CN110199248A - 具有阵列电极的触摸面板的判别控制器和驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种触摸面板装置包括：电极二维阵列，其包括多个电极；以及控制器，其电耦合到所述电极二维阵列。第一部分电极可被控制器分配为驱动电极或未使用的电极，并且第二部分电极可被控制器分配为感测电极或未使用的电极。控制器被配置为：在多个测量周期期间分配驱动电极和感测电极，其中所分配的驱动电极和感测电极的图案在不同的测量周期期间是不同的，并且在所述多个测量周期期间在多个耦合距离上形成互电容；测量周期期间测量在驱动电极和感测电极之间形成的互电容；以及基于所测量的互电容检测并确定触摸或接近触摸面板装置的物体的位置。

Description

具有阵列电极的触摸面板的判别控制器和驱动方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年1月19日提交的序号为15/409,910的美国申请的优先权，其内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及触摸面板装置。特别地，本发明涉及电容型触摸面板。这种电容型触摸面板装置可以应用于一系列消费电子产品中，包括例如移动电话、平板电脑和台式电脑、电子书阅读器和数字标牌产品。
背景技术
触摸面板已被广泛用作诸如智能电话和平板装置的一系列电子产品的输入装置。
大多数高端便携式和手持式电子装置现在都包括触摸面板。这些触摸面板通常用作触摸屏的一部分，即，显示器和触摸面板被对准使得触摸面板的触摸区域对应于显示器的显示区域。
具有触摸屏的电子装置的最常见用户界面是显示器上的图像，该图像具有显现交互的点。更具体地，该装置可以显示按钮的图片，然后用户可以通过用他们的手指或者用触控笔触摸，按压或滑动该按钮来与该装置交互。例如，用户可以“按压”按钮并且触摸面板检测到该触摸(或多个触摸)。响应于检测到的触摸或多个触摸，电子装置执行一些适当的功能。例如，电子装置可以自行关闭，执行应用程序等。
尽管可以使用许多不同的技术来创建触摸面板，但是电容***由于它们的准确性、耐用性以及以很小或没有激活力检测触摸输入事件的能力而被证明是最受欢迎的。
应用于触摸面板的电容感测的众所周知的方法是投射电容方法。该方法包括互电容方法和自电容方法。
在互电容方法中，如图1中所示，在透明基板(未示出)上形成驱动电极100和感测电极101。从电压源102向驱动电极100施加变化的电压或激励信号。然后利用经由在驱动电极100和感测电极101之间形成的互耦电容器103的电容耦合，在相邻的感测电极101上产生信号。电流测量单元或装置104连接到感测电极101并提供互耦电容器103的大小的测量。当输入物体105(例如手指或触控笔)接近两个电极时，它与驱动电极106形成第一动态电容器，与感电极107形成第二动态电容器。如果输入物体接地，例如人手指连接到人体的情况，这些动态形成的电容的效果表现为驱动电极和感测电极之间的电容耦合量的减少，因此由附接到感测电极101的电流测量单元或装置104测得的信号的幅度减小。
在自电容方法中，如图2中所示，在透明基板(未示出)上形成有驱动电极200。从电压源201向驱动电极200施加变化的电压或激励信号。电流测量装置202连接到电极200，并提供电极到地的自电容203的大小的测量。当输入物体105接近电极时，它改变自电容203的值。如果输入物体接地，例如人手指连接到人体的情况，效果是增加电极到地的自电容203，从而增加由附接到传感电极200的电流测量装置202测量的信号的幅度。
众所周知并且在例如US 5,841,078(Bisset等人，1996年10月30日发布)中公开的，通过以网格图案布置多个驱动电极和感测电极以形成电极阵列，互电容感测方法可用于形成触摸面板装置。图3示出了可以配置为驱动电极的水平电极300和可以配置为感测电极的垂直电极301的合适图案。互电容感测方法的优点是可以检测多个同时触摸输入事件。
众所周知，通过以网格图案布置多个电极以形成电极阵列，可以使用自电容感测方法来形成触摸面板装置。图3示出了可以配置为感测电极的水平电极300和垂直电极301的合适图案。然而，这种装置的局限性在于它不能可靠地检测来自多个物体的同时触摸。
另外，众所周知并且在例如US 9,250,735(Kim等人，2016年2月2日发布)中公开的，通过将多个电极布置成二维阵列，并提供从每个电极到控制器的电连接，该自电容感测方法可以用于形成能够可靠地检测来自多个物体的同时触摸的触摸面板装置。互电容感测也可以与这种单独连接的电极的二维阵列一起使用，例如，如US2016/0320886(Kim等，2016年11月3日公开)中所公开的。
在许多触摸屏中，触摸面板是独立于显示器的装置，称为“单元外(out-cell)”触摸面板。触摸面板位于显示器的顶部，并且显示器产生的光穿过触摸面板，一定量的光被触摸面板吸收。在更近的实施方式中，触摸面板的一部分集成在显示器叠层内，并且触摸面板和显示器可以共享某些结构的使用，如透明电极。这被称为“单元内(in-cell)”触摸面板。将触摸面板集成到显示器结构中旨在通过简化制造来降低成本，以及减少触摸面板独立于显示器并位于显示器叠层的顶部时发生的光通量损失。
如上所述的传统上应用于触摸面板的电容测量技术的局限在于它们不能检测来自例如由木材、塑料等制成的非导电或绝缘物体的输入。具有与空气不同的介电常数的非导电物体在接近触摸面板表面时将导致所测量的阵列电容改变。然而，所得信号的幅度非常小，例如，小于导电物体产生的信号的1％，并且依赖于制造非导电物体的材料类型和周围环境条件。这不利地降低了触摸面板的可用性，因为它被限于使用诸如手指或金属笔或触控笔等导电输入物体的操作。特别地，用户在佩戴普通(非导电)手套或者握住诸如塑料笔等非导电物体时不能可靠地操作触摸面板。
US 9,105,255(Brown等人，2015年8月11日发布)公开了一种互电容触摸面板，其能够检测非导电物体，并且能够区分物体是导电的还是不导电的。这是通过测量在不同耦合距离上形成的多个互电容来实现的。可以基于所述多个互电容的变化来确定物体的类型(导电或不导电)。所述多个互电容形成在行和列电极的阵列之间。
[本发明要解决的问题]
现有技术的局限是没有公开使用每个具有与控制器的单独连接的电极的二维阵列来检测非导电物体或区分导电物体和非导电物体的方法。这可能是期望的，因为在某些应用中，与行和列电极的阵列相比，实现单独连接的电极的二维阵列可能更便宜和/或技术上更简单。此外，它可以减少或消除对面板边框区域中的连接的需要。
发明内容
本发明的一个方面是一种触摸面板装置，包括：电极二维阵列，其包括多个电极；以及控制器，其电耦合到所述电极二维阵列；其中第一部分电极可被所述控制器分配为驱动电极或未使用的电极，并且第二部分电极可被所述控制器分配为感测电极或未使用的电极。所述控制器被配置为：在多个测量周期期间分配驱动电极和感测电极，其中所分配的驱动电极和感测电极的图案在不同的测量周期期间是不同的，并且所分配的驱动电极和感测电极在所述多个测量周期期间在多个耦合距离上形成互电容；在所述测量周期期间测量在所述驱动电极和所述感测电极之间形成的互电容；以及基于所测量的互电容检测并确定触摸或接近所述触摸面板装置的物体的位置。
本发明的另一方面是一种控制触摸面板装置的方法。所述触摸面板装置包括具有多个电极的电极二维阵列和电耦合到所述电极二维阵列的控制器，其中所述电极的第一部分可由所述控制器分配为驱动电极或未使用的电极，并且所述电极的第二部分可由所述控制器分配为感测电极或未使用的电极。所述控制方法包括以下步骤：在多个测量周期期间分配驱动电极和感测电极，其中所分配的驱动电极和感测电极的图案在不同的测量周期期间是不同的，并且所分配的驱动电极和感测电极在所述多个测量周期期间在多个耦合距离上形成互电容；在所述测量周期期间测量在所述驱动电极和所述感测电极之间形成的互电容；以及基于所测量的互电容检测并确定触摸或接近所述触摸面板装置的物体的位置；其中所述触摸面板装置响应于所述物体正在触摸或接近所述触摸面板装置而执行功能。
[本发明的有益效果]
本发明涉及一种驱动电容式触摸面板的控制器和方法，其中所述触摸面板包括电极二维阵列，并且该阵列中的每个电极，或者可选地，仅每个感测电极，具有与所述控制器的单独电连接。本发明可以使用任何这种电极二维阵列，并且不依赖于任何特定的触摸面板结构或制造技术。由此，本发明能够检测触摸或接近触摸面板的导电和非导电的物体。
所述控制器在多个测量周期期间测量电极组之间的互电容。这些测量可用于检测触摸触摸面板或接近触摸面板的一个或多个物体，并确定这些物体在触摸面板表面上的位置。这些物体可以是导电的或不导电的。这些测量还可用于确定每个物体是导电的还是不导电的。这些测量可以进一步用于确定每个物体在触摸面板上方的高度。
附图说明
图1示出互电容触摸面板的典型实施方式。
图2示出自电容触摸面板的典型实施方式。
图3示出可用于互电容或自电容感测的垂直和水平电极的典型图案。
图4示出触摸面板显示***。
图5示出第一层上的电极二维阵列，其中第二层上具有与控制器的连接。
图6示出第一层上的电极二维阵列，其中第一层上具有与控制器的连接。
图7示出可以与图5和图6的电极阵列一起使用的复用器单元。
图8示出适用于测量互电容的电荷放大器电路。
图9示出可用于驱动图8的放大器的波形。
图10示出电极二维阵列的简化表示。
图11示出可以在第一测量周期期间使用的电极分配。
图12示出可以在第二测量周期期间使用的电极分配。
图13示出可以在第三测量周期期间使用的电极分配。
图14示出图11的电极图案和对应于在短耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图15示出图12的电极图案和对应于在短耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图16示出图13的电极图案和对应于在短耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图17示出对应于在一系列的五个测量周期期间在短耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图18示出图11的电极图案和对应于在长耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图19示出图12的电极图案和对应于在长耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图20示出图13的电极图案和对应于在长耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图21示出可用于提高面板边缘处的空间分辨率的电极分配。
图22示出图21的电极图案和对应于在短耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图23示出可用于提高面板边缘处的空间分辨率的电极分配和对应于在短耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图24示出可以在第一测量周期期间使用的非对称电极分配。
图25示出可以在第二测量周期期间使用的非对称电极分配。
图26示出第一层上的电极二维阵列，第二层上具有与控制器的连接，其中电极在一个方向上相互交叉。
图27示出图11的电极分配，其应用于图26的触摸传感器面板实施例。
图28示出图12的电极分配，其应用于图26的触摸传感器面板实施例。
图29示出使用具有菱形几何形状的电极阵列的触摸传感器面板的实施例。
图30示出可以与图29的电极阵列一起使用的复用器单元。
图31示出使用电极阵列的触摸传感器面板的实施例，该电极阵列具有菱形几何形状并且具有与驱动电极组的共同连接。
图32示出可以与图31的电极阵列一起使用的复用器单元。
图33示出路由单元的实施例，该路由单元能够改变图30的实施例中的连接线和复用器之间的连接。
图34示出可以在第一测量周期期间与图29或图31的电极结构一起使用的电极分配。
图35示出可以在第二测量周期期间与图29或图31的电极结构一起使用的电极分配。
图36示出图34的电极图案和对应于在短耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图37示出图35的电极图案和对应于在短耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图38示出图34的电极图案和对应于在长耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图39示出图35的电极图案和对应于在长耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图40示出描述可在触摸面板控制器内执行以测量和处理来自触摸传感器面板的电容数据的步骤的流程图。
图41示出形成图40中所示的第一步骤的一部分的子步骤。
图42示出形成图40中所示的第二步骤的一部分的子步骤。
图43示出形成图40中所示的第三步骤的一部分的子步骤。
图44示出可以在测量周期期间使用的电极分配和对应于在短耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
图45示出可以在测量周期期间使用的电极分配和对应于在长耦合距离上形成的互电容的近似敏感区域。
具体实施方式
本发明涉及一种驱动电容式触摸面板的控制器和方法，其中触摸面板包括电极二维阵列并且阵列中的每个电极，或者可选地，仅每个感测电极，具有与控制器的单独电连接。本发明可以使用任何这种电极二维阵列，并且不依赖于任何特定的触摸面板结构或制造技术。因此，本发明能够检测触摸或接近触摸面板的导电和非导电物体。
控制器在多个测量周期期间测量电极组之间的互电容。在每个测量周期中，控制器将一些电极分配为驱动电极，将一些电极分配为感测电极，并且将一些电极分配为未使用的电极。控制器将驱动信号施加到驱动电极，并测量驱动电极和每个感测电极之间的耦合。未使用的电极可以接地，或者连接到固定电压，或者保持不连接。
在测量周期期间驱动电极和感测电极的分配在不同组的驱动电极和感测电极之间的不同距离上产生耦合。例如，某些驱动电极和感测电极之间的耦合可以在短距离上，并且其他驱动电极和感测电极之间的耦合可以在长距离上。
在每个测量周期中，可以使用驱动电极和感测电极的不同分配。通过使用多个不同电极分配，控制器可以针对每个耦合距离确定与触摸面板表面上的多个位置相对应的耦合。选择电极分配使得这些位置覆盖触摸面板表面的整个或显著部分。
由控制器产生的数据表示与触摸面板表面上的不同点相对应的在不同耦合距离上的多个互电容的测量。这些测量可用于检测触摸该触摸面板或接近该触摸面板的一个或多个物体，并确定这些物体在触摸面板表面上的位置。这些物体可以是导电的或不导电的。这些测量还可用于确定每个物体是导电的还是不导电的。这些测量可以进一步用于确定每个物体在触摸面板上方的高度。
本发明提供一种驱动电容式触摸面板的控制器和方法，该电容式触摸面板可以用在例如触摸面板显示***等中。图4示出这种触摸面板显示***400的一个实施例。该***包括连接到触摸面板控制器403的触摸传感器板401。控制器403可以包括复用器单元404和测量/处理单元405。在其他实施例中，复用器单元404可以与控制器403分开。控制器检测触摸传感器面板上的触摸并确定触摸的属性。该信息被提供给***控制单元406，***控制单元406可以包括例如处理器、存储器和显示驱动器。***控制单元406将视觉信息输出到显示器402。显示器可以是例如LCD或OLED显示器或其他类型的显示器。***控制单元406可以执行动作并且可以响应于由控制器403检测到的触摸来修改视觉信息。
本发明可以包括任何电极二维阵列，其中所有电极都具有与控制器的单独电连接。本发明可以替代地包括任何电极二维阵列，该电极二维阵列包括驱动电极和感测电极，其中所有感测电极具有与控制器的单独电连接。
这里“二维阵列”是指多个电极布置在表面上或表面附近，使得在第一方向上有第一数量的电极，在第二方向上有第二数量的电极，并且电极的总数大于第一数量和第二数量的总和。注意，阵列可以包括在三维中彼此分离的电极，例如，如果不同的电极在触摸面板的不同层上，或者如果触摸面板表面是弯曲的。还要注意，电极可以彼此重叠。
图5示出形成触摸传感器面板401的电极二维阵列的一个实施例。该阵列包括形成在第一层上的十二个方形电极500，其中四个电极沿第一方向布置，三个电极沿第二方向布置。通孔501将第一层上的每个电极500连接到第二层上的连接线502。通过这种方式，每个电极500通过连接线502分别连接到控制器403a。第一列电极通过连接线504连接，第二列通过连接线505连接，第三列通过连接线506连接。
图6示出形成触摸传感器面板401的电极二维阵列的另一实施例。该阵列包括形成在第一层上的十二个方形电极600，其中四个电极沿第一方向布置，三个电极沿第二方向布置。每个电极600通过第一层上的导线601和与前一实施例类似的附加连接线504、505和506分别连接到控制器403a。
本领域技术人员将清楚，有许多电极二维阵列结构可以使用。还将清楚的是，这些结构中的许多可以制成分立的“单元外”触摸面板，它们可以粘合到单独的显示器，并且这些结构中的许多可以集成在显示装置中作为“单元内”或“单元内混合”触摸面板。此外，电极阵列结构可以使用一个导电层或两个或更多个导电层。类似地，电极可以设置在一层上或多于一层上。
例如，形成图5的电极500和图6的电极600的一种方式是在透明基板上沉积并图案化由诸如ITO的材料制成的透明导电层。这可以使用标准光刻或印刷技术来完成。
图5的通孔501和连接线502也可以使用标准光刻或印刷技术来形成。例如，可以在第一导电层的顶部上沉积并图案化绝缘层以产生用于通孔的孔，并且可以在绝缘层的顶部上沉积第二导电层。该第二导电层形成通孔501，并且可以被图案化以形成连接线502。这些技术适合于制造分立(“单元外”)触摸面板。
或者，可以将触摸面板集成在显示装置中。例如，图5的电极500和图6的电极600可以通过分割液晶显示装置的VCOM层来形成。类似地，可以使用用于制造显示数据线和/或栅极线的相同分层工艺来形成通孔501和连接线502。
用于制造合适的单元外和单元内触摸面板的结构和技术在现有技术中是众所周知的。本发明可以使用任何二维阵列的单独连接的电极，并且不依赖于任何特定的触摸面板结构或制造技术。
本发明在不同的测量周期期间将不同的电极分配为驱动电极和感测电极。在特定测量周期期间，一些电极可能既不是驱动电极也不是感测电极。例如，在一些实施例中，这些未使用的电极可以连接到地或固定电压，或者在其他实施例中保持不连接。
参考图1，被分配为驱动电极的电极可以连接到驱动电压102。被分配为感测电极的电极可以连接到电流测量单元104。参考图4，驱动电压102可以由触摸面板控制器403内的测量/处理单元405生成。类似地，电流测量单元104可以包含在触摸面板控制器403内的测量/处理单元405内。
电极和测量/处理单元405之间的连接由复用器单元404控制。这可以包含在触摸面板控制器403内，如图4的实施例中所示，或者可以与其分离。
图7示出复用器单元404的优选实施例404a，其是触摸面板控制器403的一部分。该复用器实施例可以与例如图5或图6的电极实施例一起使用。图7还示出触摸面板控制器测量/处理单元405的元件。通常，可分配为感测电极的每个电极可以具有与控制器的单独电连接。在示例性实施例中，二维阵列中的每个电极具有与控制器的单独电连接。
在图7的该实施例中，来自每列电极的连接线504、505和506连接到复用器700、701、702和703，如图7所示。复用器由数字信号CSS控制，并且复用器的输出连接到电荷放大器704、705、706和707。测量/处理单元405可以设置CSS的值以控制复用器。例如，在该实施例中，CSS的一个值使复用器将第一列连接线504连接到放大器704、705、706和707。因此，控制器感测第一列电极。CSS的另一个值使复用器将第二列连接线505连接到放大器。因此，控制器感测第二列电极。CSS的另一个值使复用器将第三列连接线506连接到放大器。因此，控制器感测第三列电极。
在该实施例中，连接线还连接到允许电极连接到驱动信号或接地的一组开关和复用器。实现合适开关的方法在现有技术中是众所周知的。例如，开关可以由CMOS晶体管制成。来自第一列电极的连接线504连接到开关714、715、716和717，如图7中所示。
对应于奇数电极行的第一和第三连接线504连接到开关714和715。开关714和715由控制信号C1P1C控制，控制信号C1P1C由测量/处理单元405产生。C1P1C的一个值使开关714和715闭合，C1P1C的另一个值使开关714和715断开。开关714和715的输出连接在一起，并连接到复用器709的输入。复用器709由数字控制信号C1P1S控制，数字控制信号C1P1S由测量/处理单元405产生。C1P1S的一个值使复用器709的输入接地，C1P1S的另一个值使复用器709的输入连接到驱动电压102(VDRIVE)。
在该实施例中，第一列中的奇数行中的电极因此可以都连接到驱动电压102，或者它们可以都连接到地。或者，它们可以不连接到驱动电压102并且不连接到地。这些连接的状态由测量/处理单元405控制。
对应于偶数电极行的第二和第四连接线504连接到开关716和717。开关716和717由控制信号C1P2C控制，控制信号C1P2C由测量/处理单元405产生。C1P2C的一个值使开关716和717闭合，C1P2C的另一个值使开关716和717断开。开关716和717的输出连接在一起，并连接到复用器708的输入。复用器708由数字控制信号C1P2S控制，数字控制信号C1P2S由测量/处理单元405产生。C1P2S的一个值使复用器708的输入接地，C1P2S的另一个值使复用器708的输入连接到驱动电压102(VDRIVE)。
在该实施例中，第一列中偶数行中的电极因此可以都连接到驱动电压102，或者它们可以都连接到地。或者，它们可以不连接到驱动电压102并且不连接到地。这些连接的状态由测量/处理单元405控制。
在该实施例中，连接线组505和506的奇数和偶数连接线类似地连接到开关718、719、720、721、722、723、724和725，这些开关由测量/处理单元405产生的数字控制信号C2P1C、C2P2C、C3P1C和C3P2C控制。这些开关的输出又连接到复用器710、711、712和713，这些复用器由测量/处理单元405产生的数字控制信号C2P1S、C2P2S、C3P1S和C3P2S控制。
在任何给定时间，在该实施例中，由测量/处理单元405控制的复用器单元404a可以因此将一列电极中的电极连接到放大器704、705、706和707。这些电极然后可以用作感测电极。在任何给定时间，在该实施例中，由测量/处理单元405控制的复用器单元404a还可以因此将一个或多个电极组连接到驱动信号102或接地，其中每个电极组由一列的奇数行或一列的偶数行中的电极组成。这允许控制器403的该实施例将各种不同的电极组分配为驱动电极或感测电极，以实现下面公开的许多电极“图案”。注意，驱动电极和感测电极的特定分配将被称为电极“图案”。
本领域普通技术人员将理解，许多其他复用器架构是可能的，并且不同的架构将使得能够实现不同的电极图案。下面描述可能的复用器架构的一些其他示例。
图8示出放大器704、705、706和707的一个可能的实施例(图8仅标识放大器704，但是可以针对放大器705、706和707采用类似的配置)。这些放大器形成电流测量装置104的一部分。参考图8，驱动信号102被施加到驱动电极并经由互电容103耦合到感测电极，感测电极经由复用器单元404a连接到放大器704。
这里描述的放大器电路被提供作为使用本领域公知的电荷转移技术的电容测量电路的示例。或者，可以使用其他已知的用于电容测量的电路和技术。电压脉冲发生器102将驱动电压脉冲提供给有源驱动电极，而电荷放大器电路704将感测电极保持在恒定电压。这种电荷放大器电路704对于本领域技术人员来说是公知的，并且典型地包括运算放大器800、积分电容器801和复位开关802。电荷积分器电路704还具有第一输入开关803和第二输入开关804，它们***作以便在一个或多个驱动电压脉冲的过程中将电荷累积到积分电容器801上。积分电容器上累积的电荷量表示有源驱动电极和感测电极之间的互电容。
现在参考图9的波形图描述图8中所示的电容测量电路的操作。首先在复位开关控制信号RST的控制下闭合复位开关802，使得输出电压VOUT开始于已知电压，如***地电位。然后在第一输入开关控制信号S1的控制下闭合第一输入开关803。电压脉冲发生器102现在将驱动电极的电压升高到高电压电平，并且电荷积分器的输入通过第一输入开关803保持在恒定电平。接下来，在第二输入开关控制信号S2的控制下，输入开关803断开并且第二输入开关804闭合。电压脉冲发生器102现在将驱动电极的电压返回到低电压电平，使得电荷通过互电容103注入并累积在积分电容器801上。这使得电荷放大器电路的输出电压上升对应于驱动电极和感测电极之间的互电容103的量。将电压脉冲施加到驱动电极并使第一和第二输入开关循环的该操作可以重复多次，以在积分电路的输出处产生可测量的电压。
可以使用模数转换器测量电荷放大器704、705、706和707的最终输出电压，以产生与所测量的互电容相对应的数字表示。
图10示出电极二维阵列的简化表示。该阵列包括二十个电极1000，其中四个电极沿第一方向布置，五个电极沿第二方向布置。每个电极1000分别连接到控制器。该电极阵列可以使用图5的实施例或图6的实施例或使用另一实施例来实现。电极被标记为A1至D5。这些标签将用于指代以下描述中的电极。该电极阵列包括五“列”电极和四“行”电极。
现在将描述由本发明的某些实施例使用的电极图案的一些示例。还可以使用许多其他合适的电极图案。
通常，本发明可以在示例性实施例中如下配置。触摸面板装置包括：电极二维阵列，其包括多个电极；以及控制器，其电耦合到所述电极二维阵列。第一部分电极可被控制器分配为驱动电极或未使用的电极，并且第二部分电极可被控制器分配为感测电极或未使用的电极。控制器被配置为：在多个测量周期期间分配驱动电极和感测电极，其中所分配的驱动电极和感测电极的图案在不同的测量周期期间是不同的，并且所分配的驱动电极和感测电极在所述多个测量周期期间在多个耦合距离上形成互电容；在所述测量周期期间测量在驱动电极和感测电极之间形成的互电容；以及基于所测量的互电容检测并确定触摸或接近触摸面板装置的物体的位置。然后，触摸面板装置可以响应于物体正在触摸或接近触摸面板装置而执行功能。
可以实现的图案取决于电极阵列和复用器单元的具体实施例。例如，图11-25的电极图案实施例可以使用图5或图6的电极阵列实施例和图7的复用器实施例来实现。可以使用不同的电极阵列和复用器实施例来实现许多不同的电极图案。
图11示出可以在第一测量周期期间使用的示例性电极分配。该图案包括感测电极1100、驱动电极1101和未使用的电极1102，在该图中以不同的明暗示出。
图12示出可以在第二测量周期期间使用的另一示例性电极分配。该图案包括驱动电极1200、感测电极1201和未使用的电极1202，在该图中也以不同的明暗示出。
图13示出可以在第三测量周期期间使用的另一示例性电极分配。该图案包括未使用的电极1300、驱动电极1301和感测电极1302，在该图中也以不同的明暗示出。
在所述多个测量周期期间，所分配的驱动电极和感测电极在多个耦合距离上形成互电容。所述多个耦合距离包括短耦合距离和长耦合距离。
如这里所使用的，通常“短耦合距离”被定义为基本上相邻的驱动电极和感测电极之间的耦合距离。“长耦合距离”被定义为基本上不相邻的驱动电极和感测电极之间的耦合距离。注意，小结构(例如窄的虚设(dummy)电极或接地电极或连接线)可以设置在基本上相邻的电极之间的小间隙中，因此术语“相邻”和“基本上相邻”旨在包含在电极之间的间隙中这种微小结构的存在。在至少一个方向上被附加的驱动电极、感测电极或未使用的电极分开的电极可被认为是“不相邻”或“非相邻”电极。
图14示出图11的电极分配，并且还示出了近似区域1400，其中在驱动电极B2和感测电极B1之间在短耦合距离上形成互电容。该互电容的值受近似区域1400中存在的任何物体的影响。图14还示出了近似区域1401，其中在驱动电极D2和感测电极D1之间在短耦合距离上形成互电容。该互电容的值受近似区域1401中存在的任何物体的影响。
图15示出图12的电极分配，并且还示出了近似区域1500，其中在驱动电极A1和A3与感测电极A2之间在短耦合距离上形成互电容。该互电容的值受近似区域1500中存在的任何物体的影响。图15还示出了近似区域1501，其中在驱动电极C1和C3与感测电极C2之间在短耦合距离上形成互电容。该互电容的值受近似区域1501中存在的任何物体的影响。
图16示出图13的电极分配，并且还示出了近似区域1600，其中在驱动电极B2和B4与感测电极B3之间在短耦合距离上形成互电容。该互电容的值受近似区域1600中存在的任何物体的影响。图16还示出了近似区域1601，其中在驱动电极D2和D4与感测电极D3之间在短耦合距离上形成互电容。该互电容的值受近似区域1601中存在的任何物体的影响。
图17示出电极阵列1700和近似区域1400、1401、1500、1501、1600和1601。图17还示出了另外的近似区域1701和1702、1703和1704。在区域1701中，在驱动电极A3和A5与感测电极A4之间在短耦合距离上形成互电容。在区域1702中，在驱动电极C3和C5与感测电极C4之间在短耦合距离上形成互电容。在区域1703中，在驱动电极B4和感测电极B5之间在短耦合距离上形成互电容。在区域1704中，在驱动电极D4和感测电极D5之间在短耦合距离上形成互电容。导致敏感区域1700和1701的电极分配可以用在第四测量周期中，并且导致敏感区域1702和1703的电极分配可以用在第五测量周期中。
图17示出在不同的测量周期共同覆盖面板的整个表面的多个区域。由此进行对于触摸或接近面板表面上的任何点的物体的存在敏感的测量。图17还示出了这些区域中的多个重叠。通过使用插值，可以由此以良好的精度确定物体的位置。合适的插值方法在现有技术中是公知的。
图18示出图11的电极分配，并且还示出了近似区域1800，其中在驱动电极B2和感测电极A1之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域1800中存在的任何物体的影响。图18还示出了近似区域1801和1802，其中在驱动电极B2和D2与感测电极C1之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域1801和1802中存在的任何物体的影响。
图19示出图12的电极分配，并且还示出了近似区域1900和1901，其中在驱动电极A1、A3、C1和C3与感测电极B2之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域1900和1901中存在的任何物体的影响。图19还示出了近似区域1902和1903，其中在驱动电极C1和C3与感测电极D2之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域1902和1903中存在的任何物体的影响。
图20示出图13的电极分配，并且还示出了近似区域2000和2001，其中在驱动电极B2和B4与感测电极A3之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域2000和2001中存在的任何物体的影响。图20还示出了近似区域2002和2003，其中在驱动电极B2、B4、D2和D4与感测电极C3之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受到近似区域2002和2003中存在的任何物体的影响。
在第四测量周期和第五测量周期中可以使用导致与不同的近似敏感区域在长耦合距离上形成的附加互电容的电极图案。
可以选择在不同测量周期共同覆盖面板的整个表面的多个区域。由此进行对于触摸或接近面板表面上的任何点的物体的存在敏感的测量。也明显的是，这些地区中的多个重叠。通过使用插值，可以由此以良好的精度确定物体的位置。合适的插值方法在现有技术中是公知的。
在由控制器分配的五个电极分配配置中的每一个中，两个感测电极与至少一个驱动电极直接相邻，并且不与任何驱动电极对角相邻。因此，在驱动电极和感测电极之间在短耦合距离上形成互电容。在五个电极分配配置中的每一个中，两个感测电极还与至少一个驱动电极对角相邻，并且不与任何驱动电极直接相邻。因此，在驱动电极和感测电极之间在长耦合距离上形成互电容。这有利地在每个测量周期内在不同的耦合距离上形成多个耦合电容。
对于在长耦合距离上形成互耦电容的任何一对驱动电极和感测电极，在第一测量周期期间在第一配置中被分配为感测电极的电极在第二测量周期期间在第二配置中被分配为驱动电极。对于在短耦合距离上形成互耦电容的任何一对驱动电极和感测电极，在第一测量周期期间在第一配置中被分配为感测电极的电极在第二测量周期期间在第二配置中被分配为未使用的电极。
因此，每个电极被分配为感测电极恰好一次。在列1或列5中不是边缘电极的每个电极也被分配为驱动电极恰好两次或恰好零次。
以这种方式，在不同的测量周期与覆盖整个触摸面板的敏感区域在短和长耦合距离上形成多个互电容，同时需要进行最小数量的测量并且同时获得可能的最大空间和时间分辨率。
在使用图11-20的电极分配的实施例中，生成两组数据。第一组数据，在图17中示出，对应于短耦合距离上的互电容的测量。第二组数据，部分地在图18-20中示出，对应于长耦合距离上的互电容的测量。两组数据都包括在不同测量周期共同覆盖面板整个表面的多个敏感区域。这些敏感区域中的一些具有不同的尺寸和形状。可以处理这些数据组以使第一数据组和第二数据组更可直接比较。该处理可以包括改变数据的分辨率，以及执行插值、缩放和其他众所周知的算法技术。
因此，这两个数据组包含在不同耦合距离上形成的多个互电容的测量。这些数据组用于检测可能触摸或接近触摸面板表面上的任何点的导电和非导电物体。
这两个数据组还可以用于确定触摸或接近触摸面板表面上的任何点的物体是导电物体还是非导电物体。可以基于在不同耦合距离上形成的多个互电容中的第一特性变化来检测和识别导电物体。可以基于在不同耦合距离上形成的多个互电容中的第二特性变化来检测和识别非导电物体。
例如，在一些实施例中，第一特性变化是在短距离上形成的一个或多个互电容的值的减小并且在长距离上形成的一个或多个互电容的值的减小。在一些实施例中，第二特性变化是在短距离上形成的一个或多个互电容的值的减小并且在长距离上形成的一个或多个互电容的值的增加。该特性变化可以类似于US 9,105,255(Brown等人，2015年8月11日发布)中公开的那些。
这两个数据组还可以用于基于在不同耦合距离上形成的多个互电容的特性变化来确定接近触摸面板的表面上的任何点的物体的高度。在一些实施例中，在两个电极之间在短耦合距离上形成的互电容在物体靠近电极时表现出大的变化，而在两个电极之间在长耦合距离上形成的互电容在物体靠近电极时表现出较小的变化。在一些实施例中，在两个电极之间在短耦合距离上形成的互电容在物体被保持在电极上方的显著距离处时，表现出小的变化，而在两个电极之间在长耦合距离上形成的互电容在物体被保持在电极上方的显著距离处时，表现出较大的变化。
在一些实施例中，控制器因此可以通过比较所测量的在短耦合距离上形成的互电容的变化与所测量的在长耦合距离上形成的互电容的变化来确定物体在触摸面板表面上方的高度。例如，在一些实施例中，控制器可以计算在短耦合距离上形成的电容的变化与在长耦合距离上形成的电容的变化的比率。在US2014/0,009,428(Brown等，2014年1月出版)中公开了合适的方法。
图17示出在本实施例中使用的电极分配在面板的左边缘和右边缘处(列号1和列号5)导致较低有效空间分辨率。在一些实施例中，可以使用附加电极分配来进行附加测量，以提高面板边缘处的有效空间分辨率。
图21示出可以在第六测量周期期间使用的示例性电极分配。该图案包括感测电极2100、驱动电极2101和未使用的电极2102。
图22示出图21的电极分配，并且还示出了近似区域2200，其中在驱动电极B1和感测电极A1之间在短耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域2200中存在的任何物体的影响。图22还示出了近似区域2201，其中在驱动电极B1和D1与感测电极C1之间在短耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域2201中存在的任何物体的影响。
图23示出可以在第七测量周期期间使用的电极分配。该图案包括驱动电极2300、感测电极2301和未使用的电极2302。
图23还示出了近似区域2303，其中在驱动电极A1和C1与感测电极B1之间在短耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域2303中存在的任何物体的影响。图23还示出了近似区域2304，其中在驱动电极C1和感测电极D1之间在短耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域2304中存在的任何物体的影响。
对应于近似敏感区域2200、2201、2303和2304的测量可以与第一和第二数据组结合以提高面板边缘处的有效空间分辨率。
注意，上述实施例通常使用驱动电极和感测电极的对称分配。然而，许多其他实施例是可能的，包括使用非对称的驱动电极和感测电极分配。
图24示出可以在测量周期期间，例如在第二测量周期期间，使用的非对称电极分配。该图案包括驱动电极2400、感测电极2401和未使用的电极2402。
图25示出可以在测量周期期间，例如在第三测量周期期间，使用的非对称电极分配。该图案包括未使用的电极2500、感测电极2501和驱动电极2502。
还要注意，上述实施例在测量周期期间通常将一列中的所有电极都分配为感测电极，并且将相邻列中的电极分配为驱动电极。然而，许多其他实施例也是可能的。
图5和图6的实施例使用基本上为方形或矩形的电极，但是许多其他电极几何形状也是可能的。例如，图26示出触摸传感器面板401的示例性实施例，其使用叉指(interdigitated)电极阵列来增加每行中相邻电极之间的耦合电容。这些电极仅在一个方向上叉指。可以使用许多不同的电极几何形状来实现相同的效果。电极阵列包括形成在第一层上的二十个叉指电极2600、2601和2602，其中四个电极沿第一方向布置，五个电极沿第二方向布置。通孔2603将第一层上的每个电极连接到第二层上的连接线2604。通过这种方式，每个电极分别连接到控制器403a。
图27示出应用于图26的触摸传感器面板实施例的图11的电极分配。图27包括感测电极2700、驱动电极2701和未使用的电极2702。
图28示出应用于图26的触摸传感器面板实施例的图12的电极分配。图27包括驱动电极2800、感测电极2801和未使用的电极2802。
如图5-28的实施例中，在测量周期期间，每个电极可以被分配为感测电极、驱动电极或未使用的电极。然而，其他实施例也是可能的，其中一些电极可以被分配为驱动电极或未使用的电极，并且其他电极可以被分配为感测电极或未使用的电极。例如，图29示出触摸传感器面板401的实施例，其使用具有菱形几何形状的电极阵列。该阵列包括形成在第一层上的十二个电极对，其中四个电极对布置在第一方向上，三个电极对布置在第二方向上。每个电极对包括第一电极2900和第二电极2901。第一电极2900包括电连接在一起的两个部分2900a和2900b。第二电极2901包括电连接在一起的两个部分2901a和2901b。在该实施例中，电极部分2901a和2901b通过形成在第一层中的连接特征2902相连。通孔2903将第一层上的每个电极连接到第二层上的连接线2904。通过这种方式，每个电极分别连接到控制器403b，并且在电极部分2900a和2900b之间进行电连接。
图30示出作为触摸面板控制器403的一部分的复用器单元404的实施例404b。该复用器单元实施例404b可以与例如图29的电极实施例一起使用。图30还示出了触摸面板控制器测量/处理单元405的元件。
在该实施例中，来自每列电极2900的连接线2911、2912和2913连接到复用器700、701、702和703，如图30中所示。这些复用器由数字信号CSS控制，并且这些复用器的输出连接到电荷放大器704、705、706和707。测量/处理单元405可以设置CSS的值以控制复用器。例如，在该实施例中，CSS的一个值使复用器将第一列连接线2911连接到放大器704、705、706和707。控制器因此感测第一列电极。CSS的另一个值使复用器将第二列连接线2912连接到放大器。控制器因此感测第二列电极。CSS的另一个值使复用器将第三列连接线2913连接到放大器。控制器因此感测第三列电极。
在该实施例中，来自每列电极2901的连接线2905、2906、2907、2908、2909和2910连接到路由单元3000。路由单元3000又连接到复用器708、709、710、711、712和713。在一些实施例中，路由单元3000可以在连接线和复用器之间建立固定连接。例如，在一个实施例中，两条连接线2905连接在一起并通过路由单元3000连接到复用器708。在该实施例中，两条连接线2906连接在一起并通过路由单元3000连接到复用器709。在本实施例中，两条连接线2907连接在一起并通过路由单元3000连接到复用器710。在该实施例中，两条连接线2908连接在一起并通过路由单元3000连接到复用器711。在该实施例中，两条连接线2909连接在一起并通过路由单元3000连接到复用器712。在该实施例中，两条连接线2910连接在一起并通过路由单元3000连接到复用器713。在一些实施例中，路由单元3000可以包含可以改变连接线2905、2906、2907、2908、2909和2910与复用器708、709、710、711、712和713之间的连接的开关。在这些实施例中，路由单元3000由数字信号PS控制，数字信号PS由测量/处理单元405产生。
以上详细描述了复用器708、709、710、711、712和713的操作。
图31示出触摸传感器面板401的实施例，其使用具有菱形几何形状的电极阵列。该阵列包括形成在第一层上的十二个电极对，其中四个电极对布置在第一方向上，三个电极对布置在第二方向上。每个电极对具有第一电极3100和第二电极3101。电极3100包括电连接在一起的两个部分3100a和3100b。电极3101包括电连接在一起的两个部分3101a和3101b。在该实施例中，电极部分3101a和3101b通过形成在第一层中的连接特征3102相连。通孔3103将第一层上的每个电极连接到第二层上的连接线3104。通过这种方式，每个电极分别连接到控制器403c，并且在电极部分3100a和3100b之间进行电连接。另外，在该实施例中，通过连接线3105、3107和3109在奇数行的电极3101之间形成电连接。通过连接线3106、3108和3110在偶数行的电极3101之间也形成电连接。
图32示出作为触摸面板控制器403的一部分的复用器单元404的实施例404c。该复用器单元实施例404c可以与例如图31的电极实施例一起使用。图32还示出了触摸面板控制器测量/处理单元405的元件。
在该实施例中，来自每列电极3100的连接线3111、3112和3113连接到复用器700、701、702和703，如图32中所示。这些复用器由数字信号CSS控制，并且这些复用器的输出连接到电荷放大器704、705、706和707。测量/处理单元405可以设置CSS的值以控制复用器。例如，在该实施例中，CSS的一个值使复用器将第一列连接线3111连接到放大器704、705、706和707。控制器因此感测第一列电极。CSS的另一个值使复用器将第二列连接线3112连接到放大器。控制器因此感测第二列电极。CSS的另一个值使复用器将第三列连接线3113连接到放大器。控制器因此感测第三列电极。
在该实施例中，连接线3105连接到复用器708的输入。在该实施例中，连接线3106连接到复用器709的输入。在该实施例中，连接线3107连接到复用器710的输入。在该实施例中，连接线3108连接到复用器711的输入。在该实施例中，连接线3109连接到复用器712的输入。在该实施例中，连接线3110连接到复用器713的输入。
以上详细描述了复用器708、709、710、711、712和713的操作。
图33示出路由单元3000的实施例，其包含能够改变图30的实施例中的连接线2905、2906、2907、2908、2909和2910与复用器708、709、710、711、712和713之间的连接的开关。在该实施例中，开关阵列3300如图33中所示布置。实现合适开关的方法在现有技术中是众所周知的。例如，这些开关可以由CMOS晶体管制成。开关3300由控制单元3301控制，控制单元3301响应于输入PS产生开关控制信号3302。因此，该实施例允许改变电极和复用器708、709、710、711、712和713之间的路由。这使得能够实现附加的电极分配图案。
图34示出在第一测量周期期间可以与图29或图31的电极结构一起使用的电极分配配置。该图案包括感测电极3400、驱动电极3401和未使用的电极3402。
图35示出在第二测量周期期间可以与图29或图31的电极结构一起使用的电极分配。该图案包括感测电极3500、驱动电极3501和未使用的电极3502。因此，在图35和图36的实施例中，每个电极区域(例如，A1、B1等)可以具有多于一种类型的菱形图案的感测电极、驱动电极和未使用的电极。
图36示出图34的电极分配，并且还示出了近似区域3600，其中在A1的驱动电极部分和A1的感测电极部分之间在短耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域3600中存在的任何物体的影响。图36还示出了近似区域3601，其中在C1的驱动电极部分和C1的感测电极部分之间在短耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域3601中存在的任何物体的影响。
图37示出图35的电极分配，并且还示出了近似区域3700，其中在B1的驱动电极部分和B1的感测电极部分之间在短耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域3700中存在的任何物体的影响。图37还示出了近似区域3701，其中在D1的驱动电极部分和D1的感测电极部分之间在短耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域3701中存在的任何物体的影响。
图38示出图34的电极分配，并且还示出了近似区域3800，其中在A1和C1的驱动电极部分与B1的感测电极部分之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域3800中存在的任何物体的影响。图38还示出了近似区域3801，其中在C1的驱动电极部分和感测电极部分D1之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域3801中存在的任何物体的影响。
图39示出图35的电极分配，并且还示出了近似区域3900，其中在B1的驱动电极部分和A1的感测电极部分之间在长的耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域3900中存在的任何物体的影响。图39还示出了近似区域3901，其中在B1和D1的驱动电极部分与C1的感测电极部分之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受到近似区域3901中存在的任何物体的影响。
在随后的测量周期中可以使用导致与不同的近似敏感区域在不同的耦合距离上形成的附加互电容的附加电极图案。
与其他实施例一样，获得两个数据组，这两个数据组包含在不同测量周期在触摸面板上的不同点处在不同耦合距离上形成的多个互电容的测量。这些数据组用于检测可能触摸或接近触摸面板表面上的任何点的导电和非导电物体。
这两个数据组还可以用于确定触摸或接近触摸面板表面上的任何点的物体是导电物体还是非导电物体。可以基于在不同耦合距离上形成的多个互电容中的第一特性变化来检测和识别导电物体。可以基于在不同耦合距离上形成的多个互电容中的第二特性变化来检测和识别非导电物体。
这两个数据组还可以用于基于在不同耦合距离上形成的多个互电容的特性变化来确定接近触摸面板表面上的任何点的物体的高度。
图40示出描述可以在触摸面板控制器403内执行以测量和处理来自触摸传感器面板401以及上述实施例中的这种结构的所有变体的电容数据的步骤的流程图。图40仅示出了可能算法的一个实施例，并且许多其他实施例也是可能的。
图40示出：第一步骤4000，在此期间测量触摸传感器面板401内的互电容；第二步骤4001，在此期间所测量的数据被重新排列和预处理；以及第三步骤4002，在此期间在检测和跟踪步骤中，确定是否有任何物体触摸或接近触摸面板，并且可选地确定这些物体的属性和位置是什么。
图41示出形成第一步骤4000的一部分的子步骤。在第一子步骤4100期间，测量/处理单元405配置复用器单元404，用于接下来的电极分配，以产生驱动电极、感测电极和未使用的电极的特定图案。在第二子步骤4101期间，测量/处理单元405测量驱动电极和感测电极之间的互电容。在第三子步骤4102期间，测量/处理单元405确定是否已经进行了所有必要的测量。如果需要进一步的测量，例如为了获得面板的完全空间覆盖，则执行返回到子步骤4100。否则，算法前进到第二步骤4001。
图42示出形成第二步骤4001的一部分的子步骤。在第一子步骤4200期间，可以从所测量的电容中去除基线电容信号。在第二子步骤4201期间，可以对来自多个测量数据帧的数据求平均以减少噪声。在第三子步骤4202期间，互电容测量的原始数据被重新排列成测量数据的不同“近”和“远”的数据帧。例如，第一帧可以是近数据帧，其包含与在触摸传感器面板上的多个位置处在短耦合距离上测量的互电容相对应的测量。第二帧可以是远数据帧，其包含与在触摸传感器面板上的多个位置处在长耦合距离上测量的互电容相对应的测量。可以处理不同的测量组以使它们可以彼此直接比较。该处理可以包括改变数据的空间分辨率、插值、缩放和其他众所周知的算法技术。在第四子步骤4203期间，可以通过结合测量数据来创建“合成子帧”。例如，第一合成子帧可以包括第一测量帧(与在短耦合距离上测量的互电容相对应的测量)和第二测量帧(与在长耦合距离上测量的互电容相对应的测量)之和。第二合成子帧可以包括第一测量帧(与在短耦合距离上测量的互电容相对应的测量)和第二测量帧(与在长耦合距离上测量的互电容相对应的测量)之间的差。
图43示出形成第三步骤4002的一部分的子步骤。在第一子步骤4300期间，处理合成子帧以确定，分类和识别触摸。子步骤4300可用于检测触摸或接近触摸面板表面的物体。还可以处理合成子帧以确定物体在触摸面板表面上的位置和/或物体的类型(导电或不导电)以及/或者物体在触摸面板表面上方的高度。
例如，可以处理该实施例中的第一合成子帧以检测导电物体。可以处理该实施例中的第二合成子帧以检测非导电物体。通过比较第一和第二合成子帧中测量的大小，可以将物体分类为导电或不导电，并且可以确定其在触摸面板表面上方的高度。这仅是算法的一个实施例，该算法可用于重新排列测量数据，并且检测，定位和分类导电和非导电物体。可以采用任何合适的算法。
在图43的第二子步骤4301期间，可以应用时间滤波。合适的滤波技术在现有技术中是众所周知的。
图44示出可以在测量周期期间使用的电极分配。该分配包括未使用的电极4400、驱动电极4401和感测电极4402，在该图中再次以不同的明暗示出。图44还示出了近似区域4403，其中在驱动电极A2和A4与感测电极A3之间在短耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域4403中存在的任何物体的影响。图44还示出了近似区域4404，其中在驱动电极B2和B4与感测电极B3之间在短耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域4404中存在的任何物体的影响。图44类似地示出了两个附加近似敏感区域4405和4406，其中在不同电极之间形成互电容。
图45示出可以在测量周期期间使用的电极分配。该分配包括驱动电极4500、未使用的电极4501和感测电极4502，在该图中再次以不同的明暗示出。图45还示出了近似区域4503，其中在驱动电极A1和A5与感测电极A3之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域4503中存在的任何物体的影响。图45还示出了近似区域4504，其中在驱动电极B1和B5与感测电极B3之间在长耦合距离上形成互电容。互电容的值受近似区域4504中存在的任何物体的影响。图45类似地示出了两个附加近似敏感区域4505和4506，其中在不同电极之间形成互电容。
在本发明的一个实施例中，图44的电极分配可以在测量周期中使用，并且图45的电极分配可以在随后的测量周期中使用。
因此，本发明的一个方面是一种触摸面板装置，其具有增强的电极控制，用于检测和确定触摸或接近所述触摸面板装置的物体的位置。在示例性实施例中，所述触摸面板装置可包括：电极二维阵列，其包括多个电极；以及控制器，其电耦合到所述电极二维阵列。第一部分电极可被所述控制器分配为驱动电极或未使用的电极，并且第二部分电极可被所述控制器分配为感测电极或未使用的电极。所述控制器被配置为：在多个测量周期期间分配驱动电极和感测电极，其中所分配的驱动电极和感测电极的图案在不同的测量周期期间是不同的，并且所分配的驱动电极和感测电极在所述多个测量周期期间在多个耦合距离上形成互电容；在所述测量周期期间测量在所述驱动电极和所述感测电极之间形成的互电容；以及基于所测量的互电容检测并确定触摸或接近所述触摸面板装置的物体的位置。所述触摸面板装置可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述触摸面板装置的表面上的任何点至少包括在第一耦合距离上形成的互电容的敏感区域和在不同于第一耦合距离的第二耦合距离上形成的互电容的敏感区域中。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述多个耦合距离包括短耦合距离和长耦合距离。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，可分配为感测电极的每个电极具有与所述控制器的单独电连接。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述二维阵列中的每个电极具有与所述控制器的单独电连接。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述控制器被配置为分配所述驱动电极和所述感测电极，使得在所述多个测量周期的超过一半中，每个感测电极与驱动电极基本上相邻，或者是与驱动电极对角相邻，并且没有感测电极与驱动电极基本上和对角相邻。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述控制器被配置为分配所述驱动电极和所述感测电极，使得：对于在长耦合距离上形成互耦电容的任何一对驱动电极和感测电极，在第一测量周期期间在第一配置中被分配为感测电极的电极在第二测量周期期间在第二配置中被分配为驱动电极；并且对于在短耦合距离上形成互耦电容的任何一对驱动电极和感测电极，在第一测量周期期间在第一配置中被分配为感测电极的电极在第二测量周期期间在第二配置中被分配为未使用的电极。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所测量的互电容包括在所述二维阵列的边缘处测量的电容。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述二维阵列中不位于所述二维阵列的边缘处的所有电极在恰好两个测量周期中或在恰好零个测量周期中被分配为驱动电极。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述多个电极仅在一个方向上叉指。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述控制器包括用于测量互电容的电流测量单元和复用器，并且所述控制器被配置为控制所述电流测量单元和所述触摸面板电极之间经由所述复用器的连接，以分配感测电极；其中可分配为感测电极的每个电极具有与所述复用器的单独电连接。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述二维阵列中的每个电极具有与所述复用器的单独电连接。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述触摸面板装置还包括复用器单元，其中在每个测量周期期间，所述复用器单元将被分配为驱动电极的每个电极连接到驱动电压，并且将被分配为感测电极的每个电极连接到一个或多个感测放大器，并且将被分配为未使用的电极的每个电极连接到地或固定电压。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述控制器被配置为检测物体包括被配置为基于所测量的互电容中的特性变化来确定所述物体是导电的还是不导电的。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述控制器被配置为：基于在不同耦合距离上形成的互电容的第一特性变化来检测导电物体；并且另外基于在不同耦合距离上形成的互电容的第二特性变化来检测非导电物体。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述控制器被配置为确定物体的位置包括被配置为基于所测量的互电容的特性变化来确定所述物体在所述触摸面板装置的表面上方的高度。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述控制器被配置为处理所测量的互电容以产生与在不同耦合距离上的电容耦合相对应的数据帧。
在所述触摸面板装置的示例性实施例中，所述控制器被配置为处理所述数据帧以具有相同的空间分辨率。
本发明的另一方面是一种相应于任何实施例的控制触摸面板装置的方法。该方法可以包括以下步骤：在多个测量周期期间分配驱动电极和感测电极，其中所分配的驱动电极和感测电极的图案在不同的测量周期期间是不同的，并且所分配的驱动电极和感测电极在所述多个测量周期期间在多个耦合距离上形成互电容；在所述测量周期期间测量在所述驱动电极和所述感测电极之间形成的互电容；以及基于所测量的互电容检测并确定触摸或接近所述触摸面板装置的物体的位置；其中所述触摸面板装置响应于所述物体正在触摸或接近所述触摸面板装置而执行功能。
尽管已经关于某个或某些实施例示出和描述了本发明，但是显而易见的是，本领域的其他技术人员在阅读并理解了本说明书和附图时将想到等同的替换和修改。特别是关于由上述元件(部件、组件、装置、组合物等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这些元件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所描述的元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同)，尽管在结构上不等同于本文中示出的本发明的一个或多个示例性实施例中执行功能的所公开的结构。另外，虽然上文仅针对若干个示出的实施例中的一个或多个描述了本发明的特定特征，但是如果对于任何给定或特定的应用可能是期望的和有利的，这样的特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合。
[工业适用性]
本发明适用于在各种环境中改进电容型触摸面板装置的操作。这种电容型触摸面板装置可以应用于一系列消费电子产品中，包括例如移动电话、平板电脑、笔记本电脑和台式电脑、电子书阅读器和数字标牌产品。
[附图标记列表]
100 驱动电极
101 感测电极
102 电压源
103 互耦电容器
104 电流测量装置
105 输入物体
106 输入物体和驱动电极之间的动态电容器
107 输入物体和感测电极之间的动态电容器
200 驱动电极
201 电压源
202 电流测量装置
203 电极对地的自电容
300 水平电极
301 垂直电极
400 触摸屏显示***
401 触摸传感器面板
402 显示器
403/403a/403b/403c 触摸面板控制器
404/404a/404b/404c 复用器单元
405 测量/处理单元
406 ***控制单元
500 方形电极
501 通孔
502 连接线
504 第一列电极的连接线
505 第二列电极的连接线
506 第三列电极的连接线
600 方形电极
601 导线
700 复用器
701 复用器
702 复用器
703 复用器
704 电荷放大器
705 电荷放大器
706 电荷放大器
707 电荷放大器
708 复用器
709 复用器
710 复用器
711 复用器
712 复用器
713 复用器
714 开关
715 开关
716 开关
717 开关
718 开关
719 开关
720 开关
721 开关
722 开关
723 开关
724 开关
725 开关
800 运算放大器
801 集成电容器
802 重置开关
803 第一输入开关
804 第二输入开关
1000 电极
1100 感测电极
1101 驱动电极
1102 未使用的电极
1200 驱动电极
1201 感测电极
1202 未使用的电极
1300 未使用的电极
1301 驱动电极
1302 感测电极
1400 互电容的近似区域
1401 互电容的近似区域
1500 互电容的近似区域
1501 互电容的近似区域
1600 互电容的近似区域
1601 互电容的近似区域
1700 电极阵列
1701 互电容的近似区域
1702 互电容的近似区域
1703 互电容的近似区域
1704 互电容的近似区域
1800 互电容的近似区域
1801 互电容的近似区域
1802 互电容的近似区域
1900 互电容的近似区域
1901 互电容的近似区域
1902 互电容的近似区域
1903 互电容的近似区域
2000 互电容的近似区域
2001 互电容的近似区域
2002 互电容的近似区域
2003 互电容的近似区域
2100 感测电极
2101 驱动电极
2102 未使用的电极
2200 互电容的近似区域
2201 互电容的近似区域
2300 驱动电极
2301 感测电极
2302 未使用的电极
2303 互电容的近似区域
2304 互电容的近似区域
2400 驱动电极
2401 感测电极
2402 未使用的电极
2500 未使用的电极
2501 感测电极
2502 驱动电极
2600 叉指电极
2601 叉指电极
2602 叉指电极
2603 通孔
2604 连接线
2700 感测电极
2701 驱动电极
2702 未使用的电极
2800 驱动电极
2801 感测电极
2802 未使用的电极
2900 第一电极
2900a/2900b 第一电极部分
2901 第二电极
2901a/2901b 第二电极部分
2902 连接特征
2903 通孔
2904 连接线
2905 连接线
2906 连接线
2907 连接线
2908 连接线
2909 连接线
2910 连接线
2911 连接线
2912 连接线
2913 连接线
3000 路由单元
3100 第一电极
3100a/3100b 第一电极部分
3101 第二电极
3101a/3101b 第二电极部分
3102 连接特征
3103 通孔
3104 连接线
3105 连接线
3106 连接线
3107 连接线
3108 连接线
3109 连接线
3110 连接线
3111 连接线
3112 连接线
3113 连接线
3300 开关阵列
3301 控制单元
3302 控制信号
3400 感测电极
3401 驱动电极
3402 未使用的电极
3500 感测电极
3501 驱动电极
3502 未使用的电极
3600 互电容的近似区域
3601 互电容的近似区域
3700 互电容的近似区域
3701 互电容的近似区域
3800 互电容的近似区域
3801 互电容的近似区域
3900 互电容的近似区域
3901 互电容的近似区域
4000 第一算法步骤
4001 第二算法步骤
4002 第三算法步骤
4100 第一算法步骤的第一子步骤
4101 第一算法步骤的第二子步骤
4102 第一算法步骤的第三子步骤
4200 第二算法步骤的第一子步骤
4201 第二算法步骤的第二子步骤
4202 第二算法步骤的第三子步骤
4203 第二算法步骤的第四子步骤
4300 第三算法步骤的第一子步骤
4301 第三算法步骤的第二子步骤
4400 未使用的电极
4401 驱动电极
4402 感测电极
4403 互电容的近似区域
4404 互电容的近似区域
4405 互电容的近似区域
4406 互电容的近似区域
4500 驱动电极
4501 未使用的电极
4502 感测电极
4503 互电容的近似区域
4504 互电容的近似区域
4505 互电容的近似区域
4506 互电容的近似区域

Claims (19)

1.一种触摸面板装置，包括：
电极二维阵列，其包括多个电极；和控制器，其电耦合到所述电极二维阵列；
其中第一部分电极可被所述控制器分配为驱动电极或未使用的电极，并且第二部分电极可被所述控制器分配为感测电极或未使用的电极；并且
其中所述控制器被配置为：
在多个测量周期期间分配驱动电极和感测电极，其中所分配的驱动电极和感测电极的图案在不同的测量周期期间是不同的，并且所分配的驱动电极和感测电极在所述多个测量周期期间在多个耦合距离上形成互电容；
在所述测量周期期间测量在所述驱动电极和所述感测电极之间形成的互电容；以及
基于所测量的互电容检测并确定触摸或接近所述触摸面板装置的物体的位置。
2.根据权利要求1所述的触摸面板装置，其中所述触摸面板装置的表面上的任何点至少包括在第一耦合距离上形成的互电容的敏感区域和在不同于所述第一耦合距离的第二耦合距离上形成的互电容的敏感区域中。
3.根据权利要求1或2所述的触摸面板装置，其中所述多个耦合距离包括短耦合距离和长耦合距离。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的触摸面板装置，其中可分配为感测电极的每个电极具有与所述控制器的单独电连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的触摸面板装置，其中所述二维阵列中的每个电极具有与所述控制器的单独电连接。
6.根据权利要求5所述的触摸面板装置，其中所述控制器被配置为分配所述驱动电极和所述感测电极，使得在所述多个测量周期的多于一半中，每个感测电极与驱动电极基本上相邻，或者与驱动电极对角相邻，并且没有感测电极与驱动电极基本上和对角相邻。
7.根据权利要求5所述的触摸面板装置，其中所述控制器被配置为分配所述驱动电极和所述感测电极，使得：对于在长耦合距离上形成互耦电容的任何一对驱动电极和感测电极，在第一测量周期期间在第一配置中被分配为感测电极的电极在第二测量周期期间在第二配置中被分配为驱动电极；并且
对于在短耦合距离上形成互耦电容的任何一对驱动电极和感测电极，在所述第一测量周期期间在所述第一配置中被分配为感测电极的电极在所述第二测量周期期间在所述第二配置中被分配为未使用的电极。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的触摸面板装置，其中所测量的互电容包括在所述二维阵列的边缘处测量的电容。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的触摸面板装置，其中所述二维阵列中不位于所述二维阵列的边缘处的所有电极在恰好两个测量周期中或在恰好零个测量周期中被分配为驱动电极。
10.根据权利要求5所述的触摸面板装置，其中所述多个电极仅在一个方向上叉指。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的触摸面板装置，其中所述控制器包括用于测量所述互电容的电流测量单元和复用器，并且所述控制器被配置为控制所述电流测量单元和所述触摸面板电极之间经由所述复用器的连接，以分配所述感测电极；
其中可分配为感测电极的每个电极具有与所述复用器的单独电连接。
12.根据权利要求11所述的触摸面板装置，其中所述二维阵列中的每个电极具有与所述复用器的单独电连接。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的触摸面板装置，还包括复用器单元，其中在每个测量周期期间，所述复用器单元将被分配为驱动电极的每个电极连接到驱动电压，并且将被分配为感测电极的每个电极连接到一个或多个感测放大器，并且将被分配为未使用的电极的每个电极连接到地或固定电压。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的触摸面板装置，其中所述控制器被配置为检测所述物体包括被配置为基于所测量的互电容的特性变化来确定所述物体是导电的还是不导电的。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的触摸面板装置，其中所述控制器被配置为：
基于在不同耦合距离上形成的互电容的第一特征变化来检测导电物体；并且另外基于在不同耦合距离上形成的互电容的第二特性变化来检测非导电物体。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的触摸面板装置，其中所述控制器被配置为确定所述物体的位置包括被配置为基于所测量的互电容的特性变化来确定所述物体在所述触摸面板装置的表面上方的高度。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的触摸面板装置，其中所述控制器被配置为处理所测量的互电容，以产生与不同耦合距离上的电容耦合相对应的数据帧。
18.根据权利要求19所述的触摸面板装置，其中所述控制器被配置为处理所述数据帧以具有相同的空间分辨率。
19.一种控制触摸面板装置的方法，所述触摸面板装置包括：电极二维阵列，其包括多个电极；和控制器，其电耦合到所述电极二维阵列，其中第一部分电极可被所述控制器分配为驱动电极或未使用的电极，并且第二部分电极可被所述控制器分配为感测电极或未使用的电极，所述控制方法包括以下步骤：
在多个测量周期期间分配驱动电极和感测电极，其中所分配的驱动电极和感测电极的图案在不同的测量周期期间是不同的，并且所分配的驱动电极和感测电极在所述多个测量周期期间在多个耦合距离上形成互电容；
在所述测量周期期间测量在所述驱动电极和所述感测电极之间形成的互电容；以及
基于所测量的互电容检测并确定触摸或接近所述触摸面板装置的物体的位置；
其中所述触摸面板装置响应于所述物体正在触摸或接近所述触摸面板装置而执行功能。
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