用于位置检测的电容性传感器装置的电极装置制造方法

用于位置检测的电容性传感器装置的电极装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于电容性传感器装置的电极装置，所述电容性传感器装置用于检测物体相对于所述电极装置的位置，其中所述电极装置包括发射电极配置、接收电极配置及至少一个接地电极，其中-所述发射电极配置、所述接收电极配置及所述至少一个接地电极彼此上下布置且彼此间隔开，-至少一个接地电极布置于所述发射电极配置与所述接收电极配置之间，且-所述发射电极配置包括可加载有电交变信号的第一发射电极。本发明进一步提供一种包括根据本发明的电极装置的印刷电路板，以及一种包括根据本发明的印刷电路板的手持装置及一种包括电容性传感器装置的手持装置，所述电容性传感器装置包括根据本发明的电极装置。
【专利说明】用于位置检测的电容性传感器装置的电极装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电容性传感器系统的电极装置，所述电容性传感器系统特定来说用于检测物体相对于所述电极装置的位置。
【背景技术】
[0002]在电容性传感器系统(特定来说，电容性近接传感器)中，借助于产生及测量交变电场来无接触地测量物体(举例来说，手指)实质上朝向传感器区的接近。可从测量信号导出电装置、特定来说电手持装置的功能(举例来说，切换功能)。
[0003]需要(举例来说)在电手持装置处提供电容性传感器系统的传感器区，其中在物体朝向传感器区接近期间，不仅可检测到物体朝向传感器区的接近，而且可检测到所述物体相对于所述传感器区的位置。
[0004]取决于物体相对于所述传感器区的位置，可在电手持装置中实施不同功能。如此一来，期望优选地高位置分辨率。为了使电容性传感器系统可应用于不同电子装置，当电容性传感器系统优选地独立于相应电子装置的接地状态时进一步期望高位置分辨率。从现有技术已知根据所谓的加载方法来操作的特定来说用于电容性传感器系统的电极配置，其中(举例来说)为了实施滑动控制器(在滑动控制器中，可沿滑动控制器检测物体(举例来说，手指)的位置是重要的)而提供并排且分别邻近布置的多个传感器电极。在使用加载方法的电容性传感器的操作期间，需要仅一个传感器电极，其表示发射电极以及也表示接收电极。
[0005]将电交变信号施加到所述传感器电极，使得从其发射交变电场，其中分别检测且借助于评估装置来评估传感器电极的电容性负载(举例来说，通过手指朝向传感器电极的接近)。借助于所检测电容性负载，可确定已发生手指朝向哪一个传感器电极的接近。
[0006]然而，此类电容性传感器系统具有需要大量电极以实现高分辨率(位置分辨率)的缺点，此显著地增加了(举例来说)电容性滑动控制器的生产的建设性努力。另外，传感器信号取决于传感器电子器件的接地状态。
[0007]另外，已知也具有大量传感器电极的电容性传感器系统，其中对于位置的精确检测，需要(举例来说)手指在接触传感器电极期间同时覆盖数个传感器电极。同样，由于高位置分辨率所需的大量传感器电极而显著提升了用于此处的生产的建设性努力。
[0008]另外，从现有技术已知的两种解决方案均具有以下缺点:电极实质上必须布置于一个平面中，举例来说，在电装置的外壳表面处。然而，不期望将电极布置于外壳处，举例来说，以减小装置的生产的额外开销。
[0009]因此，本发明的目标是提供一种用于电容性传感器装置的电极装置，所述电容性传感器装置用于检测物体相对于所述电极装置的位置，所述电极装置至少部分地避免从现有技术已知的缺点且其允许借助优选地少量的传感器电极实现高位置分辨率，其中位置的检测独立于电容性传感器装置被提供用于的电装置的接地状态，且其中所述电极装置不必布置于电装置的外壳处。
【发明内容】

[0010]根据本发明，此目标借助于一种根据独立专利权利要求分别用于电容性传感器装置及电容性传感器系统的电极装置来实现，所述电容性传感器装置及所述电容性传感器系统用于检测物体相对于所述电极装置的位置。在附属权利要求中给出本发明的有利实施例及改进。所述解决方案的元素也是电装置(特定来说电手持装置)，所述电装置包括具有根据本发明的至少一个电极配置的至少一个电容性传感器系统。另外，本发明的标的物是一种印刷电路板，在其处由导电层的部分形成根据本发明的电极配置。
[0011]据此，提供一种用于电容性传感器装置的电极装置，所述电容性传感器装置用于检测物体相对于所述电极装置的位置，其中所述电极装置包括发射电极配置、接收电极配置及至少一个接地电极，其中
[0012]-所述发射电极配置、所述接收电极配置及所述至少一个接地电极彼此上下布置且彼此间隔开，
[0013]-至少一个接地电极布置于所述发射电极配置与所述接收电极配置之间，且
[0014]-所述发射电极配置包括可加载有电交变信号的第一发射电极。
[0015]借此，以有利方式将用于检测物体相对于电极装置的位置的所述电极装置也集成到多层PCB中是可行的，其中所述多层PCB的导电层的部分形成所述电极。
[0016]所述发射电极配置可包括可加载有电交变信号的第二发射电极。
[0017]施加到所述第一发射电极的所述电交变信号可相对于施加到所述第二发射电极的所述电交变信号为相反的。
[0018]所述接收电极配置至少可包括一个第一接收电极及一个第二接收电极。
[0019]当所述第一发射电极及所述第二发射电极各自包括彼此间隔开的若干个电极分段时是有利的，所述电极分段各自彼此电连接，其中两个发射电极的所述电极分段并排布置使得所述第二发射电极的电极分段布置于所述第一发射电极的每两个邻近电极分段之间。
[0020]所述两个发射电极的所述电极分段可具有相同形状及相同表面积。
[0021]所述第一发射电极可邻近于所述第二发射电极布置且与所述第二发射电极间隔开，其中所述第一发射电极优选地具有小于所述第二发射电极的电极表面积，及/或其中所述第一发射电极距印刷电路板的边缘的距离小于所述第二发射电极距印刷电路板的所述边缘的距离。
[0022]所述第一接收电极及所述第二接收电极各自可包括彼此间隔开的若干个电极分段，其中两个接收电极的所述电极分段并排布置使得所述第二接收电极的电极分段布置于所述第一接收电极的每两个电极分段之间。
[0023]所述第一接收电极可布置于所述第二接收电极上方且与所述第二接收电极间隔开。
[0024]当所述第一接收电极的所述电极分段的宽度沿检测轴减小且所述第二接收电极的所述电极分段各自具有相同宽度时是有利的。
[0025]当所述第一接收电极的所述电极分段的宽度沿检测轴减小时也是有利的，其中所述第二接收电极的所述电极分段的宽度沿所述检测轴增加。[0026]所述第一接收电极可布置于第二接收电极上方且与所述第二接收电极间隔开，其中所述第一接收电极及/或所述第二接收电极距检测边缘的距离沿检测轴减小或增加。
[0027]所述发射电极配置、所述接收电极配置及所述至少一个接地电极各自可通过(多层)印刷电路板的彼此上下布置的导电层的部分形成。
[0028]所述发射电极配置、所述接收电极配置及所述至少一个接地电极可布置于所述印刷电路板上在其边缘处，使得所述发射电极配置与所述接收电极配置之间的电容性耦合优选地可受接近所述电极装置的物体影响，其中位于所述边缘处的装置经选择使得所述电极中的至少一者到达所述印刷电路板的所述边缘。
[0029]还提供一种印刷电路板、特定来说多层印刷电路板(多层PCB)，其包括根据本发明的电极装置，其中所述电极装置的电极各自通过印刷电路板(LP)的彼此上下布置的导电层的部分形成。
[0030]所述电极中的至少一者可一直延伸到所述印刷电路板的完整边缘，S卩，根据本发明的电极装置的至少一个电极布置于在所述印刷电路板的边缘处的位置中。
[0031]另外，本发明提供一种手持装置，特定来说电手持装置，其包括根据本发明的印刷电路板。
[0032]另外，提供一种手持装置，特定来说电手持装置，其具有电容性传感器装置，其中所述电容性传感器装置包括根据本发明的电极装置。
[0033]所述电装置及电手持装置分别可为:智能电话、移动无线电装置、计算机鼠标、装置遥控器、数码相机、游戏控制器、移动迷你型计算机、平板PC、口授装置、媒体播放器等。
【专利附图】

【附图说明】
[0034]从以下描述连同图式一起得出本发明的细节及特性以及本发明的具体示范性实施例。
[0035]图1展示电容性传感器系统的等效电路图，其用于图解说明吸收效应；
[0036]图2展示根据本发明的电极装置的第一示范性实施例；
[0037]图3展示根据本发明的电极装置的第二示范性实施例；
[0038]图4展示根据本发明的电极装置的第三示范性实施例；
[0039]图5展示根据本发明的电极装置的第四示范性实施例；
[0040]图6展示根据本发明的电极装置的第五示范性实施例；
[0041]图7展示根据本发明的电极装置的第六示范性实施例；
[0042]图8展示根据本发明的电极装置的第七示范性实施例；
[0043]图9展示包括位于边缘处的电极的印刷电路板的一部分的透视图，所述电极由印刷电路板的导电层的部分形成；且
[0044]图10展示用于激活根据本发明的电极装置的原理电路图。
【具体实施方式】
[0045]将根据本发明的用于检测物体相对于传感器系统的电极装置的位置的所述传感器系统实施为电容性传感器，所述电容性传感器以操作模式“吸收”来操作。关于图1更详细地描述操作模式“吸收”。[0046]另外，根据本发明的传感器系统经设计使得传感器系统的传感器信号提供两个信息，即:
[0047]1.用户用他/她的手指覆盖的电极配置的传感器表面积及传感器长度分别有多大，及
[0048]2.用户已在哪一位置处用他/她的手指接触电极配置。
[0049]图1展示电容性传感器系统的等效电路图，其用于图解说明吸收效应且用于图解说明借以使传感器系统变得独立于传感器系统的接地状态的措施。
[0050]电极Tx (发射电极)及Rx (接收电极)并排布置使得在其之间形成基本电容性耦合C12。在手或手指F朝向电极Tx、Rx接近期间，基本电容性耦合C12变得较小(吸收)，使得流动穿过C12的电流也变得较小。
[0051 ] 将电极Tx与手指F之间的电容性耦合标记为C1H，将Rx与手指之间的电容性耦合标记为C2H。在手指F朝向电极Tx、Rx接近期间，耦合电容Cih及C2h变得较大。借助于此，在电极Tx与电极Rx之间形成平行于C12的电流路径，其可解译为发射。
[0052]此平行于C12的电流路径必须借助于适合措施来减小、优选地必须避免，如以下所描述:
[0053]a)也可尝试使CH_(手指F与接地GND之间的电容性耦合)变得实质上大于Cih(或固定地连接手指F与接地GND)。借助于此，实质上实现:经由Cih从电极Tx流动到手指F的电流并不经由C2h流动到电极Rx。事实上，如此一来很大程度上避免了发射Tx — Rx，然而，传感器系统更进一步取决于传感器系统的接地特性。
[0054]b)另外，提供第二发射电极Tx2，可主要使第二发射电极Tx2与接近的手指F成电容性耦合C3H。第二发射电极Tx2优选地相对于接收电极Rx布置使得第二发射电极Τχ2与接收电极Rx之间的电容性耦合是可忽略的。给第二发射电极Τχ2加载产生器信号，其优选地相对于施加到第一发射电极Tx的产生器信号为相反的。借此，实质上实现:经由Cih从电极Tx流动到手指F的电流继而经由C3h直接排出。如此避免了经由Cih从电极Tx流动到手指F的电流经由C2h转送到电极Rx的进一步流动。在电极的实施例中，必须考虑到稱合电容Cih及C3h是实质上相等的。此可通过第一电极Tx与第二电极Τχ2的大致相等的电极宽度来实现。因此，传感器系统也独立于所述传感器系统的接地特性。
[0055]为了实现传感器系统实质上独立于接地状态，在优选实施例中同时操作两个发射电极+Tx (在图1中用Tx标记)及-Tx (在图1中用Τχ2标记)，其中施加到电极+Tx及-Tx的发射信号及产生器信号分别相对于彼此为相反的，即，电极信号+Tx及-Tx的交变部分的和为零。
[0056]分别借助于传感器系统及电极的布局，注意在理想情况中，在接触期间+Tx到用户的手指F的电容性耦合恰好展示与-Tx到手指F的电容性耦合相同的量。借此，耦合+Tx — F实质上由耦合-Tx — F抵消。
[0057]在未接地测量电子器件的情况下，借助于此设计来防止电流从用户的手指流动到电极Rx(发射)且如此一来窜改了吸收的测量信号。
[0058]在经接地测量电子器件的情况下，根据原理，从用户的手指F流动到电极Rx (发射)的电流较小而可忽略，使得确保了独立于接地状态无任何发射电流流动。借此，传感器信号独立于接地状态。因此，借此以操作模式吸收提供电容性传感器系统(位置传感器)，其实际上在经接地及未接地传感器电子器件中导致相同结果。
[0059]接收电极Rx分别相对于发射电极+Tx/-Tx如此设计及如此布置使得实质上仅存在与发射电极+Tx或-Tx中的一者的电容性耦合。
[0060]在传感器系统的替代实施例中，借助于相应传感器布局及隔离层的相应厚度而减小发射电流使得还可形成很大程度上独立于接地状态的仅包括一个发射电极+Tx的传感器系统也是可行的。
[0061]当传感器系统的接地状态(经接地或未接地)已知且很大程度上恒定时，则也可形成包括仅一个作用发射电极+Tx的传感器系统。
[0062]为了实施电容性滑动控制器，电容性传感器装置的根据本发明的电极装置经配置使得可在接收电极配置处分接及测量两个所接收信号。在一实施例中，本发明的接收电极配置包括两个个别接收电极。在本发明的又一实施例中，接收电极配置包括两个接收电极，其各自借助于若干个电极分段形成。根据本发明，根据本发明的接收电极配置的接收电极可细分为两种类型。下文更详细地描述所述两种类型的接收电极的功能操作。
[0063]根据本发明，用于电容性滑动控制器的接收电极配置可通过第一类型的接收电极与第二类型的接收电极的组合形成。或者，还可形成包括第二类型的两个接收电极的接收电极配置。
[0064]第一类型的接收电极与第二类型的接收电极的组合具有以下优点:在传感器的闲置状态或等待状态中(即，当传感器不作用时)，仅须分别测量及评估第一类型的接收电极的(分别)传感器信号及所接收信号以便检测用户是否触摸传感器。借此，特定来说，在其中所接收的电力应尽可能低的应用中可节省电流。仅在已检测到接触之后，可分接及评估第二类型的接收电极的所接收信号以检测物体(举例来说，手指)相对于电极装置的当前位置。
[0065]相比之下，第二类型的两个接收电极的组合具有以下优点:有用的信号为两倍大，使得信噪比也分别是大的。额外优点是:与第一类型的接收电极及第二类型的接收电极的组合相比，在无进一步技术措施的情况下测量结果更线性。
[0066]在下文中，更详细地描述第一类型及第二类型的接收电极。另外，更详细地描述当组合第一类型的接收电极与第二类型的接收电极时及当组合第二类型的两个接收电极时可如何计算物体相对于根据本发明的电极装置的位置。
[0067]包括第一类型的接收电极的电极装置:
[0068]包括第一类型的接收电极的电极装置独立于物体(举例来说，手指)相对于电极装置的位置而产生分别相对于所覆盖的电极长度及电极表面积大致成比例的信号。在接触电极装置(实际上，电极装置的电极可覆盖有一层隔离材料)时，耦合电容在相应位置处改变。在不接触电极装置时及在接触电极装置时的电容值的差可用作测量信号。
[0069]在吸收模式中，根据以下规则来减小发射电极Tx与接收电极Rx(参见图1)之间的耦合电容:
[0070]Δ C=KI*L
[0071]其中K为比例因数且L为暴露的长度，使得:AC与长度L成比例。
[0072]还可提供暴露的检测以使电容性传感器装置从第一操作模式进入到第二操作模式中(举例来说，从休眠模式到作用模式中)。出于此目的，可提供预定阈值，必须超过所述阈值之后才实施操作模式的改变。举例来说，所述阈值可包括最小暴露及/或暴露的最小持续时间。
[0073]包括第二类型的接收电极的电极装置:
[0074]根据本发明包括第二类型的接收电极的电极装置取决于物体(举例来说，手指)相对于电极装置的位置而提供分别与所覆盖的电极长度及电极表面积大致成比例且另外与物体相对于电极装置的位置P大致成比例的信号。当触摸所述电极配置(实际上，电极配置的电极可覆盖有一层隔离材料)时，在相应位置处的耦合电容改变。可使用在未触摸电极装置与触摸电极装置之间的电容值的差作为测量信号。
[0075]在吸收模式中，根据以下规则来减小发射电极Tx与接收电极Rx(参见图1)之间的耦合电容:
[0076]Δ C=K2*P*L
[0077]其中K为比例因数，P为手指相对于电极装置的位置且L为暴露长度，使得:AC?L*P(S卩，AC与L成比例以及也与P成比例)。
[0078]在第一类型的接收电极与第二类型的接收电极的组合中，物体相对于电极装置的位置的计算:
[0079]如上文所描述，第一类型的接收电极大致提供
[0080]Δ C1=Kl=KL
[0081]第二类型的接收电极大致提供
[0082]Δ C2=K2*P*L
[0083]物体相对于电极装置的位置从以下商产生
[0084]Δ C2/ Δ C1=P*K2/K1
[0085]此处的计算本身的结果独立于暴露。此意味着，所述位置实质上是分别独立于覆盖电极的手指的宽度(儿童的手指或成人的手指)、独立于暴露的宽度的变化(举例来说，当在物体相对于电极移动时物体的宽度改变时)、独立于覆盖电极的手指的距离或距离的改变且特定来说独立于其是否使用手套而正确地检测及确定的。
[0086]物体相对于包括第二类型的两个接收电极的电极装置的位置的计算:
[0087]如上文所描述，第二类型的接收电极大致提供
[0088]Δ C2=K2*P*L
[0089]根据本发明，第二类型的两个接收电极经反转布置，S卩，沿检测轴在第一接收电极处分接的传感器信号减小，而在另一接收电极处分接的传感器信号增加。
[0090]关于第一接收电极，所述电极装置大致提供
[0091]Δ C2A=K2*P*L
[0092]关于第二接收电极，所述电极装置大致提供
[0093]Δ C2B=K2*P* (K3-L)
[0094]从在接收电极处分接的两个信号的和来计算电极装置对物体(举例来说，手指)的暴露，其中结果独立于暴露的长度。两个信号的差取决于2XL，此意指物体相对于电极装
置的位置。
[0095]从以下商计算所述位置
[0096]( Δ C2a- Δ C2b)/((Δ C2a+ Δ C2B)[0097]此处的计算本身的结果独立于暴露。
[0098]在下文中且关于图2到图8展示根据本发明分别包括发射电极及接收电极的不同布置及实施例的电极配置。
[0099]对于在图2到图8中所展示的所有电极配置，以下各项均适用:
[0100]-电极El及E2为接收电极配置的接收电极。
[0101]-电极E3及E4为发射电极配置的发射电极。
[0102]在图2及图3的电极装置中，发射电极E3及E4在相位上相反地被激活，S卩，发射电极E3及E4各自加载有电交变信号,其中施加到第一发射电极E3的电交变信号相对于施加到第二发射电极E4的电交变信号为相反的。在图4到图8的电极装置的情况下，对于相应发射电极的操作基本上存在两种可能性:在第一变型中，第一发射电极E3可加载有第一电交变信号且第二发射电极E4可加载有第二电交变信号,其中第一电交变信号相对于第二电交变信号为相反的。在第二变型中，第一发射电极E3可加载有电交变信号，而第二发射电极E4作为接地电极操作，即，与电容性传感器装置的接地耦合。
[0103]借助于经相反激活的发射电极，确保了分别独立于电装置及电容性传感器装置的接地状态而对位置的检测。然而，先决条件是:+Tx与物体F之间及-Tx与所述物体之间的耦合电容大小相等(参见图1，Tx与F之间的耦合电容Cih以及Τχ2与F之间的耦合电容C3h)。借助于发射电极配置的布局，在根据图1及图2的电极装置中满足此先决条件。在根据图4到图8的电极装置的情况下，此借助于第一发射电极Ε3与第二发射电极Ε4之间的大小比率来实现。可分别以实验方式确定及优化或也借助于现场计算来实现发射电极Ε3及Ε4的相应电极表面积的大小比率及选择。
[0104]在接收电极配置的接收电极El及Ε2处连续地分接及评估信号。然而，同时分接及评估信号也是可行的。
[0105]在图2及图8的电极装置中，接收电极提供位置独立信号，借助于此信号可检测与电容性传感器的接触(此电极为第一类型的接收电极)。接收电极配置的相应另一接收电极提供位置相依信号(此电极为第二类型的接收电极)。
[0106]在图3到图7的电极装置中，接收电极El及Ε2两者各自提供位置相依信号(即，电极El及Ε2两者均为第二类型的接收电极)，其中所接收信号相对于如上文所描述的位置而反转。接收电极的所接收信号沿检测轴增加，而另一接收电极的所接收信号沿检测轴减小。
[0107]基本上，在图2到图8中所展示的所有电极装置的情况下，组合第一类型的接收电极与第二类型的接收电极或组合第二类型的两个接收电极均是可行的。
[0108]在图2到图8中所展示的所有电极装置中分别图解说明彼此上下布置的六个平面。此处的电极配置的每一电极由印刷电路板的彼此上下布置的导电层的部分形成。另夕卜，相应电极装置的电极布置于印刷电路板的边缘区中，即，相应电极装置的电极是借助于印刷电路板的布置于印刷电路板的边缘区处的导电层来形成，其中所述导电层彼此上下布置且彼此间隔开。
[0109]如此一来，实质上实现:不必提供额外导电表面来作为用于制造根据本发明的用于检测物体相对于电极装置的位置的所述电极装置的电极。印刷电路板可经设计使得所述印刷电路板的包括电极层的区到达接近于电手持装置的外壳处，使得在电极配置的所述区中仍可确实地分别检测朝向手持装置的接近及在手持装置处的手指的位置。电极的布置及印刷电路板的形成电极的导电层的实施例分别经选择使得电极延伸到印刷电路板的至少一个边缘，如关于图9所展示。
[0110]在印刷电路板的边缘区处形成发射电极与接收电极之间的电容性耦合。在图2到图8中所展示的电极装置中，电极的左边缘、上边缘及下边缘各自处于印刷电路板的区域中，使得仅电极的右边缘一直延伸到印刷电路板的边缘。接地电极GND具有分别大于发射电极及接收电极的表面积，其中接地电极GND经布置使得其以其右边缘及上边缘朝向印刷电路板的边缘延伸，下边缘及左边缘在发射电极及接收电极上方延伸。
[0111]印刷电路板LP的用FD标记的区域为多层电子印刷电路板的平面，所述平面可保持不被占用以用于形成根据本发明的电极装置。或者，在这些平面FD中可分别复制及采用分别布置于下方及上方的平面的布局，即，根据分别布置于下方及上方的平面的电极布局也可形成于这些平面中且可与分别布置于上方及下方的平面的电极并行操作。
[0112]图2展示根据本发明的用于电容性传感器装置的电极装置的第一示范性实施例。在图2的上部图式中，展示到印刷电路板LP上的俯视图，其中仅展示接收电极El及E2以及接地电极GND。在图2的下部图式中，展示沿横截面A-A的横截面图，其中显而易见根据本发明的电极装置的电极在印刷电路板LP中彼此上下布置且彼此间隔开。
[0113]发射电极E3及E4各自包括相对于彼此间隔开的若干个电极分段，其中每一电极分段彼此电连接。此处的发射电极E3及E4两者的电极分段并排布置使得在第一发射电极E3的每两个邻近电极分段之间布置第二发射电极E4的电极分段，即，第一电极E3的电极分段与第二发射电极E4的电极分段彼此交替。发射电极E3及E4的电极分段在宽度上均相等且各自也具有相同表面积。举例来说，电极E3及E4的电极分段各自可具有(举例来说)2mm的宽度。
[0114]接收电极El及E2各自也包括若干个电极分段，其也并排布置使得在第一接收电极El的每两个邻近电极分段之间布置第二接收电极E2的电极分段，S卩，在接收电极配置中第一接收电极El与第二接收电极E2的电极分段也彼此交替。
[0115]接收电极E1、E2的栅格图案实质上对应于发射电极E3及E4的栅格图案，S卩，接收电极El及E2的电极分段中的每一者实质上恰好位于发射电极E3及E4的电极分段上方。如从图2可见，接收电极E2的电极分段与发射电极E4的电极分段对应，且接收电极El的电极分段与发射电极E3的电极分段对应。
[0116]接收电极E2的电极分段的宽度沿检测轴DA为恒定的。借此，发射电极E4与接收电极E2之间的电容性耦合独立于位置，即，发射电极E4与接收电极E2 —起形成包括第一类型的接收电极配置的电极装置。
[0117]接收电极El的电极分段的宽度沿检测轴DA减小。此意味着，发射电极E3与接收电极El之间的电容性耦合在电极装置的左区域中比在右区域中高，这意味着电容性耦合取决于位置。借此，发射电极E3与接收电极El —起形成包括第二类型的接收电极配置的电极装置。
[0118]举例来说，当现在手指沿检测轴DA从左向右移动时，发射电极E3与接收电极El之间的电容性耦合减小，使得可根据上文所描述的计算来确定手指相对于电极装置的位置。[0119]接地电极GND布置于发射电极E3及E4与接收电极El及E2之间，以实质上避免发射电极与接收电极之间的直接电容性耦合。对于在下文中关于图3到图8所描述的电极装置来说，也同样如此。
[0120]图3展示根据本发明的电极装置的第二示范性实施例。分别地发射电极E3及E4的设计及布置以及其功能实质上对应于如关于图2所描述。与在图3中所展示的电极装置相比，借助于第二类型的两个接收电极El及E2来形成接收电极配置，即，两个接收电极提供位置相依测量信号。
[0121]两个接收电极El及E2的电极分段的栅格图案实质上对应于两个发射电极E3及E4的栅格图案。
[0122]此处，第一接收电极El的电极分段也与第二接收电极E2的电极分段交替。第一接收电极El的电极分段的宽度沿检测轴DA减小，而第二接收电极E2的电极分段的宽度沿检测轴DA增加。此意味着，发射电极E3与接收电极El之间的电容性耦合从左向右减小，而发射电极E4与接收电极E2之间的电容性耦合从左向右增加。
[0123]如关于图1所描述来实施所述位置的计算。
[0124]图4展示根据本发明的电极装置的第三示范性实施例。在图4的左上部的图式中，展示到印刷电路板LP上的俯视图，其中接收电极El及E2以及接地电极GND均可见。在图4的右上部的图式中，展示印刷电路板LP的下部平面，其中布置有发射电极E3及E4。此意味着，发射电极E3及发射电极E4布置于一个平面中-因此其借助于印刷电路板的同一导电层的部分来形成。
[0125]如在图4中可见，第一发射电极E3直接布置于印刷电路板LP的边缘处，而发射电极E4距印刷电路板LP的边缘K具有特定距离。另外，第一发射电极E3的电极表面积显著地小于第二发射电极E4的电极表面积。借助于此配置，实质上实现:发射电极E3与接收电极El及E2在印刷电路板LP的边缘K上方耦合。借助于发射电极E4距印刷电路板LP的边缘K的距离，实现:发射电极E4与接收电极El及E2较少地耦合，但与朝向边缘K接近的手指较多地耦合。
[0126]借助于发射电极E4距印刷电路板LP的边缘K的较大距离及发射电极E4的较大表面积，实现:发射电极E4与手指的电容性耦合实质上具有与E3和所述手指的电容性耦合相同的量值。由于两个发射电极E3及E4的经相反相位激活，借此实现:与手指的两个耦合实质上彼此抵消，借此提供电容性传感器，所述电容性传感器实际上提供与经接地及未接地传感器电子器件相同的结果。
[0127]实质上如图3中所展示来形成接收电极El及接收电极E2的电极分段。尽管在图3的电极配置中，接收电极El及E2的电极分段布置于相同平面中，但图4中的接收电极El的电极分段布置于第二接收电极E2的电极分段上方，即，接收电极El布置于接收电极E2上方的平面中。第二接收电极E2的电极分段可相对于第一接收电极El的电极分段布置使得其实质上位于第一接收电极El的电极分段“之间”。或者，如在图4中的底部处所展示，第一接收电极El的电极分段也可布置成与接收电极E2的电极分段的栅格图案相等的栅格图案。
[0128]此处，接收电极配置由第二类型的两个接收电极形成。如关于图1所描述来实施物体相对于电极装置的位置的计算。[0129]图5展示根据本发明的电极装置的第四示范性实施例。在此情况中，发射电极E3及E4的实施例及布置分别实质上对应于如图4中所展示的实施例及布置。此处的接收电极El及E2的实施例及布置分别实质上对应于如图3中所展示的实施例及布置。此意味着，接收电极El及E2布置于一个平面中且发射电极E3及E4布置于一个平面中。
[0130]图6展示根据本发明的电极装置的第五示范性实施例。此处的接收电极及发射电极的实施例及布置实质上对应于如关于图5所展示的实施例及布置。然而，与图5的布置相比，在接收电极E1、E2与接地电极GND之间提供又一平面，其中(举例来说)可提供接收电极E1、E2的副本且可将其与最上部平面的电极El及E2电并联布置。图6的电极装置的操作模式实质上对应于图5的电极装置的操作模式。图5以及还有图6均包括第二类型的两个接收电极。如关于图1所描述来实施物体相对于电极装置的位置的检测。
[0131]图7展示根据本发明的电极装置的第六示范性实施例。此处的发射电极E3及E4的实施例及布置实质上对应于如关于图6及图5所描述的实施例及布置。
[0132]与上文所描述的示范性实施例相比，接收电极配置的接收电极El及E2各自形成为一件式。两个接收电极均布置于印刷电路板LP的边缘处，其中第一接收电极El距印刷电路板LP的边缘K的距离沿检测轴DA增加，且其中第二接收电极E2距印刷电路板LP的边缘K的距离沿检测轴DA减小。借此，如此布置的接收电极El及E2各自形成第二类型的接收电极。
[0133]在此处所展示的实例中，接收电极El及E2形成为楔形状，其中接收电极El的宽度沿检测轴DA减小且其中接收电极E2的宽度沿检测轴DA增加。代替接收电极El、E2的楔形状设计，也可提供沿整个长度具有相同宽度的两个条带形状的接收电极。仅以下为重要的:接收电极距印刷电路板LP的边缘K的距离分别沿检测轴增加及减小。
[0134]接收电极El及E2也可分别与图2及图3中所展示的发射电极E3、E4组合。
[0135]借助于接收电极E1、E2距印刷电路板LP的边缘K的改变的距离，接收电极E1、E2与接近的手指之间的电容性耦合也沿检测轴DA改变，使得两个电极E1、E2各自形成第二类型的接收电极。如关于图1所描述来实施手指相对于电极装置的位置的计算。
[0136]图8展示根据本发明的电极装置的第七示范性实施例。除第一发射电极El的实施例以外，图8中所展示的电极配置也实质上对应于图7中所展示的电极配置。
[0137]此处，第一接收电极El实质上分别形成为矩形及条带形状，且在整个长度上一直延伸到印刷电路板LP的边缘K。此意味着，第一接收电极El距印刷电路板LP的边缘K的距离沿检测轴DA保持恒定，而第二接收电极E2距印刷电路板LP的边缘K的距离沿检测轴DA减小。借此，第一接收电极El形成第一类型的接收电极，且接收电极E2形成第二类型的接收电极。
[0138]如关于图1所描述来实施接近电极装置的手指的位置的计算。
[0139]图9以透视图展示印刷电路板LP的边缘处的区域，以图解说明电极装置的电极一直延伸到印刷电路板LP的边缘K。
[0140]图10展示用于激活根据本发明的电极装置、特定来说图2到图8的电极装置的简化图。
[0141]方波产生器(举例来说具有IOOkHz)激活两个驱动器组件，接着在所述两个驱动器组件组件的输出处存在在相位上移位180°的两个产生器信号+Tx及-Tx，其被施加到发射电极E3、E4。在接收电极E1、E2处分接测量信号(分别为电容性电流及交变电流)、将其馈送到模拟前端AFE且在模拟前端AFE中放大及处理(举例来说，高通及/或低通滤波)。随后在模/数转换器A/D中数字化经放大及经处理的信号且将其馈送到未较详细展示的数
字信号处理。
[0142]关于图2到图8所展示的所有电极装置经实施使得始终可同时且借助在相位上相对于彼此移位180°的信号(即，经反相信号)激活两个发射电极E3、E4。
[0143]然而，使用仅一个发射信号+Tx或-Tx来激活电极装置也是可行的。特定来说，在图4到图8的电极装置的情况下，可省略第二发射电极E4。如此一来，可增加电容性传感器装置经提供用于的电装置的接地状态的相依性。
[0144]然而，当电容性传感器装置及电装置的接地状态分别不改变时(特定来说，则是当装置及电容性传感器装置始终分别借助电池或借助电力供应器来操作时的情况)可容忍此缺点。
[0145]本发明涉及数个实质优点:
[0146]电极装置的电极可直接集成到印刷电路板中。优选地，选择至少具有三个导电层的所谓多层印刷电路板(多层PCB)，其中下部层中的发射电极、上部层中的接收电极及中间层中的接地电极可通过相应导电层的部分布置及形成。
[0147]又一优点是，借助于给两个发射电极E3、E4加载相反信号，在最大可能程度上确保了电容性传感器装置的接地特性的独立性。
[0148]另外，将印刷电路板、特定来说其中布置有根据本发明的电极装置的电极的印刷电路板的那个区域形成为柔性印刷电路板是可行的。
[0149]根据本发明的上文所描述的电容性传感器系统及电极配置以及从其的修改可提供于电装置、特定来说电手持装置中以便给手持装置分别配备额外用户接口及人机接口。所述电装置及电手持装置分别可为:智能电话、移动无线电装置、计算机鼠标、装置遥控器、数码相机、游戏控制器、移动迷你型计算机、平板PC、口授装置、媒体播放器等。
【权利要求】
1.一种用于电容性传感器装置的电极装置，所述电容性传感器装置用于检测物体(F)相对于所述电极装置的位置，其中所述电极装置包括发射电极配置(E3)、接收电极配置(El ；E2)及至少一个接地电极(GND)，其中 所述发射电极配置、所述接收电极配置及所述至少一个接地电极彼此上下布置且彼此间隔开， 至少一个接地电极(GND)布置于所述发射电极配置与所述接收电极配置之间，且 所述发射电极配置包括可加载有电交变信号的第一发射电极(E3)。
2.根据权利要求1所述的电极装置，其中所述发射电极配置包括可加载有电交变信号的第二发射电极(E4)。
3.根据权利要求2所述的电极装置，其中施加到所述第一发射电极(E3)的所述电交变信号相对于施加到所述第二发射电极(E4)的所述电交变信号为相反的。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电极装置，其中所述接收电极配置包括至少一个第一接收电极(El)及一个第二接收电极(E2)。
5.根据权利要求2到4中任一权利要求所述的电极装置，其中所述第一发射电极(E3)及所述第二发射电极(E4)各自包括彼此间隔开的若干个电极分段，所述电极分段各自彼此电连接，其中两个发射电极(E3 ；E4)的所述电极分段并排布置使得所述第二发射电极(E4)的一个电极分段布置于所述第一发射电极(E3)的每两个邻近电极分段之间。
6.根据权利要求5所述的电极装置，其中所述两个发射电极(E3；E4)的所述电极分段具有相同形式及相同表面积。
7.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的电极装置，其中所述第一发射电极(E3)布置于所述第二发射电极(E4)旁边且与所述第二发射电极(E4)间隔开，其中所述第一发射电极(E3)优选地具有比所述第二发射电极(E4)小的电极表面积及/或其中所述第一发射电极距印刷电路板(LP)的边缘⑷的距离小于所述第二发射电极距所述印刷电路板(LP)的所述边缘⑷的距离。
8.根据权利要求4到7中任一权利要求所述的电极装置，其中所述第一接收电极(El)及所述第二接收电极(E2)各自包括彼此间隔开的若干个电极分段，其中两个接收电极(El ；E2)的所述电极分段并排布置使得所述第二接收电极(E2)的电极分段布置于所述第一接收电极(El)的每两个邻近电极分段之间。
9.根据权利要求4到7中任一权利要求所述的电极装置，其中所述第一接收电极(El)布置于所述第二接收电极(E2)上方且与所述第二接收电极(E2)间隔开。
10.根据权利要求8或9所述的电极装置，其中所述第一接收电极(El)的所述电极分段的宽度沿检测轴(DA)减小，且其中所述第二接收电极(E2)的所述电极分段各自具有相问览度。
11.根据权利要求8或9所述的电极装置，其中所述第一接收电极(El)的所述电极分段的所述宽度沿检测轴(DA) 减小，且其中所述第二接收电极(E2)的所述电极分段的所述宽度沿所述检测轴(DA)增加。
12.根据权利要求4到7中任一权利要求所述的电极装置，其中所述第一接收电极(El)布置于所述第二接收电极(E2)上方且与所述第二接收电极(E2)间隔开，其中所述第一接收电极(El)及/或所述第二接收电极(E2)距检测边缘(K)的距离分别沿检测轴(DA)减小及增加。
13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电极装置，其中所述发射电极配置(E3;E4)、所述接收电极配置(El ；E2)及所述至少一个接地电极(GND)各自借助于印刷电路板(LP)的彼此上下布置的导电层的部分形成。
14.根据权利要求13所述的电极装置，其中所述发射电极配置(E3;E4)、所述接收电极配置(El ；E2)及所述至少一个接地电极(GND)布置于所述印刷电路板(LP)上在其边缘处，使得所述发射电极配置(E3 ；E4)与所述接收电极配置(El ；E2)之间的电容性耦合优选地可借助于接近所述电极装置的物体(P)来影响，其中位于所述边缘处的装置经选择使得所述电极中的至少一者一直到达所述印刷电路板(LP)的完整边缘(K)。
15.一种印刷电路板(LP)，特定来说多层印刷电路板，其包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的电极装置，其中所述电极装置的所述电极各自借助于所述印刷电路板(LP)的彼此上下布置的所述导电层的部分形成。
16.根据权利要求15所述的印刷电路板(LP)，其中所述电极中的至少一者一直延伸到所述印刷电路板(LP)的所述完整边缘(K)。
17.一种手持装置，特定来说电手持装置，其包括根据两个前述权利要求中任一权利要求所述的印刷电路板(LP)。
18.一种手持装置，特定来说电手持装置，其包括电容性传感器装置，所述电容性传感器装置包括根据前述权利要 求1到14中任一权利要求所述的电极装置。
【文档编号】H03K17/955GK103918182SQ201280051475
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年10月17日 优先权日:2011年10月21日
【发明者】史蒂芬·伯格 申请人:微晶片科技德国第二公司