二维位置传感器的制作方法

专利名称：二维位置传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及2维位置传感器。更特定来说，本发明涉及基于电容性接近度感测技 术的类型的2维位置传感器。此些传感器可称为2维电容性变换(2DCT)传感器。2DCT传 感器是 基于检测由指向物体的接近引起的电容性耦合中的干扰。干扰的测得位置对应于指 向物体的测得位置。
背景技术：
2DCT传感器通常由人的手指或触笔致动。实例装置包含触摸屏和触敏键盘/小键 盘，例如用于控制消费者电子装置/家用电器，且可能接合下伏的显示器使用，所述显示器 例如为液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)。可并入有2DCT传感器的其它装置包含例如 用于反馈控制目的的在机械中使用的笔输入平板和编码器。2DCT传感器能够借助于电容感 测机制报告与物体或人体部位的位置相关的至少一 2维坐标(笛卡儿或其它)。采用2DCT传感器的装置已变得日益流行且普通，不仅是接合个人计算机，而且是 以其它器具的所有方式，所述其它器具例如为个人数字助理(PDA)、销售点(POS)终端、电 子信息和售票亭、厨房器具等。2DCT传感器出于若干原因而常常优选作为机械开关。举例 来说，2DCT传感器不需要移动零件且因此没有其机械对应物那样容易磨损。2DCT传感器还 可以相对小的大小制成，使得可提供对应地小的且紧凑封装的小键盘阵列。此外，2DCT传感 器可提供于在环境上密封的外表面/覆盖面板下方。这使得其在潮湿环境中或在存在灰尘 或流体进入受控制装置的危险的情况下的使用变得有吸引力。再此外，制造商常常优选在 其产品中采用基于2DCT传感器的接口，因为此些接口常常被消费者认为是比常规机械输 入机制(例如，按钮)在美学上更令人愉快。2008年10月9日公开的US 2008/0246496描述了一种2DCT传感器，其包括具有 由电极图案界定的敏感区域的衬底。2DCT具有所谓的“主动”或“相互”类型，其中物体的 接近是通过物体在驱动电极与一个或一个以上邻近的感测电极之间的耦合中引起的改变 来感测的。耦合的测量是通过将瞬态电压施加于驱动电极且对所引起的驱动电极与相关联 感测电极之间的电容进行测量来实施的。在US 2008/0246496的具体现有技术设计中，驱动电极和感测电极是以单个层布 置于衬底的一侧上，通常是由玻璃或塑料材料制成的触摸面板的下侧。具有单个层电极图 案是大体上合意的特征，因为其提供了简单性、较低成本和低型面。附图的图8示意性说明US 2008/0246496的现有技术电极图案的代表部分。电极 12是驱动电极，其由在χ方向上延伸的纵向条表示。邻近的驱动电极12由三个感测电极群 组2、4、6间隔开，所述感测电极在χ方向上逐渐减少，使得所述3个群组中的2个群组的排 列在面板的横向范围的不同部分上共同延伸。每一中心感测电极4经由导电迹线5连接到 外部电路连接S2,导电迹线5将邻近的侧感测电极6划分为以一通道分隔的两个部分6A和 6B，其中额外的迹线3延伸以分隔电极2的左边部分2A和2B。侧电极2和4分别经由连接 S1和S3连接到外部电路。在使用中，物体的位置是在测量值获取循环中确定，其中条电极12由相应的驱动通道依序驱动，且从每一条电极转移到感测电极的电荷量由感测通道确定。在χ方向上提供良好分辨率的同时，此设计方法的结果在于每一感测电极群组具 有显著的垂直厚度，即，y方向上的尺寸。垂直重复周期尺寸P因此相当大，且由于感测电 极图案化的复杂性而难以减小。对于手指致动的装置，只要尺寸P与手指按压尺寸相当，便 不存在关于垂直分辨率的问题。然而，当需要在多触摸模式中操作2DCT时问题确实出现。 WO 2009/00704A1描述了能够检测多个同时触摸以及概括了 TO5，825，352的现有 技术多触摸方法的2DCT。WO 2009/00704A1使用US 6，993，607中描述的技术的开发来检 测多个同时触摸。WO 2009/00704A1的触摸面板将电容信号值的集合递送到处理器，处理器 计算触摸面板上的单个或多个触摸位置的坐标。每一集合的处理是通过以下方式执行(i) 识别具有最大电容信号值的感测元件；(ii)界定围绕所述感测元件的区；以及(iii)反复 地重复所述过程，其中每一后续识别步骤排除位于先前界定的区中的信号。因此提供多触 摸传感器，其中信号处理是基于触摸面板中的区或子块的连续界定。依据所实施的处理，为 了可分辩，同时的触摸必须由一个或两个清楚的子块(使用W02009/00704A1的语言)或驱 动/感测电极单元(使用本申请案的语言)分隔。因此，为了在由在χ方向上延伸的多个驱动/感测电极单元构成的2DCT中在多个 同时触摸之间进行区分，触摸需要在y方向上由至少2个，实际上可能至少3个驱动/感测 电极单元分隔。因此，例如，如果触摸屏或触摸面板具有比如60mm的有限垂直尺寸，且电极 单元具有IOmm的垂直尺寸，那么最多6个电极单元将配合于其中，因此屏幕将仅能够检测 多达2个或3个同时触摸，这取决于其在屏幕上的位置。另一方面，如果电极单元具有比如 6mm的较小垂直尺寸，那么可提供其中的10个，且屏幕将能够检测多达3个或4个同时触 摸。因此将需要提供适合于主动或相互类型的2DCT的单层电极图案，其可以用于驱 动/感测电极单元的相对小的垂直重复周期尺寸来实施。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种二维位置传感器，其具有由布置于衬底的一侧 上的单层电极图案界定的触敏区域，所述电极图案具有在第一方向上的横向范围和在横越 所述第一方向的第二方向上的纵向范围且包括多个‘η’个电极单元，其中η至少为3，所述 电极单元以彼此纵向偏移的方式在触敏区域上逐行延伸，其中所述电极单元每一者包括一 在所述触敏区域上横向延伸的驱动电极以及多个‘m’个感测电极，其中m至少为3，所述感 测电极在所述触敏区域上共同地横向延伸且个别地每一者占据所述横向范围的一部分，每 一单元的所述感测电极从所述驱动电极纵向偏移，使得每一感测电极的一个边缘位于邻近 于所述驱动电极的一个边缘处，这些耦合边缘以一间隙分隔，所述间隙经尺寸设计以使得 在使用中每一对驱动和感测电极在所述间隙上电容性耦合。每一单元的所述感测电极可具有不同的横向范围。所述不同的横向范围可针对横 向邻近的感测电极在第一与第二值之间交替。横向范围的由每一感测电极占据的部分可有益地对于所述电极单元是唯一的， 即，在给定电极单元中的任意两个感测电极的第一方向上不存在共同延伸。横向延伸的接地电极可布置于邻近的电极单元之间以使所述邻近的电极单元彼此屏蔽，且进而抑制邻近的电极单元之间的电容性耦合。这用以从到达感测电极的连接性 轨道去耦驱动电极。
从所述触敏区域的外围延伸以连接到所述感测电极中的相应者的轨道可经布置 以邻近于所述感测电极的与所述耦合边缘相对的另一边缘而延伸。在一些实施例中，所述 轨道具有在所述第一方向上延伸的延伸部部分，所述延伸部部分布置于所述电极单元的所 述感测电极与邻近电极单元的驱动电极之间。延伸部部分可将其形成为一部分的电极单元 的驱动电极中的一者或一者以上屏蔽于邻近电极单元的感测电极，进而抑制邻近电极单元 之间的电容性耦合。延伸部部分还可用以局部调谐电场。如果提供此种延伸部部分，那么 可省略单独的接地电极，但其可组合提供。在一个实施例中，来自所述感测电极的所述轨道全部连接到所述触敏区域的一个 横向侧。在另一实施例中，来自所述感测电极的所述轨道中的一些连接到所述触敏区域的 一个横向侧，且其它轨道连接到另一横向侧，其优选呈相等或近似相等的数目。这减小轨道 所占据的纵向范围，进而减小电极单元的纵向范围。电极图案可允许每一电极单元的较小纵向范围。具体来说，每一电极单元可具有 不大于 15mm> 14mm> 13mm> 12mm>llmm> 1 Omm>9mm>8mm>7mm>6mm>5mm>4mm 或 3mm 的纵向范围。 优选地，每一电极单元可具有不大于7mm、6mm、5mm、4mm或3mm的纵向范围。驱动和感测电 极可每一者具有不大于2mm、Imm或0. 5mm的纵向范围。每一对驱动和感测电极之间的耦合 间隙优选每一者具有不大于0. 5mm、0. 4mm、0. 3mm、0.2mm或0. Imm的纵向范围。从所述触敏 区域的外围延伸以连接到所述感测电极中的相应者的轨道优选每一者具有不大于0. 5mm、 0. 4mm、0. 3mm、0. 2mm或0. Imm的纵向范围。电极单元的紧凑的纵向范围意味着此些单元的 数目‘η，可大于原本可能的数目，例如至少6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或 20。而且，每电极单元的感测电极的数目可为例如至少4、5、6、7、8、9或10。任选的接地电 极可每一者具有不大于0. 5mm、0. 4mm、0. 3mm或0. 2mm的纵向范围，且优选大体上比驱动和 感测电极薄。为了实现多触摸感测，传感器将进一步包括合适的处理元件，例如(a)电容测量电路，其连接到所述电极且可重复操作以从所述触敏区域获取电容 信号值集合，每一集合由来自每一对驱动和感测电极的电容信号值构成，每一对驱动和感 测电极构成感测元件；以及(b)处理器，其经连接以接收所述电容信号值集合且可操作以处理每一集合来计 算和输出所述触敏区域上的单个或多个触摸位置的坐标，每一集合的所述处理通过以下方 式执行(i)识别具有最大电容信号值的感测元件；(ii)界定所述触敏区域的包含具有所述最大电容信号值的所述感测元件以及其 相邻者中的选定者的区；(iii)分别识别和界定一个或一个以上另外的感测元件和区，其中每一反复在电 容信号值位于所述触敏区域的先前界定区中的情况下排除所述电容信号值不予考虑；以及(iv)输出指示每一所识别区中的所述触摸位置的所述坐标的数据。根据本发明的第二替代方面，提供一种二维位置传感器，其具有由布置于衬底的 一侧上的单层电极图案界定的触敏区域，所述电极图案具有在第方向上的横向范围和在横越所述第一方向的第二方向上的纵向范围且包括多个‘η’个电极单元，其中η至少为3，所述电极单元以彼此横向偏移的方式在所述触敏区域上逐列延伸，其中所述电极单元每一者 包括一在所述触敏区域上纵向向下延伸的感测电极以及多个‘m’个驱动电极，其中m至少 为3，所述驱动电极在所述触敏区域上共同地纵向向下延伸且个别地每一者占据所述纵向 范围的一部分，每一单元的所述驱动电极从所述感测电极横向偏移，使得每一驱动电极的 一个边缘位于邻近于所述感测电极的一个边缘处，这些耦合边缘以一间隙分隔，所述间隙 经尺寸设计以使得在使用中每一对驱动和感测电极在所述间隙上电容性耦合。将了解，本发明的此第二方面在电极图案的新颖几何形状方面在概念上类似于本 发明的第一方面，但图案本质上是通过交换驱动和感测电极来实施。横向范围的由每一驱动电极占据的部分可有益地对于所述电极单元是唯一的， 即，在给定电极单元中的任意两个驱动电极的第二方向上不存在共同延伸。传感器可进一步包括纵向延伸的接地电极，所述接地电极布置于邻近的电极单元 之间以使所述邻近的电极单元彼此屏蔽，且进而抑制邻近的电极单元之间的电容性耦合。传感器可进一步包括从所述触敏区域的外围延伸以连接到所述驱动电极中的相 应者的轨道，其中所述轨道邻近于所述驱动电极的与所述耦合边缘相对的另一边缘而延 伸。所述轨道可具有在所述第二方向上延伸的延伸部部分，所述延伸部部分布置于所述电 极单元的所述感测电极与邻近电极单元的驱动电极之间。延伸部部分可将其形成为一部分 的电极单元的驱动电极中的一者或一者以上屏蔽于邻近电极单元的感测电极，进而抑制邻 近电极单元之间的电容性耦合。延伸部部分还可用以局部调谐电场。如果提供此种延伸部 部分，那么可省略单独的接地电极，但其可组合提供。在一个实施例中，来自所述驱动电极的所述轨道全部连接到所述触敏区域的一个 纵向侧。在另一实施例中，来自所述驱动电极的所述轨道中的一些连接到所述触敏区域的 一个纵向侧，且其它轨道连接到另一纵向侧。这减小轨道所占据的横向范围，进而减小电极 单元的横向范围。电极图案可允许每一电极单元的较小横向范围。具体来说，每一电极单元可具有 不大于 15mm> 14mm> 13mm> 12mm>llmm> 1 Omm>9mm>8mm>7mm>6mm>5mm>4mm 或 3mm 的纵向范围。 优选地，每一电极单元可具有不大于7mm、6mm、5mm、4mm或3mm的纵向范围。驱动和感测电 极可每一者具有不大于2mm、Imm或0. 5mm的横向范围。每一对驱动和感测电极之间的耦合 间隙优选每一者具有不大于0. 5mm、0. 4mm、0. 3mm、0.2mm或0. Imm的横向范围。从所述触敏 区域的外围延伸以连接到所述驱动电极中的相应者的轨道优选每一者具有不大于0. 5mm、 0. 4mm、0. 3mm、0. 2mm或0. Imm的横向范围。电极单元的紧凑的横向范围意味着此些单元的 数目‘η，可大于原本可能的数目，例如至少6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或 20。而且，每电极单元的驱动电极的数目可为例如至少4、5、6、7、8、9或10。为了实现多触摸感测，传感器将进一步包括合适的处理元件，例如(a)电容测量电路，其连接到所述电极且可重复操作以从所述触敏区域获取电容 信号值集合，每一集合由来自每一对驱动和感测电极的电容信号值构成，每一对驱动和感 测电极构成感测元件；以及(b)处理器，其经连接以接收所述电容信号值集合且可操作以处理每一集合来计 算和输出所述触敏区域上的单个或多个触摸位置的坐标，每一集合的所述处理通过以下方式执行 (i)识别具有最大电容信号值的感测元件；(ii)界定所述触敏区域的包含具有所述最大电容信号值的所述感测元件以及其 相邻者中的选定者的区；(iii)分别识别和界定一个或一个以上另外的感测元件和区，其中每一反复在电 容信号值位于所述触敏区域的先前界定区中的情况下排除所述电容信号值不予考虑；以及(iv)输出指示每一所识别区中的所述触摸位置的所述坐标的数据。本发明的第一方面还可本身表现为一种处理来自2D触敏电容性位置传感器的信 号的方法，所述2D触敏电容性位置传感器具有由布置于衬底的一侧上的单层电极图案界 定的触敏区域，所述电极图案具有在第一方向上的横向范围和在横越所述第一方向的第二 方向上的纵向范围且包括多个‘η’个电极单元，其中η至少为3，所述电极单元以彼此纵向 偏移的方式在所述触敏区域上逐行延伸，其中所述电极单元每一者包括一在所述触敏区域 上横向延伸的驱动电极以及多个‘m’个感测电极，其中m至少为3，所述感测电极在所述触 敏区域上共同地横向延伸且个别地每一者占据所述横向范围的一部分，每一单元的所述感 测电极从所述驱动电极纵向偏移，使得每一感测电极的一个边缘位于邻近于所述驱动电极 的一个边缘处，这些耦合边缘以一间隙分隔，所述间隙经尺寸设计以使得在使用中每一对 驱动和感测电极在所述间隙上电容性耦合，其中每一对驱动和感测电极构成感测元件，所 述传感器进一步包括电容测量电路，其连接到所述感测元件且可重复操作以获取电容信 号值集合，每一集合由来自所述感测元件中的每一者的电容信号值构成；以及处理器，其经 连接以接收所述电容信号值集合且可操作以处理每一集合来计算和输出所述触敏区域上 的单个或多个触摸位置的坐标，处理每一集合的方法包括(i)识别具有最大电容信号值的感测元件；(ii)界定所述触摸面板的包含具有所述最大电容信号值的所述感测元件以及其 相邻者中的选定者的区；(iii)分别识别和界定一个或一个以上另外的感测元件和区，其中每一反复在电 容信号值位于所述触摸面板的先前界定区中的情况下排除所述电容信号值不予考虑；以及(iv)输出指示每一所识别区中的所述触摸位置的所述坐标的数据。本发明的第二方面还可本身表现为一种处理来自2D触敏电容性位置传感器的信 号的方法，所述2D触敏电容性位置传感器具有由布置于衬底的一侧上的单层电极图案界 定的触敏区域，所述电极图案具有在第一方向上的横向范围和在横越所述第一方向的第二 方向上的纵向范围且包括多个‘η’个电极单元，其中η至少为3，所述电极单元以彼此横向 偏移的方式在所述触敏区域上逐列延伸，其中所述电极单元每一者包括一在所述触敏区域 上纵向向下延伸的感测电极以及多个‘m’个驱动电极，其中m至少为3，所述驱动电极在所 述触敏区域上共同地纵向向下延伸且个别地每一者占据所述纵向范围的一部分，每一单元 的所述驱动电极从所述感测电极横向偏移，使得每一驱动电极的一个边缘位于邻近于所述 感测电极的一个边缘处，这些耦合边缘以一间隙分隔，所述间隙经尺寸设计以使得在使用 中每一对驱动和感测电极在所述间隙上电容性耦合，其中每一对驱动和感测电极构成感测 元件，所述传感器进一步包括电容测量电路，其连接到所述感测元件且可重复操作以获取 电容信号值集合，每一集合由来自所述感测元件中的每一者的电容信号值构成；以及处理器，其经连接以接收所述电容信号值集合且可操作以处理每一集合来计算和输出所述触敏 区域上的单个或多个触摸位置的坐标，处理每一集合的方法包括(i)识别具有最大电容信号值的感测元件；(ii)界定所述触摸面板 的包含具有所述最大电容信号值的所述感测元件以及其 相邻者中的选定者的区；(iii)分别识别和界定一个或一个以上另外的感测元件和区，其中每一反复在电 容信号值位于所述触摸面板的先前界定区中的情况下排除所述电容信号值不予考虑；以及(iv)输出指示每一所识别区中的所述触摸位置的所述坐标的数据。应注意，在本发明的较窄定义中，电极单元的数目‘η’可为至少4或5。


为了更好地理解本发明且为了展示可如何实现本发明，现在借助于实例来参看附 图。图IA展示根据本发明实施例的位置传感器阵列，其中驱动和感测单元经由通道 连接到控制器；图IB展示根据本发明实施例的位置传感器阵列，其划分为离散的传感器区域；图IC是第一实施例的信号处理方法的流程图；图ID到IK是传感器阵列的一系列示意图，其用以描述图IC的流程图中所示的信 号处理方法的具体实例；图IL示意性展示可用以测量从驱动电极中的一个被驱动的驱动电极转移到感测 电极的电荷的电路；图IM示意性展示图IL的电路的操作的时序关系；图2展示根据本发明另一实施例的位置传感器阵列，其中驱动和感测单元经由通 道连接到控制器；图3展示根据本发明另一实施例的位置传感器阵列，其中驱动和感测单元经由通 道连接到控制器；图4展示根据本发明另一实施例的位置传感器阵列，其中驱动和感测单元经由通 道连接到控制器；图5示意性展示并入有根据本发明实施例的传感器的便携式个人计算机；图6示意性展示并入有根据本发明实施例的传感器的洗衣机；图7示意性展示并入有根据本发明实施例的传感器的蜂窝式电话；图8示意性说明现有技术电极图案的代表部分。
具体实施例方式图IA是根据本发明实施例的二维位置传感器阵列10的正面的视图。传感器在下 文中分别称为X和y方向的第一和第二方向上延伸。还采用涉及关于X和y方向以及范围 的横向和垂直以及横向和纵向的惯例。还采用涉及关于在图中观看的χ方向的左边和右边 的惯例。将了解，此标记虽然是方便的，但却是任意的，且对于设计来说没有潜在的重要性。位置传感器的正面通常是在传感器或并入有传感器的设备的正常使用期间面对用户的一侧。传感器10包括衬底40，其支承界定传感器的敏感区域的电极图案30。耦合 到位置传感器阵列的是控制器20。控制器20通过下文将描述的多个连接而耦合到二维位 置传感器阵列内的电极。电极图案在衬底的一侧上，通常在衬底的与可用以在正常使用期 间接收用户触摸的暴露正面相对的底侧或背面上。图IA所示的二维位置传感器阵列10是本发明的未按比例的示意性表示。将了解， 控制器20可经由例如边缘连接器连接到传感器阵列10。此外，将了解，在电极图案30与边 缘连接器之间制作的连接的布线可能使得可使用单个边缘连接器。衬底40上的电极图案30可使用常规技术(例如，平版印刷、沉积或者蚀刻或减活 技术)来提供。衬底是电介质材料，例如塑料膜，在此情况下是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。 构成电极图案的电极是透明导电材料，在此情况下是氧化铟锡(ITO)。或者，电极可由例如 金属(例如，铜)等不透明或非常薄的导电材料形成。衬底可使用合适的压敏粘合剂 (PSA) 结合到上覆的面板(未图示)，所述PSA可为透明的以允许光透射。因此，传感器作为整体 的敏感区域是透明的。如果是透明的，那么传感器层可在下伏的显示器上使用而没有暗淡 (obscuration)。在其它实施例中，如果传感器层是不透明的，那么其可能包括常规的印刷 电路板或具有铜电极图案的其它衬底，例如用于在移动电话小键盘中使用。控制器20提供以下单元的功能性驱动单元12，其用于将驱动信号供应到电极图 案30的若干部分；感测单元14，其用于感测来自电极图案30的其它部分的信号；以及处理 单元16，其用于基于针对施加于电极图案的不同部分的驱动信号所见的不同感测信号来计 算位置。控制器20因此控制驱动和感测单元的操作以及处理单元16中对来自感测单元14 的响应的处理，以便确定邻近于传感器10的物体(例如，手指或触笔)的位置。驱动单元 12、感测单元14和处理单元16在图IA中示意性展示为控制器内的单独元件。然而，大体 上所有这些元件的功能性将由单个集成电路芯片提供，所述单个集成电路芯片例如经合适 编程的通用微处理器、现场可编程门阵列、专用集成电路(尤其是以微控制器格式)。处理单元将可操作以例如根据WO 2009/00704A1中描述的方法中的任一者来实 施合适的对数据的多触摸处理，所述方法即结合其图3到5描述的方法和接合其图7和8 描述的第二方法，两种方法的图的群组和随附的描述性文字以引用的方式并入本文中，即 原始文档的第13页第30行到第23页第2行以及第28页第22行到第32页第5行。此处 应注意，在此文献中称为处理单元的器件在WO 2009/00704A1中称为主机控制器。下文针 对图IA所示的二维传感器阵列描述使用处理单元16的多触摸处理。参看图1A，电极60、61、62、63和64是由在也称为第一方向的χ方向上(或横向) 延伸的纵向条表示的驱动电极。也就是说，驱动电极沿着χ方向上的轴延伸。每一驱动电 极由在X方向上延伸的多个感测电极54间隔开。每一感测电极与一驱动电极相关联，使得 每一此驱动/感测电极配对具有彼此直接邻近的边缘或侧面。此外，在一给定行中的每一 感测电极具有相同的纵向范围。这是可能的，因为不同于介绍部分中描述的现有技术设计， 任何给定行的感测电极不在χ方向上共同延伸，而是形成占据χ方向上的唯一范围的离散 单元。这还具有以下结果电极图案不包含或需要在驱动/感测电极配对中的任一者的有 源边缘之间放置连接轨道。在图中所示的传感器阵列10中，每一行中的感测电极在χ方向上(横向)在宽条 与窄条之间交替。在图中所示的传感器阵列中，宽感测电极与窄感测电极的宽度的比率是2 1。然而将了解，可能使用1 1与3 1之间的比率，包含非整数比率，例如2. 5 1。 感测电极还在y方向上(垂直或纵向)在宽条与窄条之间交替。还将了解，感测电极可不 在y方向上(或垂直地)而是仅在χ方向上(横向)在宽条与窄条之间交替。常可使用 1 1的比率。图IA展示驱动电极如何经由驱动通道53耦合到控制器20的驱动单元12。驱动 通道通常在边缘处连接到驱动电极以减少电极之间的间距。感测电极展示为具有在所示的 定向上来自感测电极的下部边缘(y方向上)的连接。连接或轨道因此沿着χ方向从每一感 测电极行进。在图中所示的实例中，连接中的一些通向左边且一些通向右边。这经完成以减 少y方向上电极之间的间距。然而将了解，为了减少将传感器阵列10连接到控制器20的 复杂性，所有轨道连接可能通向左边或通向右边。应注意，不存在沿着其主要耦合边缘划分 驱动/感测对的轨道，这具有使成对的驱动与感测电极之间的电容性耦合最大化的效果。图IA所示的位置传感器进一步包括在驱动电极与本文称为接地电极的连接轨 之间交错的电极58。接地电极58中的每一者是使用共同连接轨道59连接的。连接轨道 59随后连接到控制器20的处理单元16。在操作期间，电极58通过处理单元16连接到合 适的接地连接。接地连接提供屏蔽效果，其抑制了从驱动电极到与其配对的感测电极之外 的感测电极的电场的耦合。换句话说，一个驱动电极和多个感测电极的每一单元与其邻近 的单元隔离。概括来说，2DCT的电极图案由多个单元(在所说明的实例中为5个)形成，每一单 元包括单个驱动电极和多个感测电极(在所说明的实例中为10个)。而且，每一单元由接 地电极(在所说明的实例中为4个)分隔以将每一单元屏蔽于邻近的单元。在此实例中，使用具有适当的多路复用的单个驱动单元，使得所有驱动电极由一 个驱动电路驱动，但也可使用用于每一驱动通道的单独驱动单元。感测电极耦合在一起，使 得沿着y方向上的线(如点线55指示)的个别感测电极耦合在一起。在图IA所示的实例 中为十个的每一感测电极群组经由感测或接收通道56中的一者连接到控制器20的感测单 元14，如图IA所示。感测通道还由控制器20控制以接收来自相应感测电极的信号。本发明的传感器10因此包括多个被驱动电极和多个感测电极，其在传感器的敏 感区域上构成互连电极网络。每一相邻成对的驱动元件与感测元件(例如，对57)可被视 为对应于可根据US 6，452，514中描述的技术操作的离散传感器区域，US 6，452，514的内 容以引用的方式并入本文中。在使用中，物体的位置是在测量值获取循环中确定，其中条 电极由相应的驱动通道依序驱动，且从每一条电极转移到感测电极的电荷量由感测通道确 定。在下文中，术语“事件”将用以描述将驱动脉冲或脉冲集合施加于驱动电极且随后感测 转移到配对的感测电极的电荷的动作。触摸或其它致动的χ位置是通过在χ方向上具有最高信号的两个邻近感测电极的 信号强度的比率内插而获得的。一旦从驱动五个驱动电极收集到完整的感测信号集合，便 选择曾产生最强信号的两个邻近事件，且通过这两个信号的信号强度的比率内插而确定X 位置。触摸或其它致动的y位置也是通过信号强度的比率内插获得。一旦从驱动五个驱 动电极收集到完整的感测信号集合，便选择产生最强信号的两个邻近驱动事件，且通过这 两个信号的信号强度的比率内插而确定y位置。举例来说，如果邻近信号的最强对从电极61和62的驱动获得，且在驱动电极62时获得的信号比在驱动电极63时获得的信号大两 倍，那么触摸确定为在从驱动电极62朝向驱动电极63的途中的1/3处发生。
将了解，可使用替代的内插方法，且上文描述的方法仅是可用以对邻近于二维触 摸传感器的任何触摸或物体的χ和y位置进行内插的一种方法。下文描述另一内插方法。已描述图IA所示的二维位置传感器阵列10和伴随的处理器20的布局和功能。现 使用图IB到IK来描述使用处理器20来确定2D 二维位置传感器阵列10上的触摸位置的 方法。图IB展示移除了处理器和连接电线的图IA所示的二维位置传感器阵列10。这经 完成以较容易地说明可如何确定邻近于传感器阵列10的任何触摸的位置。在图中，驱动电 极70和感测电极72成灰色阴影。传感器阵列10已划分为若干离散的传感器区或感测元 件，每一者包括邻近于驱动电极70中的一者的感测电极72。离散的传感器区在图中由点线 矩形74展示。图中展示10X5离散区的阵列。离散区在本文称为键或离散键。图中还展 示由点线圆形76、78表示的两个触摸。下文将描述可用来确定邻近于二维传感器阵列的两 个触摸的位置的处理或方法。图IC是展示在含有处理单元16的控制器20中以硬件、固件或软件实施的信号处 理方法的步骤的流程图。图ID到IK在针对一实例集合的触摸输入的处理中在各个点处依 序展示二维位置传感器阵列10的离散键的10X5阵列。图ID展示具有在图IC的步骤S301中的单个获取中获取的信号的原始数据值的 10X5网格。信号的获取是以上文所述的方式实施。网格方块中的每一者表示二维位置传 感器阵列10的离散键中的一者。图IB所示的两个同时的手指触摸也在图ID中说明，其由 虚线76、78指示。原始数据值是以任意单位来陈述。在面板的顶部中心附近存在一个手指 触摸，且在面板的底部中心附近存在另一手指触摸。图IE展示在从原始信号值减去本底信号值Vb的预处理步骤之后的信号值。在此 实例中，本底信号具有值Vb = 3。在此实例中，将在本底信号电平减法之后的阈值信号值取 为 Vt = 12。图IF将已返回高于阈值的信号的离散键(S卩，检测中的键)的位置展示为阴影面 板。离散键中的每一者由K(a，b)表示，其中‘a’是列位置，从网格左边的‘1’开始，且其中 ‘b，是行位置，从网格顶部的‘1，开始(即，图IE中的阴影元素80是K(4，l))。检测中的 键的位置是 K (4，1)、K (5，2)、K (6，4)、K (5，5)和 K (6，5)。将了解，获取时间可为固定或可变的。固定获取时间将由处理单元设定。可变获取 时间的实例将是当感测通道中的一者已积累到某一阈值时针对整个面板终止电荷积累时， 所述某一阈值可为检测中的阈值的倍数，例如检测中的阈值的两倍。在步骤S301中，离散键中的每一者的信号值由处理单元16获取，其指示对二维位 置传感器阵列10施加的电容性负载。在步骤S302中，确定是否存在任何高于阈值的信号。如果从处理单元16获取的 信号中没有一者是在检测中，那么算法返回到步骤S301且获取一新的离散键信号值集合。 这将继续，直到离散键信号值中的至少一者大于或等于Vt或者循环由适当的控制信号终 止为止。将了解，信号获取之间的时间间隔可在没有接收到高于阈值的信号的情况下随着 时间而增加，以便节省功率。另一选择是触摸面板装置在没有接收到高于阈值的信号历时某一时期之后完全减活(需要单独的控制输入来重新激活)，即进入休眠模式。在步骤303中，测试在获取的信号集合中是否存在至少一个信号处于或低于本底 电平。为了实现此准则，必须存在离散键信号值中的小于或等于预定本底电平信号或‘零’ 信号的至少一者。零信号值代表当没有物体邻近于二维位置传感器阵列10时的本底信号 电平。在步骤S303中将二维位置传感器阵列10的离散键信号值中的每一者与预定零信号 值进行比较。此测试的结果用以在过程流程中稍后做出决策。在步骤S304中，将所有的检测中信号值彼此比较以找到具有最高信号值的键。图IH展示最高检测中信号值是在位置K(4，l)处的离散键82的信号值。为了找 到在位置K(4，l)处的离散键82处或附近的物体的位置(即，最高检测中离散键信号值)， 使用邻近键抑制(AKS)的经修改实施方案。常规AKS在US 6，993，607中描述。此处使用 的经修改AKS方法在下文中称为局部化AKS (LAKS)。在常规AKS中，分析中包含所有键。然 而，在本版本的AKS中，将迭代方法用于传感器阵列，其中将AKS局部地应用于传感器阵列 的子块或区的连续部分。每一子块的位置是相对于选定的检测中元素而界定，且包含最近 相邻和下一最近相邻元素，即，直接邻近于选定检测中位置的离散键位置和邻近于直接邻 近位置的离散键位置。在本实例中执行LAKS算法的边界在图中由虚线边 界84说明。此实 例的子块的大小由传感器阵列的大小限制。然而，根据以上的定义，如果传感器阵列含有较 多的离散键，那么子块将在大小上较大。在步骤S305中，在由边界84界定的键的子块内应用AKS以确定子块中的哪些 键是可能与触摸相关联(即邻近于物体)的键。应注意，这将常常是具有最高信号值的 键，但情况不一定是这样。其中可能选择一不同键的情形的实例是AKS方法考虑了如 ΕΡ1335318Α1中描述的手影效应的情形。举例来说，如果垂直的一行键在检测中，那么AKS 方法的键输出将是最顶部的键，即使所述键不是具有最高信号值的键。在所说明的实例中， AKS确定位置K(4，l)处的离散键是邻近于触摸的键，此键还是具有最高信号的键。此选定 的键标记为Tl。在步骤S306中，位于LAKS子块的边界84 (S卩，虚线)内的另一 ‘检测中，键K (S， 2)现在在特定针对LAKS的方法的后续步骤中忽略，即，其信号在后续LAKS步骤中被抑制。 其因此可被视为已被“排除出”检测。图IH展示具有LAKS子块的边界84 ( S卩，虚线)的选定键86标记为Tl的键。被 “排除出”检测的键在图IH中还通过K(S，2)处的网格方块88的“无阴影”来说明。虽然由 LAKS排除出检测的任何检测中的键不再包含于检测算法的此部分中，但其可包含于方法的 稍后部分中，如下文将进一步了解。在步骤S307中，如果在步骤S303中确定不存在具有零信号的键，那么过程流程跳 到步骤S313。此跳跃消除了检测到另外触摸的可能性，其基础是如果没有具有零信号的键， 那么没有可靠的最小值，且因此无法将多个触摸可靠地区别于大的区域上(也许在整个面 板上)存在单个触摸的情形。另一方面，如果在步骤S303中确定存在至少一个高于本底电 平的键，那么过程流程行进到步骤S308，因为保留有能够可靠地分辨多个触摸的可能性。在步骤S308中，将剩余离散键的信号值与阈值Vt进行比较。如果剩余键信号中 没有一者大于或等于阈值Vt，那么过程流程跳到步骤S313。另一方面，如果存在具有大于 或等于阈值Vt的信号值的检测中阵列键，那么基于具有次最高信号值的键而重复LAKS过程。
图II展示位置K (5，5)、K (6，5)和K (6，4)处的剩余检测中离散键信号值。在步骤S309中，将来自剩余检测中的键的信号值彼此比较以找到最高信号值。最 高信号值位于离散键位置K (6，5) 90处。在步骤S310中，对位于在键K (6，5)周围形成的LAKS子块中的离散键(S卩，图II 中展示的边界内在虚线边界92内含有的键)实施LAKS。LAKS区包含位于虚线边界92内 的所有键。LAKS处理确定子块中的哪些键是最可能最靠近触摸的键。在下文中，我们假定 位置K (6，5)处的离散键90是由AKS选定的键。此键90标记为T2，因为其是在LAKS处理 的第二迭代中选定的键。在步骤S311中，将由LAKS界定的边界(S卩，虚线92)内的所有其它检测中的键排 除出检测，如图IJ中由现在无阴影的离散位置K(5，5)和Κ(6，4)94所示。在步骤S312中，将任何剩余的离散键信号值与阈值Vt进行比较。如果剩余键信 号中没有一者大于或等于阈值Vt (如所说明的实例中)，那么执行算法的步骤S313。然而， 如果存在任何剩余键具有高于阈值的信号值，那么从步骤S309到S312重复算法以指派另 一离散键Τ3。重复此过程，直到步骤S312返回空值为止。在过程中的此点处，LAKS处理结束，且过程移动到另一阶段，即步骤S313。在步骤S313中，确定触摸Τ1、Τ2...ΤΝ中的每一者的坐标，其中N可为一(单个触 摸)或一以上(多个触摸)。每一触摸的坐标是使用内插方法确定的。内插能够存取所有 信号值，无论是高于还是低于阈值。换句话说，来自LAKS处理期间被抑制的键中的任一者 的信号值在需要时被使用。在所述实例中，可用于内插的信号值是图IE所示的信号值，即， 在本底减法之后的原始信号值。对于每一触摸Τη，所述方法使用来自键Tn及其邻近键的信 号值来进行内插。存在可使用的各种可能的内插方法，但我们在下文中仅描述一种。使用两个不同的等式来计算经指派触摸的χ和y坐标。这些等式是下文所示的等 式1和等式2。这两个等式中的项具有以下定义。‘Max’是界定为Tl... Tn的离散键的信 号值。‘Mid’是具有邻近于‘Max’的最高信号值的离散键的信号值。‘Min’是先前界定的 ‘零’信号值。Ptl是对应于每一感测元件的中心的偏移量。针对χ方向和y方向的Ptl的值 在图IK上沿着传感器阵列的顶部和侧面展示。Q是一数字，其表示每一离散键内的预定义 离散位置的数目。当‘Mid，信号值在‘Max，信号值的左边或下方时使用等式1。当‘Mid，信号值在 ‘Max’信号值的右边或上方时使用等式2。
用于内插第一经指派触摸Tl的位置的程序如下。为了内插Tl的χ和y坐标86，将使用等式2，因为在χ坐标的情况下‘Mid’信号值在‘Max’信号值的右边，且在y坐标的情况下‘Mid，信号值在‘Max，信号值的上方。图IE展示在已减去本底信号电平Vb(Vb = 3)之后来自离散键的信号值。将使用 图IE中的信号值以找到Tl的χ和y坐标86 (离散键位置K (4，1))。随后的离散键信号值 用以找到二维传感器阵列10的χ坐标。‘Max’值等于位置K(4，l)处的离散键的信号值， Max = 22。‘Mid，值等于位置K(5，l)处的离散键的信号值，Mid = 8。‘Min，值等于位置 K(3,1)处的离散键的信号值，Min = 0。在Tl的实例中，将离散键中的每一者分离为10(Q =10)个离散位置。在Tl的实例中，Ptl = 30，因为检测到的触摸在第一 X传导线Xl的右 边。针对Tl的所计算的X坐标是‘2.6’。此过程现在重复以找到邻近于二维传感器阵列 10的检测到的触摸的y坐标。随后的离散键的信号值用以找到二维传感器阵列10的y坐标。‘Max’值等于位置 K(4,1)处的离散键的信号值，Max = 22。‘Mid’值等于位置K(4，2)处的离散键的信号值， Mid = 6。‘Min’值等于位置K(4，3)处的离散键的信号值，Min = 0。在Tl的实例中，将离 散键中的每一者分离为10(Q = 10)个离散位置。在Tl的实例中，Ptl = 0，因为检测到的触 摸在第一 y传导线Yl的下方。针对Tl的所计算的y坐标是‘2. 1’。因此经指派触摸Tl的 坐标是(32. 6,2. 1),或者在舍入到最近整数值Q时是(33，2)。图IJ中所示的剩余触摸位置T2是使用上文所述的内插方法来计算。然而，使用等 式1，因为X坐标的‘Mid，信号值在‘Max，信号值的左边，且y坐标的‘Mid，信号值在‘Max， 信号值的上方。针对经指派触摸T2的所计算坐标在舍入到最近整数值Q时是(56，35)。图IK展示传感器阵列10上的两个触摸Tl和T2的经内插位置。在此实例中，位 置传感器已划分为360个可能位置。替代的内插方法可并入有加权因数，例如邻近的键具有比键Tn低的加权。另一实 例可为根据预期手影效应进行加权。内插无需以如上所述的逐行和逐列方式完成。举例来 说，内插可在所有最近的相邻键之间或先前针对键Tn界定的LAKS子块区中的所有键之间。 将设想内插方法的许多其它变型。图IL示意性展示可用以测量从驱动电极中的一个被驱动的驱动电极转移到感测 电极的电荷的电路，所述驱动电极是在给定时间被驱动且所述感测电极具有自电容。这主 要是由其几何形状确定，尤其是在其最靠近的区中。因此，被驱动的驱动电极示意性展示为 电容器105的第一板100，且感测电极示意性展示为电容器105的第二板104。图IM所示 类型的电路在US 6，452，514中更完整地描述。所述电路是部分基于US 5，730，165中揭示 的电荷转移(“QT”)设备和方法，US 5，730，165的内容以引用的方式并入本文中。如上所述，图IA所示的实例包括单个电路，其分别使用适当的多路分解和多路复 用技术在驱动电极与感测电极中的每一者之间切换。与当前被驱动电极100相关联的驱动通道、与感测电极104相关联的感测通道以 及传感器控制器的元件在图IL中展示为经组合处理电路400。处理电路400包括取样开关 401、电荷积分器402 (此处展示为简单电容器)、放大器403和复位开关404，且还可包括任 选的电荷消除构件405。图IM示意性展示来自驱动通道101的被驱动电极驱动信号与开关401的取样时 序之间的时序关系。驱动通道101和取样开关401具备合适的同步构件以维持此关系，所述同步构件可为微处理器或其它数字控制器408。在所示的实施方案中，复位开关404初 始闭合以便将电荷积分器402复位到已知的初始状态(例如，零伏)。复位开关404随后 断开，且在随后某个时间，取样开关401经由开关的端子1连接到电荷积分器402历时一间 隔(期间驱动通道101发射正跃迁)，且随后重新连接到端子0，端子0是电接地或其它合 适的参考电位。驱动通道101随后返回到接地，且过程再次重复总共‘η’个循环(其中η 可为1(即，0次重复))、2(1次重复)、3(2次重复)等等)。可有帮助的是，驱动信号在电 荷积分器从感测电极断开之前不返回到接地的情况，因为否则相等且相反的电荷将在正向 边缘和负向边缘期间流入/流出感测通道，因此导致没有净电荷转移进入电荷检测器。在 所需数目的循环之后，取样开关401保持在位置0，同时电荷积分器402上的电压由测量构 件407测量，测量构件407可包括可适合于当前应用的放大器、ADC或其它电路。在进行测 量之后，复位开关404再次闭合，且循环重新开始，但其中下一驱动通道和被驱动电极依序 替代图IL中示意性展示的驱动通道101和被驱动电极100。针对给定的被驱动电极进行测 量的过程在此处称为具有长度‘η’的测量‘突发’，其中‘η’的范围可为从1到任何有限数 字。电路的灵敏度与‘η’成正比且与电荷积分器402的值成反比。
将了解，指定为402的电路元件提供也可由另一构件完成的电荷积分功能，且此 类型的电路不限于使用如402所示的接地参考电容器。还应明了的是，电荷积分器402可 为基于运算放大器的积分器以对流动通过感测电路中的电荷进行积分。此些积分器还使用 电容器来存储电荷。可注意到，虽然积分器增加了电路复杂性，但其提供了用于感测电流 的较理想的求和接合点负载以及较动态的范围。如果采用低速积分器，那么在402的位置 中可能必须使用单独电容器来临时以高速存储电荷，直到积分器可及时地吸收所述电荷为 止，但此电容器的值与并入到基于运算放大器的积分器中的积分电容器的值相比变得相对 不关键。可为有帮助的是，取样开关401在具有所选极性(在此情况下为正向)的驱动 信号的改变期间当不连接到电荷积分器402时将传感器的感测电极连接到接地。这是 因为这样可产生人工接地平面，因此减少RF发射，且还(如上所述)准许具有与电荷 积分器402正感测的极性相反的极性的耦合电荷适当耗散且中和。还可能使用电阻器 来对感测电极进行接地以完成驱动通道101的跃迁之间的相同效果。作为对单刀双掷 (single-poledouble-throw, SPDT)开关401的替代，如果以适当方式定时，那么可使用两 个独立的开关。如US 5，730，165中描述，存在许多信号处理选择可用于操纵和确定信号振幅的 检测或测量。US 5，730，165还描述图IL中描绘的布置的增益关系，虽然是依据单个电极系 统来描述。当前情况中的增益关系是相同的。信号消除构件405的实用性在US 4，879，461 以及US 5，730，165中描述。US 4，879，461的揭示内容以引用的方式并入本文中。信号消除 的目的是在每一突发产生(驱动通道的正向跃迁)的同时减少电荷积分器402上建立的电 压(即，电荷)，以便准许被驱动电极与接收的感测电极之间的较高耦合。此方法的一个益 处是以相对低的成本允许大的感测区域，所述大的感测区域对电极之间的耦合的小偏差敏 感。此些大的感测耦合存在于例如可能在人触摸感测垫中使用的实体上相对大的电极中。 电荷消除准许以较大的线性度测量耦合量，因为线性度取决于从被驱动电极100到感测电 极104的耦合电荷在突发的过程中被吸收到‘虚拟接地’节点中的能力。假如允许电荷积分器402上的电压在突发的过程期间明显上升，那么所述电压将会以逆指数方式上升。此指数分量对线性度且因此对可用的动态范围具有有害的影响。驱动通道可为简单的CMOS逻辑门，其从常规经调节电源供电且由传感器控制器 20控制以提供周期性的多个具有选定持续时间的电压脉冲(或者在简单实施方案中，从低 到高或从高到低电压的单个转变，即，一个脉冲突发)。或者，驱动通道可包括正弦产生器 或具有另一合适波形的循环电压的产生器。改变的电场因此在施加于被驱动电极的电压循 环串的上升沿和下降沿上产生。被驱动电极和感测电极被假定充当具有电容CE的电容器 的相对板。因为感测电极电容性耦合到被驱动电极，所以其接收或吸收由被驱动列电极产 生的改变的电场。这导致被驱动电极上的改变的电压通过改变的电场的电容性差分而引起 的感测电极中的电流流动。电流将朝向(或者依据极性从)感测单元14中的感测通道流 动。如上所述，感测通道可包括电荷测量电路，电荷测量电路经配置以测量由在感测电极中 引起的电流造成的进入/退出(依据极性)感测通道的电荷流动。电容性差分通过控制通过电容器的电流流动的等式而发生，即
Γ _广 dV“其中Ie是流动到感测通道的瞬态电流，且dV/dt是施加于被驱动电极的电压改变 的速率。在边缘跃迁期间耦合到感测电极(且因此进入/退出感测通道)的电荷量是以上 等式随着时间的积分，即Qe = Ce X V。每一跃迁上耦合的电荷Qe与V的上升时间(S卩，dV/dt)无关，且仅取决于被驱动 电极处的电压摆动(其可容易固定)和被驱动电极与感测电极之间的耦合电容Ce的量值。 因此响应于施加于被驱动电极的驱动信号的改变而确定耦合进入/退出包括感测通道的 电荷检测器的电荷是被驱动电极与感测电极之间的耦合电容Ce的量度标准。常规的平行板电容器的电容几乎与板(至少对于与其分隔度相比在范围上较大 的板来说)之间的空间外的区的电性质无关。然而，对于在一平面中包括相邻电极的电容 器来说，情况不是这样。这是因为连接于被驱动电极与感测电极之间的电场中的至少一些 从衬底“溢出”。这意味着被驱动电极与感测电极之间的电容性耦合(即，Ce的量值)在某 种程度上对电极附近的“溢出”电场延伸到其中的区的电性质敏感。在不存在任何邻近物体的情况下，Ce的量值主要由电极的几何形状以及传感器衬 底的厚度和介电常数确定。然而，如果一物体存在于电场溢出到衬底外而进入的区中，那么 此区中的电场可被所述物体的电性质修改。这致使电极之间的电容性耦合改变，且因此耦 合进入/来自包括感测通道的电荷检测器的测得电荷改变。举例来说，如果用户将手指放 置于由溢出电场的一些所占据的空间的区中，那么电极之间的电荷的电容性耦合将减少， 因为用户将具有实质的到接地(或其它附近的结构，其路径将完成到控制感测元件的电路 的接地参考电位)的电容。此减少的耦合发生，因为正常耦合于被驱动电极与感测电极之 间的溢出电场部分地从电极转向到地。这是因为邻近于传感器的物体用以将电场分流远离 电极之间的直接耦合。因此通过监视被驱动电极与感测电极之间耦合的电荷量，其间耦合的电荷量的改 变可被识别且用以确定物体是否邻近于传感器(即，溢出电场延伸到其中的区的电性质是否已改变)。图2是根据本发明另一实施例的二维位置传感器阵列200的正面的视图。图2所 示的二维位置传感器200在构造和操作上类似于图IA所示的二维位置传感器阵列10。传感 器200包括衬底202，其支承界定传感器的敏感区域的电极图案204。耦合到位置传感器阵 列的是控制器206。控制器206通过下文将描述的多个连接而耦合到二维位置传感器阵列 内的电极。控制器206提供以下单元的功能性驱动单元212，其用于将驱动信号供应到电 极图案204的若干部分；感测单元208，其用于感测来自电极图案204的其它部分的信号； 以及处理单元210，其用于基于针对施加于电极图案的不同部分的驱动信号所见的不同感 测信号来计算位置。控制器206因此控制驱动和感测单元的操作以及处理单元210中对来 自感测单元208的响应的处理，以便确定邻近于传感器200的物体(例如，手指或触笔)的 位置。参看图2，电极216是驱动电极，其由在 χ方向上延伸的五个纵向条表示。也就是 说，驱动电极沿着X方向上的轴延伸。邻近的驱动电极由在X方向上延伸的多个(五个) 感测电极214间隔开。在图中所示的感测阵列200中，感测电极具有相同宽度。如图中所 示，还存在邻近于y方向上的最终驱动电极的在χ方向上延伸的多个感测电极。此外，连接 或轨道218全部沿着χ方向从感测电极行进到图中的右边。这经完成以减少将控制器206 连接到感测电极214的复杂性。换句话说，所有连接可使用单个连接来制成。或者，轨道连 接可通向左边和右边以减少驱动电极216与感测电极214之间的间距。类似的轨道或连接 222从驱动电极216行进到驱动单元212。图2所示的位置传感器阵列200进一步包括在 驱动电极与连接轨道之间交错的多个电极220 (本文称为接地电极)。图3是根据本发明另一实施例的二维位置传感器阵列300的正面的视图。图3所 示的二维位置传感器阵列300在构造和操作上类似于图IA所示的二维位置传感器阵列10。 然而，电极图案302已经旋转90度以使得驱动电极和感测电极的操作现在颠倒。换句话说， 在y方向上延伸的连续条电极304现在用作感测电极，且与连续条电极304交错的多个电 极318用作驱动电极。在同一行(例如χ方向上的点线310)上的驱动电极306全部连接 在一起，使得在操作期间沿同一 χ行布置的所有驱动电极同时被驱动。将了解，电极图案的 相对定向不影响二维传感器阵列的操作。参看图3，耦合到位置传感器阵列300的是控制器308。控制器308通过下文将描 述的多个连接而耦合到二维位置传感器阵列内的电极。控制器308提供以下单元的功能 性驱动单元312，其用于将驱动信号供应到电极图案302的若干部分；感测单元314，其用 于感测来自电极图案302的其它部分的信号；以及处理单元316，其用于基于针对施加于电 极图案302的不同部分的驱动信号所见的不同感测信号来计算位置。控制器308因此控制 驱动单元312和感测单元314的操作以及处理单元316中对来自感测单元314的响应的处 理，以便确定邻近于传感器300的物体(例如，手指或触笔)的位置。电极304是感测电极， 其由在y方向上延伸的五个纵向条表示。也就是说，驱动电极沿着χ方向上的轴延伸。邻 近的感测电极304由多个(六个)驱动电极318间隔开。如图中所示，还存在邻近于χ方 向上的最终驱动电极的在y方向上延伸的多个感测电极318。此外，连接或轨道322从定位 于驱动电极与感测电极之间的沿着y方向向上和向下的驱动电极行进到驱动单元312。类 似的轨道或连接320从感测电极行进到感测单元312。图3所示的位置传感器阵列300进一步包括在驱动电极与连接轨道之间交错的多个电极306(本文称为接地电极)。所有接地 电极306耦合在一起且经由连接324连接到处理单元316。图4是根据本发明另一实施例的二维位置传感器阵列400的正面的视图。图4所 示的二维位置传感器阵列400在构造和操作上类似于图3所示的二维位置传感器阵列300。 然而，电极图案412的连接轨道414进一步包含轨道的越过其耦合到电极的点的延伸部 416，如图4所示。将了解，连接轨道的延伸部或延伸部部分可结合如先前描述的接地电极 418或在没有接地电极418的情况下使用。相同的想法可应用以修改图1和2的实施例。将了解，分别在图2、3和4中展示的二维位置传感器阵列200、300和400可结 合 处理单元使用以使用上文所述的方法确定邻近于位置传感器的一个或一个以上触摸(即， 多个触摸)或物体的位置。将进一步了解，本发明的传感器适用于许多类型的装置/器具。举例来说，传感器 可用于烤箱、烤架、洗衣机、转筒式干燥机、洗碗机、微波炉、食物搅合器、制面包机、饮料机、 计算机、家庭视听设备、个人计算机、便携式媒体播放器、PDA、手机、计算机、游戏控制台等寸。图5展示移动个人计算机(PC) 120的实例。根据本发明技术的触摸传感器可用以 形成笔记型PC 120的输入控制面板的部分或整体。在图中，展示PC 120，其包含附接到基 底124的显示装置122，基底124容纳通常与PC相关联的处理器和其它组件。输入控制面 板126包含键盘128。输入控制面板126进一步包含触敏鼠标垫130。鼠标垫可使用根据 本发明的触摸传感器来实施。此外，显示装置122也可以根据本发明的触摸传感器实施，所 述触摸传感器上覆于其顶部上以提供触摸屏幕。这对于平板PC可尤其有用。图6示意性展示并入有控制面板93的洗衣机91，所述控制面板93并入有根据本 发明的传感器。图7示意性展示可并入有一个或一个以上根据本发明实施例的传感器的蜂窝式 电话95。根据本发明的二维传感器98可用以提供具有按钮的按钮面板99，或可为与按钮 面板共同延伸的单独传感器。举例来说，按钮面板可保持为机械组合件，且提供传感器以允 许用户在按钮面板区域上执行绘画、书写或命令手势，例如以用汉语或其它亚洲字符创作 文本消息。屏幕97也可上覆有根据本发明的传感器。更一般地，本发明可结合具有人机接口的任何器具使用。还可能提供类似于上文 所述的传感器的传感器，所述传感器是与其可用来控制的装置/器具分离地提供(例如) 以提供对预先存在的器具的升级。还可能提供可经配置以操作某一范围的不同器具的一般 传感器。举例来说，可提供具有可编程键的传感器，装置/器具提供者可通过适当配置(例 如，通过重新编程)使所述可编程键与所需功能相关联。
权利要求
一种二维位置传感器，其具有由布置于衬底的一侧上的单层电极图案界定的触敏区域，所述电极图案具有在第一方向上的横向范围和在横越至所述第一方向的第二方向上的纵向范围且包括多个‘n’个电极单元，其中n至少为3，所述电极单元彼此纵向偏移地在触敏区域上逐行延伸，其中所述电极单元各自包括一在所述触敏区域上横向延伸的驱动电极以及多个‘m’个感测电极，其中m至少为3，所述感测电极在所述触敏区域上共同地横向延伸且个别地各自占据所述横向范围的一部分，每一单元的所述感测电极从所述驱动电极纵向偏移，使得每一感测电极的一个边缘位于邻近于所述驱动电极的一个边缘处，这些耦合边缘以间隙分隔，所述间隙经尺寸设计以使得在使用中每一对驱动和感测电极在所述间隙上电容性耦合。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中每一单元的所述感测电极具有不同的横向范围。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述不同的横向范围针对横向邻近的感测电极 在第一与第二值之间交替。
4.根据权利要求1所述的传感器，其进一步包括横向延伸的接地电极，所述接地电极 布置于邻近的电极单元之间以使所述邻近的电极单元彼此屏蔽，且进而抑制邻近的电极单 元之间的电容性耦合。
5.根据权利要求1所述的传感器，其进一步包括从所述触敏区域的外围延伸以连接到 所述感测电极中的相应者的轨道，其中所述轨道邻近于所述感测电极的与所述耦合边缘相 对的另一边缘而延伸。
6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述轨道具有在所述第一方向上延伸的延伸部 部分，所述延伸部部分布置于所述电极单元的所述感测电极与邻近电极单元的驱动电极之 间。
7.根据权利要求5所述的传感器，其中来自所述感测电极的所述轨道中的一些连接到 所述触敏区域的一个横向侧，且其它轨道连接到另一横向侧。
8.根据权利要求1所述的传感器，其中每一电极单元具有不大于7mm的纵向范围。
9.根据权利要求1所述的传感器，其中所述驱动和感测电极每一者具有不大于Imm的 纵向范围。
10.根据权利要求1所述的传感器，其进一步包括(a)电容测量电路，其连接到所述电极且可重复操作以从所述触敏区域获取电容信号 值集合，每一集合由来自每一对驱动和感测电极的电容信号值构成，每一对驱动和感测电 极构成一感测元件；以及(b)处理器，其经连接以接收所述电容信号值集合且可操作以处理每一集合来计算和 输出所述触敏区域上的单个或多个触摸位置的坐标，对每一集合的所述处理通过以下方式 执行(i)识别具有最大电容信号值的感测元件；( )界定所述触敏区域的包含具有所述最大电容信号值的所述感测元件以及其相邻 者中的选定者的区；(iii)分别识别和界定一个或一个以上另外的感测元件和区，其中每一次反复在电容 信号值位于所述触敏区域的先前界定区中的情况下排除所述电容信号值不予考虑；以及(iv)输出指示每一所识别区中的所述触摸位置的所述坐标的数据。
11.一种二维位置传感器，其具有由布置于衬底的一侧上的单层电极图案界定的触敏 区域，所述电极图案具有在第一方向上的横向范围和在横越至所述第一方向的第二方向上 的纵向范围且包括多个‘η’个电极单元，其中η至少为3，所述电极单元彼此横向偏移地在 所述触敏区域上逐列延伸，其中所述电极单元各自包括一在所述触敏区域上纵向向下延伸 的感测电极以及多个‘m’个驱动电极，其中m至少为3，所述驱动电极在所述触敏区域上共 同地纵向向下延伸且个别地各自占据所述纵向范围的一部分，每一单元的所述驱动电极从 所述感测电极横向偏移，使得每一驱动电极的一个边缘位于邻近于所述感测电极的一个边 缘处，这些耦合边缘以一间隙分隔，所述间隙经尺寸设计以使得在使用中每一对驱动和感 测电极在所述间隙上电容性耦合。
12.根据权利要求11所述的传感器，其进一步包括纵向延伸的接地电极，所述接地电 极布置于邻近的电极单元之间以使所述邻近的电极单元彼此屏蔽，且进而抑制邻近的电极 单元之间的电容性耦合。
13.根据权利要求11所述的传感器，其进一步包括从所述触敏区域的外围延伸以连接 到所述驱动电极中的相应者的轨道，其中所述轨道邻近于所述驱动电极的与所述耦合边缘 相对的另一边缘而延伸。
14.根据权利要求13所述的传感器，其中所述轨道具有在所述第二方向上延伸的延伸 部部分，所述延伸部部分布置于所述电极单元的所述感测电极与邻近电极单元的驱动电极 之间。
15.根据权利要求13所述的传感器，其中来自所述驱动电极的所述轨道中的一些连接 到所述触敏区域的一个纵向侧，且其它轨道连接到另一纵向侧。
16.根据权利要求11所述的传感器，其中每一电极单元具有不大于7mm的横向范围。
17.根据权利要求11所述的传感器，其中所述驱动和感测电极每一者具有不大于Imm 的横向范围。
18.根据权利要求11所述的传感器，其进一步包括(a)电容测量电路，其连接到所述电极且可重复操作以从所述触敏区域获取电容信号 值集合，每一集合由来自每一对驱动和感测电极的电容信号值构成，每一对驱动和感测电 极构成一感测元件；以及(b)处理器，其经连接以接收所述电容信号值集合且可操作以处理每一集合来计算和 输出所述触敏区域上的单个或多个触摸位置的坐标，对每一集合的所述处理通过以下方式 执行(i)识别具有最大电容信号值的感测元件；( )界定所述触敏区域的包含具有所述最大电容信号值的所述感测元件以及其相邻 者中的选定者的区；(iii)分别识别和界定一个或一个以上另外的感测元件和区，其中每一次反复在电容 信号值位于所述触敏区域的先前界定区中的情况下排除所述电容信号值不予考虑；以及(iv)输出指示每一所识别区中的所述触摸位置的所述坐标的数据。
19.一种处理来自2D触敏电容性位置传感器的信号的方法，所述2D触敏电容性位置 传感器具有由布置于衬底的一侧上的单层电极图案界定的触敏区域，所述电极图案具有在第一方向上的横向范围和在横越至所述第一方向的第二方向上的纵向范围且包括多个‘n’ 个电极单元，其中n至少为3，所述电极单元彼此纵向偏移地在所述触敏区域上逐行延伸， 其中所述电极单元各自包括一在所述触敏区域上横向延伸的驱动电极以及多个‘m’个感测 电极，其中m至少为3，所述感测电极在所述触敏区域上共同地横向延伸且个别地各自占据 所述横向范围的一部分，每一单元的所述感测电极从所述驱动电极纵向偏移，使得每一感 测电极的一个边缘位于邻近于所述驱动电极的一个边缘处，这些耦合边缘以一间隙分隔， 所述间隙经尺寸设计以使得在使用中每一对驱动和感测电极在所述间隙上电容性耦合，其 中每一对驱动和感测电极构成一感测元件，所述传感器进一步包括电容测量电路，其连接 到所述感测元件且可重复操作以获取电容信号值集合，每一集合由来自所述感测元件中的 每一者的电容信号值构成；以及处理器，其经连接以接收所述电容信号值集合且可操作以 处理每一集合来计算和输出所述触敏区域上的单个或多个触摸位置的坐标，处理每一集合 的方法包括(i)识别具有最大电容信号值的感测元件；(ii)界定所述触摸面板的包含具有所述最大电容信号值的所述感测元件以及其相邻 者中的选定者的区；(iii)分别识别和界定一个或一个以上另外的感测元件和区，其中每一次反复在电容 信号值位于所述触摸面板的先前界定区中的情况下排除所述电容信号值不予考虑；以及(iv)输出指示每一所识别区中的所述触摸位置的所述坐标的数据。
20. 一种处理来自2D触敏电容性位置传感器的信号的方法，所述2D触敏电容性位置传 感器具有由布置于衬底的一侧上的单层电极图案界定的触敏区域，所述电极图案具有在第 一方向上的横向范围和在横越至所述第一方向的第二方向上的纵向范围且包括多个‘n’个 电极单元，其中n至少为3，所述电极单元彼此横向偏移地在所述触敏区域上逐列延伸，其 中所述电极单元各自包括一在所述触敏区域上纵向向下延伸的感测电极以及多个‘m’个驱 动电极，其中m至少为3，所述驱动电极在所述触敏区域上共同地纵向向下延伸且个别地各 自占据所述纵向范围的一部分，每一单元的所述驱动电极从所述感测电极横向偏移，使得 每一驱动电极的一个边缘位于邻近于所述感测电极的一个边缘处，这些耦合边缘以一间隙 分隔，所述间隙经尺寸设计以使得在使用中每一对驱动和感测电极在所述间隙上电容性耦 合，其中每一对驱动和感测电极构成一感测元件，所述传感器进一步包括电容测量电路， 其连接到所述感测元件且可重复操作以获取电容信号值集合，每一集合由来自所述感测元 件中的每一者的电容信号值构成；以及处理器，其经连接以接收所述电容信号值集合且可 操作以处理每一集合来计算和输出所述触敏区域上的单个或多个触摸位置的坐标，处理每 一集合的方法包括(i)识别具有最大电容信号值的感测元件；(ii)界定所述触摸面板的包含具有所述最大电容信号值的所述感测元件以及其相邻 者中的选定者的区；(iii)分别识别和界定一个或一个以上另外的感测元件和区，其中每一次反复在电容 信号值位于所述触摸面板的先前界定区中的情况下排除所述电容信号值不予考虑；以及(iv)输出指示每一所识别区中的所述触摸位置的所述坐标的数据。
全文摘要
本发明提供一种二维位置传感器，其具有由布置于衬底的一侧上的单层电极图案界定的触敏面板。所述电极图案由在所述面板上逐行延伸的‘n’个电极单元构成。每一电极单元由在所述面板的触敏区域上延伸的单个驱动电极以及多个‘m’个感测电极构成，所述感测电极在所述触敏区域上共同地横向延伸且个别地各自仅占据横向范围的一部分。所述感测电极从其相关联的驱动电极纵向偏移，使得每一感测电极的一个边缘位于邻近于所述驱动电极的一个边缘处，这些耦合边缘以一间隙分隔，所述间隙经尺寸设计以使得在使用中每一对驱动和感测电极在所述间隙上具有有效的电容性耦合。此电极图案允许将每一电极单元的纵向范围制造得相对小，此对于感测多个同时的触摸又为较好的，因为这得益于在任何给定面板中具有较多的电极单元。
文档编号G06F3/044GK101866250SQ20101014612
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月12日 优先权日2009年4月14日
发明者埃萨特·伊尔马兹 申请人:爱特梅尔公司