CN1675653A - 接触传感器 - Google Patents

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CN1675653A
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R·S·莫斯雷夫杂德赫
A·F·切尔尼斯基
F·J·伯塔里
C·A·科德罗
S·C·舒尔茨
M·J·卡道斯卡斯
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Abstract

本文叙述用于探测接触位置的接触探测方法和接触传感装置(100)。当接触传感装置(100)被接触时，设置在支撑层(115)上的第一导电层(110)向第二导电层(120)偏转。通过探测接触位置上的电容变化确定接触位置。通过用参照于导电层(110，120)中的一个导电层的电信号驱动导电层(110，120)中的另一个导电层，并且测量在导电层(110，120)之间的电流而探测接触位置上的电容变化。所探测的变化大于接触传感器的外部电容的变化。

Description

接触传感器
发明领域
本发明一般涉及接触传感器，更具体地说，本发明涉及耐用的透明接触传感器。
背景技术
接触传感器是一种越来越受欢迎的器件，因为其在电子***和操作者之间提供了自然的界面。例如，不同于使用键盘键入数据，接触传感器允许使用者通过接触所显示的图符或通过在屏幕书写和绘画将信息传输到计算机。在很多应用场合将接触传感器做成透明的并且定位在显示屏上，这是很合乎要求的。
几种类型的透明接触传感器都应用电阻或电容技术来探测接触位置。电阻接触传感器包括两层分离一个间隙的诸如透明导电氧化物的透明导电材料层。当用充分的力接触时，一个导电层发生折曲，引起和另一导电层的接触。接触点的位置可由探测接触点的电阻变化的控制器电路探测。
电阻接触传感器取决于导电层之间的实际接触，但该技术存在几个问题。首先，频繁的接触导致导电层磨损并可能损坏导电层。易损的透明导电层的折曲由于在折曲点的微裂缝而导致导电材料的性能下降。随着反复的折曲，导电材料的区域可能从一个触点剥落，从而引起接触层的缺损。此外，在电阻接触传感器中使用的导电层可能因为导电层和周围材料之间的互相作用而出现性能下降。由于上述机械作用引起的导电层的性能下降可以导致光学传输性能的下降或探测接触位置的灵敏度，分辨率和精确性的损失。
电容接触传感器通常包括用于接触探测的单导电层。手指接触传感器提供了从导电层通过人体到大地的电容耦合通路。接触点的位置可由测量接触位置处的电容耦合电信号变化的控制器电路探测。
与电阻接触传感器相反，上述电容接触传感器的操作不需要向接触点折曲导电层。但是，电容传感器需要更复杂的控制器补偿由于大的外部电容和手指接触电容的变化引起的低信噪比。电容接触传感器要求接触产生通向大地的电容耦合通路并且只能通过手指接触或导电的专用笔操作。用非导电笔，戴手套的手或指甲接触通常不能被探测或在大多数情况下不能被探测。另外，例如在小手掌计算机屏幕上写画的由手指操作传感器可能不能提供某些应用要求的空间分辨率。用导电专用笔可以提高空间分辨率，但是，某些使用者发现要求用特殊笔很令人讨厌。
发明概述
总之，本发明涉及探测在接触传感器上的接触位置的方法和***。当与操作由透明接触屏增强的显示器件的微处理器基***相结合时，本发明就特别有用。更具体地说，本发明涉及一种接触传感器，该传感器中，对一个导电层向另一导电层的接近进行电容性的探测。
根据本发明的一个实施例，探测在接触传感器上的接触的二维位置的方法包括在至少一部分第一透明导电片被移向第二透明导电片时探测第一透明导电片和第二透明导电片之间的电容变化。接触的二维位置通过从该两个透明导电片之间的电容变化得到的信号确定。
本发明的另一个实施例涉及一种接触传感器，该接触传感器有一个支撑在柔韧的透明支撑层上的第一透明导电片。所设置的第二透明导电片在第一和第二透明导电片之间限定一个间隙。柔韧的第一透明导电片由于接触力引起朝向但不接触第二透明导电片的局部变形，以便产生第一和第二透明导电片之间的电容变化。
本发明的另一个实施例涉及一种接触传感器，该接触传感器有一个透明的和柔韧的第一导电层。透明的第二导电层相对于第一导电层设置以在第一和第二导电层之间限定一个间隙。柔韧的第一透明导电层由于接触力引起朝向但不接触第二透明导电层的局部变形，以便产生第一和第二透明导电层之间的电容变化。多个间隔器位于该间隙中。间隔器透明，并允许第一导电层在接触下向第二导电层移动，同时保持第一和第二导电层之间预先确定的最小距离。
本发明的另一个实施例涉及一种接触屏显示***，该显示***有一个探测接触的接触屏。该接触屏包括一个支撑在柔韧的透明支撑层上的第一透明导电片。第二透明导电片相对于第一导电片设置以在第一和第二导电片之间限定一个间隙。柔韧的第一透明导电片由于接触力引起朝向但不接触第二透明导电片的局部变形，以便产生第一和第二透明导电片之间的电容变化。接触屏控制器耦合到第一和第二导电片。接触屏控制器用参照于第一和第二导电片中的一个导电片的电信号驱动第一和第二导电片中的另一个导电片并测量第一和第二导电片之间的电容电流。显示器设置在接触屏下方用于显示信息。
本发明的另一个实施例涉及一种探测在接触屏上的接触位置的***。该***包括在至少一部分第一透明导电片被移向第二透明导电片时探测第一透明导电片和第二透明导电片之间的电容变化的装置。该***还包括通过从该两个透明导电片之间的电容变化得到的信号确定接触的二维位置的装置。
上面本发明的概述没准备叙述本发明的每一个所显示的实施例或每个实施方法。实施例和实施方法所遵循的附图和详尽叙述将更具体地解释了这些实施例。
附图简述
通过下文结合附图对本发明的各个实施例进行的详尽叙述，本发明可以得到更完全的理解，这些附图是：
图1A示意性地显示了根据本发明的一个实施例的接触传感器的导电层的剖面图；
图1B示意性地显示了根据本发明的一个实施例的带有偏向底层的顶层的接触传感器的导电层的剖面图；
图2A示意性地显示了根据本发明的一个实施例的带有两个保护介电层和多个间隔器的接触传感器的剖面图；
图2B示意性地显示了根据本发明的一个实施例的带有一个保护介电层和多个间隔器的接触传感器的剖面图；
图2C示意性地显示了带有多个间隔器的接触传感器的剖面图；
图3A示意性地显示了根据本发明的一个实施例的带有一个顶保护层，一个带有整体形成的多个间隔器和抗牛顿环构造的底保护层的接触传感器的剖面图；
图3B示意性地显示了根据本发明的一个实施例的带有一个带有整体形成的多个间隔器和抗牛顿环构造的底保护层的接触传感器的剖面图；
图4A示意性地显示了根据本发明的一个实施例的带有一个顶保护层和一个底保护层的接触传感器的剖面图；
图4B示意性地显示了根据本发明的一个实施例的带有一个保护层的接触传感器的剖面图；
图4C示意性地显示了根据本发明的一个实施例的接触传感器的剖面图；
图4D示意性地显示了根据本发明的一个实施例的接触传感器的剖面图；
图5是显示根据本发明的一个实施例的接触传感器和5线控制器的框图；
图6是显示根据本发明的一个实施例的接触传感器和4线控制器的框图；
图7示意性地显示了根据本发明的一个实施例和经简化的控制器一起使用的接触传感器；
图8是应用根据本发明的接触传感界面的数据处理***的框图；
虽然本发明具有各种修改和替代形式，但其特性将通过附图中实例的方式显示并详尽叙述。但是应该理解，本发明并不限于所叙述的具体实施例。相反，本发明将覆盖落入如附后的权利要求定义的本发明的精神和范围中的所有修改，等效和替代方案。
详细描述
在下文的对所显示实施例的叙述中将参考形成本发明的一部分，并通过说明和本发明据以实施的各种实施例的形式显示的附图。可以理解，也可以利用其他实施例，可以在结构和功能上发生变化而不背离本发明的范围。
如上所述以及下文叙述的通过阅读本说明书将更明显的其他原因，对于独立于所应用的接触设施可靠和精确地探测接触位置的耐用接触传感器有很大需求。对于具有经改进的光学性能和耐用性的这样的接触传感器存在进一步的需求。对于能和经简化的控制电路一起使用的接触传感器还有更进一步的需求。
除了别的方面以外，本发明提供了为提高通过该传感器的光学传输性能而设计的接触传感器。另外，接触传感器的耐用性得到增强，因为传感器的操作不要求导电层之间的实际接触，从而减少了产生自导电层磨损，粘连或剥落，以及和其他材料的化学互相作用的结果的机械上的性能下降。因为本发明的接触传感装置不取决于通向大地的电容耦合外部通路，就可以使用结合内部低阻抗基准连接的简化控制器。接触传感器可以应用在数据处理应用的变化场合中，包括要求便携接触屏的场合。本发明的接触传感器是独立的接触设备，可以通过用手指，戴手套的手指，指甲或其他非导电物体的接触操作。另外，该传感器能透过接触屏表面的潮湿，污垢或其他污染物提供可靠的接触探测。
当与各种类型的数据处理***相结合时，本发明的接触传感器将特别有用。结合本发明的接触传感器的数据处理***可以包括由例如透明接触屏增强的显示装置。这样的***可以用于售货亭，ATM，以及各种销售装置的安装点。另外，台式电脑，手提或膝上计算机***可以结合本发明的接触传感器。接触传感器也可以在个人数据助理(PDA)或移动电话中应用。虽然接触传感装置结合微处理器基的***进行叙述，如果需要，接触传感装置可以和任何逻辑基***相结合。本发明的***和方法可以通过使用和大地进行电容耦合连接的控制器电路，或通过使用内部低阻抗基准的简化控制器实施。
在一个实施例中，本发明的接触传感器包括设置在接触区域并限定其间的间隙的两个导电层。基础输入的位置通过该两导电层之间电容的变化确定。本发明的接触传感方法包括在第二导电层的方向偏转第一导电层并探测偏转的位置。本发明的接触传感器的基本操作在图1A和1B中显示。接触传感器至少包括顶导电层110和分离一个间隙115的底导电层120。顶和底导电层110和120形成电容接触传感器100的电容器板。在接触之前，顶和底导电层110，120通常定位成使其充分分离，如图1A所示。当用充分的力接触时，一个导电层局部偏向另一个导电层，但互相之间不发生物理接触。在图1B所示的实例中，顶导电层110以底导电层120的方向偏转。顶导电层的偏转使接触位置处导电层110，120之间的距离减小，从而改变了围绕偏转点的局部区域中顶和底导电层110，120之间的电容。电容的改变可由耦合到接触传感器的控制器电路探测并可用于确定接触的位置。
本发明的一个具体实施例在图2中显示。接触传感器201包括两个其间分离间隙215的多层结构240，245。顶结构240最好是柔韧的，底结构245可以是柔韧的或刚性的。顶和底结构240，245可以由透明材料构成。透明接触屏适合于放置在诸如液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)的显示器件上方以产生整合的接触屏/显示器。
顶结构240包括支撑层205和带有任选的保护涂层212的第一导电层210。顶结构240的元件最好由柔韧的材料形成。
底结构245可以包括衬底230和第二导电层220，第二导电层220也可以任选地用保护层218涂覆。顶和底结构240，245之间分离间隙215。间隔器216可位于间隙215中以保持顶和底结构240，245之间预先确定的距离，例如在5μm到500μm的范围中的间隔。间隔器216可以通过例如在底保护层218或导电层220上丝网印刷形成适当尺寸图形的UV固化材料形成。相邻的间隔器可以互相分离20μm到5mm之间的距离。
顶支撑层205可以用作顶导电层210的绝缘体以减小接触传感器201上外部电容的效应。外部电容引起接触传感器201和大地之间的电容耦合，其结果使接触位置信号的信噪比减小。顶导电层210和顶支撑层205的绝缘减小了外部电容的效应。顶支撑层的性能可以经选择而通过顶支撑层205的电容耦合。例如电容耦合可通过使用带有适当的材料性能或厚度的顶支撑层205而减小。在一些实施例中，顶支撑层205的介电厚度可以形成为大于第一和第二导电层210，220之间的介电厚度。介电厚度考虑到在其上测量该厚度的材料的实际厚度和介电性能，并且和与在其上测量该厚度的材料的相对介电常数相乘后的实际厚度成比例。支撑层205的介电厚度可以至少和第一导电层210和第二导电层220之间的最小介电厚度一样厚。该结构可以用于减小外部电容效应，因此由顶导电层210的偏转诱发的电容变化占了优势地位。
导电层210，220通常由导电材料的薄片构成。导电层210，220制作得尽可能薄，同时保持其耐用性和持续性。在要求透明接触传感器的应用场合，诸如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锑(ATO)的透明导电氧化物可用于形成导电层210，220。例如，导电层210，220可以由具有每平方约10到50000欧姆电阻率的ITO构成。在另一个实例中，导电层210，220可以由具有每平方约10到50000欧姆电阻率的ATO构成。导电层的厚度通常落在0.005μm到10μm的范围内，当然也可以有该范围以外的厚度。诸如导电聚合物的其他透明导电材料也可以用于导电层210和220。适当的导电聚合物包括聚吡咯，聚苯胺，聚乙炔，聚噻吩，聚亚苯基，聚亚苯基硫醚，聚对亚苯基，和聚杂环乙烯。示例的导电聚合物是聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)，取代的聚噻吩，通常称为PEDOT。
本发明的电容接触传感器的结构和操作提供了超过先有技术的经增强的耐用性。在正常的操作下，导电层210，220不向接触点折曲。导电层之间的接触可通过用非导电材料涂覆保护层，或通过使用间隔器，填塞材料或其他方法防止，以保持导电层分离。这样做减小了导电层磨损，粘连或剥落的发生。另外，因为导电层210，220之间不需要接触，导电层210，220之一或两者同时可任选地涂覆保护层或多层次212，218。保护层212，218可以是例如低表面能材料的硬涂层以减小粘连。保护层212，218物理性地将导电层和其他传感器隔离，从而缓解了由于化学作用和离子扩散引起的导电层的性能下降。
当上导电层210被推向下导电层220时，在两个导电层210，220之间流动的电容电流在上导电层210的更加接近地靠近下导电层220的部分中局部增加。可以理解，因为两个导电层之间的电容电流的局部上升，接触屏可以用按压上导电层210的任何物体或笔操作。这种操作模式和要求使用导电笔的常规电容接触屏相反。
任选的保护层212，218也可以发挥导电层210，220的透明的防反射涂层的作用。例如，保护层212，218可以由SiO2形成，并可以有0.05μm到10μm范围内的厚度，当然保护层212，218可以有该范围外的厚度。底保护层也可以由SiO2形成，其厚度可以大于保护层2 12的厚度。除了保护导电层外，使用保护层的优点为，间隙和通常具有高折射率的导电层之间的界面上的高反射损耗可以减小。
图2B和2C示意性地显示了本发明的接触传感器的其他实施例。接触传感器可以设计成如图2B所示的仅带有一个保护层212，或可以设计成如图2C所示的没有保护层。间隔器216可以设置在两个导电层210，220之间，所设计的间隔层防止导电层之间的接触，在导电层之间设置更均匀的间隙，或提供所需要的激活力。
间隙215可任选地填充可变形的材料。在施加接触时，间隙材料允许一个导电层向另一个导电层移动。当接触消失时，传感器层恢复到其原来的位置。间隙材料可以是液体或可变形的弹性材料。当间隙材料设置在导电层之间时，保护层212和218以及间隔器216可以用，也可以不用。间隙填充材料的添加可以通过发散接触期间施加的能量而提高显示器的耐用性，使传感器更加抗损坏。
在透过传感器的透明度重要的场合，间隙填充材料可以是可变形的材料并具有适当的光学性能，以增加透过传感器的全部传输性能。间隙填充材料在变形时最好不产生空气间隙，该空气间隙将引起材料的光学性能损失。例如，间隙填充材料可以是聚氨酯环氧树脂，硅胶，似橡胶材料或凝胶。另外，间隙填充材料可以具有和周围材料相似的折射率，以便减小材料界面上的反射损耗。
另外，间隙填充材料可以由在受压时改变介电性能的材料构成，进一步增强由接触诱发的电容的变化。在压力下改变电性能的材料的一种类型是带有导电微粒的可变形材料。该导电微粒可以是金属，金属氧化物或导电聚合物的微粒。另外，微粒可以用例如金属，金属氧化物或导电聚合物的导电材料涂覆。微粒的折射率可以选择以提高透过传感器的光学传输性。例如，当微粒和基底材料之间的折射率差别减小时，由于基底材料中微粒引起的散射和反射损耗被减小。
间隙材料也可以由诸如压电材料的显示电性能随压力变化的材料构成。结合压敏材料作为间隙填充材料的设计可以提供指示力以及接触位置的信号，例如给出z轴上的灵敏度。压电间隙填充材料可以用作力变换器，其中施加到传感器表面的力引起跨越间隙的电压的相应变化。接触力的数量可以通过测量压电材料两端的电压确定。适当的压电材料包括极化氟化聚乙二烯(PDVF)和铁电液晶。
图3A显示的本发明的另一个实施例包括带有支撑层305的顶结构340，第一导电层310，和如上所述的任选的保护层312。在该实施例中，底结构345包括任选的衬底330，底导电层320和配备形成一体的间隔器316的保护层318。和间隔器316形成一体的保护层318可通过例如使用诸如丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯复合物的UV固化材料的标准的微复制方法形成。间隔器的密度和尺寸可以变化以改变传感器的物理刚度，控制接触的激活力。例如，间隔器可以具有5μm和250μm之间的尺寸，2μm到50μm的高度，间隔0.5mm到5mm，当然可以有该范围外的尺寸。如果需要，用于形成和间隔器316形成一体的保护层318的材料可以带有二氧化硅或其他的微粒，微粒的尺寸在10nm到10μm的范围，用于提高刚度。
任选地，经粗糙化的表面317可以叠加在间隔器316和保护层318上，用以当使顶结构340和底结构345接触时减少眩光和牛顿环的发生。间隔器316和保护层318的经粗糙化的表面减小了透明传感器中间隔器316和保护层318的可见度，如果需要，就允许用更大的间隔器控制接触的激活力。另外，顶层340和底层345的折射率可以被调整到增加透过传感器的光学传输性。如上所述，顶层340和底层345之间的间隙315可以任选地填充可变形的弹性材料。
在图3B示意性所示的本发明的另一个实施例中不存在顶保护层。底保护层318包括一体形成的间隔器316。
参考图4A-4D所述的保持顶层和底层之间的距离的另一种方法是用具有适当的机械性能的材料填充间隙以保持顶层和底层之间的分离。通常，该材料可压缩，因此上结构可在接触的施加下接近下结构，也能够反弹，一旦接触消失，使上结构回跳至其平衡位置。在一些实施例中，材料不从接触的区域排出，因此导电层不会互相接触。间隙填充材料也可以带有微粒，例如用作间隔器的玻璃微粒以保持导电层410，420之间的最小分离。
在图4A所示的接触传感器的实施例中，柔韧的顶结构440包括支撑层405，第一导电层410，也可以包括保护层412。形成顶结构440的层次405，410和412通常由柔韧的材料构成，以便允许结构440所施加力的作用下折曲。底结构445包括任选的衬底430，第二导电层420，也可以包括保护层418。底结构445可以是柔韧的或刚性的。顶结构440和底结构445分离一个间隙415，间隙415由间隙填充材料填充。
图4B和4C示意性地显示了本发明的其他实施例，其中间隙填充材料被用于分离导电层。接触传感器可设计成只有一个保护层418设置在底导电层420上，如图4B所示。或者，保护层可设置在顶导电层410上。在使用一个或多个保护层412和418的地方，一个或多个保护层可用于防止导电层410和420之间的接触，因此间隙填充材料可从接触的位置省略。
而且，接触传感器可以设计成没有保护层，例如，如图4B示意性所示。在这样的情况下，间隙填充材料被设计成防止导电层410和420之间的接触，因此在接触的位置没有从导电层410和420之间省略。
图4D示意性地显示了另一个实施例。在该实施例中，间隙415包括带有例如对抗压力相对硬的玻璃微粒的微粒452埋设的层次450。微粒452可以有等于层次450厚度的尺寸(如图所示)，或可以小于层次450的厚度。在层次450和导电层410和420中的一层之间至少有一层例如由弹性体形成的可压缩层454。在所显示的具体实施例中，在层次450和每层导电层410和420之间有可压缩层454。当使用者接触该接触屏时，一层或多层可压缩层454在接触力下压缩，使上导电层410接近下导电层420，因此改变了两导电层410和420之间的电容。
根据本发明的示例实施例用于探测接触传感器上的二维接触位置的一种方法是5线技术。图5显示了用于探测接触传感器上的接触位置的5线接触传感***的框图。该***包括二维(x，y)接触传感器510和控制器520。接触传感器510基于一种闭合的探测电路，该电路允许传感器用在诸如个人数字助理，移动电话等的手提设备中。另外，传感器510的信噪比高于传统的其他电容基接触传感器。
控制器520中的驱动电路530通过位于接触传感器的例如顶层512的一个导电层上的四个不同位置的触点515，516，517，518发射交流电信号。在一种设计中，顶层512为矩形，触点515，516，517和518可位于顶层512的四角。在本情况下是底层514的其余的导电层提供被发射信号的返回路径和基准层。虽然接触传感器在图5中显示为矩形，但接触传感器不必是矩形，可以有任何形状。
底层514被用作基准层为接触传感器有利地提供了对来自位于接触传感器下面的诸如LCD或CRT显示器(未显示)的显示器的电磁干扰(EMI)的屏蔽。这样做可不再需要通常在本电容接触屏中找到的用作显示器和接触传感器之间的EMI屏蔽的附加的导电层。设置在导电层表面并耦合到触点515，516，517，518的导电节段(未显示)的任选图形可被用于线性化跨越顶导电层表面的电场。
在施加接触之前，驱动电路在每个触点515，516，517，518产生通过接触传感器的电流。接触引起从每个触点515，516，517，518通过接触传感器的电流的变化，和接触与触点515，516，517，518之间的距离成比例。探测电路530在四个触点515，516，517，518中的每个触点测量电流。在接触传感器的四个触点515，516，517，518中的每个触点测量的电流作为接触位置的函数变化。在本实施例中，接触位置在处理器540中通过比较在顶层512的触点515，516，517，518测量的电流确定。在另一个实施例中，在位于底层514的四个位置的触点发射电信号并测量电流，顶层512用作返回通路基准层。在上述实例中虽然在位于接触传感器的四个位置的触点发射电信号和测量电流，但可以用任何数目的触点。
根据本发明的实施例用于探测接触传感器上的接触位置的另一种方法为4线技术。图6显示了用于探测传感器上的接触位置的4线***的框图。该***包括二维(x，y)接触传感器610和控制器620。
在该设计中，接触传感器具有两组触点。垂直触点615，617位于顶导电层612。水平触点616，618位于底导电层614。4线***通过分别确定接触位置的x和y坐标而工作。
例如，接触的x坐标可以通过经由接触传感器610的耦合到驱动/探测电路630的垂直触点615，617向顶导电层612加电而确定。底导电层用作通过水平触点616，618耦合到控制器620的基准。探测电路630在每个垂直触点615，617测量电容电流。在接触传感器610的垂直触点615，617测量的电容电流作为接触位置的x位置的函数变化。流过垂直触点615，617的电容电流的相对数量指出接触位置的x坐标。
接触位置的y坐标可以通过经由耦合到驱动/探测电路630的水平触点616，618向底导电层614加电而确定。顶导电层用作通过垂直触点615，617耦合到控制器的基准。探测电路630在每个水平触点616，618测量电容电流。在每个水平触点616，618测量的电容电流作为接触的y位置的函数变化。流过水平触点616，618的电容电流的相对数量指出接触位置的y坐标。
图7示意性地显示了根据一个实施例和简化的控制器电路一起使用的本发明的驱动/探测电路和接触传感器的设计。在该实施例中，驱动/探测电路705，706连接到位于一维接触传感器710的相对两端的两个触点707，708用于发射电信号和测量电流。图7显示的接触传感***700能探测接触位置的x坐标。为了简化，传感***被显示为一维，当然可以理解，通过添加至少一个触点和相关电路，一维探测的原理可以扩展到二维探测。另外，应该理解，图7显示的电路仅作为一个实例，可以用其他设计的闭环探测电路。
传感***700的驱动/探测电路705，706连接到接触传感器710的每端的触点707，708用于发射电信号和测量结果电流。处理器(未显示)利用在接触传感器710的触点707，708测量的电流值的比确定接触位置。在图7的设计中，接触传感器到大地的电容耦合被减小，***仅利用已知的低阻抗连接760作为基准连接。该设置的重要特征包括探测***的内部闭合电路，该闭合电路和探测电路由使用者闭合的其他电容传感器电路相反。作为内部闭合电路的结果，探测电路的参数已知并且对时间相对稳定。另一方面，在其他电容探测电路中，向大地的耦合电容可以在不同的使用时间之间变化。
Csensor740为根据接触的施加变化的可变电容。在接触之前，Csensor740具有固定值，该固定值主要取决于包括导电层之间的距离和如果有的话的间隙填充材料和保护层的介电常数的传感器的参数。根据接触的施加，因为导电层之间的距离减小，传感器的参数改变，引起Csensor740的值的相应的变化。由于Csensor740的变化引起的接触传感器的触点707，708上接触传感器电流比的变化可由处理器(未显示)探测并转换成接触位置。
图7描绘的低阻抗基准连接760显著降低了传感器对大地的外部电容耦合的效应。外部电容耦合的减小使对于跟踪和补偿外部电容效应的需求减小，允许使用经简化的控制器电路。通过使用适当厚度的带有材料特性的支撑层进一步减小外部电容，以将传感器的第一导电层和环境隔离。因此，由Cinternal730表示的杂散电容被固定。对外部电容和固定的杂散电容的依赖的减少来自于接触探测***中内部闭合电路的使用。
结合图7进行的讨论利用一维接触传感器叙述了接触传感以便于说明。接触位置的二维坐标可以通过一个或多个电极及相关电路的添加而确定。在二维设计中，上述5线或4线技术可用于探测接触位置。
图7显示的经简化的控制器利用低阻抗基准连接，从而减小了***上外部电容的效应。本发明的接触传感***可以用经简化的控制器实施，因为传感器的外部电容耦合通过使用内部低阻抗基准连接和导电层上的绝缘层而减小。低阻抗基准的使用还具有上述优点以外的多个优点。首先，因为接触传感器不依赖于通过大地的连接，传感器是独立的并可通过导电的或不导电的笔，戴手套的手或将一个导电层推向另一个导电层的任何器具使用的接触设备。其次，因为内部闭合电路，杂散电容被减小和固定。第三，因为电路不取决于大地连接，接触传感器可应用于诸如PDA和移动电话的各种便携式应用设备。第四，仅有两的导电层用于二维位置检测，其之所以重要，是因为导电层和周围层次相比通常具有高折射率值，这将引入光学损耗。带有闭合电路探测***的仅两层导电层的使用保持了低光学损耗，同时保持了设备的便携性。
现在参考图8，根据本发明的实施例显示了应用形成一体的接触屏的显示器的数据处理***800的框图。***800应用设置在显示器808上方的透明接触屏806，适合于诸如LCD显示器的数据处理应用场合。可以使用诸如CRT显示器，等离子显示器，LED显示器等其他显示器。显示器808可以要求显示控制器电路809将显示器和数据处理器810相连。根据本发明的实施例，除了接触屏处理器外，接触屏控制器807还包括上述驱动/传感电路。
数据处理器810可包括各种元件，取决于计算机***的应用。例如，数据处理器可包括微处理器812，各种类型的存储器电路814，电源818和一个或多个输入/输出接口816。输入/输出接口816允许数据处理***连接到任何数量的诸如键盘821，点击装置822，包括话筒和扬声器的声音装置823的***I/O设备。数据处理***可以进一步包括批量数据储存装置830，例如硬盘驱动器或CD ROM，或可以通过实体的或无线的网络连接840网络连接到其他数据处理***。
根据本发明的原理的接触传感方法和***提供了几个优点。例如，接触传感器替代用于常规电容接触传感器的向大地的薄弱连接，通过低阻抗基准连接进行耦合。另外，本文叙述的接触传感器结构减小和稳定了对大地的外部电容耦合效应。减少对于外部电容效应的跟踪和补偿允许接触传感器用经简化的控制器工作。最后，本发明的接触传感和方法允许手指接触，戴手套的手，指甲，导电或非导电的笔的探测。本文叙述的接触传感方法特别适合于和各种数据处理***一起使用，这些数据处理***包括个人数据助理(PDA)，电子仪器，移动电话，和包括手提，膝上和台式的计算机。接触传感器可以提供经增强的光学传输性能和经改进的耐用性，因为其不需要导电层之间的实际接触。
本发明不应理解为仅限于上述具体实例，而应理解为覆盖如附后的权利要求中明确阐明的本发明的所有方面。各种修改，等效过程以及本发明可应用到其上的各种结构对于本领域的普通技术人员都将是显而易见的，根据对本说明书的回顾，本发明将涉及这些修改，等效处理以及各种结构。附后的权利要求将覆盖这样的修改和装置。

Claims (62)

1.一种探测在接触传感器上接触的二维位置的方法，包括：
当至少一部分第一透明导电片被移向第二透明导电片时探测第一透明导电片和第二透明导电片之间电容的变化；和
通过从该两个透明导电片之间的电容变化得到的信号确定接触的二维立置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中第一透明导电片为柔韧的透明导电片，在接触位置将第一透明导电片移向第二透明导电片包括有弹性地将第一透明导电片向第二透明导电片偏转。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中探测电容的变化进一步包括：
用参照于透明导电片中的一个透明导电片的电信号驱动另一个透明导电片；和
测量第一和第二透明导电片之间的电容电流。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，其中测量电流包括在第一和第二透明导电片的至少一个透明导电片上的两个或多个***位置测量电容电流。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括获取在两个或多个***位置的两个***位置测量的电容电流之比，并且确定二维位置包括根据该电容电流之比将接触位置指定到该两个***位置之间的位置。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括用第二透明导电片将接触传感器和由设置在接触传感器的显示器一侧的显示器件引起的电磁干扰屏蔽。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括在接触位置探测接触力。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中将第一透明导电片移向第二透明导电片包括接触接触传感器的外表面。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括用接触物体接触接触传感器以将接触传感器的第一透明导电片向第二透明导电片偏转。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，其中接触物体基本上电绝缘。
11.一种接触传感器，包括：
一个支撑在柔韧的透明支撑层上的第一透明导电片；
一个第二透明导电片，该第二透明导电片设置成限定第一和第二透明导电片之间的间隙，第一透明导电片为柔韧的透明导电片，以允许由于接触力而向第二透明导电片产生局部变形但不接触第二透明导电片，以便产生第一和第二透明导电片之间的电容的变化。
12.如权利要求11所述的接触传感器，其特征在于，其中支撑层的厚度大于第一和第二导电层之间的间隙的厚度。
13.如权利要求11所述的接触传感器，其特征在于，其中支撑层由PET构成。
14.如权利要求11所述的接触传感器，进一步在第一和第二导电片之间的间隙中包括至少一个设置在第一和第二导电片的至少一个导电片上的保护涂层。
15.如权利要求14所述的接触传感器，其特征在于，其中该至少一个的保护涂层的厚度在约1μm到4μm的范围中。
16.如权利要求14所述的接触传感器，其特征在于，其中该至少一个的保护层具有小于和其相关的导电片的折射率。
17.如权利要求14所述的接触传感器，其特征在于，其中至少一个元件设置在间隙中以当第一导电片移向第二导电片时防止第一和第二导电片接触。
18.如权利要求17所述的接触传感器，其特征在于，其中该至少一个的元件包括多个设置在第一和第二导电片之间的间隙中的间隔器。
19.如权利要求17所述的接触传感器，其特征在于，其中该至少一个的元件包括多个设置在第一和第二导电片之间的间隙中的一个材料层。
20.如权利要求14所述的接触传感器，其特征在于，其中在第一和第二导电片之间的间隙中设置介电材料。
21.如权利要求20所述的接触传感器，其特征在于，其中介电材料是一种流体。
22.如权利要求20所述的接触传感器，其特征在于，其中流体是一种可变形的弹性材料。
23.如权利要求22所述的接触传感器，其特征在于，其中当介电材料受压缩时介电材料的电性能发生变化。
24.如权利要求23所述的接触传感器，其特征在于，其中介电材料带有导电微粒。
25.如权利要求24所述的接触传感器，其特征在于，其中导电微粒包括金属微粒，金属氧化物微粒，镀金属微粒和涂覆金属氧化物微粒中的至少一种微粒。
26.如权利要求20所述的接触传感器，其特征在于，其中介电材料是压电材料。
27.如权利要求20所述的接触传感器，其特征在于，其中介电材料的折射率小于第一和第二导电片的至少一个导电片的折射率。
28.如权利要求11所述的接触传感器，进一步包括：
一个通过多个触点耦合到第一和第二导电片的控制器，用于确定第一导电片移向第二导电片的部分的二维位置。
29.如权利要求28所述的接触传感器，其特征在于，其中控制器用参照于第一和第二导电片中的一个导电片的电信号驱动第一和第二导电片的另一个导电片，并测量在第一和第二导电片之间的电容电流。
30.如权利要求29所述的接触传感器，其特征在于，其中在至少一个导电片上的两个或多个***位置测量电容电流。
31.如权利要求11所述的接触传感器，其特征在于，其中第二导电片将接触传感器和由设置在接触传感器下面的显示器件引起的电磁干扰屏蔽。
32.如权利要求11所述的接触传感器，其特征在于，其中第一和第二导电片的至少一个导电片具有不大于2000欧姆/平方的电阻率。
33.一种接触传感器，包括：
一个第一导电层，该第一导电层为透明的柔韧导电层；
一个第二导电层，该第二导电层为透明的导电层并相对于第一导电层设置以限定第一和第二导电层之间的间隙，第一透明导电层为柔韧的透明导电层以允许由于接触力而向第二透明导电层局部变形但不接触第二透明导电层，以便在第一和第二透明导电层之间产生电容变化；和
多个位置间隙中的间隔器，该多个间隔器为透明的间隔器并允许第一导电层在接触下向第二导电层移动，同时保持第一和第二导电层之间的预先确定的最小距离。
34.如权利要求33所述的接触传感器，其特征在于，其中预先确定的距离在5到500μm的范围内。
35.如权利要求33所述的接触传感器，其特征在于，其中相邻的间隔器之间的分离距离在20到5000μm的范围内。
36.如权利要求33所述的接触传感器，其特征在于，其中多个间隔器形成在接触传感器的一个层次上。
37.如权利要求36所述的接触传感器，其特征在于，其中间隔器由UV固化材料形成。
38.如权利要求33所述的接触传感器，其特征在于，其中第一和第二导电层的至少一个导电层包括保护涂层。
39.如权利要求38所述的接触传感器，其特征在于，其中多个间隔器和保护层一体形成。
40.如权利要求39所述的接触传感器，其特征在于，其中和间隔器一体形成的保护涂层的表面被粗糙化以便减少眩光和牛顿环的发生。
41.如权利要求33所述的接触传感器，其特征在于，其中间隔器由带有微粒的材料形成。
42.如权利要求41所述的接触传感器，其特征在于，其中间隔器由带有二氧化硅微粒的材料形成。
43.一种接触屏显示器***，包括：
一个用于探测接触的接触屏，包括：
一个支撑在柔韧的透明支撑层上的第一透明导电片；
一个相对于第一透明导电片设置的第二透明导电片，该第二透明导电片限定两者之间的间隙，第一透明导电片为柔韧的透明导电片，以允许由于接触力而向第二透明导电片产生局部变形但不接触第二透明导电片，以便产生第一和第二透明导电片之间的电容的变化；和
一个耦合到第一和第二导电片上的接触屏控制器，其中接触屏控制器用参照于第一和第二导电片中的一个导电片的电信号驱动第一和第二导电片的另一个导电片，并测量在第一和第二导电片之间的电容电流；和
一个设置在接触屏下面用于显示信息的显示器。
44.如权利要求43所述的接触屏显示器***，其特征在于，其中显示器为液晶显示器，发光二极管显示器，等离子显示器或阴极射线管显示器。
45.如权利要求43所述的接触屏显示器***，其特征在于，其中控制器被设置成探测在接触屏上相对于显示器上显示的信息进行的接触。
46.如权利要求43所述的接触屏显示器***，进一步包括一个处理器，该处理器耦合到接触屏控制器用于从接触屏控制器接收接触位置信息，并耦合到显示器用于控制在显示器上显示的信息。
47.如权利要求46所述的接触屏显示器***，进一步包括：
一个或多个耦合到处理器用于储存数据的存储装置；和
一个或多个输入/输出装置用于向控制器或从控制器传输信息。
48.如权利要求43所述的接触屏显示器***，进一步包括用于将处理器耦合到网络的电路。
49.如权利要求43所述的接触屏显示器***，其特征在于，其中接触屏控制器闭环耦合到第一和第二透明导电片。
50.一种用于探测接触传感器上的接触位置的***，包括：
用于在至少一部分第一透明导电片被移向第二透明导电片时探测第一透明导电片和第二透明导电片之间的电容变化的装置；和
用于通过从两个透明导电片之间的电容变化得到的信号确定接触的二维位置的装置。
51.一种接触传感器，包括：
两个透明的电连续的导电层，该两个透明电连续导电层设置在接触区域中并限定两层之间的间隙；
其中接触输入的位置由两层之间的电容变化确定。
52.如权利要求51所述的接触传感器，其特征在于，其中当接触输入将一个导电层向另一个导电层局部折曲时电容变化发生。
53.如权利要求51所述的接触传感器，其特征在于，其中透明的电连续导电层由金属氧化物形成。
54.如权利要求51所述的接触传感器，其特征在于，其中透明的电连续导电层由导电聚合物形成。
55.如权利要求51所述的接触传感器，进一步包括设置在两个透明的电连续导电层之间的间隙中的间隙填充材料。
56.如权利要求51所述的接触传感器，进一步包括设置在两个透明的电连续导电层之间的间隙中的间隔器。
57.如权利要求51所述的接触传感器，其特征在于，其中接触输入的位置为二维位置。
58.如权利要求51所述的接触传感器，进一步包括在面向间隙的至少一个透明的电连续导电层的表面上的保护层。
59.如权利要求51所述的接触传感器，进一步包括电耦合到两个透明的电连续导电层的控制器用于确定接触的位置。
60.如权利要求59所述的接触传感器，其特征在于，其中控制器用参照于一个透明的电连续导电层的电信号驱动另一个透明的电连续导电层并测量在透明的电连续导电层之间的电容电流。
61.如权利要求51所述的接触传感器，进一步包括设置成通过两个透明的电连续导电层向观看者显示图象的显示器单元。
62.如权利要求61所述的接触传感器，进一步包括耦合到显示器单元以处理信息并将信息显示信号传送到显示器单元的处理器。
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