態(tài)血液(112，114)指動(dòng)脈毛細(xì)血管中會(huì)隨著心臟收縮和舒張而變化的脈動(dòng)血液。靜態(tài)血液111 一般保持相對(duì)穩(wěn)定的水平，而動(dòng)態(tài)血液(112，114)的容積會(huì)在手指受到觸摸壓力118作用時(shí)發(fā)生變化，手指110施加觸摸壓力118時(shí)，動(dòng)脈毛細(xì)血管受到擠壓，這個(gè)壓力與心臟輸送血液的壓力116共同作用于毛細(xì)血管，使得毛細(xì)血管的血液容積達(dá)到新的平衡。每一壓力值對(duì)應(yīng)一血液容積值，測(cè)量血液容積變化，便可以得到壓力變化。雖然，動(dòng)態(tài)血液(112，114)容積隨著心臟波動(dòng)也在發(fā)生周期性變化，但這種微小的波動(dòng)，相對(duì)于由觸摸壓力118導(dǎo)致的血液容積變化可以忽略不計(jì)。
[0048]光發(fā)射器122發(fā)射的光線121優(yōu)選血液易于吸收的光線，如可以選擇紅光、紅外光或者綠光等，如625nm的紅光、840nm的紅外光、525nm的綠光等，又或者可以選擇上述光線的組合。血液對(duì)發(fā)射的光線121的吸收能力越強(qiáng)，則隨著血液容積的變化其反射光123的強(qiáng)度變化越大，則檢測(cè)效果越好，檢測(cè)精度越高。
[0049]如圖3所示，光發(fā)射器122包括發(fā)光單元202和發(fā)光控制單元204，發(fā)光控制單元204用于控制發(fā)光單元202的發(fā)光強(qiáng)度和發(fā)光時(shí)序，發(fā)光單元202用于在發(fā)光控制單元204的控制下發(fā)射光線。發(fā)光單元202優(yōu)選發(fā)光二極管。
[0050]光檢測(cè)器124可以利用反射光強(qiáng)度與觸摸壓力正相關(guān)的關(guān)系，根據(jù)反射光的強(qiáng)度量化觸摸壓力。
[0051]作為優(yōu)選，光檢測(cè)器124可以將反射光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，利用電信號(hào)的強(qiáng)度來(lái)衡量反射光的強(qiáng)度，電信號(hào)的強(qiáng)度與反射光的強(qiáng)度呈正相關(guān)，電信號(hào)隨著反射光的增強(qiáng)而增強(qiáng)，隨著反射光的減弱而減弱。
[0052]如圖4所示，光檢測(cè)器124包括光電傳感器206和分析處理單元207，其中:光電傳感器206用于感應(yīng)并接收反射光，將反射光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；分析處理單元207用于對(duì)電信號(hào)進(jìn)行分析處理，獲取電信號(hào)的強(qiáng)度，根據(jù)電信號(hào)的強(qiáng)度量化觸摸壓力。
[0053]如圖5所示，為光發(fā)射器122和光檢測(cè)器124中各單元模塊的連接示意圖。其中，分析處理單元207包括依次連接的前級(jí)處理模塊208、數(shù)據(jù)采集模塊210、數(shù)據(jù)處理模塊212和反饋調(diào)節(jié)模塊214，前級(jí)處理模塊208還分別與光電傳感器206和反饋調(diào)節(jié)模塊214連接，數(shù)據(jù)處理模塊212還與光發(fā)射器122的發(fā)光控制單元204連接。其中:
[0054]前級(jí)處理模塊208:用于對(duì)光電傳感器206轉(zhuǎn)化的微小的電信號(hào)進(jìn)行處理，包括濾除電信號(hào)中的固定基準(zhǔn)信號(hào)并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大處理。
[0055]如圖6所示，前級(jí)處理信號(hào)208的輸入信號(hào)中包括固定基準(zhǔn)信號(hào)和反映壓力波動(dòng)的信號(hào)。固定基準(zhǔn)信號(hào)是指不會(huì)隨血液容積的變化而變化的信號(hào)，如圖中陰影部分，是身體部位中的骨骼等組織反射回來(lái)的恒定信號(hào)，在電信號(hào)中體現(xiàn)為直流信號(hào)；而由血液反射回來(lái)的信號(hào)在手指壓力作用下則體現(xiàn)為電信號(hào)中的交流信號(hào)，這部分信號(hào)是檢測(cè)觸摸壓力的有用部分。前級(jí)處理模塊208可以采用放大器、積分器等裝置實(shí)現(xiàn)濾除和放大功能。在濾除了固定基準(zhǔn)信號(hào)后，放大反映壓力波動(dòng)的信號(hào)并輸出，使得后級(jí)模塊可以僅針對(duì)有用信號(hào)部分進(jìn)行處理。
[0056]數(shù)據(jù)采集模塊210:用于對(duì)前級(jí)處理模塊208處理后的電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將電信號(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)采集模塊210可以采用ADC(Analog-to-DigitalConverter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)來(lái)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。
[0057]數(shù)據(jù)處理模塊212:用于分析處理數(shù)據(jù)采集模塊210采集的數(shù)字信號(hào)，獲取數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)度，利用數(shù)字信號(hào)強(qiáng)度與觸摸壓力的正相關(guān)關(guān)系，根據(jù)數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)度量化觸摸壓力的檢測(cè)結(jié)果。數(shù)據(jù)處理模塊212可以采用MCU(Microcontroller Unit，微控制單元)。
[0058]此外，由于身體不同部位(如不同手指)、不同人體在壓力下血液容積變化或血液吸收光線的特性可能不盡相同，因此數(shù)據(jù)處理模塊212還根據(jù)分析處理結(jié)果控制反饋調(diào)節(jié)模塊214調(diào)節(jié)前級(jí)處理模塊208的濾除參數(shù)，以使檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，同時(shí)還控制發(fā)光控制單元204調(diào)節(jié)發(fā)光單元202的發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光時(shí)序等，以保證經(jīng)身體部位反射回來(lái)的信號(hào)在前級(jí)處理模塊208的有效動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。反饋調(diào)節(jié)模塊214可以采用DAC (Digital to analogconverter,數(shù)模轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行濾除參數(shù)的調(diào)節(jié)。
[0059]如圖7所示，為光發(fā)射器122的一種具體實(shí)現(xiàn)方式的電路示意圖。其中，發(fā)光控制單元204包括驅(qū)動(dòng)電流源304，驅(qū)動(dòng)電流源304在控制信號(hào)306的控制下，驅(qū)動(dòng)發(fā)光單元202(如發(fā)光二極管)發(fā)光，控制信號(hào)306可以是單個(gè)脈沖信號(hào)，也可以是連串脈沖，或其他自定義的信號(hào)格式。
[0060]如圖8所示，為光檢測(cè)器124的一種具體實(shí)現(xiàn)方式的電路示意圖(其中省略了數(shù)據(jù)處理模塊212)。光電傳感器206感應(yīng)經(jīng)過(guò)身體部位反射回來(lái)的反射光生成感應(yīng)電流，感應(yīng)電流經(jīng)過(guò)前級(jí)處理模塊208進(jìn)行一系列處理后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后輸送至數(shù)據(jù)采集模塊210 (ADC)。其中，前級(jí)處理模塊208包括并聯(lián)的跨導(dǎo)放大器314、反饋電阻312和電容310，跨導(dǎo)放大器314的參考電壓(Vref)可調(diào)節(jié)，反饋電阻312可以根據(jù)光電傳感器206的信號(hào)強(qiáng)度選擇合適的阻值，電容310為限帶寬的電容，可以限制電路工作在合理的帶寬范圍內(nèi)。反饋調(diào)節(jié)模塊(DAC)優(yōu)選通過(guò)一濾波器(Filter)與跨導(dǎo)放大器314的同向端連接。數(shù)據(jù)處理模塊212根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊210(ADC)采集到的電信號(hào)316的強(qiáng)度控制反饋調(diào)節(jié)模塊(DAC)調(diào)節(jié)跨導(dǎo)放大器314同向端的參考電壓Vref (即濾除參數(shù))，以保證跨導(dǎo)放大器314輸出不會(huì)飽和。
[0061]如圖9所示，為觸摸壓力、觸摸部位的血液容積以及上述觸摸壓力檢測(cè)裝置檢測(cè)到的電信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其中:
[0062]如圖9A所示，為血液容積與觸摸壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系:結(jié)合參見圖2，手指110施加壓力118時(shí)，動(dòng)脈毛細(xì)血管受到擠壓，施加的壓力118與心臟輸送血液的壓力116共同作用于毛細(xì)血管，流入手指觸摸部位的血液112會(huì)明顯減小，使得毛細(xì)血管的血液容積達(dá)到新的平衡。每一壓力值對(duì)應(yīng)一血液容積值，壓力越大，血液容積越小。
[0063]如圖9B所示，為血液容積與觸摸壓力檢測(cè)裝置檢測(cè)到的電信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系示意圖。結(jié)合參見圖2，當(dāng)血液容積在手指壓力118作用下變小時(shí)，血液對(duì)光發(fā)射器122所發(fā)射的光線121的吸收能力降低，從而使得光檢測(cè)器124接收到的反射光線123強(qiáng)度增大，轉(zhuǎn)化的電信號(hào)隨著增大，即血液容積越小，電信號(hào)越大。由此可見，反射光123的強(qiáng)度與觸摸壓力118呈正相關(guān)關(guān)系。
[0064]如圖9C所示，為觸摸壓力與觸摸壓力檢測(cè)裝置檢測(cè)到的電信號(hào)的變化關(guān)系。由以上分析知，隨著觸摸壓力增大，觸摸蓋板的身體部位的毛細(xì)血管受到壓力擠壓而使得該身體部位中的血液容積變小，進(jìn)而使得該部位的血液對(duì)光線的吸收能力減弱，反射光強(qiáng)度增強(qiáng)，最終使得光檢測(cè)器檢測(cè)到的電信號(hào)增強(qiáng)，因此觸摸壓力檢測(cè)裝置檢測(cè)到的電信號(hào)與觸摸壓力呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。
[0065]本發(fā)明的觸摸壓力檢測(cè)裝置，可以應(yīng)用于各種電子設(shè)備，如可以應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端；并且可以與移動(dòng)終端上的不同部件結(jié)合，應(yīng)用在移動(dòng)終端的不同位置，如移動(dòng)終端的觸控面板、home鍵的位置，指紋識(shí)別傳感器的位置等。
[0066]本發(fā)明的觸摸壓力檢測(cè)裝置，通過(guò)向有觸摸動(dòng)作的身體部位發(fā)射光線，并接收經(jīng)身體部位中血液反射回來(lái)的反射光線，根據(jù)反射光的強(qiáng)度獲取身體部位產(chǎn)生的觸摸壓力，實(shí)現(xiàn)了以光學(xué)方式檢測(cè)觸摸壓力。這種方式相對(duì)于傳統(tǒng)的電容檢測(cè)法和壓敏電阻檢測(cè)法，具有檢測(cè)靈敏度高、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。
[0067]參見圖10，提出本發(fā)明的觸摸壓力檢測(cè)方法一實(shí)施例，所述方法包括以下步驟:
[0068]S11、透過(guò)蓋板向觸摸其的身體部位發(fā)射具有特定波長(zhǎng)的光線。
[0069]發(fā)射的光線優(yōu)選為易于被血液吸收的625nm的紅光、840nm的紅外光或者525nm的綠光等，又或者是上述光線的組合。
[0070]S12、接收身體部位反射回來(lái)的反射光。
[0071]本步驟S12中，發(fā)射的光線照射到身體部位(如手指)后，一部分光線被身體部位吸收，另一部分光線