用于三维电场传感器的矩阵电极设计的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案的夺叉参考
[0002] 本申请案主张2013年3月15日申请的第61/801，018号美国临时申请案的权利， 所述临时申请案的全文并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及三维电场传感器。
【背景技术】
[0004] 三维电场传感器布置通常（例如）使用IOOkHz信号产生电场。此类电场从产生 所述电场的装置垂直地延伸大于l〇cm。用户可进入此电场而不（例如）用手触摸装置，且 由用户执行的手势将干扰电场。接着可测量此类失真，且可使用由布置确定的动态及静态 特性以断定已执行哪一类型的手势。
[0005] 图1展示典型电极布置100,其可用以产生准静态交变电近场且用以检测此类电 场中的干扰。电极布置包括允许在发射TX电极120上方布置接收RX电极110的非导电衬 底130。这里，可使用印刷电路板130,其中TX电极130覆盖整个底部表面且顶部表面上的 条带形成一个RX电极110。然而，其它布置可使用多个RX电极且甚至可采用多个TX电极。
[0006] 例如，图2展示印刷电路板200的示范性布置，其中顶部层包括布置在印刷电路板 200的四个边缘处的四个RX电极210、220、230、240。此外，中心电极250布置在由四个RX 电极210、220、230、240界定的区域中的顶部层内。四个RX电极210、220、230、240可为固 体铜条带，而中心电极可具有如所展示的网孔或网结构。如此实施例中所展示的TX电极还 可具有网孔结构且可未必布置在底部层上。如图3所展示，印刷电路板200可为多层板，且 TX电极可布置在中间层中且提供切口区域以允许放置RX馈送线。此外，接地层可布置在印 刷电路板的底部上（例如）以提供屏蔽。
[0007] 可连接到此类电极结构200的集成电路装置的实例是由申请人制造的手势评估 控制器MGC3130 (也被称为GestlCs')。特定地说，在电近场感测中及在GestTC*三维手势辨 识及跟踪技术中，可实现的范围是最关键的因素。
【发明内容】
[0008] 根据各种实施例，引入一种用于优化电极设计以实现更好的电极敏感性分布曲线 且因此实现比以前显著更大的范围（高达50%)的方法。根据特定实施例，可提供一种矩 阵电极结构，其中通过组合两个或两个以上电极信号而改进三维电近场测量的范围。
[0009] 根据一实施例，一种电极布置可包括：发射电极，其经配置以产生延伸到观测区域 中的准静态交变电场；第一电极，其在第一方向中延伸且经配置以作为接收电极连接到评 估装置；第二电极，其在不同于第一方向的第二方向中延伸，其中为了评估准静态交变电场 的干扰，通过组合第一电极与第二电极而获得增强敏感性分布曲线。
[0010] 根据另外实施例，可通过电容耦合第二电极与第一电极而组合第一电极与第二电 极，其中第二电极是电浮动的或具有高阻抗。根据另外实施例，可由连接在第一电极与第二 电极之间的离散电容器实现电容耦合。根据另外实施例，可由第一电极与第二电极之间的 电容耦合路径实现电容耦合。根据另外实施例，第一电极可产生第一接收信号且第二电极 产生第二接收信号，且其中用可控制个别权重来对第一信号及第二信号求和。根据另外实 施例，发射电极可布置在第一接收电极及/或第二接收电极下方的层中且经配置以产生由 第一接收电极及第二接收电极接收的准静态电场。根据另外实施例，发射电极确实只覆盖 第一电极及/或第二电极的部分区域。根据另外实施例，电极布置可进一步包括：多个并联 布置第一电极，其包括所述第一电极；多个并联布置第二电极，其垂直于第一电极而布置且 包括所述第二电极，其中第一电极及第二电极形成矩阵。根据另外实施例，第一电极及第二 电极可布置在发射电极上方的不同层中。根据另外实施例，每一电极可包括串联连接的多 个电极片段。根据另外实施例，每一片段可具有菱形形状或斜方形形状。根据另外实施例， 第一电极及第二电极各自可以叉指式结构而布置。根据另外实施例，第一电极及第二电极 各自可包括内部电极及外部电极，其中外部电极形成接收电极。根据另外实施例，外部电极 可与垂直于外部电极而布置的内部电极电容耦合，其中内部电极的电极片段之间的电容耦 合不同于内部电极的电极片段与外部电极之间的相应电容耦合。根据另外实施例，所述第 一电极及所述第二电极的邻近电极片段可具有由相应电极片段之间的距离界定的电容耦 合，且外部电极的电极片段与邻近于外部电极的电极片段的内部电极的电极片段之间的第 一距离不同于剩余邻近电极片段之间的第二距离。根据另外实施例，第一电极及第二电极 可布置在发射电极上方的不同层中，且其中外部电极的电极片段与垂直于相应外部电极而 布置的内部电极的电极片段部分地重叠。根据另外实施例，第一电极及第二电极各自可包 括内部电极及外部电极，且其中外部电极形成接收电极且内部电极各自是由串联连接的多 个电极片段形成。根据另外实施例，第一电极及第二电极可布置在发射电极上方的不同层 中。根据另外实施例，电极布置可进一步包括布置在由矩阵界定的空间中的浮动电极片段。 根据另外实施例，发射电极可在与第一电极或第二电极相同的层上且经配置以产生由第一 电极及第二电极接收的准静态电场。根据另外实施例，可在运行时间中切换每一电极的功 能。
[0011] 根据另一实施例，一种系统可包括能够评估三维手势及触摸的电极结构，所述系 统包括控制器，其具有至少第一端口、第二端口及第三端口，且其中电极结构包括发 射电极，其与第一端口耦合；-第一电极，其在第一方向中延伸且与第二端口耦合；及-第 二电极，其在不同于所述第一方向的第二方向中延伸且与第三端口耦合，其中第二电极相 对于第一电极而布置以提供第一电极与第二电极之间的电容耦合，其中控制器经配置以在 第一操作模式或第二操作模式中操作，且其中在第一操作模式中：控制器的第一端口可经 配置以驱动发射电极以产生交变电场；控制器的第二端口可经配置以连接第一电极与用于 评估从所述发射电极接收的信号的检测单元；及控制器的第三端口经配置以在高阻抗状态 中；且其中在第二操作模式中：控制器的第二端口及第三端口经配置以耦合第一电极及第 二电极与电容测量单元。
[0012] 根据另外实施例，系统可进一步包括在第二方向中延伸的多个第三电极。根据另 外实施例，系统可进一步包括在第一方向中延伸的多个第二电极，其中第一电极及第二电 极是以矩阵而布置。根据另外实施例，系统可进一步包括用于当在所述第二模式中操作时 选择性地耦合多个第二电极中的一者及多个第三电极中的一者与所述电容测量单元的多 路复用器单元。根据另外实施例，系统可进一步包括可操作以使多个第三电极与所述控制 器断开连接或将与多个第三电极连接的端口切换为高阻抗状态的多路复用器单元。
[0013] 根据又一实施例，一种供在三维定位及手势传感器布置及/或投射电容式触摸传 感器布置中使用的电极矩阵结构可包括第一层，其包括发射电极；-第二层，其包括以多 个行及列而布置的电极元件，其中每一行及每一列的电极元件彼此连接使得每一行及列界 定单独电极线，其中外部电极线界定左侧及右侧垂直电极与上部及下部水平电极，且其中 由内部行及列形成的内部电极线相对于左侧、右侧、上部及下部水平电极而布置，使得内部 垂直电极线电容耦合到上部及下部电极以增强上部及下部电极线的敏感性，且内部水平电 极线电容耦合到左侧及右侧电极以增强左侧及右侧电极线的敏感性。
[0014] 根据电极矩阵的另外实施例，左侧电极线或右侧电极线的电极片段与内部水平电 极线的邻近片段之间的距离或上部电极线或下部电极线的电极片段与内部垂直电极线的 邻近片段之间的距离可不同于（特定地说，大于或小于）内部垂直及水平电极线的邻近电 极片段之间的距离。根据电极矩阵的另外实施例，矩阵的每一电极可为斜方形形状或菱形 形状。根据电极矩阵的另外实施例，电极矩阵可进一步包括布置在第一层与第二层之间的 第三层，其中水平电极线布置在第二层中且垂直电极线布置在第三层中。根据电极矩阵的 另外实施例，电极矩阵可进一步包括布置在第一层与第二层之间的第三层，其中垂直电极 线布置在第二层中且水平电极线布置在第三层中。根据电极矩阵的另外实施例，电极矩阵 可进一步包括由所述行及列形成的空间中的浮动电极。
[0015] 根据又一实施例，一种供在三维传感器布置中使用的电极矩阵结构可包括：-第 一、第二、第三及第四