CN105556440A - 用于扩展近距离传感器的灵敏度范围的投影电极 - Google Patents

Abstract

一种用于扩展使用互电容感测的触摸和近距离传感器的灵敏度范围的***和方法，该***和方法提供在触摸和近距离传感器上方空间的三维体积中产生电场的投影电极，从而启用触摸和近距离传感器以在相较于不具有投影电极的触摸和近距离感测器更大的距离处精确地检测一个或多个目标的出现以产生更强的电场。

Description

用于扩展近距离传感器的灵敏度范围的投影电极

技术领域

本发明总体涉及一种触摸和近距离传感器。具体地，本发明属于可以执行一个或多个目标的触摸和近距离感测的电容敏感触摸和近距离传感器，以及用于增加触摸和近距离传感器的灵敏度以便通过由使用投影电极(projectorelectrode)而增加在触摸和近距离传感器上方的三维体积的电场的强度，以增加近距离感测的有效性的装置。

背景技术

有多种设计用于电容敏感触摸传感器。有益之处在于，检验基础技术以更好的理解任意电容敏感触摸板可以如何被修改以与本发明一起工作。

公司触摸板是互电容感测装置且在图1中图示作为框图的示例。在这个触摸板10中，X(12)和Y(14)电极和感测电极16的栅格被用于限定触摸板的触敏区域18。典型地，当有空间限制时，触摸板10为大致16×12电极的或8×6电极的矩形栅格。与这些X(12)和Y(14)(或行和列)交错的电极是单个感测电极16。全部位置测量都通过感测电极16进行。

公司触摸板10测量在感测线16上的电荷中的不平衡。当没有指向目标在触摸板10上或靠近触摸板10时，触摸板电路20处于平衡状态，且在感测线16上没有电荷不平衡。当指向目标由于电容耦合产生不平衡时，当目标靠近或触摸触摸表面时(触摸板10的感测区域18)，电容中的改变发生在电极12、14上。测量的是电容中的改变，但并不是电极12、14上的绝对电容值。触摸板10通过测量必须被注入至感测线16上以重新建立或恢复感测线的电荷平衡的电荷的量来确定电容中的改变。

上述***被利用以确定手指在触摸板10上或靠近至触摸板10的位置，如下所述。该示例描述行电极12且对列电极14以相同的方式进行重复。从行和列电极测量获得的值确定在触摸板10上或靠近触摸板10的指向目标的几何中心的交叉。

在第一步骤中，第一组行电极12由来自P、N发生器22的第一信号驱动，以及不同的但邻近的第二组行电极由来自P、N发生器的第二信号驱动。触摸板电路20使用指示哪一行电极最接近指向目标的互电容测量装置26从感测线16获得值。然而，在一些微控制器28的控制下触摸板电路20还不可以确定指向目标位于行电极的哪一侧，触摸板电路20也不能确定指向目标位于距离电极多远处。因此，***通过电极12的组将被驱动的一个电极偏移。换言之，在组的一侧上添加电极，同时在组的相对侧的电极不再被驱动。新的组随后被P、N发生器22驱动且进行感测线16的第二测量。

从这两个测量中，可以确定指向目标位于行电极的哪一侧上，以及距离多远。使用比较两个被测量信号的量级的方程式之后执行指向目标的位置确定。

公司触摸板的灵敏度和分辨率高于16×12的行和列电极的栅格所蕴含的灵敏度和分辨率。分辨率通常约960计数每英寸或更大。确切的分辨率由组件的灵敏度、在相同行和列上的电极12、14之间的空间以及对于本发明而言不重要的其它因素确定。

上述过程针对使用P、N发生器24的Y或列电极14重复。

虽然如上描述的触摸板使用X和Y电极12、14的栅格以及分离的和单独的感测电极16，感测电极实际上可以是通过使用多路技术的X或Y电极12、14。

发明内容

在第一实施例中，本发明为一种用于扩展使用互电容感测的触摸和近距离传感器的灵敏度范围的***和方法，该***和方法提供在触摸和近距离传感器上方的三维空间体积中产生电场，以从而使触摸和近距离传感器能够在与不具有投影电极的触摸和近距离传感器相比的更大距离上精确地检测一个或多个目标的出现以产生较强的电场的投影电极。

通过结合附图考虑以下详细的说明，本发明的这些和其它目标、特征、优点和可选方面对于本领域的技术人员将是显而易见的。

附图说明

图1是能够根据本发明的原理操作并且如由公司制造的电容敏感触摸板的组件的框图。

图2是显示板外投影电极的本发明的第一实施例的框图。

图3是显示分段的板外投影电极的本发明的第一实施例的框图。

图4是显示不同的投影电极段的位置也可以被修改的第一实施例的框图。

图5是显示投影电极可以全部是板上电极的第二实施例的框图。

图6显示在单一的触摸和近距离传感器中可以合并板外和板上投影电极段的第二实施例的框图。

图7是被设置在触摸传感器的X和Y电极之间的间隔中的投影电极的放大视图的框图。

具体实施方式

现在将结合附图作为参考以使在本领域技术人员能够制造和使用本发明，在附图中，本发明的各种元件将被指定数字标号并且将讨论本发明。将理解的是以下的说明只是本发明的原理的示例，而不应被看作缩小所附权利要求的范围。

应被理解的是，整个文本中术语“触摸传感器”的使用能够与“近距离传感器”、“触摸和近距离传感器”、“触摸面板”、“触摸板”和“触摸屏”可交换地被使用，除了当与其它术语有明确地区分时。

本发明旨在改进或扩展还可以能够作为近距离传感器操作的触摸传感器的操作的范围。触摸传感器可以被限制在检测范围内且只能检测与触敏表面进行物理接触的目标。然而，在本发明的第一实施例中，触摸传感器可以被修改以便包括在它们接触触摸传感器之前感测一个或多个目标的能力，并且在本文本中可指触摸和近距离传感器。

触摸和近距离传感器的能够在它们使用电容感测技术与触敏表面进行接触之前检测目标的能力可以是由触摸和近距离传感器中的电极在触敏表面上方产生的电场的强度的函数。干扰和影响由触摸和近距离传感器产生的电场的目标可以被检测。其可遵循从触摸和近距离传感器产生的电场越远，则可检测距离其表面及其移动轨迹的目标越远。

在图2的框图中显示可用于实施本发明的第一实施例的原理的触摸和近距离传感器。触摸和近距离传感器30的第一实施例的组件可以包括连接至触摸和近距离感测电容检测电路34的微控制器32。电容检测电路34可具有连接至可被设置在一般指在下文中可称为触摸传感器38的X和Y电极栅格的共面和正交布置中的电极栅格的电极36。触摸和近距离传感器30的操作可以在这个第一实施例中通过添加可以是由接收来自电容检测电路34的驱动信号的电极36驱动的导电表面的附加的金属电极而得到加强。

应该理解的是，触摸和近距离传感器30可与主机42通信。主机42可接收触摸和近距离数据。主机42可以是能够接收或使用触摸和近距离传感器30的触摸和近距离数据的任何***。例如，主机42可以是便携式电子装置如移动电话、手机或平板计算机，或其可以是固定装置如台式计算机、自动柜员机(ATM)或公用电话亭(kiosk)。

在第一实施例中，电场投影电极或仅“投影电极”可以被布置在不同的物理的布局或配置中。在第一实施例中，用于投影电极40以及图2所示的第一配置可以为板外投影器。板外投影器可以具有不布置在或穿插于触摸传感器38的电极中但反而围绕触摸传感器的外周设置的投影电极40。

投影电极40可以具有对于本发明而言重要的多个特征。例如，投影电极40可以为导线或它们可以是平面电极。投影电极40可以使用通过电容检测电路34提供的任何驱动信号产生电场。电场的形状可以受到投影电极40的形状影响。投影电极40的形状可以是细长的矩形。然而，为了实现特定的操作特征，在不脱离本发明的范围的情况下，形状可以改变。

投影电极40可以设置在围绕触摸传感器38的对称的或非对称的布置中。然而，投影电极40的对称布置可使可检测目标能够在距触摸传感器38的任意外边缘或外周相同的距离处被检测到。同时图2显示在触摸传感器38上方和下方的投影电极40，投影电极40可设置在触摸传感器的右方和左方或均在上方、下方、右方和左方。

注意的是，围绕触摸传感器38的投影电极40的对称可以只在尝试实现围绕触摸传感器的检测距离的均匀性时重要。因此，第一实施例可以使用单一投影电极40或多个投影电极***作。

第一实施例的另一方面可以是当投影电极40形成为平面表面而不只是导线时由投影电极40的区域限定的大小。当多于一个投影电极时，投影电极40的区域可与通过在触摸传感器38上的电极栅格约束的区域相等。更具体地，触摸传感器38的区域被限定为限定触摸传感器的外边界的X和Y电极内的区域。触摸传感器38的全部区域可以随后在投影电极40中被平均划分，使得投影电极的区域的总和与触摸传感器38的区域大致相等。

应该理解的是，投影电极40可以具有位于触摸传感器38的总区域的上方或下方且仍在本发明的范围内的总区域。

使得投影电极40的区域大致地或大体上地等于触摸传感器38的区域的目的可以是当区域是大体上相等时，投影电极的电场可以在触摸传感器检测可检测的物体的距离上具有最大的作用。换言之，当区域为大致地相等时，触摸传感器38的距离性能可以最大化至最大程度。使得投影电极40的区域小于或大于触摸传感器38的区域将不能改进触摸和近距离传感器30的距离性能或可能具有较少的改进。

因此，投影电极40可改进触摸传感器38的性能，但只到达在触摸传感器和投影电极的区域大致相等的点。

应该理解的是，在图2中距触摸传感器38的投影电极40的距离可以被夸大，且不应被认为距触摸传感器的投影电极的实际距离的精确或限制性描述。

投影电极40可以全部邻近触摸传感器38以使由投影电极产生的电场可以在触摸传感器的灵敏度上具有其最强的作用。应该理解的是，灵敏度可以指的是距离灵敏度、方向灵敏度或两者。

每个投影电极40距触摸传感器38的边缘的距离可被修改以便改变触摸传感器的距离灵敏度或修改方向灵敏度。换言之，由每个投影电极40产生的电场的位置和强度可被修改以便对距离灵敏度和方向灵敏度或两者具有效果。

电容检测电路34可以通过路径电极44电连接至投影电极40。可存在至每一个投影电极40的特定的路径电极44，或该路径可被共享。

从电容检测电路34至投影电极40产生的驱动信号可根据触摸和近距离传感器30的操作的模式而改变。例如，当在近距离检测和/或跟踪模式中操作时，触摸和近距离传感器30可以使用投影电极40。然而，在靠近的近距离或触摸检测和/或跟踪模式中，触摸和近距离传感器30可不使用投影电极40。为了节省动力投影电极40可不被使用。不适用投影电极40的另一个理由是它们可干扰触摸传感器38的触摸灵敏度或操作。

如前所述，当投影电极40在工作中时，它们可以接收驱动信号。驱动信号可以是与被发送至在触摸传感器38中的驱动电极相同的驱动信号。相反，当投影电极40不在工作中时，它们可以电浮或电接地。投影电极40的状态可以被选择以便于最小化干涉、减少动力使用或用于其它原因。

在本发明的另一方面，由投影电极40产生的电场可以是可控的电场。例如，投影电极40因为其向外延伸而可以被用以控制或指引电场，以便触摸传感器38具有增加的方向灵敏度。例如，如果存在两个投影电极40，其中一个投影电极所制造的信号可比不同的投影电极所制造的信号强。其结果可以是不对称的电场，但反而从具有更强的信号的投影电极更向外延伸。

使一个投影电极40上的信号比另一个投影电极上的信号强的目的是距离灵敏度随后在具有较强信号的投影电极的方向上被增加。当来自特定方向的检测比从另一个方向靠近触摸传感器38的目标的检测更重要时，这可能是有用的。

图3显示第一实施例的另一方面。在该图中，投影电极40可被分段。投影电极40的不同段可以在不同的时间被激活以便改变触摸和近距离传感器30的操作的方向灵敏度、电场的形状或其他方面。段的数量不应被认为受被图3所示的示例限制。更多的投影电极40段可在每一个位置中使用。更进一步的，投影电极40段的数量在触摸传感器38的不同侧上可以不相等。这可以通过只激活全部投影电极40段而启用固有的方向灵敏度。

图4显示在第一实施例的另一个方面中不同的投影电极40段的位置也可以被修改。例如，如所示的，投影电极40段可以不同图案设置或它们可具有不同的几何形状。因此投影电极40段的形状和布局可均被用于修改触摸传感器38的灵敏度。

在本发明的另一方面，投影电极40可包含固体平面表面或网材料。重要的是投影电极40能够产生需要的电场。

图5为本发明的第二实施例的框图。在本发明的第二实施例中，投影电极40可以全部为板上电极，其中投影电极40不与触摸传感器38的基板分离但可全部位于触摸传感器的边界之内。因此用于X和Y电极栅格的相同的基板也可以被用于投影电极40。投影电极40可以与触摸传感器38的电极共面或它们可设置在基板的不同的平面或层上。

在该第二实施例中，触摸传感器38的X电极和Y电极之间的空间或间隔可由投影电极40至少部分地填充。由投影电极40可填充任意数量的间隔。

在该第二实施例中，投影电极40被分段但使用贯穿孔或其他的连接装置连接在一起以形成大的但分段的投影电极。应该理解的是，投影电极40可以作为一个单个大的投影电极或作为单独地可控的段而操作。而且，在每个间隔内可存在甚至多于一个投影电极40段。

在图6所示的可选的实施例中，本发明可以在单个触摸和近距离传感器30中结合板外和板上投影电极40段。在这样的布置下，分段的投影电极40可被形成在触摸传感器38的X和Y电极的边界之外但可以或可以不连接至在触摸传感器的边界内的段。

注意的是，铜、导电玻璃(ITO)、钢和铝全部为对于投影电极40合适的材料。因此，所有导电材料可适用于投影电极40。

图7是触摸传感器38的X和Y电极的小部分的放大俯视图。触摸传感器38显示两个间隔50和多个投影电极40段可如何被设置在触摸传感器38的X和Y电极46、48之间的间隔中的示例。图5显示多个X电极46和多个Y电极48。X电极46可以在第一平面上，Y电极48可以在第二平面上，投影电极40可以在第一或第二平面上，并且投影电极互连部52可以在第四平面上。

地平面可以在投影电极互连部52的第四平面与第一和第二平面之间被***。地平面可以被用以减少在触摸传感器38上的投影电极互连部52的影响。如果一个或多个投影电极40段独立于彼此运行，则也可存在多于一个的投影电极互连部52存在。

本领域技术人员将很容易地理解在不实质地脱离该第一实施例或本发明的情况下在示例实施例中可进行修改。因此，全部这些修改旨在包含在如所附权利要求限定的本公开的范围内。申请人的表达意图不调用美国法典第35卷第112节第6段用于此处的任意权利要求的任何限定，除了那些在权利要求中与相关联的功能一起明确地使用的术语“用于……的装置”。

Claims (19)

1.一种用于增加电容敏感近距离传感器的灵敏度的***，所述***包括：

触摸传感器，其包括设置在触摸传感器基板的两层上的X和Y电极大致正交阵列，所述X和Y电极能够用作驱动和感测电极；

至少一个投影电极，其邻近所述触摸传感器设置以便产生由所述触摸传感器可检测的电场；以及

电容检测电路，其用于将信号发送至所述触摸传感器和所述至少一个投影电极并且从所述触摸传感器和所述至少一个投影电极接收信号。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述***进一步包括多个投影电极，所述投影电极中的一个邻近所述触摸传感器的每个边缘设置。

3.根据权利要求1所述的***，其中所述***进一步包括具有大致相等区域的所述触摸传感器和所述至少一个投影电极。

4.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个投影电极为具有与所述触摸传感器的边缘平行的长边的矩形。

5.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个投影电极进一步包括四个投影电极，所述四个投影电极中的每一个设置有与所述触摸传感器的边缘平行并且距所述触摸传感器相等距离的长边。

6.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个投影电极包括多个投影电极，其中每个所述投影电极具有与其他投影电极不同的轮廓。

7.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个投影电极包括多个投影电极，其中每个所述多个投影电极距所述触摸传感器的距离被修改，其中每个所述多个投影电极被移动更远离或更靠近所述触摸传感器以便修改所述触摸传感器的灵敏度。

8.根据权利要求1所述的***，其中所述至少一个投影电极进一步包括多个投影电极，所述多个投影电极与由所述触摸传感器上的X和Y电极的正交阵列形成的间隔共面和在间隔内设置，以便产生由所述触摸传感器可检测的电场，其中所述多个投影电极使用投影互连部而全部连接到彼此以便形成单个分段的投影电极。

9.一种用于增加电容敏感近距离传感器的灵敏度的***，所述***包括：

触摸传感器，其包括设置在触摸传感器基板的两层上的X和Y电极的大致正交阵列，所述X和Y电极能够用作驱动和感测电极；

多个投影电极，其与由所述触摸传感器上的X和Y电极的正交阵列形成的间隔共面和在间隔内设置，以便产生被触摸传感器可检测的电场，其中所述多个投影电极使用投影互连部而全部连接到彼此以便形成单个分段的投影电极；以及

电容检测电路，其用于将信号发送至所述触摸传感器和所述投影电极并且从所述触摸传感器和所述投影电极接收信号。

10.根据权利要求9所述的***，其中所述***进一步包括具有大致相等的区域的所述触摸传感器和所述多个投影电极。

11.一种用于增加电容敏感近距离传感器的灵敏度的方法，所述方法包括：

提供触摸传感器，所述触摸传感器包括设置在触摸传感器基板的两层上的X和Y电极的大致正交阵列，所述X和Y电极能够用作驱动和感测电极；

提供至少一个投影电极，所述至少一个投影电极邻近所述触摸传感器设置以便产生由所述触摸传感器可检测的电场；以及

提供电容检测电路，所述电容检测电路用于将信号发送至所述触摸传感器和所述至少一个投影电极并且从所述触摸传感器和所述至少一个投影电极接收信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括提供多个投影电极，其中所述投影电极的至少其中一个邻近所述触摸传感器的每个边缘设置以便增加所述触摸传感器的灵敏度。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括使所述触摸传感器和所述至少一个投影电极具有大致相等的区域以便最大化所述触摸传感器的灵敏度。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括提供至少四个投影电极，其中所述四个投影电极中的每一个具有与所述触摸传感器的边缘平行的长边并且以距所述触摸传感器相等距离设置以便在所述触摸传感器周围均等地平衡灵敏度。

15.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括提供多个投影电极，并且其中所述多个投影电极相对于所述触摸的距离被修改以便在所述触摸传感器的周围产生灵敏度的不平衡。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括提供多个投影电极，其中所述投影电极的形状可具有与其他投影电极不同的轮廓以便修改所述触摸传感器的灵敏度。

17.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括提供多个投影电极，其中每个所述多个投影电极距所述触摸传感器的距离被修改，其中每个所述多个投影电极被移动更远离或更靠近所述触摸传感器以便修改所述触摸传感器的灵敏度。

18.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括：

在所述触摸传感器的外周外提供多个投影电极；以及

在所述外周内并且与所述触摸传感器共面以及在由所述触摸传感器上的X和Y电极的正交阵列形成的空隔内提供多个投影电极，以便产生由所述触摸传感器可检测的电场，其中所述多个投影电极使用投影互连部而全部连接到彼此，以便形成单个分段的投影电极。

19.一种用于增加电容敏感近距离传感器的灵敏度的***，所述***包括：

触摸传感器，其包括设置在触摸传感器基板的两层上的X和Y电极的大致正交阵列，所述X和Y电极能够用作驱动和感测电极；

至少一个投影电极，其邻近所述触摸传感器设置以便产生由所述触摸传感器可检测的电场；以及

电容检测电路，其用于将信号发送至所述至少一个投影电极并用于从所述触摸传感器接收信号。