表示力对 x 轴上力矩 ； 0114 My： 表示力对 y 轴上力矩 ； 0115 Mz： 表示力对 z 轴上力矩 ； 0116 对式 1-1 进行如下式 1-2、 式 1-3、 式 1-4、 式 1-5 展开 ： 0117 触摸屏所受各力在三个坐标轴中每一个轴上的投影的代数和等于零， 如式 1-2 ； 式 1-2 0118 触摸屏所受各力对于 X 坐标轴的矩的代数和等于零， 如式 1-3 ； 0119 0120 式 1-3 0121 触摸屏所受各力对于 Y 坐标轴的矩的代数和等于零， 如式。
29、 1-4 ； 0122 0123 式 1-4 0124 触摸屏所受各力对于垂直方向的矩的代数和等于零， 如下式 1-5 0125 式 1-5 0126 n ： 表示触摸点的个数 ； 0127 Fi， Fj表示第 i 或 j 个触摸点的触摸压力值 ； 0128 xi： 表示第 i 个触摸点的 x 轴坐标 ； 0129 yi： 表示第 i 个触摸点的 y 轴坐标 ； 0130 xj： 表示第 j 个触摸点的 x 轴坐标 ； 0131 yj： 表示第 j 个触摸点的 y 轴坐标 ； 0132 假设触摸点为如图 1 中所示的两点， 具体计算步骤按如下进行。 0133 (1) 由式 1-2、 式 1-3。
30、、 式 1-4、 式 1-5 的等式左边产生 A 矩阵， 如式 1-6 所示 ； 0134 0135 式 1-6 ； 说 明 书 CN 103902129 A 10 7/7 页 11 0136 (2) 由式 1-2、 式 1-3、 式 1-4、 式 1-5 的等式右边产生 B 矩阵， 如式 1-7 所示 ； 0137 0138 式 1-7 ； 0139 (3) 在两点触摸条件下， 未知量为 (X0， Y0， F0)， (X1， Y1， F1)， 形成解空间向量 U， 如式 1-8 所示 ： 0140 式 1-8 0141 X0： 表示第 0 个触摸点的 x 轴坐标 ； 0142 Y0： 表示第。
31、 0 个触摸点的 y 轴坐标 ； 0143 F0： 表示第 0 个触摸点的压力值 ； 0144 X1： 表示第 1 个触摸点的 x 轴坐标 ； 0145 Y1： 表示第 1 个触摸点的 y 轴坐标 ； 0146 F1： 表示第 1 个触摸点的压力值。 0147 (4) 用最小二乘法和初等变换的方法解线性方程， 如式 1-9 所示 ： 0148 ATAU ATB 式 1-9 0149 AT： 表示 A 矩阵的转置矩阵 ； 0150 由式 1-9 通过最小二乘法， 获得各触摸点的压力值 F0和 F1。 0151 主控芯片完成当前时刻的触摸点数、 触控位置和触控压力检测后， 根据压力传感 器对触控行为的探测结果执行相应的处理流程 ： 若用户触控行为已结束， 则将电容触摸屏 控制芯片转换为休眠状态 ； 若用户触控行为仍在持续， 则由电容触摸屏控制芯片对触摸点 数和触摸点对应位置进行继续检测。 说 明 书 CN 103902129 A 11 1/1 页 12 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103902129 A 12 。