用于确定在给定的表面上的物体的位置的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于检测在电子装置的给定的测量表面上的至少一个物体的存在和/或用于确定在电子装置的给定的测量表面上的至少一个物体的位置的方法。

本发明还涉及用于实现所述方法的用于检测在测量表面上的至少一个物体的存在和/或用于确定在测量表面上的至少一个物体的位置的电子装置。

背景技术

检测诸如在屏幕(诸如触摸屏)上的用户的手指的物体的位置是熟知的。几种技术可以被用于该目的。这些技术例如基于电阻或电容的测量，或者还基于光线的中断(也就是说光线的掩蔽)，或者基于表面波(诸如超声)的衰减。

这些技术可以被分类成两个类别。一个类别基于给定的测量表面的分立区段，并且另一类别基于沿着两个轴X、Y的幅度的线性变化。电容性传感器系统和基于光的那些系统一般落入在分立区段类别中。所有电容性触摸屏例如由被通过绝缘层分离而无接触地交叉的行和列的阵列制成，或者由每个被单独地连接到检测电路的一组分立的排列部制成。在现有技术中，一般地，基于光的系统还使用彼此相对地设置的光源和传感器，构成行和列的阵列。在这些前面提到的系统中，是分立的排列部或列与行之间的交叉部的激活信息给出了位置。电阻性的或表面波技术的屏幕使用沿着两个正交的轴测量的线性变化来确定接触位置。

在由电极阵列组成的电容性类型的触摸屏的情况下，对触摸键的激活的检测基于通过连接到振荡器来对信号的频率上的修改进行测量，如在专利EP1324162B1中描述的那样。这不允许在通过触摸屏上的手指激活(多个)键之前在任何可能修改该频率的环境中(例如在水下)使用触摸屏。可以使在每个电极处的信号的频率变化或调制在每个电极处的信号的频率以更可靠地检测触摸键的激活，但是这样的激活的标识要求对于表处理器而言不怎么重要的处理，这不减少合期望的能量消耗。

在玻璃(氧化铟锡)上广布电容性触摸电极的阵列的情况下，总是需要通过连接导轨将每个电容性传感器电极连接到测量电路。由于每个连接导轨还具有一定的宽度，因此这些不同的连接导轨的布置不可避免地造成浪费空间的问题，并且有时具有用于在触摸键的电极和测量电路之间的连接导轨的通路的一个或两个绝缘层。此外，由于这些电连接而存在若干寄生电容器或接地电容器，并且测量电路必须通过针对各种测量定义并且校准由每个寄生电容器引起的干扰来将这纳入考虑。这使这样的电容性电极的阵列的布置复杂化。

专利申请EP0838737B1描述了在表玻璃下彼此靠近地设置的一组电容性传感器电极。每个电极被通过电导体连接到测量电路。因此，如在上面提到那样，所有电极被通过电导体连接，这造成表壳体中的空间浪费的问题，并且此外存在若干寄生电容器或接地电容器。

发明内容

因此，本发明的目的是通过提供如下的方法来克服现有技术的缺点：所述方法用于通过分析物体对通过传播有益介质的振荡信号的影响来检测在电子装置的测量表面上的至少一个物体的存在和/或确定在电子装置的测量表面上的至少一个物体的位置并且没有电子装置的大量电连接的拥塞。

为此，本发明涉及用于检测在电子装置的测量表面上或者附近的至少一个物体的存在和/或确定在电子装置的测量表面上或者附近的至少一个物体的至少一个位置的方法，方法包括在独立权利要求1中限定的特征。

在从属权利要求2至10中限定了方法的特定步骤。

方法的优点在于如下事实：振荡信号传播介质限定振荡信号的取决于物体(诸如手指)在电子装置的测量表面上的位置而变化的传递函数。因此，通过测量电路的输出点测量由在测量表面上或附近的至少一个物体(诸如手指)的存在而引起的耦合或衰减，以确定物体的位置。输出信号可以被相对于存储的位置参数来数字化和控制，特别是在利用计算机机器来用于对所确定的位置进行学习的学习阶段之后。其可以是传播介质，该传播介质是便携式仪器的玻璃，其中光束被在上测量表面和下表面之间反射。在例如利用表面波的超声信号的情况下，传播介质也可以是表玻璃上的测量表面或者利用设置在表玻璃的下表面或上表面上的压电电极而通过玻璃的厚度。

有利地，电子装置的测量电路在任何类型的电子装置中保持相同而不影响传播介质的形状、尺寸和测量表面上的检测区域的形状、尺寸。测量电路的学习和配置阶段是相同的，使用电信号或光信号或超声信号或电磁振荡信号。这样的电子装置可以容易地装备任何类型的便携式仪器，诸如例如电子表或机电表。

有利地，如果传播介质是电容性传感器电极的阵列，则这不再基于分成行和列的区段也不基于分立的区域，而是基于传播函数的沿着给定的轴的变化。若干个电极被保留在浮置状态下而不通过导电导轨直接连接到测量电路，因为只有在采用矩阵形式的电极阵列的外周处的一些电极被通过导电导轨连接以用于在输入处提供振荡信号以及在输出处接收要被测量的信号。

有利地，具有电容性的电极阵列的电子装置可以被集成到电子表或机电表中。

有利地，传播介质可以是便携式仪器的用于在上测量表面和下表面之间反射的光束的玻璃。

有利地，传播介质可以是玻璃的测量表面或者利用设置在玻璃的下表面或上表面上的压电电极而通过玻璃以传输例如利用表面波的超声信号。

有利地，电子装置可以在学习阶段之后以如下这样的方式配置：识别人的签名或识别在测量表面上绘制的字符。为此目的，利用时间分量并且利用考虑了值X和值Y以及时间分量的配置参数来确定手指在测量表面上的任何移动。

为此，本发明还涉及用于实现用于检测在测量表面上的物体的存在和/或确定在测量表面上的物体的至少一个位置的方法的电子装置，其包括在独立权利要求11中限定的特征。

在从属权利要求12至22中限定了电子装置的特定实施例。

附图说明

下面将使用以非限制性示例的方式给出的所附附图来更详细地描述本发明，在附图中：

-图1部分地示出根据本发明的电子装置，电子装置用于借助于通过传播介质的振荡信号的变化原理来检测在给定的测量表面上的至少一个物体的存在和/或确定在给定的测量表面上的至少一个物体的位置，所述传播介质限定振荡信号的传递函数，

-图2表示根据本发明的电子装置的实施例，电子装置具有采用矩阵形式的电容性传感器电极的阵列，其被连接到用于确定在给定的测量表面上的至少一个物体的位置的测量电路，

-图3示出根据本发明的在传播介质中的输出点处测量的用于本方法的两个正交的输入信号的特定的传播形式，其取决于信扰比的相对于测量点的位置的修改的传递函数，

-图4示出根据本发明的利用测量放大器结构来限定传播介质的采用矩阵形式的电容性传感器电极阵列的简单的等效模型，

-图5示出根据本发明的作为传播介质的电容性传感器电极阵列的第一实施例，对其而言每个电极是梳状结构的以便与每个邻近的电极部分地互锁，

-图6示出根据本发明的作为传播介质的电容性传感器电极阵列的第二实施例，其由方形形状的电极组成，

-图7示出根据本发明的作为传播介质的电容性传感器电极阵列的第三实施例，其由六边形形状的电极组成，

-图8示出形成连接到被部分地提供用于测量在图3中示出的振荡信号的电极阵列的测量电路的一部分的测量和激励装置的实施例，

-图9示出根据本发明的电子装置的一部分的第一实施例，电子装置的该部分用于确定在诸如用于传播光信号的玻璃的传播介质中的给定的测量表面上的至少一个物体的位置，

-图10示出根据本发明的电子装置的一部分的第二实施例，电子装置的该部分用于确定在诸如用于传播来自两个光源的光信号的玻璃的传播介质中的给定的测量表面上的至少一个物体的位置，以及

-图11示出根据本发明的电子装置的一部分的第三实施例，电子装置的该部分用于确定在诸如用于传播来自束的组合的光信号的玻璃的传播介质中的给定的测量表面上的至少一个物体的位置，其中所述束来自两个光源。

具体实施方式

在下面的描述中，仅以简化的方式描述了电子装置的所有组件，电子装置用于检测在给定的测量表面上的至少一个物体的存在和/或确定在给定的测量表面上的至少一个物体的位置，电子装置的组件对于本领域技术人员来说是熟知的。

图1部分地示出了如下的电子装置：该电子装置特别是用于实现用于检测在电子装置的给定的测量表面上或附近的至少一个物体D的存在和/或确定在电子装置的给定的测量表面上或附近的至少一个物体D的位置的方法。在图1的左侧上不存在物体，而在图1的右侧上物体D被放置在测量表面的在电子装置的检测区域中的位置上或附近。优选地，电子装置可以装备便携式仪器，诸如电子表或机电表。

至少一个振荡信号Sin被提供到振荡信号传播介质2的第一部分的至少一个输入点。每个振荡激励信号可以处在400 kHz量级的频率下而非必需被限制于该值。传播介质2限定针对(多个)振荡信号的传递函数，从而(多个)振荡信号的幅度或任何其它可测量的性质取决于该介质的局部性质。振荡信号Sin可以通过传播介质2并且可以在一个或多个输出点Sout处被接收或拾取，一个或多个输出点Sout是不同的，并且与传播介质2的在测量表面的检测区域中的第二部分间隔开。

在该图1中，设置在传播介质2的四个角部中的四个输出点Sout被示出为覆盖测量表面的整个检测区域，但是不限制于输出测量信号Sout的更多或更少的输出点。如在图1的右侧上示出的那样，由在测量表面上或附近的至少一个物体D(诸如手指)的存在引起的耦合或衰减因此是利用输出点而在通过介质的振荡信号上测量的。注意，图1的右侧的右边部分上的振荡输出信号Sout与图1的左侧的右边部分的振荡输出信号Sout相比具有减小的幅度。另一方面，在图1的右侧和左侧的左边部分上的振荡输出信号Sout相对于振荡输入信号Sin在幅度上变化，但是并不由于在测量表面上有或没有物体D而变化。因此，可以注意到物体D通过对介质的传递函数的修改而对从左传递到右的振荡信号的影响。

如在上面指示的那样，即使在测量表面上没有物体存在，也可以在电子装置中测量到振荡信号的衰减。在这种情况下，振荡信号的衰减(也就是说被拾取的所述振荡信号的减小的幅度)取决于振荡信号Sin的输入点和针对要被测量的信号Sout的输出点之间的距离。

应当注意，诸如基准振荡信号的振荡信号可以是电信号、或光信号、或超声信号(表面波等)、或电磁信号。振荡信号也可以是通过混合超声压力波和局部电气特征或光学特征(被由与超声波的传播相关的在厚度上的变化调制的电容，或者通过超声波的表面角度耦合的被调制的光学FTIR)而创建的信号。在光信号的情况下，传播介质可以直接是表玻璃，其中光束在上表面和下表面之间反射，上表面是测量表面。在例如利用表面波的超声信号的情况下，传播介质也可以是表玻璃上的测量表面或者利用设置在表玻璃的下表面或上表面上的压电电极而通过玻璃的厚度。

由于被修改的振荡信号Sout在其在传播介质2中的路径期间的不同的测量输出点，电子装置的测量电路(图1中未示出)能够取决于介质传递函数的修改来确定物体D在测量表面的检测区域中的位置。然而，由于可能意图将电子装置装备于具有低能量消耗的电子表或机电表，因此学习在测量表面上或附近的物体D的不同位置的阶段可以由与电子装置通信的学习机器或设备来执行。在可能的随后的学习阶段(其在产品制造阶段之后)的情况下，可以设想无线通信，目的是简化用户接口并且允许对于给定的用户的专门学习。可以利用移动电话(“智能电话”)，其具有例如关于要在触摸传感器上(也就是说在测量表面上)执行的不同图案对用户进行引导的经适配的程序。

该学习阶段允许通过学习机器来确定在测量表面上的物体D的在X和Y上的确切位置(例如使用机器人定位系统来精确地限定位置XY)，学习机器跟从取决于在测量电路中测量的振荡信号的物体D位于其上的并且被传输给学习机器的不同的位置。由学习机器确定的在测量表面上的不同位置的在X和Y上的不同的值被传输并且被存储在电子装置的存储器中。一旦经过该学习阶段，电子装置就可以容易地执行随后的对放置在测量表面上或附近的任何物体的位置的确定。

当然，可以预备为在与传播介质2的第一部分间隔开的不同的输入点处提供若干个振荡信号Sin，以便由传播介质2的第二部分的一个或多个输出点Sout接收以用于测量物体D在测量表面上的位置。振荡信号的不同的输入点或不同的输出点被间隔开以允许有优选地在传播介质2的外周处的良好的分布，以便由测量电路精确地确定物体在测量表面的检测区域中的任何位置。该检测区域通常被限定在输入点和输出点之间或者还涵盖它们。在测量表面上的诸如手指的物体的存在影响传播介质2的局部性质，引起所接收的信号的性质相对于其位置的一些修改。

在本描述的其余部分中，将仅提及采用用于电子装置的触摸屏的电容性传感器电极阵列的形式的传播介质。这种电极阵列一般被设置在非导电支承部或非导电保护屏下方，例如与表玻璃连接。然而，取决于用于测量在测量表面上的物体的位置的振荡信号的类型，可以考虑任何其它的传播介质。另外，与所使用的介质的传递函数相关的各种测量可以是相位、幅度或者还有信号在介质中的行进时间。

图2示出包括限定振荡信号传播介质的电容性传感器电极2的阵列的电子装置1的实施例，电容性传感器电极2的阵列被连接到测量电路10。根据该新的检测构思，采用矩阵形式的该电极2的阵列不再包括一组分立的测量点，而是作为其中仅若干个不同的点被测量的分立的或连续的矩阵。该电极阵列采用棋盘的形式，其中电极2被整齐地分组在一起并且彼此精细地间隔开。

替代测量局部电容值来确定位置，链接到测量电路10的新电极阵列2利用对传输性质相对于一组可能的路径的整体测量来进行操作。作为物体的手指的存在通过引起在各个输出上接收到的振荡信号的性质的某些修改而影响传播介质的局部性质。

因此电极阵列2包括电容性电极2的主要部分，其是浮置类型的，也就是说，没有被通过导电导轨连接到测量电路10或邻近的电极。只有一些电极(通常这些电极在电极矩阵的外周处)被用于接收一个或多个振荡输入信号Srn、Srn+1并且在输出Soutn处提供一个或多个测量信号，以利用测量电路10确定放置在电极阵列上的物体的位置。只有用于连接到用于测量的电极2的导轨被连接到测量电路10。

如在图2的该实施例中示出的那样，可以在不同的输入端口和输出端口处交换不同的激励和测量。在给定的时间处，预备两个振荡输入激励信号Srn和Srn+1，每个信号被提供给相应的电极2，同时彼此充分地间隔开。这两个电极2位于振荡信号传播介质的第一部分的外周处。优选地，预备第一振荡激励信号Srn和第二振荡激励信号Srn+1，第一振荡激励信号Srn是模拟宽带信号，第二振荡激励信号Srn+1是模拟正交信号。因此，可以看到(多个)输入信号在传递介质中传播到电容性电极阵列的输出(但是在此传播到输出电极2)以提供测量信号Soutn的方式。该输出电极2位于传播介质的第二部分中，并且优选地与两个输入电极相距得远以便能够覆盖电子装置1的测量表面的大部分检测区域。连接输入Srn、Srn+1信号的电极2和输出Soutn信号的电极2的三角形覆盖检测区域的部分。测量电路10必须一方面负责检测在测量表面上或附近的至少一个物体的存在，并且还负责确定物体在电极阵列上的位置。

因为可以考虑更大数量的激励信号，所以针对激励信号自发地给出标号Srn(而不是Sr1)和标号Srn+1(而不是Sr2)。这对于输出测量信号的标号Soutn(而不是Sout)同样成立，因为可以考虑更大数量的输出测量信号。

为了提供激励信号Srn和Srn+1并且接收(多个)输出信号Soutn，测量电路10本质上包括测量和激励装置11。测量电路10还包括神经网络13，神经网络13接收来自测量和激励装置11的相继的测量信号，以确定物体在测量表面上的位置X和位置Y。然而，对于测量装置1而言，事先执行学习物体在测量表面上的位置的初始阶段。为此目的，测量电路10包括通信控制器12以通过无线数据信号Scom1或通过数据信号Scom2进行通信，以用于直接连接到学习机器16。

如在下面解释的那样，通过由计算机机器16训练神经网络以限定阵列的有手指位于其上的按X和Y的位置来执行对物体(例如手指)在电极2的阵列上的确切位置的确定。随后，响应于在根据手指在阵列上的位置而考虑了每个输出信号的变化的情况下数字化的若干个测量信号Sout，于是由包含在测量电路10中的神经网络13确定手指的确切位置。由学习机器16确定的在测量表面上的不同位置的按X和Y的不同的值被传输并且存储在测量电路10的存储器14中。该存储器14可以是闪速(FLASH)类型的存储器，其在确定神经网络13的位置时提供与由学习机器16传输的按X和Y的值相关的突触权重。

应当注意，电子装置1还可以能够给出附加的输出值，其表示例如在电极阵列矩阵上的手指的倾斜角度。此外，还预备为能够随着时间的经过而确定在电子装置1的测量表面上的手指D的移动，以便产生签名或字母字符，如下面在本描述的结尾处解释的那样。在这种情况下并且在学习阶段之后，必须考虑时间以确定在电子装置1中的测量表面上的轨迹。因此除了被由学习机器传输并且存储在电子装置1的存储器中的物体在测量表面上的位置的按X和Y的不同的值之外，手指在测量表面上的移动的时间或时段的值也必须由电子装置1学习。装置可以包括用于定时操作的时基或振荡器。

电子装置1被提供以例如装备表，诸如电子腕表或机电腕表，并且电极阵列2可以被设置在未示出的非导电保护屏下方，非导电保护屏的上表面被用作为电子装置1的测量表面。优选地，玻璃上的透明电极2的阵列(例如通过铟锡氧化物扩散来产生)可以被直接设置在表玻璃下方，或者还可以设置在被安装在表玻璃上的小厚度的透明保护屏下方，如在合并于此的专利EP 2988180 B1中指示的那样(参照图2、段落[0028]和[0029])。

在图2中，电子装置1在测量电路10中还可以包括用于通信数据信号Scom1或Scom2的控制器12。该控制器12可以被用于允许通过到外部计算单元(例如，移动电话“智能电话”或平板)的该简化的连接来执行特定于给定的用户(例如个性化签名)的学习阶段。也可以在产品16的生产期间执行的初始学习阶段(“机器学习”)期间建立与工业学习机器的有线通信Scom2。

因此，对于使用“机器学习”原理的电子装置1而言，必须存在该初始学习阶段，也就是说，根据由使用非回归算法的计算机机器进行的对振荡通过传播介质2的信号的测量的位置确定。因此来自电子装置1的数字测量值被传输到计算机机器16。针对在测量表面上的物体的不同的位置通常传输若干个不同的数字值。

初始化阶段有利地是在装置10外部而在强大的计算机机器中实行的。测量电路的消耗可以因此被减少为神经网络的简单消耗，各种突触权重是在学习阶段期间定义的，然后被存储在测量电路10的非易失性存储器中。测量电路10因此表现得像如下的滤波器：该滤波器可以被针对于浮置电极矩阵(或者在没有电极的替换的情况下的传播介质)的任何几何形状参数化。通过由计算机机器训练神经网络以限定阵列的有手指位于其上的按X和Y的位置，来执行对物体(例如手指)在电极阵列2上的确切位置的确定。响应于在根据手指在阵列上的位置而考虑了每个输出信号的变化的情况下数字化的若干个测量信号Sout，于是由包含在测量电路10中的神经网络确定手指的确切位置。

应当注意，计算机机器可以简单地是如所示出的移动电话16，其与所连接的带有触敏表蒙(crystal)的表的电子装置1具有信号Scom的无线通信。例如在近场中可以在电子装置1和移动电话16之间建立通信。

在学习阶段结束时，诸如神经网络的突触参数和权重的数据被存储在电子装置1的电路10的存储器中。一旦被利用在学习阶段期间确定的突触权重参数化，电子装置1就可以容易地确定与每个输出信号Sout的形状相反的在电极2的阵列上的手指的放置位置。因此通过在没有主要消耗的情况下在学习阶段之后确定位置从而在测量电路10中获得位置计算的简化。

还应当注意的是，在电容性触摸装置的具体情况下，本发明提出通过并置导电电极2——导电电极2具有在每个电极之间的低的空间要求并且在电极阵列中是被隔离的——来创建有益于振荡电信号的传播并且符合上面的标准的介质。所有电极限定了测量表面的检测区域。以这种方式，振荡信号可以通过边缘电容器效应从导电电极2传播到其邻近电极。在测量表面上方小距离(典型地为覆盖电极的非导电保护屏的厚度)处的诸如手指的物体的存在对该电极2的阵列施加衰减(通过耦合到地)和增强(通过增加边缘电容的电容率)的组合效应，该组合效应影响了不同的测量点和注入点之间的振荡信号的传递函数，并且这根据手指的位置而变化。

图3示出用于该方法的两个正交的输入信号Sr1和Sr2的传播的特定形式，该两个正交的输入信号在传播介质中的输出点Sout处被测量。该测量原理与已经参照用于检测在电子装置的给定的测量表面上或附近的至少一个物体的存在和/或确定在电子装置的给定的测量表面上或附近的至少一个物体的位置的方法的图1所描述的不同，因为其寻求获得抵抗自然噪声上的变化的一定的鲁棒性。因此存在第一激励信号Sr1，其是宽带模拟信号，被提供到阵列的第一电极2，并且存在由阵列的与第一电极间隔开的第二电极2提供的干扰。该干扰信号Sr2被选择为与激励信号Sr1正交。由此，于是能够在总的信噪比(SNR)充分大于电子装置的限制时限定更恒定得多并且被相对于自然噪声的变化限定的信扰比。如在图3中示出的那样，存在相对于测量点的位置的在信扰比上的修改。

如下面将在图8中解释的那样，测量输出信号Sout被由ADC转换器转换成数字信号。然后，对宽带信号进行投影以给出传递函数fct(A2/A1)，其中A1是激励信号Sr1的衰减并且A2是在测量点处正交信号Sr2的衰减。可以确定放置在检测区域中的手指在输入Sr1和输出Sout之间的影响。还对正交信号进行投影以给出传递函数fct(A1/A2)。随后，两个函数fct(A2/A1)和fct(A1/A2)被相减以给出测量电路的输出数字测量信号Fct(A1，A2)，该输出数字测量信号在N比特上并且可以在如先前描述的初始学习阶段中被传输到学习机器。

图4仅示出采用矩阵形式并且限定传播介质的电容性传感器电极2的阵列的简单等效模型，其具有连接到阵列的输出的测量放大器4的结构。输入电阻器Rin被从阵列连接到放大器4的负端子，而其正输入被链接到地。测量电阻器R2连接放大器4的负端子和其输出。被链接到地的寄生电容器Cp保持在输入电阻Rin和测量电阻R2之间的连接节点处。

被称为浮置电极Cf(也就是说未被连接)的电极2的阵列可以在模拟中被近似为布置成梳状(边缘)形状的互电容器的阵列，具有到地电容器Cb的矩阵。当利用手指的位置完成该简单模型时，两个主要参数受到影响。一方面，被由手指触摸或靠近的电极获得更大的到地电容值，并且另一方面，由于手指组织的高ε值(水，ε=80)，直接接近手指的电极获得更大的互电容值。

等效于手指模型规模的电阻被估计为在兆欧姆的范围内，但是实际情况可能更复杂。然而，下面列出的两个效应获得互补的效应，即，到地电容值的增加减少了源到测量点的耦合，并且边际电容器的增加将更多的信号从源耦合到测量点。

大量的参数表征所使用的阵列的结构。必须考虑至少大于9个电极的电极数量，例如16个、20个、50个、100个或更多个的电极，它们的形状和尺寸小于1 mm，具有将它们分离开的例如50μm或35μm或甚至更小的距离，具有到给定的接地平面的距离。更进一步地，很快变得明显的是，检测结构或前置放大器的输入电容器降低了信号电平。这简单地归因于梳状形状的电极的齿之间的电容分配器结构和到地的电容测量值。由于这个原因，使用反相4放大器结构。

与另外的可能的方式相比，图4的这种结构具有一些优点，下面列出了这些优点：

-高阻抗阵列“看到”实现非常低的寄生的到地电容值的电阻，尤其是当分立的组件被用于构建输入检测放大器时。

–对应的集成结构允许减少ESD保护，并且甚至在输入电极上删除它们。

-整体的结构获得高通函数。

-由于阵列的非常高的阻抗(仅边际电容器与接地电容器并联)，通过在串联电阻器后面发送激励信号，同一输入电极可以变成激励电极。

像这样，应当注意，已经测试了采用矩阵形式的若干种电极阵列结构。可以考虑生产如在图5、图6和图7中示出的电极阵列。

图5示出作为传播介质的电容性传感器电极阵列的第一实施例，对于该传播介质而言每个电极具有梳状形状的结构以与每个邻近的电极部分地互锁。因此，仅示出了四个电极2、2'、2''、2'''，其中的每个包括X形状或十字形状的基部2b以及从X形状的基部延伸并且被设定尺寸以从基部2b的每个分支形成四个小方形的齿2p。四个小方形的齿2p与基部2b形成每个方形形状的电极。每个电极的每个小方形的齿与邻近的电极的另一小方形的齿互锁。

当然，实际上需要多于四个的电极来产生电极阵列。这种具有低的边缘电容值的电极阵列导致最高的相对于在阵列上的手指的位置的信号变化动态。这简单地由于手指至地的电容值在所观察的频率范围中起支配作用的事实。此外，当耦合边缘被减小时，手指接地效应(在1 pF的范围内)变得更大得多。

图6示出电容性的电极阵列的第二实施例。在这种情况下，电极阵列由采用矩阵形式的一组方形形状的电极2形成。当然，寻求减小每个邻近的电极之间的空间以限定电子装置的电极2的阵列。

图7示出电容性的电极阵列的第三实施例。在这种情况下，电极阵列由具有六边形形状并且被分布为蜂窝的一组电极2形成。当然，寻求减小每个邻近的电极之间的空间以限定电子装置的电极2的阵列。

图8示出电子装置1的实施例，电子装置1具有电极2的阵列(电容性传感器的矩阵)和部分地被提供用于测量上面参照图2和图3描述的振荡信号的测量电路10。电极2的阵列接收第一激励信号Sr1和第二正交信号Sr2，每个信号被提供到相应的电极2。电极2的阵列提供基于振荡信号的取决于放置在测量表面上的物体或手指的变化的测量输出信号Sout，如先前解释的那样。

在测量电路10中，输出信号Sout在具有例如呈1比特增益的模拟到数字转换器21中被转换成数字信号。利用数字信号处理来寻求在测量期间获得最低的可能的功率耗散，并且寻求将模拟到数字转换器21保持为尽可能简单。

在对输出信号Sout进行数字转换之后，经由复数投影算子22执行信号投影，其接收来自成为数字信号的第一激励信号Sr1的激励信号原型的单元25的数字信号。当激励信号具有恒定的频率时，这种简单的投影方式实际上对应于简单的带宽滤波。然而，不推荐使用恒定的频率，因为具有类似于激励信号的频率的干扰可能破坏测量。由于该原因，在测量期间扫描信号的频率，这允许消除固定电位干扰的问题。

在测量电路10中，投影构思是即时完成的并且不要求任何采集存储器信号，并且跟随有积分器的简单的乘法器结构足以提供投影的结果。为了实现良好的对于相位变化的鲁棒性，使用利用复数投影算子22的复数信号投影。该复数投影算子22的输出由相位累加器Cplx 23(积分器)接收，产生数字投影信号的实部和虚部。

在电子装置1的初始学习阶段期间正是累加器23的输出处的每个N比特数字信号被相继地传输到学习机器。

累加器23还被连接到逻辑控制单元24，其可以是处理器或者更确切地说是微控制器，其中还可以例如提供存储器以存储初始学习阶段之后的所有配置参数(突触权重)。测量电路的数字化的输出信号的所有复数值被连同相关联的位置XY一起用于学习阶段，并且被存档在数据库的外部硬盘上(以便准备学习阶段)。

逻辑控制单元24包括相位发生器。该相位允许生成激励信号和投影信号。

控制逻辑单元24将相位信号发送到成为数字信号的第一激励信号Sr1的激励信号原型的单元25和正交于第一信号Sr1的成为数字信号的第二激励信号Sr2的激励信号原型的单元26。第一激励信号Sr1的激励信号原型的单元25的输出在第一数字到模拟转换器DAC27中被转换以将第一振荡激励信号Sr1提供到电极阵列2。第二激励信号Sr2的激励信号原型的单元26的输出在第二数字到模拟转换器DAC 28中被转换以提供与电极阵列2正交的第二振荡信号Sr2。

作为对于作为传播介质的电极阵列的替换，图9至图11示出部分地示出用于确定在其中传播介质被适配用于传输光信号(光学信号)的测量表面上的物体的至少一个位置的电子装置的三个实施例。传播介质是便携式仪器的玻璃32，诸如例如表玻璃。为了确定在测量表面上的物体(诸如手指D)的位置，使用光学中的衰减全内反射(FTIR或“受抑全内反射(Frustrated Total Internal Reflection)”)原理。这种有趣的光学性质一般被用于在正交方向上在内部完全地切断反射光。反过来的情形允许在玻璃中耦合一些正交的光以具有总的衰减的内反射。

电子装置还包括一个或多个光源41、42以用于提供被朝向玻璃32的与其上放置有手指D(要对其位置进行确定)的上测量表面相对的下表面引导的光束31、51。一旦手指D触摸测量表面，就在手指的方向上存在光束的倏逝波耦合的区域。此后，光波34被在玻璃32的下表面和上表面之间反射以由在玻璃的一个端部或边缘处的光电检测器36(其可以是光电二极管)拾取。一个或两个被固定在玻璃32的下表面和/或上表面上的遮光板35被提供在光电二极管36的上方和下方。

根据图9的第一实施例，由一个或多个第一光源(未示出)生成若干光束31。这些光束31被垂直于下表面并且垂直于上表面地引导。取决于手指D在测量表面上的位置，存在由光电二极管拾取的信号的衰减，该衰减取决于手指D和光电二极管36之间的距离。参照图1和图2解释的所有位置学习操作特别地适用于电子装置的该光学变型。

根据图10的第二实施例，预备两个发光二极管41、42，其可以是红外二极管。该两个红外源被调制并且用于以给定的功率梯度照射玻璃32。第一红外二极管41提供第一光辐射31，并且以相对于对于表面的垂线的所限定的角度倾斜，并且这同样适用于提供第二光辐射51的第二红外二极管42。在手指D的方向上到达的第一束31' OOK1与第二光束51'OOK2不同地倾斜。沿着轴X移动手指将或多或少地使第一信号在进行检测的光电二极管36处相对于第二信号进行耦合。因此，确定依赖于距离的光功率比OOK1/OOK2。

最后，根据图11的第三实施例，使用两个被调制的红外源来根据第一光束31 OOK1和第二光束51 OOK2以给定的功率梯度照射玻璃32。在轴X上移动手指D将或多或少地使第一信号在进行检测的光电二极管处相对于第二信号进行耦合。特别是针对第一红外二极管41指示了每个红外二极管的照射百分比或功率梯度(电流比OOK1/OOK2)。因此，确定取决于距离的光功率比OOK1/OOK2。

用于利用光信号传输传播介质确定在测量表面上的物体的至少一个位置的每个电子装置包括测量电路，测量电路接收来自光电二极管36的输出信号并且控制(多个)发光二极管41、42。对于这三个实施例而言，执行学习在测量表面上的物体D的不同位置的相同的初始阶段，如先前已经参照图1和图2描述的那样。

如上面指示的那样，如果电子装置1被安装在电子表或机电表中，则对例如放置在电子装置1的测量表面上的手指的位置的确定可以被用于控制功能。还可以考虑将电子装置用于识别由物体(触笔)或人的手指进行的签名，或者用于识别绘制在测量表面上并且在字符库中找到的字符。像这样，还必须存在由与电子装置连接的计算机机器进行的用于测量表面上的签名或字符识别的学习阶段以确定位置X和Y以及还有时间(针对签名的重要参数)。所有这些数据被传输并且存储在电子装置1中。这允许在确定的时间窗口内利用触笔或手指在测量表面上执行移动，从而电子装置1一旦被配置就容易地确定签名或任何绘制的字符。

根据刚刚已经给出的描述，本领域技术人员可以在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下设计出用于检测在电子装置的测量表面上的至少一个物体的存在和/或确定在电子装置的测量表面上的至少一个物体的位置的方法的若干变型实施例。传播介质还可以是利用在测量表面上的电阻器阵列来配置的。