[發明專利]利用聯接軌道的布置進行電容性檢測的設備和實施這種設備的方法

有效

• 申請號: 201380021798.1
• 申請日: 2013-04-16
• 公開（公告）號: CN104321726B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 迪迪埃·羅齊埃;克里斯多夫·布隆丹
• 申請（專利權）人: 快步科技有限責任公司
• 主分類號: G06F3/044
• 分類號: G06F3/044;G06F3/041
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 吳信剛

本發明涉及用于對象和電極陣列之間的電容性測量的設備。發現其特別在用于人機界面命令的2D電容性觸摸表面和3D電容性檢測的一般領域中應用。

用于通信和工作的設備正越來越多地利用觸摸命令界面，如面板或屏幕。例如，可以列舉出移動電話、智能手機、電子筆記本、個人電腦、鼠標裝置、觸摸屏、寬屏顯示器等。

大量的這些界面利用電容性技術。觸摸表面配有連接至電子裝置的導電電極，使得能夠測量電極和待檢測對象之間產生的電容變化以執行命令。

目前的電容性技術最經常使用行和列形式的兩層導電電極。電子設備測量在這些行與列之間存在的耦合電容。當手指非常接近電活性表面時，靠近手指的耦合電容改變，電子設備由此可以定位電活性表面的平面中的2D位置(XY)。

這種技術使得能夠通過電介質來檢測手指的存在和位置。該技術具有對于一個或更多個手指在敏感表面的平面XY中的定位獲得很高的分辨率的優點。然而，這些技術具有僅檢測與對象的接觸或者不超過幾毫米的極其貼近的檢測的缺點。戴著厚手套(滑雪手套、摩托車手套等)、用長的指甲或用觸控筆難以執行觸摸指令。電容性電極的低靈敏度使得不能通過厚的電介質發起命令。

檢測握著便攜式設備的手指的位置和數量以推斷手的類型(左手或右手)以及可能的對屏幕的遮蔽也是不可能的。

近來還有更多使得能夠測量在電極和待檢測對象之間產生的絕對電容的技術。這種技術類似于被稱為自電容的技術。例如可以舉出專利FR2756048：Floating?capacitive?measuring?bridge，專利FR2893711：Device?and?Method?for?Capacitive?Measurement?by?a?Floating?Bridge，或專利FR2844349：Proximity?Detector?Comprising?Capacitive?Sensor。這些技術使得能夠獲得具有非常高的分辨率的電極與對象之間的電容的測量，并且能夠檢測例如在幾厘米乃至在10厘米距離處的手指。空間檢測在三維空間XYZ中發生，但也可以通過在平面XY內的觸摸發生。這時候能夠戴著手套或者通過任何類型的厚的電介質發起命令。

因此，這些技術可以通過利用絕對電容測量電子設備以便能夠從最大可能距離處檢測接近電活性表面的空間內(在觸摸屏的上方和周邊)的對象的位置。理想的是以電容性電極覆蓋觸摸屏的整個表面。這些電極被連接至電子單元以轉換各電極與待檢測對象之間產生的電容。

為了進行這些電容的絕對測量，有必要消除可能在檢測區域之外、即在電極和電子電路之間出現的所有寄生電容，例如通過各電極的聯接軌道、電極的底部、觸摸屏和電子設備之間的帶狀電纜、電子電路的輸入產生的寄生電容。

如在Rozière的專利FR2756048中所描述的，通過使用保護裝置可以抑制這些寄生電容的很大一部分，所述保護裝置的電勢與電極的電勢基本相等。

然而，在長距離處的空間中的檢測具有檢測接近面板但在其表面之外的任何對象的缺點。這可以限制命令的可能性或減小面板的可視表面或非有意地發起指令。

為此，可以提供的是，觸摸屏的整個表面僅配有不具有明顯電連接的電極以避免周圍的對象、例如握著便攜式設備的手的指端被檢測為需要的對象。

一種解決方案在于利用多層電容性觸摸屏、例如印刷電路板(PCB)。電容性電極沉積在待檢測對象側的外表面上，而所有的聯接軌道位于在較低層的水平處的電極的下方。這些軌道利用通過電極層的金屬化的孔連接至電極。所有的軌道都連接至電子設備，但直至達到連接處時才被保護(保護層位于聯接軌道的下方)。因此，電極利用電子單元、例如在專利FR?2756048中所描述的浮橋單元來保護軌道。

然而，出現了將這種功能整合到電話、智能手機、GPS、觸摸屏或任何配有這種類型的觸摸面和屏幕的設備中的困難。

電容性電極的這些表面必須配有透明電極以能夠允許由位于觸摸屏下方的顯示器所發射的光穿過。通常地，導電電極是由氧化銦錫(ITO)制成的。這種材料具有良好的光學和電學特性。由于技術原因和涉及制造工藝和光學性能的原因，不可以使用金屬化的孔并且所有的電容性電極必須利用僅位于與這些電極在同一層上的透明軌道來連接至敏感表面的外電路。

本發明的一個目的是優化從電極至電容性電子設備的聯接軌道的布置以消除所有不需要的電容，從而獲得能夠以最小的誤差來檢測一個或更多個對象的空間位置的電容性觸摸屏。

本發明的另一個目的是根據握著包含電容性檢測設備的便攜式設備的方式引入新的功能。