[发明专利]透明的接近传感器

说明书

技术领域

本发明属于传感领域，更具体地涉及用于感测物体的位置并生成与物体位置相关的数据的电容式接近传感器。

背景技术

触摸屏广泛地用于电子装置，例如计算机、膝上型计算机、台式机、平板电脑、电视机和手机，使用户能够通过在触摸屏附近或在触摸屏上移动他们的手指或指示笔来控制装置。为此，可以在触摸屏上叠置透明的电容式传感器矩阵，该透明的电容式传感器矩阵感测用户的手指或指示笔并生成与物体的位置相关的数据。数据由监测模块进行分析并被馈送到电子装置，在电子装置中，可以创建游标以追踪物体的运动，并且将用户的某些手势转换为指令(例如，用于操纵物体)。通常将电容式传感器划分为互电容传感器和自电容传感器。

互电容是出现在两个电荷保持物体或导体之间的电容，在两个电荷保持物体或导体中，流经该两个电荷保持物体或导体中一个的电流流入到另一个中。当使第三物体接近该两个物体时，这两个物体之间的电流减小。互电容式传感器利用这一事实来感测用户的手指或者导电指示笔何时和在何处触摸该传感器。本领域已知的互电容式传感器通常包括由两组正交的导电材料带(线)构成的网格。每组各自都由多条平行线组成。电容器出现在线之间的每个交叉点处。以顺序的方式向网格的垂直线施加电压，并且在水平(测量)线上测量输出电压。使手指或导电指示笔靠近传感器表面会改变局部电磁场，这降低了互电容效应。通过测量网格的行中的电压，可以测量在网格的每个单独的交叉点处的电容变化以精确地确定触摸位置。互电容允许多点触摸操作，此时可以同时精确地追踪多个手指、手掌或者指示笔。

自电容仅需要一个保持“浮地电容”的电极。该浮地电容受电极与周围电导体之间的寄生电容的影响。由于人体是导体，当放置手指靠近电极时，浮地电容的值增加并且从而可以通过测量终端而检测到。自电容传感器可以具有与互电容传感器相同的X-Y网格，但是列和行独立地工作。对于自电容，压降表示手指在位于手指附近的每列或每行上的电容性负载。这比互电容感测产生更强的信号，但是X-Y网格自电容传感器不能准确地解决在给定时间多于一个手指或者导电指示笔的问题。

另一种类型的自电容传感器在专利公开WO 2010/084498和US 2011/0279397中进行了描述，这两篇专利公开与本专利申请具有相同的发明人和受让人。在上面提到的申请中所描述的自电容传感器中，提供了衬垫的二维阵列(矩阵)以感测由手指或导电指示笔在每个衬垫上引起的电场变化，从而使得能够进行多点触摸操作。

发明内容

本发明旨在提供一种新颖类型的电容式传感器，其(i)可以由基本上透明的材料制成，并且(ii)使得能够三维中的多点触摸和悬停操作，即，提供如下感测信号：该感测信号允许甚至在至少一些(或者全部)物体悬停在传感器上以及可选地一些其他物体触摸该传感器时，多个物体(例如，手指或者导电指示笔)的位置计算。

由于其透明性，电容式传感器可以覆盖在有源显示装置(例如，LCD屏)的顶部，以感测手指位置(X/Y位置)以及在显示器上的高度(Z)。应当注意，材料的透明性应当指以下事实：可以透过传感器观察到下面的表面，并且可以在屏幕上观看物体的行为(例如，3D位置)。此外，由于传感器的透明性，从衬垫接收测量数据的传感器表面外部的电路可以仅位于传感器表面的边缘处，而不是在传感器的底部或者顶部，这是由于它会遮挡屏幕并影响测量。

如上所述的，互电容传感器通常不能以高分辨率来感测悬停物体的位置。这是由于响应于悬停物体而测量到的压降可能是响应于触摸物体而测量到的压降的百分之一，而响应于触摸物体而测量到的压降与自电容方法中感测的压降相比已经是微弱的。此外，触摸手指对该手指所触摸的触摸测量线的影响可以大于在不同位置的悬停手指对相同线的影响。同样，互电容对于噪声更加敏感，因为手指引入的噪声可能会产生所有测量线上的幻影手指。

因此，互电容传感器可以提供多点触摸操作，但是不适于操作为三维传感器。如上所述，在具有X-Y网格的自电容传感器中，由于较强的信号强度，可以识别悬停手指。然而，如上所述，自电容传感器不能在给定时间精确地分析多于一个物体的位置。如在WO 2010/084498和US 2011/0279397中所述，具有衬垫的二维阵列的自电容传感器可以操作为多点触摸传感器和三维传感器两者。然后这种传感器由非透明材料制成，并且从衬垫接收测量数据的传感器表面外部的电路可以位于感测表面的底部或顶部，并且不限于仅位于感测表面的边缘处。