CN116261709A - 电容式感应装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种电容式感应装置，其中该装置包括：多个驱动电极，其施加有第一电压，其中多个驱动电极沿第一方向并排布置；多个感应电极，其沿与第一方向交叉的第二方向并排布置；多个成形电极，其施加有与第一电压符号相反的第二电压，其中，多个成形电极中的一个成形电极位于相邻的两个驱动电极之间；以及处理电路，用于检测驱动电极和感应电极之间的电容的变化。

Description

电容式感应装置

技术领域

本公开涉及一种电容式感应装置、具有该电容式感应装置的设备以及通过该装置生成指纹图像等图像的方法。该设备可以是移动电话、智能电话、平板电脑、个人电脑、数码相机、导航***等。

背景技术

近年来，为了防止未经授权的使用，在移动电话、智能电话、平板电脑、个人电脑、数码相机、导航***等各种电子设备中实现的认证技术变得越来越重要。在这方面，由于指纹传感器(fingerprint sensor，FPS)在尺寸和能量效率方面具有优势，因此指纹认证是用于此类设备的认证技术的有力候选技术。虽然存在多种类型的FPS传感器，但电容式FPS因其外形薄、成本低、可靠性高而备受关注。

电容式FPS可以在显示面板几乎覆盖其全部正面的设备中实现。在这种情况下，传感器应布置在显示面板的透明玻璃或膜等覆盖层之下。如果覆盖层的厚度为200μm或更小，现有电容式FPS可以以足够的分辨率检测位于覆盖层上的手指的表面不规则性，以识别指纹。然而，厚度为200μm或更小的覆盖层即使受到轻微冲击也很容易破裂。因此，为了在全屏显示型设备中实现电容式FPS，有必要提高电容式FPS的灵敏度，以通过厚覆盖层准确检测指纹。

发明内容

实施例提供了一种电容式感应装置、具有该装置的设备以及生成指纹图像等图像的方法。该设备可以是移动电话、智能电话、平板电脑、个人电脑、数码相机、导航***等。

实施例的第一方面提供了一种电容式感应装置。在第一方面的第一种可能的实现方式中，一种电容式感应装置包括：多个驱动电极，其施加有第一电压，其中，多个驱动电极沿第一方向并排布置；多个感应电极，其沿与第一方向交叉的第二方向并排布置；多个成形电极，其施加有与第一电压符号相反的第二电压，其中，多个成形电极中的一个成形电极位于相邻的两个驱动电极之间；及处理电路，用于检测驱动电极和感应电极之间的电容的变化。在一些示例中，电极间距可以在30μm至150μm的范围内，装置可以优选地用于生成指纹图像。此外，第一电压和第二电压可以在预定驱动期内分别施加到驱动电极和成形电极上，以同步驱动该驱动电极和成形电极。另一方面，在不同于驱动期的预定读取期内执行从感应电极读取信号。

当对驱动电极施加第一电压时，驱动电极与感应电极之间产生电场，感应电极从驱动电极接收电荷。此外，当手指位于装置上方的覆盖层上时，手指使电场改变并减小驱动电极和感应电极之间的互电容。检测手指的表面不规则性的分辨率可能与相邻的驱动电极和感应电极之间的电场的方向性有关。具体地，增加方向性可以提高检测手指的表面不规则性的分辨率。在第一方面的第一种可能的实现方式中，成形电极位于相邻的两个驱动电极之间，并对成形电极施加与第一电压符号相反的第二电压。对成形电极施加第二电压增强了与成形电极相邻的驱动电极和感应电极之间的电场向上的方向性，从而提高了装置的灵敏度。

第一方面的第二种可能的实现方式提供了：根据第一方面的第一种可能的实现方式的装置，其中，处理电路还用于：生成具有像素值的图像，每个像素值与在驱动电极和感应电极彼此相对的位置处检测到的电容的变化对应。根据第一方面的第二种可能的实现方式，可以通过灵敏度得到提高的装置生成清晰的指纹图像。

第一方面的第三种可能的实现方式提供了：根据第一方面的第一种可能的实现方式或第二种可能的实现方式的装置，其中，处理电路还用于：在驱动电极所在的第一层上，将分别作为驱动电极的第一组电极调换为分别作为成形电极的第二组电极，以在第一层上的两个电极图案之间进行互换；在感应电极所在的第二层上，将分别作为感应电极的第三组电极调换为分别作为成形电极的第四组电极，以在第二层上的两个电极图案之间进行互换；对于四个电极图案中的每一个，生成由像素值形成的图像，每个像素值与在驱动电极和感应电极彼此相对的位置处检测到的电容的变化对应；以及组合生成的四个图像，得到组合图像。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，驱动电极和部分成形电极位于第一层上，感应电极和剩余成形电极位于第二层上。第一层上的每个电极在施加第一电压时可以作为驱动电极，在施加第二电压时可以作为成形电极。此外，第二层上的每个电极在电极接地时可以作为感应电极，在施加第二电压时可以作为成形电极。因此，处理电路可以控制施加到每个电极上的电压，以在四个电极图案之间进行互换。处理电路检测驱动电极和感应电极彼此相对的位置处的电容的变化，因此，与四个电极图案对应的检测位置彼此不同。因此，对于四个电极图案中的每一个，处理电路生成图像，并组合生成的四个图像，得到具有与所有检测位置对应的完整像素值集合的组合图像。

例如，驱动电极可以在第一层上均匀分布，而感应电极可以在与第一层相距预定距离的第二层上均匀分布。每个驱动电极可以沿一个方向延伸，每个感应电极可以沿与该一个方向交叉的另一个方向延伸。此外，第一层上的每个成形电极可以位于相邻的两个驱动电极之间，而第二层上的每个成形电极可以位于相邻的两个感应电极之间。在这种情况下，对于每个电极图案，处理电路检测驱动电极和感应电极的每个交叉点处的电容的变化。进一步地，对于每个电极图案，处理电路可以根据检测到的电容的变化生成图像，并组合生成的四个图像以得到全像素图像。

第一方面的第四种可能的实现方式提供了：根据第一方面的第一种可能的实现方式至第三种可能的实现方式中的任一种的装置，其中，以码分复用(Code DivisionMultiplexing，CDM)方式对提供第一电压的电压信号进行编码，使得与驱动电极对应的电压信号相互正交。根据第一方面的第七种可能的实现方式，CDM方式提高了检测信号的信噪比(signal to noise ratio，SNR)。

实施例的第二方面提供了另一种电容式感应装置。在第二方面的第一种可能的实现方式中，装置包括：多个感应电极，其施加有第一电压；多个成形电极，其施加有与第一电压符号相反的第二电压，其中，每个成形电极位于相邻的两个感应电极之间；以及处理电路，用于检测第一电压在每个感应电极上积累的电荷的变化。在一些示例中，电极间距可以在30μm至150μm的范围内，装置可以优选地用于生成指纹图像。此外，第一电压会导致在积累期内在每个感应电极上产生电荷，第二电压在同一期间同步施加到成形电极上。另一方面，在积累期之后的读取期执行从感应电极读取信号。

当手指接近装置180上方的覆盖层时，手指的电容会导致在面向手指的感应电极上积累的电荷增加。因此，处理电路可以根据电荷的变化检测手指和/或手指表面的每个突出部。检测手指的表面不规则性的分辨率可能与感应电极周围的电场的方向性有关。具体地，增加方向性可以提高检测手指的表面不规则性的分辨率。在第二方面的第一种可能的实现方式中，成形电极位于相邻的两个感应电极之间，并对成形电极施加与第一电压符号相反的第二电压。对成形电极施加第二电压增强了感应电极周围的电场向上的方向性，从而提高了装置的灵敏度。

第二方面的第二种可能的实现方式提供了：根据第二方面的第一种可能的实现方式的装置，其中，处理电路还用于：生成具有像素值的图像，每个像素值与每个感应电极上的电荷的变化对应。根据第二方面的第二种可能的实现方式，可以通过灵敏度得到提高的装置生成清晰的指纹图像。

实施例的第三方面提供了一种用于通过电容式感应装置生成图像的方法，电容式感应装置具有沿第一方向并排布置的多个驱动电极、沿与第一方向交叉的第二方向并排布置的多个感应电极、多个成形电极以及处理电路。在第三方面的第一种可能的实现方式中，方法包括：电压源对每个驱动电极施加第一电压；电压源对每个成形电极施加与第一电压符号相反的第二电压，其中，多个成形电极中的一个成形电极位于相邻的两个驱动电极之间；以及处理电路根据驱动电极和感应电极之间的电容的变化生成图像。在一些示例中，电极间距可以在30μm至150μm的范围内，装置可以优选地用于生成指纹图像。此外，第一电压和第二电压可以在预定驱动期内分别施加到驱动电极和成形电极上，以同步驱动该驱动电极和成形电极。另一方面，在不同于驱动期的预定读取期内执行从感应电极读取信号。

当对驱动电极施加第一电压时，驱动电极与感应电极之间产生电场，感应电极从驱动电极接收电荷。此外，当手指位于装置上方的覆盖层上时，手指使电场改变并减小驱动电极和感应电极之间的互电容。检测手指的表面不规则性的分辨率可能与相邻的驱动电极和感应电极之间的电场的方向性有关。具体地，增加方向性可以提高检测手指的表面不规则性的分辨率。在第三方面的第一种可能的实现方式中，成形电极位于相邻的两个驱动电极之间，并对成形电极施加与第一电压符号相反的第二电压。对成形电极施加第二电压增强了与成形电极相邻的驱动电极和感应电极之间的电场向上的方向性，从而提高了装置的灵敏度。

第三方面的第二种可能的实现方式提供了：根据第三方面的第一种可能的实现方式的方法，其中，处理电路根据电容的变化生成图像具体包括：生成具有像素值的图像，每个像素值与驱动电极和感应电极彼此相对的位置处的电容的变化对应。根据第三方面的第二种可能的实现方式，可以通过灵敏度得到提高的装置生成清晰的指纹图像。

第三方面的第三种可能的实现方式提供了：根据第三方面的第一种可能的实现方式或第二种可能的实现方式的方法，还包括：处理电路改变分别作为驱动电极的第一组电极和分别作为成形电极的第二组电极，以形成多个电极图案，其中，处理电路根据电容的变化生成图像具体包括：对于驱动层和第二层上的每个电极图案，生成具有像素值的图像，每个像素值与驱动电极和感应电极彼此相对的位置处的电容的变化对应；以及组合四个图像。

在第三方面的第三种可能的实现方式中，驱动电极和部分成形电极位于第一层上，感应电极和剩余成形电极位于第二层上。第一层上的每个电极在施加第一电压时可以作为驱动电极，在施加第二电压时可以作为成形电极。此外，第二层上的每个电极在电极接地时可以作为感应电极，在施加第二电压时可以作为成形电极。因此，处理电路可以控制施加到每个电极上的电压，以在四个电极图案之间进行互换。处理电路检测驱动电极和感应电极彼此相对的位置处的电容的变化，因此，与四个电极图案对应的检测位置彼此不同。因此，对于四个电极图案中的每一个，处理电路生成图像，并组合生成的四个图像，得到具有与所有检测位置对应的完整像素值集合的组合图像。

第三方面的第四种可能的实现方式提供了：根据第三方面的第一种可能的实现方式至第三种可能的实现方式中的任一种的方法，还包括：处理电路以CDM方式对提供第一电压的电压信号进行编码，使得与驱动电极对应的电压信号相互正交。根据第三方面的第五种可能的实现方式，CDM方式提高了检测信号的SNR。

实施例的第四方面提供了：一种用于通过电容式感应装置生成图像的方法，电容式感应装置具有多个感应电极、多个成形电极和处理电路。在第四方面的第一种可能的实现方式中，方法包括：电压源对每个感应电极施加第一电压；电压源对每个成形电极施加与第一电压符号相反的第二电压，其中，每个成形电极位于相邻的两个感应电极之间；以及处理电路根据第一电压在每个感应电极上积累的电荷的变化生成图像。在一些示例中，电极间距可以在30μm至150μm的范围内，装置可以优选地用于生成指纹图像。此外，第一电压会导致在积累期内在每个感应电极上产生电荷，第二电压在同一期间同步施加到成形电极上。另一方面，在积累期之后的读取期执行从感应电极读取信号。

当手指接近装置180上方的覆盖层时，手指的电容会导致在面向手指的感应电极上积累的电荷增加。因此，处理电路可以根据电荷的变化检测手指和/或手指表面的每个突出部。检测手指的表面不规则性的分辨率可能与感应电极周围的电场的方向性有关。具体地，增加方向性可以提高检测手指的表面不规则性的分辨率。在第四方面的第一种可能的实现方式中，成形电极位于相邻的两个感应电极之间，并对成形电极施加与第一电压符号相反的第二电压。对成形电极施加第二电压增强了感应电极周围的电场向上的方向性，从而提高了装置的灵敏度。

第四方面的第二种可能的实现方式提供了：根据第四方面的第一种可能的实现方式的方法，其中，处理电路根据电荷的变化生成图像具体包括：生成具有像素值的图像，每个像素值与每个感应电极上的电荷的变化对应。根据第四方面的第二种可能的实现方式，可以通过灵敏度得到提高的装置生成清晰的指纹图像。

实施例的第五方面提供了：一种设备，例如移动电话、智能电话、平板电脑、个人电脑、数码相机、导航***等，其中，设备包括：根据第一方面的可能的实现方式中的任一种的装置，覆盖该装置的覆盖层以及位于该装置下方的显示模块。在第五方面的一种可能的实现方式中，覆盖层的厚度可以大约等于或大于300μm。

实施例的第六方面提供了：一种设备，例如移动电话、智能电话、平板电脑、个人电脑、数码相机、导航***等，其中，该设备包括：根据第二方面的可能的实现方式中的任一种的装置，覆盖该装置的覆盖层以及位于该装置下方的显示模块。在第六方面的一种可能的实现方式中，覆盖层的厚度可以大约等于或大于300μm。

实施例的第七方面提供了：一种非瞬时性计算机可读存储介质，其存储有程序，该程序使得计算机执行根据第三方面的可能的实现方式中的任一种的方法。实施例的第八方面提供了：一种非瞬时性计算机可读存储介质，其存储有程序，该程序使得计算机执行根据第四方面的可能的实现方式中的任一种的方法。

附图说明

图1示出了本公开的第一实施例提供的具有用于指纹感应的电容式感应装置的设备的示例；

图2A至图2C示出了本公开的第一实施例提供的设备的剖视图；

图3示出了本公开的第一实施例提供的装置中的电极布局的示例；

图4A是本公开的第一实施例提供的用于描述装置中的感应电极和成形电极的布置的示意图；

图4B示出了本公开的第一实施例提供的施加到装置中的感应电极和成形电极上的电压的波形；

图5是本公开的第一实施例提供的用于描述装置的元件的示意框图；

图6A和图6B是本公开的第一实施例提供的用于描述由装置中的感应电极和成形电极形成的电极图案的示意图；

图7A和图7B是本公开的第一实施例提供的用于描述由装置中的感应电极和成形电极形成的电极图案的示意图；

图8是本公开的第一实施例提供的用于描述组合与图6A至图7B所示的四个电极图案对应的四个图像的过程的示意图；

图9是本公开的第一实施例提供的用于描述通过装置生成图像的方法的流程图；

图10示出了本公开的第一实施例的第一变型提供的电极布局的示例；

图11是本公开的第一实施例的第二变型提供的用于描述装置在设备上的实现方法的示意图；

图12是本公开的第一实施例提供的用于描述施加到感应电极上的电压脉冲的编码方法的示意图；

图13示出了本公开的第二实施例提供的装置中的电极布局的示例；

图14A和图14B是本公开的第二实施例提供的用于描述装置中的感应电极和成形电极的布置的示意图；

图15A和图15B是本公开的第二实施例提供的用于描述由装置中的感应电极和成形电极形成的电极图案的示意图；

图16A和图16B是本公开的第二实施例提供的用于描述通过施加成形电压来提高灵敏度的示意图；

图17A和图17B示出了本公开的第二实施例的变型提供的装置中的电极布局的示例；

图18是本公开的第三实施例提供的用于描述装置的元件的示意框图；以及

图19是本公开的第三实施例提供的用于描述装置中的感应电极和成形电极的布置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图描述各实施例的技术方案。应理解的是，下面描述的实施例仅是与本公开相关的部分实施例，而不是全部实施例。应注意的是，本领域技术人员根据下面描述的实施例无需付出创造性劳动即可获得的所有其他实施例都属于本公开的保护范围。

(第一实施例)下面描述了本公开的第一实施例。本公开的第一实施例涉及一种具有电容式FPS等电容式感应装置的设备。例如，设备可以是移动电话、智能电话、平板电脑、个人电脑、数码相机、导航***等。

图1示出了本公开的第一实施例提供的具有用于指纹感应的电容式感应装置的设备的示例。图1所示的设备10是全屏显示型设备，其中，显示面板11几乎覆盖设备10的全部正面。如图1所示，显示面板11上存在用于检测指纹的感应区域11a。当手指FG位于感应区域11a上时，设备10可以根据识别信息执行指纹检测和指纹授权。

下面结合图2A至图2C描述了设备10在感应区域11a周围的层结构。图2A至图2C示出了设备10沿图1所示的II-II线的剖视图。在图2A的示例中，设备10具有覆盖层21、FPS/触摸传感器22和显示模块23。覆盖层21是透明玻璃或膜，并且覆盖FPS/触摸传感器层22。FPS/触摸传感器层22可以包括用作FPS和/或触摸传感器的至少一个传感器。FPS/触摸传感器层22中包括下面描述的电容式感应装置。显示模块23可以是有机发光二极管(organic lightemitting diode，OLED)、液晶显示器(liquid crystal display，LCD)等，位于FPS/触摸传感器层22下方。设备10还可以包括如图2B和图2C所示的偏振器24，这些变型可以在本公开的第一实施例的范围内。

下面结合图3至图8描述了本公开的第一实施例提供的用于生成指纹图像的电容式感应装置。

图3示出了本公开的第一实施例提供的装置中的电极布局的示例。如图3所示，该装置包括在第一层L1上均匀分布的电极以及在与第一层L1相距预定距离放置的第二层L2上均匀分布的电极。第一层L1上的每个电极沿一个方向延伸，第二层L2上的每个电极沿与第一方向交叉的另一个方向延伸。在该示例中，可以对第一层L1上的至少部分电极施加电压脉冲，第二层L2上的至少部分电极可以从第一层L1上的电极接收电荷。

在本公开的第一实施例中，第一层L1上的第一组电极作为施加有第一电压的驱动电极(TX)，第一层L1上的第二组电极作为施加有第二电压的成形(forming)电极(FX)。此外，第二层L2上的第三组电极作为感应电极(RX)从驱动电极接收电荷，第二层L2上的第四组电极作为施加有第二电压的成形电极(FX)。第一层L1上的每个成形电极(FX)位于相邻的两个驱动电极(TX)之间，第二层L2上的每个成形电极(FX)位于相邻的两个感应电极(RX)之间。

图4A示出了本公开的第一实施例提供的装置中的感应电极和成形电极的布置。在图4A的示例中，驱动电极(TX)和成形电极(FX)交替布置在基板上，并由透明玻璃或膜等覆盖层覆盖。可选地，覆盖层还可以覆盖第二层(L2)上的电极。

图4B示出了本公开的第一实施例提供的施加到装置中的感应电极和成形电极上的电压的波形。在图4B中，第一电压V1表示施加到驱动电极(TX)上的第一电压脉冲(TX电压脉冲)的幅度，第二电压V2表示施加到成形电极(FX)上的第二电压脉冲(FX电压脉冲)的幅度。在每个时间段内，第二电压V2与第一电压V1的符号相反。第一电压V1和第二电压V2在预定驱动期内分别施加到驱动电极和成形电极上，以同步驱动该驱动电极和成形电极。另一方面，在不同于驱动期的预定读取期内执行从感应电极读取信号。

如果对驱动电极(TX)施加第一电压V1，驱动电极(TX)与感应电极(RX)之间产生电场，感应电极(RX)从驱动电极(TX)接收电荷。当手指FG位于覆盖层21上时，手指FG使电场改变并减小驱动电极(TX)和感应电极(RX)之间的互电容。

检测手指FG的表面不规则性的分辨率与彼此相对的驱动电极(TX)和感应电极(RX)之间产生的电场的方向性有关。具体地，增加方向性可以提高检测手指FG的表面不规则性的分辨率。对成形电极(FX)施加第二电压V2增强了彼此相对的驱动电极(TX)和感应电极(RX)之间的电场向上的方向性。这可以提高装置的灵敏度。

下面结合图5描述了本公开的第一实施例提供的装置中包括的元件。图5是本公开的第一实施例提供的用于描述装置的元件的示意框图。电容式感应装置50是本公开的第一实施例提供的装置的示例。

如图5所示，装置50包括多个驱动电极51a、51b、51c......、多个感应电极52a、52b、52c......、多个成形电极53a、53b、53c......、电压源54、处理电路55、检测器56以及存储器57。

处理电路55控制电压源54对每个驱动电极施加第一电压V1，对每个成形电极施加第二电压V2。处理电路55可以是在触摸面板中实现的称为触摸IC的集成电路(integratedcircuit，IC)，也可以是中央处理器(central processing unit，CPU)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或专用集成电路(application specificintegrated circuit，ASIC)等处理器。处理电路55连接存储器57，例如只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、闪存、固态硬盘(solidstate drive，SSD)、硬盘驱动器(hard disk drive，HDD)。存储器57可以存储程序，使得处理电路55控制装置50的运行。

此外，处理电路55控制检测器56，以根据感应电极从驱动电极接收的电荷检测驱动电极和感应电极之间的电容的变化。进一步地，处理电路55生成具有像素值的图像，每个像素值与在驱动电极和感应电极的每个交叉点处检测到的电容的变化对应。可选地，处理电路55可以控制电压源54来改变第一层L1和第二层L2上的电极图案，并根据在驱动电极和感应电极的每个交叉点处检测到的电容的变化来生成另一个图像。

具体地，处理电路55可以在第一层L1上将分别作为驱动电极(TX)的第一组电极调换为分别作为成形电极(FX)的第二组电极。进一步地，处理电路55可以在第二层L2上将分别作为感应电极(RX)的第三组电极调换为分别作为成形电极(FX)的第四组电极。

第一层L1上的调换提供了图6A所示的第一图案与图6B所示的第二图案之间的互换。图6A和图6B是本公开的第一实施例提供的用于描述由装置中的感应电极和成形电极形成的电极图案的示意图。同样，第二层L2上的调换提供了图7A所示的第三图案与图7B所示的第四图案之间的互换。图7A和图7B是本公开的第一实施例提供的用于描述由装置中的感应电极和成形电极形成的电极图案的示意图。因此，处理电路55可以在上述第一图案至第四图案之间切换。

对于第一图案至第四图案中的每一个，处理电路55可以根据在驱动电极和感应电极的交叉点处检测出的电容的变化生成图像，并将分别与第一图案至第四图案对应的第一图像至第四图像存储在存储器57中。由于形成图像的像素可能仅在驱动电极和感应电极的交叉点处获得(见图6A至图7B中的虚线矩形)，因此，第一图像至第四图像如图8所示。图8是本公开的第一实施例提供的用于描述组合与图6A至图7B所示的四个电极图案对应的四个图像的过程的示意图。为了完成指纹图像，处理电路55组合第一图像至第四图像以生成指纹的全像素图像，如图8所示。

(用于生成全像素图像的方法)下面结合图9描述了本公开的第一实施例提供的用于生成指纹图像的方法的一个示例。图9是本公开的第一实施例提供的用于描述通过装置生成图像的方法的一个示例的流程图。

在步骤S11中，处理电路55根据第一图案(见图6A)中的感应电极(RX线)的输出捕获第一图像。例如，处理电路55控制电压源54对每个驱动电极施加第一电压V1，对每个成形电极施加第二电压V2，使得装置50中的电极形成第一图案。此外，处理电路55控制检测器56根据感应电极的输出检测驱动电极和感应电极之间的电容的变化，并生成具有像素值的图像，每个像素值与驱动电极和感应电极的交叉点处的电容的变化对应。

在步骤S12中，处理电路55控制电压源54在第一层L1上将驱动电极(TX线)调换为成形电极(FX线)，以从第一图案变为第二图案(见图6B)。进一步地，处理电路55根据第二图案中的感应电极(RX线)的输出捕获第二图像。

在步骤S13中，处理电路55控制电压源54在第一层L1和第二层L2上将驱动电极(TX线)调换为成形电极(FX线)，以从第二图案变为第三图案(见图7A)。进一步地，处理电路55根据第三图案中的感应电极(RX线)的输出捕获第三图像。

在步骤S14中，处理电路55控制电压源54在第二层L2上将驱动电极(TX线)调换为成形电极(FX线)，以从第三图案变为第四图案(见图7B)。进一步地，处理电路55根据第四图案中的感应电极(RX线)的输出捕获第四图像。

在步骤S15中，处理电路55组合第一图像至第四图像，以生成全像素图像。当步骤S15的流程完成时，图9所示的一系列流程结束。

(第一实施例的第一变型)下面结合图10描述了本公开的第一实施例的第一变型。图10示出了本公开的第一实施例的第一变型提供的电极布局的示例。如图10所示，感应电极(RX线)和/或驱动电极可以由金属网构成。在这种情况下，为了使每个感应电极不显眼，优选地在相邻的两个感应电极之间布置虚设网格。使用金属网可以减小电极的电阻。

(第一实施例的第二变型)下面结合图11描述了本公开的第一实施例的第二变型。图11是本公开的第一实施例的第二变型提供的用于描述装置在设备上的实现方法的示意图。

如上文结合图2A至图2C所描述的，本公开的第一实施例提供的装置可以安装在显示模块23上的FPS/触摸传感器层22中(外嵌式)。另一方面，本公开的第一实施例提供的装置可以直接在OLED等显示器中实现，如图11所示(表嵌式)。在这种情况下，用于TX线和/或FX线的电极可以布置在薄膜封装(thin film encapsulation，TFE)结构上。此外，用于RX线和/或FX线的电极可以布置在TX线上的绝缘层上，并用保护层覆盖。

(编码方法)下面结合图12描述了施加到驱动电极上的电压脉冲的编码方法。图12是本公开的第一实施例提供的用于描述施加到感应电极上的电压脉冲的编码方法的示意图。

如图12所示，可以以码分复用(Code Division Multiplexing，CDM)方式对提供第一电压V1的电压信号进行编码，使得施加到不同驱动电极的电压信号相互正交。在图12的示例中，当TX1脉冲至TX4脉冲分别施加到TX1线至TX4线时，获得四个RX输出3.8、0.2、-0.2、0.2。在这种情况下，处理电路55根据以下等式(1)进行解码处理，得到输出信号0.8(0.8＝4-3.2)。采用CDM方式提高了检测信号的信噪比(signal to noise ratio，SNR)。

(第二实施例)下面结合图13至图16描述了本公开的第二实施例。

图13示出了本公开的第二实施例提供的装置中的电极布局的示例。在本公开的第二实施例中，第一层L1上的电极呈矩形，并布置成瓦片状。图13中沿A-A线截取的剖视图如图14A所示，从第一层L1和第二层L2上的电极上方观察的透明视图如图14B所示。图14A和图14B是本公开的第二实施例提供的用于描述装置中的感应电极和成形电极的布置的示意图。

在图14A的示例中，驱动电极(TX)和成形电极(FX)交替布置在基板上，并由透明玻璃或膜等覆盖层覆盖。此外，彼此相邻的驱动电极(TX)通过桥接线(TX桥)连接。因此，相互连接的驱动电极沿与感应电极(RX)延伸的第二方向交叉的第一方向并排布置。同样，彼此相邻的成形电极(FX)通过桥接线(FX桥)连接，相互连接的成形电极沿第一方向并排布置。

如图14B所示，相互连接的驱动电极沿第一方向(图13中所示的X方向)形成TX线。同样，相互连接的成形电极沿第一方向形成FX线。对TX线施加第一电压V1(见图4B)，对FX线施加第二电压V2(见图4B)。可选地，第二层L2上的部分电极可以用于如本公开的第一实施例那样作为成形电极。

可选地，处理电路55可以在第一层L1上将分别作为驱动电极(TX线)的第一组电极调换为分别作为成形电极(FX线)的第二组电极。TX线与FX线之间的调换提供了图15A和图15B所示的两个电极图案之间的互换。图15A和图15B是本公开的第二实施例提供的用于描述由装置中的感应电极和成形电极形成的电极图案的示意图。由于这两个电极图案的TX线和RX线交叉点不同，处理电路55控制电压源54在这两个电极图案之间进行互换，并根据TX线和RX线每个交叉点处的电容变化生成分别与这两个电极图案对应的两个图像。进一步地，处理电路55组合两个图像，以生成全像素图像。

下面结合图16A和图16B描述了通过施加成形电压来提高灵敏度。图16A和图16B是本公开的第二实施例提供的用于描述通过施加成形电压来提高灵敏度的示意图。

在图16A的示例中，第一层L1上的电极表面与覆盖层上的金属样品之间的距离H为700μm，第一层L1上的电极间距可以在30μm至150μm的范围内，金属样品的宽度为100μm。在这些条件下，检测到的电容分布如图16B所示。在图16B中，实线表示在V2等于-0.9倍V1的第一条件下的电容分布，虚线表示在V2等于-0.5倍V1的第二条件下的电容分布，点划线表示在V2等于V1的第三条件下的电容分布。第三条件与现有FPS的条件对应。如图16B清楚地所示，实线的宽度W1比点划线的宽度W0窄。这表示对FX线施加与第一电压符号相反的第二电压V2提高了检测位于覆盖层上的物体的表面不规则性的分辨率。此外，实线和虚线之间的比较表明，随着V1的大小接近V2的大小，分辨率增加。这种趋势不依赖于电极的形状，并且在本公开的第一实施例中也是如此。

(第二实施例的变型)下面结合图17A和图17B描述了本公开的第二实施例的变型。图17A和图17B示出了本公开的第二实施例的变型提供的装置中的电极布局的示例。如图17A所示，驱动电极和感应电极以及成形电极布置在一层上。驱动电极通过如图17B所示的TX桥相互连接，并沿水平方向形成TX线。同样，相互连接的成形电极沿水平方向形成FX线。另一方面，相互连接的成形电极沿垂直方向形成RX线。正如本公开的第一实施例和第二实施例那样，对TX线施加第一电压V1(见图4B)，对FX线施加第二电压V2(见图4B)。上述电极布局可以在本公开的第二实施例的范围内。

(第三实施例)下面结合图18和图19描述了本公开的第三实施例。本公开的第三实施例涉及一种自电容型FPS。

图18是本公开的第三实施例提供的用于描述装置的元件的示意框图。如图18所示，装置180包括多个感应电极181a、181b、181c......、多个成形电极182a、182b、182c......、电压源183、处理电路184、检测器185以及存储器186。

处理电路184控制电压源183通过施加第一电压V1在每个感应电极上积累电荷，并对每个成形电极施加第二电压V2。处理电路184可以是在触摸面板中实现的称为触摸IC的IC，也可以是CPU、FPGA或ASIC等处理器。处理电路184连接存储器186，例如ROM、RAM、闪存、SSD、HDD。存储器186可以存储程序，使得处理电路184控制装置180的运行。

此外，处理电路184控制检测器185读取每个感应电极上积累的电荷。当手指接近装置180上方的覆盖层时，手指的电容会导致在面向手指的感应电极上积累的电荷增加。因此，处理电路184可以根据电荷的变化检测手指和/或手指表面的每个突出部。进一步地，处理电路184生成具有像素值的图像，每个像素值与在每个成形电极位置处积累的电荷的变化对应。

成形电极可以如图19所示布置。图19是本公开的第三实施例提供的用于描述装置中的感应电极和成形电极的布置的示意图。在图19的示例中，成形电极的每个分支位于相邻的两个感应电极之间。虽然图19示出了一体成形的成形电极，但成形电极的分支可以通过桥接线连接。

上述公开内容仅公开了示例性实施例，并非用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员应理解的是，上述实施例以及根据本发明的权利要求的范围可以获得的所有或部分其它实施例和修改当然应属于本发明的范围。

Claims (15)

1.一种电容式感应装置，其特征在于，包括：

多个驱动电极，其施加有第一电压，其中，所述多个驱动电极沿第一方向并排布置；

多个感应电极，其沿与所述第一方向交叉的第二方向并排布置；

多个成形电极，其施加有与所述第一电压符号相反的第二电压，其中，所述多个成形电极中的一个成形电极位于相邻的两个驱动电极之间；以及

处理电路，用于检测所述驱动电极和所述感应电极之间的电容的变化。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理电路还用于：生成具有像素值的图像，每个像素值与在所述驱动电极和所述感应电极彼此相对的位置处检测到的所述电容的变化对应。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述处理电路还用于：

在所述驱动电极所在的第一层上，将分别作为所述驱动电极的第一组电极调换为分别作为所述成形电极的第二组电极，以在所述第一层上的两个电极图案之间进行互换；

在所述感应电极所在的第二层上，将分别作为所述感应电极的第三组电极调换为分别作为所述成形电极的第四组电极，以在所述第二层上的两个电极图案之间进行互换；

对于四个电极图案中的每一个，生成由像素值形成的图像，每个像素值与在所述驱动电极和所述感应电极彼此相对的位置处检测到的所述电容的变化对应；以及

组合生成的四个图像，得到组合图像。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，

以码分复用(Code Division Multiplexing，CDM)方式对提供所述第一电压的电压信号进行编码，使得与所述驱动电极对应的电压信号相互正交。

5.一种电容式感应装置，其特征在于，包括：

多个感应电极，其施加有第一电压；

多个成形电极，其施加有与所述第一电压符号相反的第二电压，其中，每个成形电极位于相邻的两个感应电极之间；以及

处理电路，用于检测所述第一电压在每个感应电极上积累的电荷的变化。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述处理电路还用于：生成具有像素值的图像，每个像素值与从每个感应电极读取的所述电荷的变化对应。

7.一种用于通过电容式感应装置生成图像的方法，其特征在于，所述电容式感应装置具有沿第一方向并排布置的多个驱动电极、沿与所述第一方向交叉的第二方向并排布置的多个感应电极、多个成形电极以及处理电路，所述方法包括：

电压源对每个驱动电极施加第一电压；

所述电压源对每个成形电极施加与所述第一电压符号相反的第二电压，其中，所述多个成形电极中的一个成形电极位于相邻的两个驱动电极之间；以及

所述处理电路根据所述驱动电极和所述感应电极之间的电容的变化生成图像。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

所述处理电路改变分别作为所述驱动电极的第一组电极和分别作为所述成形电极的第二组电极，以形成多个电极图案；

其中，所述处理电路根据所述电容的变化生成图像具体包括：

对于第一层和第二层上的每个电极图案，生成具有像素值的图像，每个像素值与所述驱动电极和所述感应电极彼此相对的位置处的所述电容的变化对应；以及组合所有生成的图像。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述处理电路生成图像具体包括：生成具有像素值的图像，每个像素值与每个感应电极的位置处的所述电容的变化对应。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，还包括：

所述处理电路以码分复用(Code Division Multiplexing，CDM)方式对提供所述第一电压的电压信号进行编码，使得与所述驱动电极对应的电压信号相互正交。

11.一种用于通过电容式感应装置生成图像的方法，其特征在于，所述电容式感应装置具有多个感应电极、多个成形电极和处理电路，所述方法包括：

电压源对每个感应电极施加第一电压；

所述电压源对每个成形电极施加与所述第一电压符号相反的第二电压，其中，每个成形电极位于相邻的两个感应电极之间；以及

所述处理电路根据每个感应电极上积累的电荷的变化生成图像。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述处理电路生成图像具体包括：生成具有像素值的图像，每个像素值与从每个感应电极读取的所述电荷的所述变化对应。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，还包括：

所述处理电路以码分复用(Code Division Multiplexing，CDM)方式对提供所述第一电压的电压信号进行编码，使得与所述驱动电极对应的电压信号相互正交。

14.一种非瞬时性计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有程序，所述程序使得计算机执行根据权利要求7至10中任一项所述的方法。

15.一种非瞬时性计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有程序，所述程序使得计算机执行根据权利要求11至13中任一项所述的方法。

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