专利名称：多触摸传感器的交替互补导电元件图案的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种触摸传感器，更具体地，涉及一种触摸传感器上的导电元件图案以及利用这种导电元件图案确定触摸位置的方法。
背景技术：
现代电子设备通常具有触摸传感器以接收输入数据。存在多种类型的触摸传感器应用，例如触摸传感器、数字化转换器、触摸按钮、触摸开关、触摸滚动条等。触摸传感器具有多种类型，例如电阻型、电容型和电磁型。电容型触摸传感器涂覆有导电材料，典型地是铟锡氧化物(ITO)或铜，所述导电材料传导连续的电流通过传感器。传感器沿显示器的水平轴和垂直轴均表现出存储电荷的精确受控场以实现电容。人体也是具有存储电荷的电学装置，因也此表现出电容。当传感器的正常电容场(其参考状态)被另一电容场改变时，例如通过某人手指的触摸，电容型触摸传感器测量所导致的参考场的特性失真，并且将有关触摸事件的信息发送至触摸传感器控制器进行数学处理。存在多种类型的电容型触摸传感器控制器，包括Σ -Δ调制器(也称作电容-数字转换器，CDC)、电荷传输型电容型触摸传感器控制器和驰豫振荡器型电容型触摸传感器控制器。传统的触摸传感器典型地需要多层ITO来检测触摸传感器上的多个触摸。一些传统的触摸传感器可以使用单层ITO，但是由于在触摸传感器上设置单层ITO的方式，它们不能够确定多个方向上的多个同时触摸的位置。因此，需要更加精确地确定触摸敏感传感器上的触摸位置的触摸传感器。同样，需要能够确定沿触摸敏感传感器的两个维度的多个同时触摸的位置的触摸传感器控制器。
发明内容
提出了一种触摸传感器以及一种用于确定传感器上触摸位置的方法。触摸传感器包括交替的、互补且实质上为凹形的单层导电元件，配置用于实质上填充传感器的区域，并且使得在传感器的每一个位置中单次触摸同时与多个导电元件相互作用。还提出了一种触摸传感器控制器，包括处理器电路和存储器电路，用于执行计算以精确地确定触摸位置，并且在存储器中存储这些位置用于进一步的处理。触摸控制器利用包括导电部件的连接器耦合至每一导电元件。根据本发明一些实施例的确定触摸传感器上触摸位置的方法包括使用触摸控制器来测量由于用户与传感器接触而产生的每一导电元件的电容变化。然后，基于触摸控制器的测量来选择一组相邻的导电元件。利用在触摸控制器的存储器中所存储的每一导电元件的中心坐标，计算所述坐标的加权平均。然后，基于对所选择的相邻导电元件组所计算的加权平均，分配触摸位置。下面参考附图进一步描述本发明的这些和其它实施例。
通过结合附图考虑以下详细描述，能够容易地理解本发明实施例的教导。图IA示出了触摸传感器布局的平面图。图IB是沿图IA的触摸传感器交叉线120的截面图。图2示出了传统触摸传感器用的导电元件的传统布局。图3示出了传统触摸传感器用的导电元件布局的另一传统布局。图4示出了根据本发明一些实施例的使用相同形状的触摸传感器用的导电元件的布局。图5示出了根据本发明一些实施例的使用交替互补形状的触摸传感器用的导电元件的布局。图6示出了根据本发明的一些实施例如何得出图5的导电元件的形状。图7示出了根据本发明的一些实施例如何实现与图5的导电元件的电连接。图8示出了根据本发明一些实施例的触摸传感器用的导电元件的物理尺寸的示例。图9示出了根据本发明一些实施例的通过触摸传感器的相邻导电元件实现的重叠区域的线性变化。图10示出了根据本发明的一些实施例如何使用图5的导电元件计算触摸位置。图11示出了根据本发明的一些实施例可以在触摸传感器用的导电元件上实现的各种触摸类型。图12是示出了使用触摸面积阈值A-确定触摸传感器上的多个同时触摸的位置的算法的示例性实施例的流程图。图13是示出了用于确定触摸传感器上的多个同时触摸的位置的算法的示例性实施例的流程图。
具体实施例方式附图和以下描述涉及本发明的一些实施例，只是作为说明。应该注意的是，根据以下讨论，将容易认识到在此公开的结构和方法的替代实施例，在不脱离本发明原理的情况下可以采用这些替代实施例作为可行替代。现在对本发明的若干实施例进行详细描述，它们的示例在附图中示出。应该注意的是，在附图中可以使用实际上类似或相同的参考符号，它们可以表示类似或相同的功能。 附图只是为了说明的目的描述了本发明的实施例。本领域技术人员根据以下描述将认识到，在不脱离在此所公开的本发明原理的情况下，可以采用在此说明的结构和方法的替代实施例。根据本发明的一些实施例，触摸传感器包括互补形状的单层导电元件，以实现至少两个方向上多个同时触摸的检测。导电元件的形状可以是任意组实质上的凹多边形，这些凹多边形配合在一起时形成拼接或“镶嵌”式平面。在本发明的一些实施例中，选择形状，使得覆盖触摸传感器，不留下显著的间隙，并且进一步使得在触摸传感器的每一个位置中任意给定的触摸区域与多个元件相互作用。一些实施例可以包括具有相同的实质上凹形而不是交替的互补形状的导电元件。互补导电元件与相邻元件物理上相互作用，使得当触摸区域从一个元件向相邻元件沿着这些相邻元件的中心之间的线移动时，由触摸所覆盖的区域单调地从实质上与这一个元件的整体重叠变化为实质上与该相邻元件的整体重叠。触摸重叠区域的这种变化可以同时沿两个正交方向发生。可以使得从位于内部的导电元件到触摸控制器的连接穿过其它导电元件。导电元件图案可以表现出沿两个正交方向的对称性， 即，如果图案由完整元件(不包括部分的裁剪元件)组成，图案可以旋转90°角度而不会改变图案特征。在一些实施例中，可以将导电元件的图案旋转任意角度，同时所得到的触摸传感器的操作或性质保持实质上相同。图IA示出了触摸传感器布局的平面图，以及图IB是沿图IA的触摸传感器交叉线 120的截面图。触摸传感器100是电容型触摸传感器，并且经由互连(缆线)106与触摸传感器控制器102相连。触摸传感器控制器102执行多种功能来检测触摸，并且确定触摸传感器100上触摸的位置，这将在下面描述。为了执行这些功能，控制器102配置有处理器10 和存储器102b。如图IB所示，触摸传感器100包括透明衬底或基底(玻璃或塑料)110 ；设置在基底110上的多个导电触摸传感器元件(或者导电元件)108，典型地由ITO (铟锡氧化物)材料或其它透明导电材料制成；以及覆盖导电元件108的透明硬覆层118。设置有导电元件 108的区域形成了触摸传感器有源区104。每一个导电元件108经由电连接或迹线114电耦合至缆线106，并且最终电耦合至控制器102。触摸传感器100中触摸传感器有源区104 之外的区域形成触摸传感器边界116。这里为了说明的目的，触摸传感器100的“X”和“y” 方向如图IA所示。导电元件108的阵列用于使得控制器102能够响应于受影响的导电元件108上的触摸，检测每一个导电元件108和环境之间的电容变化。一般来说，导电元件108上的触摸使导电元件108和环境之间的电容与受触摸影响的导电元件108的面积成比例地增加。可以通过将与每一个导电元件108相关联的电容变化进行比较，来确定触摸的数目及其触摸位置。使用单一导电层的触摸传感器所出现的难题在于与不处于触摸传感器有源区104 的外围上的内部导电元件相连。典型地，在单层触摸传感器图案上，连接112在导电元件 108之间穿过与控制器102相连，如图IA所示。然而，内部元件连接路由的这种方法可能引起触摸位置确定的显著误差。这些误差也放大了触摸传感器的尺寸，并且可能难以对其进行补偿。图2示出了传统触摸传感器用的导电元件的传统布局。图2的传统布局包括方形 200或圆形250形状的导电元件的阵列。然而，图2的传统布局不能精确地检测和确定触摸传感器上多个同时触摸的位置。图3示出了传统触摸传感器用的导电元件的另一种传统布局。使用两个锥形形状导电元件302、304。图3的导电元件图案使得在触摸位置沿运动方向308变化时触摸区域 306 (例如，通过单独的手指)发生一维线性变化，并且只允许检测沿与“X”方向正交、即沿图3的“y”方向的多个同时触摸。因此，图3的导电元件不能实现沿两个维度的多个同时触摸的检测。图4示出了根据本发明的典型实施例，其中利用在传感器区域上多次重复的相同的实质上凹入形状401，来执行触摸传感器区域的拼接或镶嵌。在这一具体实施例中，所述形状包括排列成十字形图案的互锁四边形图形。图5示出了根据本发明一些实施例的触摸传感器用的导电元件的布局，所述触摸传感器可以用于诸如图IA和IB所示的触摸传感器中。该布局包括按照交替的方式设置的星形导电元件502和十字形导电元件504，使得每一个星形元件502在其四边由十字形元件 504包围，并且每一个十字形元件504在其四边由星形元件502包围。星形元件502和十字形元件502是互补形状，使得当它们彼此相邻地放置时，它们像网格一样紧贴和配合，只在元件502和元件504之间留有少量未覆盖空间。换句话说，元件502和504被定位和成形为实质上填充触摸传感器的整个区域，留下最小限度的残余部分未被覆盖。导电元件的形状可以是任意组的实质上凹多边形，形成拼接或“镶嵌”的平面。这里将实质上的凹多边形定义为并非凸多边形的形状，其中凸多边形是这样的多边形形状对于所述多边形形状内部的任意两个点，构成连接这两个点的直线线段的所有点也处于所述多边形形状的内部。如下面将更加详细地解释的那样，在本发明一些实施例中所使用的交替互补星形导电元件502和十字形导电元件504可以随着触摸506位置变化，仅使用单一导电层，提供触摸506所影响面积沿两个正交维度“X”和“y”的线性变化。星形元件502和十字形元件 504可以由单层的任意导电材料制成，典型地是铜或ΙΤ0。此外，星形元件502和十字形元件504可以具有近似相同的面积，从而简化触摸位置的计算，这将在下文中参考图9更加详细地解释。注意，触摸506中所触摸的总面积，也称作“触摸权重”，在不同的手指、不同的人、 甚至对于相同的人在不同的时间或者在不同的环境之间可以明显地不同。触摸权重的通用定义可以用于单/双触摸确定的一些实施例中，但是在需要确定多个触摸的情况下可能并不是优选的。图6示出了根据本发明的一些实施例如何得出图5的导电元件的形状。星形元件 502和十字形形状504都可以从45°等腰三角形600得出。如图6所示，将两个45°等腰三角形600进行组合以形成菱形形状602，将两个菱形形状元件602沿正交方向组合为604 以获得星形的形状502，并且与导电元件502相对应。类似地，可以将两个45°等腰三角形 600进行组合以形成形状608，并且可以将两个形状608沿正交方向进行组合以形成形状 610，以获得十字形元件504。可以将形状614剪裁616以允许在触摸元件502和504之间间隔开，剪裁量是可调节的。使用可调节的剪裁616，可以对元件502和504所覆盖的面积的微小差别进行补偿，以便元件502和504具有实质上相同的面积。在本发明的一些实施例中，选择导电元件的尺寸，使得“正常”尺寸(例如成人)的手指在任意给定的触摸中将与超过一个元件重叠，不管手指位于何处。在上述示例性实施例中，这是通过将图5中所述的45°三角形的尺寸调节为具有与所要感测的手指的直径近似相等的高度来实现的。图7示出了根据本发明的一些实施例如何实现导电元件502和506的电连接。如图7所示，来自内部导电元件502和506的连接通过相邻导电元件502和506中的裂口来进行路由，以便允许连接穿过导电元件。例如，将来自十字形元件504的连接712路由为穿过星形元件502，将来自十字形元件504和704以及星形元件502的连接714路由为穿过十字形元件740，并且与来自十字形元件704的迹线进行组合以形成组合连接716。连接导电元件穿过其它导电元件可能在触摸位置确定时引起一起误差，但是误差是一维的并且因此可以容易地补偿。组合连接716路由至控制器102。因此，图7的路由方法允许内部导电元件502和504方便且直接连接到控制器102，从而提高了触摸传感器的精度。图8示出了根据本发明一些实施例的触摸传感器用的导电元件的物理尺寸示例。 因为星形元件502和十字形元件504并没有形成整齐的触摸传感器边缘，可以沿触摸传感器有源区104的边缘使用十字形元件504和星形元件502的部分片段，以形成触摸传感器有源区104的整齐边缘和90度角。例如，导电元件802对应于星形元件502的右下侧，导电元件704是星形元件502的右侧。对于另一个元件，导电元件806是十字形元件504的右上侧，导电元件808是十字形元件504的右侧1/2。图8的触摸传感器是示出了星形元件 502和十字形元件504(使用组合在一起的完整元件或部分片段)如何形成方形例如2. 1英寸X2. 8英寸的触摸传感器有源区104的示例。元件502和504按照以下方式与相邻元件物理上相互作用，即，当触摸区域506从一个元件504向另一个元件812沿它们中心之间的线810移动时，由例如0. 5"直径的盘状触摸区域506覆盖的面积从与一个元件502的主要部分重叠单调地变化到与相邻元件812 的主要部分重叠。例如，在本发明的一些实施例中，重叠面积可以从一个元件502的100% 线性地变化为相邻元件812的100%。另外，这种相互作用可以同时沿两个正交轴(即“X” 和“y”轴)发生。这也如图9所示，其中触摸区域506的移动将导致沿“X”方向由元件906、 908覆盖或者沿“y”方向由元件906和910覆盖的触摸区域所覆盖的面积的渐变单调(和线性)变化。注意图案中相邻元件可以不相同。即，任意一种元件类型(例如星形元件502)可以不必与相同类型的其它元件相同。例如，沿边缘设置的元件可以与远离边缘设置的元件不同。如上所述，可以使连接114穿过其它元件，而不是绕过其它元件。图8的图案表现出 χ、y对称性，即，如果图案由完整元件构成(即，不包括诸如在边缘处所使用的剪裁元件)， 图案可以旋转90°而不会引起操作或者性质的变化。通常，应该注意的是，相对于“χ-y”笛卡尔框架将图8的图案旋转任意角度，触摸传感器的操作和性质保持实质上未改变。图10示出了根据本发明的一些实施例如何使用图5的导电元件计算触摸位置。下面的表I示出了对于图9所示具体示例所计算的面积和位置。
权利要求
1.一种触摸传感器，用于确定区域中的触摸位置，包括预先选择的实质上为凹形的导电元件，配置用于实质上填充传感器的区域；触摸控制器，包括处理器电路和存储器电路；包括导电元件的连接器，将所述触摸控制器耦合至每一个导电元件。
2.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，导电元件具有交替的互补形状。
3.根据权利要求2所述的触摸传感器，其中，交替的导电元件可以具有至少两种互补形状中的任一形状，所述至少两种互补形状具有近似相同的面积；以及其中每一具有第一形状的导电元件与具有互补的第二形状的导电元件相邻。
4.根据权利要求3所述的触摸传感器，其中，通过触摸控制器补偿所述至少两种互补形状之间的面积差。
5.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，导电元件具有相同的形状。
6.根据权利要求5所述的触摸传感器，其中，导电元件的形状是通过两个互锁的四边形图形形成的十字形，两个四边形图形实质上彼此正交。
7.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，导电元件在单层中形成。
8.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中，导电元件配置为使得当触摸区域从第一导电元件的中心移向相邻的第二导电元件的中心时，触摸所覆盖的与第一导电元件重叠的面积比例从约100%单调地减小到约0%，同时与相邻的第二导电元件重叠的面积比例从约0%单调地增加到约100%。
9.根据权利要求8所述的触摸传感器，其中，当第一导电元件和相邻的第二导电元件相对于彼此沿两个不同方向中任一方向位移时，出现触摸重叠面积在第一导电元件和第二导电元件之间的单调变化；以及所述两个不同方向实质上彼此正交。
10.根据权利要求9所述的触摸传感器，其中，使得连接器穿过其它导电元件，以便到达选定的导电元件。
11.根据权利要求3所述的触摸传感器，其中，第一形状是星形形状，以及互补的第二形状是十字形形状；以及所述星形形状和所述十字形状彼此紧贴并且配合，在导电元件之间留有少量未覆盖的空间。
12.一种确定触摸传感器上的触摸位置的方法，包括 提供预先选择的实质上为凹形的导电元件；提供触摸控制器，所述触摸控制器包括处理器电路和存储器电路； 提供包括导电元件的连接器，所述连接器将所述触摸控制器连接至导电元件； 使用所述触摸控制器测量由于用户与传感器接触而导致的每一个导电元件的电容变化；基于所述触摸控制器的测量，选择与触摸重叠的一组导电元件； 使用每一个所述导电元件的中心坐标来评估所述坐标的加权平均；以及将触摸位置与所选择的重叠导电元件组的评估的加权平均相关联。
13.根据权利要求12所述的方法，其中根据针对所选择的与触摸重叠的导电元件组中的每一导电元件所测量的电容变化，相对于所选择的与触摸重叠的导电元件组中所有导电元件的总表面面积，来确定所述加权平均。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，触摸位置对应于施加到触摸传感器的单一触摸。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括在与触摸重叠的导电元件组中选择具有最大重叠面积的第一导电元件；选择针对灵敏度的阈值面积；确定所述最大重叠面积是否大于预先选择的阈值；选择所选择的第一导电元件的第一组周围元件；使用第一组导电元件中每一导电元件的中心坐标来评估所述坐标的加权平均；以及将触摸位置与所评估的第一组导电元件的加权平均相关联；将所选择的第一组中的第一导电元件标记为“已使用”，并且在测量中不再考虑所述第一导电元件；以及对重叠元件组中的其余导电元件重复上述步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括根据针对第一组导电元件中的每一导电元件所测量的电容变化，相对于所选择的第一组导电元件中所有导电元件的总表面面积，来确定所述加权平均。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括获得触摸敏感传感器上的多个同时触摸的触摸位置。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括 在与触摸重叠的导电元件组中选择第一导电元件； 选择所述第一导电元件的第一组紧邻元件；从所选择的与触摸重叠的第一组导电元件中选择第一主触摸元件，所述第一主触摸元件在所选择的第一组中具有最大重叠面积；选择所述第一主触摸元件的第二组紧邻元件； 选择包括所述第一组和所述第二组所共有的导电元件的第三组； 使用第三组导电元件中的每一导电元件的中心坐标来评估所述坐标的加权平均；以及向触摸位置分配对所选择的第三组导电元件所评估的加权平均； 将第三组中的导电元件标记为“已部分使用”，使得在另外的步骤中不会将其用作第一导电元件；对重叠元件组中的其余导电元件重复上述步骤，直到没有元件可以选择为第一导电元件为止。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括根据针对第三组导电元件中的每一导电元件所测量的电容变化，相对于第三组导电元件中所有导电元件的总表面面积，来执行加权平均。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括获得触摸敏感传感器上的多个同时触摸的触摸位置。
全文摘要
一种触摸传感器包括实质上为凹形的导电元件，以实现至少两个方向上多个同时触摸的检测，且具有降低的噪声灵敏度和增强的精确度。导电元件的形状可以相似，或者可以是几乎覆盖所有传感器区域的交替互补形状。导电元件物理上与相邻元件相互作用，使得当触摸区域从一个元件向另一相邻元件沿着这些相邻元件的中心之间的线移动时，接触所覆盖的面积从基本上与这一个元件的整体重叠单调地改变为基本上与相邻元件的整体重叠。触摸重叠面积的这种单调改变可以同时沿两个正交方向发生。从位于内部的导电元件到触摸控制器的连接可以穿过其他导电元件。
文档编号G06F3/041GK102227705SQ200980148056
公开日2011年10月26日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年10月1日
发明者克里斯托弗·D·迪尤斯 申请人:集成装置技术公司