专利名称：电容感测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在位置感测系统中使用的电容感测装置。
技术背景电容i^妻近感测法^W技术中^0^斤周知的。通过测量经过两个夺沐电 容的变化，一^^适的电路能够检测电^C^象的接近(proximity),包括例如 人类手指的身体部分。电容的变化"^絲对象靠近*而增加。这种雌可于数据输入设备，例3魂过确定导本两端的电容何时与静止状态相比已发 生一定数量变^M對以一个简单的^4丑。No.5565658号美国专利公开了一种触摸感应面板，其中矩P车导体以阵列方 iO^供。这些#(立于两层第一层包括多个"横向"延伸的*;以^二层 包括多个"竖向"延伸的科，这些"H^横向"^^在同一付面并且其^1^ 向与;^^lM方向相垂直。通过测量^r-对横向和竖向导沐的电容变化，按4面栖jiisU^近该面板的对象的位置可以被确定。发明内容才財居本发明的第一方面，我们提供了 一种在位置感测装置中使用的电M 测装置，该电容感测装置包括第一电极^^第二电极条^以及^J己置用于在 正常#^乍模式^^]中确定^~对电极之间电容的电絲测电路，该#-~对电极 包含来自第一齡的一个电胁来自第二齡的一个电极，其中该装置还絲 至少一组开关，该组开关^^置用于将电极集合内威扭的电极选棒1^^电连接 在-"^，其中在该装置的^^#岸率模式使用中，该《赋每组开关将电才"1^接 在-"^^f且该电M测电5^颠己置用于确定在一个条^内的电^li且和另 一个集 合内的电才及或电才Al且的萄r""Xt之间的电容。因此，发明者已经认识到，通过将电极姿JL^接在-"^，对例如人类手指的 导电对象的接近可以以对象位置的^#片率为代价而获得^的感应度。可以记得电容的变化是醋对象与电极的距离而减小，iilUL许在仍然考虑一定位置 ^#序率的同时去感测更远一点距离的对象。
to^， ^-"电^U且具有一组开关。^te^，第"~^第二电极^^ ^ 电才> ^1^对应的组开关。 一个或两个^的全部、或绝大多数电极可^c^成组。 同时M的是，在一个^中的绝大多l^且包^目同数目的电极，而来自第一 齡的组和来自第二齡的组也可能具有不同数目的电极。典型地，每个齡
的组可以有3、 4或5个或可能更多电极。在一个示例中，第一电极条^的纽有 3个电才^OL第二^的M^ 5个电极。
该装置还可以包括至少进一步的(另夕卜，fiirther) —组开关，^MCS己置用 于#"~个或两个集合内至少进一步的一组电极选棒1^地电连接在~"^，该进一 步的一组或多组电极各自包含比该组电极更多的电枕^it种情况下，该装置 在使用中M超低^^岸率模式，其中该进一步的一组开关将该进一步的一组电 ;feU^接在"^并且该电容感测电5^Mc^置用于确定一方面一对电极的该进一步 的一《赋多组和另 一方面该进一步的一iail多组电极、该多组电 单个电极 中的至少一个的^r-"对之间的电容。
逸fMi午以^^序率为代价而进一步提高感应度。典型地，两个电极^^都 ,ic^成进一步的一组或多组； 一个电极^的该进一步的一組可以包^i亥^ 的所有电极而另一个^的该进一步的-^JLiil多组可以包^lfc^成1(最^J^)、 2或3个进一步的组的该另一个H^的电极。这仍然肯^^^些关于该对象位置 的有用惑:据，而同时考虑、^i^范围的^i測。
该电絲测电路可以包括扭常模式中^^的第—电路，以碌4^^序 率模式或超低^#岸率模式中^^的第二电路。在超^^^岸率模式中，其中一个 集合的该进一步的一组包^i亥集合的所有电极，该电极lt^可以被连接至地以 ^二子电路可以包—个传感器，其4A^接至另一个电核J^f且^Si置用 于;f^则对接地对象的电容。"-feM兌，身体部^ifc^接至地，因J^t样尤其方 便。
该装置还可以进一步包括控制电路，^^S己置用于在^^J中在不同的^#序 率状态之间切换该装置。该控制电路可以祐肥置成使得在使用中，依^Mt象 与该装置的距离相关的信息来切换该装置的状态。该信息可以包括电M的电 容变化的幅度，因为这，于对象与该装置的距离。如果测量的电容下斷氐于
5阈值，则该控制电絲*可以切^_^^^率才莫式。这样既能应用于^JE常模式 切m^f率模式，也可以从>^#率模式切 ^^率模式。
该装置还可以进一步包括显示器，例如有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode， OLED)显示器或薄膜晶体管(Thin Film TVansistor， TFT)液晶 显示器(Liquid Crystal display, LCD);典型地该显示器包^i^棒l"生照亮部分， 以使在使用中选棒f^Mff言息显示给用户。该控制电路还可以在使用中，初LS己 置用于当它感测到对象的靠近时启动(激活)该显示器。>^^，它^CS己置用 于当是超^^岸率模式和/或《^^率模式时以这忡方式启动该显示器。
^E^，第—第二电极齡的^"个包括多个大糾目互平#^延伸电极 第 第二齡的电极可以相对to匕成一定角度。在一个尤其简便的实施例中， 第-^第二^的电 目互平行。
才財居本发明的第二方面，提供了一种用于检测对象的接i^确定务f立置的 位置感测装置，包樹鹏本发明第一方面的电容感测装置，以及位置确定电路， 该位置确定电^^S己置用于在<^1中才財居由电M测装置测量的电容来确定接 近该装置的对象的位置。
才M居本发明的第三方面，提供了一种本发明第二方面的位置感测装置的用
途，其用在两个^j:座椅之间具有中央控制台类型的机动车辆中，其中》U有
该位置感测装置，其中在超低，率模式中，该位置感测装置^s己置用于确定
对^JE^该装置的明卜边靠近。
il^通过该^3^—个电极ll^上包括两个进一步的电^^且而伏i^^得， ^^^/fi而形成两个横向间隔组。车辆的每个3^^座椅因i^夸比另一个进一 步的电招i且更接近一个进一步的电^l^且。
该中央控制台典型iik^该车辆^4Jt的^^分，其J^上位于^:座椅的 中间位置。
接下来，仅仅以示例方式参照所附附图^4笛^"发明的实施例，其中
图1示出了本发明第一实施例的触^^显示器的示意图2示出了图1的触^^显示器的电极的相对定位；
图3示出了图1的触^#显示器徊^#率模式中^^且的电抝图4示出了图1的触^#显示器^|^^率模式中进一步^^且(further grouped)的电枕
图5示出了安^车辆中央控制台的图1的显示器。
絲实施方式
触^^显示器1在图中示出。这包括显示器面板2，该显示器面板包括一个 独立选捧性照亮元件的矩阵。这种显示器在4^页i^0^斤周知的，并且典型地 该显示器2包括TFT LCD或OLED矩阵。
^示器面板2^Ji是电极面板3。 iiA—个大约0.5mm厚的薄片玻璃， 在^-iiJi安装了透明电极^。 iM了两个电极^。第一，"X"条^5诏i ^C璃片顶部，而第二， "Y"集合6诏X^l璃^^部。每个I^的电才^5J^伸且 平行，而两个集合的电才W目互垂直。典型地，这些电极由诸如娜氧"ft^(Indium TinOxide， UO)的透明的导电材料形成。
在显示器的顶^Ji，有-HM呆护透明盖4，其功能仅^A为了防止对下面 的层的损害。它典型地包括玻璃或纯聚"^材料。
电极条^5、 6^^接至电M测电路7，如在附图的图2至4中更详细地 示出。这#^欠将驱动信号 口到第二絲6的每个电极。由jH^Mw于第二电 极集合6的信号感应在第一电极集合5中的电流。该第一电极集合5被连接至 多3^#接器8，其通iii文大器9銜欠^^个电^i^接至电^P!慢电路7，在其中 测量了放大的信号7JC平(signal level)。这^M言号水平给出在包括电路74驱 动的电缺由多^#接器8当前选辆电极的电tof之间的电^^K平'^E然， 通幼顷序步进第二条^6的被驱动的电#由多^^#接器选择的第一条^5的 电极可以从第一^5和第二条^6中获#^-对电极，
jtb^卜，如上所述，在电容测量电路7处测量的信号水平#( 于#—对电 极的电容。任何导电对象，例:H^。人类手指的身体的一部分，嘲洽影响该电 ^^及由jH^电^^测电路7处测量的信号7jC平。
因此，该电路还包括位置感测电路IO， ^^Si置用于^^""对电极的电 容变化来确定接近该触^^的对象的位置。该位置感测电5^^k^角定电容变 化最大的一对电极以及确定那一对电^显示器-fcA哪穿过，或者^M^定电极 对穿过位置的情况下计算出电容变化的质心并且确定对M那个位置。 一种将电容变^^^^位置的示例方法可以在上面讨论的No.5565658号美国专利中了 解到。在附图的图2中示出的例子中，如^f象将^^触显示器的示出的区域 13 ，则电才弱5对5，和6，的电容变^^是最高的，并JLi^ff立置感测电路10就能 够才財居这个变^JM角定该对象已^I^区域13。
这个系统在^巨离范围的#^乍令>0'禹意，其中由于该对M显示器的^巨 离接近导致的电容变^^以让电絲测电路7检测到电容的变化。然而， 一旦 该电容传感器移出该设备的一定范围(大约0.5cm)^卜，则电容传感器没有足够 的灵做以将电容的变化与背景噪声等区甜。因此，该设备^4^在附图的 图3中示出的^^f率模式。
^it种情况下，组开关lla、 lib的两个集合已经#^"-个^的电才1^接 成多组。这些组开关lla、 11b在^^率模式中将^i且的电极电连接在-"^， 使#^"~组充当一个大电极。电絲测电路7、多5$#接器8、放大器9以及位 置感测电路IO以与之前相同的方式操怍，除了当有较少的酉e^组时的更少的通 道以外。由SE^组定义的新的区域可以在图3中以附图才封己12示出。
因此，由于在—組电极的增加，逸就导致感应度的增加，但M以^f
率的制M;代价。然而，假i^it一阶段，在4封可情况下当对象离触^^足够 ^:使相对于该触^"难以足^fr确地定位该对象，则感应度的减少不是这么 重要。
同时附图的图3示出了^t^^且的电极，有可^il些组tbit个更大。典型 地，电极将在一个方向上^^^X组而在另一个方向被分^l5i且。
这^f^^序率模i^A类手指至多大约5cm的范围内能充^X作。然而， 一旦手指在这个延伸的范围"卜，由于延伸的范围产生电容变化的减小而引起 的相同问题适用。因此，这个原则可以^M:—步延伸J^附图的图4中示出的 劍^f率模式。
^^il种情况下，进一步的组开关14a、 14b将电极连接成比图3的组更大的 进一步的组。在电极的第二^6情况中，全郎电极将连接在""^为单个的 进一步的一组以接地并JJL^不再需要单独驱动它们。电极的第一条^ 5 成两个进一步的组，^-个大体包含显示器的一半；这将显示器分M边一半 面板15和右边一半面板16。提供了另一类电絲测电路17，净颜i置用于确定 由于接3W^例如人类手指)靠a示器导致产生的电容变化。这种电路在接近
8传感H^页iil ljO^斤周知的并iW^于确定司机头部与车辆气嚢的接近。这种配 置允许^f^则距离为至少10cm的手指。
触絲由控制单元18控制。錄制设备扭常、低^^岸率和超^^f率模 式之间的切换。它依赖于由电容I"生的感测电路7、 17确定的电容变化水平来实 现。如^所，膝的静止状态过禾贿较小的电容变化，则触摸面板将在图2中 所示的超^^^岸率模式下"^乍。如^J(Ji^到中等水平的电容变化，则控制单元 将触^^切^^图3中所示的^^f岸率模式。如^M^到电容变4^^itJi阈 值，则控制单元18将触^^切^A^图2中所示的正常模式。
jt"卜，控制单;^E可以^^示器面板2仅当对^^皮检测到时才照亮；如果 ^!低^f率模式中没有对^^皮枱侧到，则显示器2可被iOA睡眠。一M ^^皮检测到并，^^i^vf^^岸率或正常模式，则显示器2可以^tM亮。由 于显示H^^需要的时候^C^亮，这样f"虑到节^H呆护显示器的寿命，这 样还能防止汽车司才A^神。
在附图的图5中触^^显示器1被示出安装在车辆的中央控制台20上。该 控制台20位于司机座椅22和^J1座椅21之间，^it档器24上方，挡J5iU^璃 15下方并且紧挨着方向盘23;所描述的^A用于右手驱动车辆但A^情况的 等^bt^^夸同冲科^f:feit用于左手马区动汽车'
图4示出在超低^f率模式中的显示器1。在这种情况下，上面讨论的# 图4中示出的两个区域15和16使能一个简单的^/右指示例如司*^的手指 的对棘哪；由于触^^着能够确定对象是从哪边靠近以及因jH^角定司才咸
絲是否正试图翻触辦。
权利要求
1、一种在位置感测装置中使用的电容感测装置，包括第一电极集合和第二电极集合以及被配置用于在正常操作模式使用中确定每一对电极之间电容的电容感测电路，该每一对电极包含来自第一集合的一个电极和来自第二集合的一个电极，其中该装置还具备至少一组开关，该组开关被配置用于将电极集合内成组的电极选择性地电连接在一起，其中，在该装置的低分辨率模式使用中，该组或每组开关将电极组连接在一起并且该电容感测电路被配置用于确定在一个集合内的电极组和另一个集合内的电极或电极组的每一对之间的电容。
2、 才Mt^^要求i所述的装置，其中^""电才^且具有"^且开关。
3、 才鹏^U'j要求i或2所述的装置，其中第一和第二电极^^W备电极纟i^^t应的组开关。
4、 才財居前面^-项^^要求所述的^i，还包括至少进一步的"^且开关，^#@己置用于#—个或两个^内至少进一步的一组电fei^棒f^电连接在一起，该进一步的一《iLil多组电极各自包含比该组电^L^多的电极；该装1^使 用中具有超低^^岸率模式，其中该进一步的一组开关或多W关将进一步的电 ^iJLi^接在""^并且该电容感测电5^iLS己置用于确^_一方面一对电极的该ii一 步的一组或多组和另 一方面该进一步的一组或多组电极、该多组电M单个电 极中的至少一个的^—对之间的电容。
5、 才M^5U'J要求4所述的装置，其中两个电相J^^fi^^i4一步的一组 或多组。
6、 才M^U'J要求4或5所述的装置，其中一个电极齡的该进一步的"^且 可以包^i亥齡的所有电极，而另 一个齡的该进一步的一《赋多组可以包含 净^^成多个进一步的組的该另 一个^的电极。
7、 4Nt前面^-项^'J要求所述的装置，其中该电容感测电路可以包括在 正常模式中^^的第—电路，以^^〗^^岸率模式中^^的第二电路。
8、 才N^H5^要求7A^于WJ要求4所述的装置，其中^^(^#片率模 式中， 一个集合的该进一步的一组包^i亥集合的所有电极，该电极^Hfo^接 至地，和^^低^l岸率模式中^l]的第二子电路，并且包^"愤感器，该传感器净ic^接至另一个电极l^f且^S己置用于称则由于接断象产生的电容。
9、 根据前面<—项拟'J要求所述的装置，进一步包M制电路，#颠&置用 于在不同的^f^态之间切换该装置。
10、 ^u^5u'j要求9所述的装置，其中该控制电路可以净颠己i^yt使用中依^Mf象与该装置的距离相关的信息来切换该装置的状态。
11、 4M^5U'J要求10所述的装置，其中该信息包括电fe寸的电容变化的幅度。
12、 根据^'J^求9至11任一项所述的装置，还包括显示器，其中该控制 电路在^fM中，^S&置用于当M测到对象的靠近时启动该显示器。
13、 一种用于检测对象的接#确定^(立置的位置感测装置，包樹艮椐前 面^-"项;|51^要求所述的电絲测装置以及位置确定电路，该位置确定电i^皮 配置用于在使用中根據由电^测装置测量的电容来确定接近该装置的对象的 位置。
14、 一种在两个^^座椅之间具有中央控制台类型的机动车辆中^^]:N^ 矛J^求13絲于WJ^求4所述的位置感测装置的用途，其用在两个^:座椅 之间具有中央控制台类型的机动车辆中，其中M有该位置感测装置，其中在 超^^率模式中，该位置感测装置^LS己置用于确定对^JE^该装置的哪一边靠近。
15、 ^!t^'虔求14所述的用途，其中该位置感测装踪一个电极^^上 包含两个i^一步的电才^^且，祐定^^而形成两个横向间隔组。
全文摘要
本发明的各种实施例涉及一种电容感测装置。其中公开了一种在位置感测装置中使用的电容感测装置，包括第一电极集合(5)和第二电极集合(6)以及被配置用于在正常操作模式使用中确定每一对电极之间电容的电容感测电路(7)，该每一对电极包含来自第一集合的一个电极和来自第二集合的一个电极，其中该装置进一步具备至少一组开关(11a、11b、14a、14b)，其被配置用于将电极集合内成组的电极选择性地电连接在一起，其中在该装置的低分辨率模式使用中，该组或每组开关将电极组连接在一起并且该电容感测电路被配置用于确定在一个集合内的电极组和另一个集合内的电极或电极组的每一对之间的电容。典型地，该装置与显示器(2)相结合使用以形成一个触摸感应显示器。它可在位置感测装置中使用以用于确定对象对该装置的接近以及位置，并且尤其可在一种在两个乘客座椅(21、22)之间居中具有控制台(20)类型的机动车辆的控制台(20)中使用。
文档编号G06F3/044GK101632059SQ200780049083
公开日2010年1月20日 申请日期2007年11月26日 优先权日2006年11月24日
发明者R·J·黑兹尔登 申请人:Trw有限公司