適于實(shí)施高電阻性測(cè)量電極的電容式控制界面設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適于實(shí)施具有高電阻性連接軌跡的測(cè)量電極的電容式控制界面設(shè)備。其還涉及具有包括此類設(shè)備的控制界面的裝置，以及在所述設(shè)備或所述裝置中實(shí)施的方法。
[0002]更具體地，本發(fā)明的范圍包括但不限于用于智能電話、平板電腦或觸摸屏的觸覺控制界面和/或手勢(shì)控制界面。
【背景技術(shù)】
[0003]觸覺控制界面和/或手勢(shì)控制界面(S卩，能夠在不接觸的情況下確定控制對(duì)象存在于其附近的那些控制界面)通常尤其用于智能電話、平板電腦和觸摸屏。它們?nèi)缓笫峭该鞯牟⑶爷B加在顯示屏上。
[0004]這些界面中的許多界面利用電容技術(shù)。觸覺表面配備有連接到電子裝置的導(dǎo)電電極，該電子裝置使得可測(cè)量出現(xiàn)在電極和待檢測(cè)對(duì)象(諸如手指)之間的電容的變化以執(zhí)行控制。
[0005]當(dāng)前在觸覺界面中實(shí)施的電容技術(shù)最通常以行和列的形式利用兩層導(dǎo)電電極。電子器件測(cè)量存在于行和列之間的耦合電容。當(dāng)手指非常接近有效表面時(shí)，手指附近的耦合電容被改變并且電子器件可因此將位置定位在有效表面的平面中的2D(XY)中。
[0006]這些技術(shù)通常稱為“互電容”。它們使得手指的存在和位置能夠通過薄型電介質(zhì)材料被檢測(cè)到。特別地，它們具有允許很好地解決在觸敏表面的平面(XY)中定位一個(gè)或多個(gè)手指的優(yōu)點(diǎn)。在具有適當(dāng)?shù)能浖幚淼那闆r下，它們還使得如果界面的表面足夠大則可管理大量的手指。
[0007]還有已知技術(shù)使得可測(cè)量出現(xiàn)在電極和待檢測(cè)對(duì)象之間的絕對(duì)電容。這些技術(shù)還被稱為“自電容”。
[0008]電極還可為類似于“互電容”類型技術(shù)的行和列的形式。
[0009]還有被稱為矩陣的電極結(jié)構(gòu)，該矩陣具有通常以規(guī)則形式分布在觸覺表面上方的獨(dú)立電極。
[0010]例如已知的是Rozigre的文檔FR2949007，其描述了一種電容式接近探測(cè)器，該電容式接近探測(cè)器包括多個(gè)獨(dú)立電極，并且其使得可測(cè)量電極和附近的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象之間的電容和距離。
[0011]所實(shí)施的技術(shù)使用防護(hù)裝置以便消除任何寄生電容。全部電極處于相同的電勢(shì)下，因此電極之間不存在可能降低電容的測(cè)量的性能的耦合電容。
[0012]該技術(shù)很好地順應(yīng)了小尺寸的觸覺和手勢(shì)(3-D)透明板形式(諸如，便攜式計(jì)算機(jī)觸摸板或智能電話的屏幕)的電容式控制界面的產(chǎn)生。
[0013]這些技術(shù)通常利用頻率相對(duì)較高的激勵(lì)信號(hào)(針對(duì)“互電容”類型的技術(shù)在發(fā)送行或列上以及針對(duì)“自電容”類型的技術(shù)在所有電極上)。
[0014]實(shí)際上，待檢測(cè)的電容的測(cè)量一般利用使用具有電容式開關(guān)或負(fù)載放大器的負(fù)載傳輸電路的電容-電壓轉(zhuǎn)換器來完成。由此獲得的模擬測(cè)量信號(hào)(其處于激勵(lì)信號(hào)的頻率下)然后被解調(diào)并進(jìn)行數(shù)字化處理。
[0015]用于這些系統(tǒng)的解調(diào)和數(shù)字處理解決方案通常需要處理大量的模擬測(cè)量信號(hào)周期，以便獲得可用的電容測(cè)量。在實(shí)施過程中，至少10個(gè)周期的激勵(lì)信號(hào)被用于獲取一個(gè)電容測(cè)量。
[0016]此外，高頻率的利用率使得能夠順序地處理大量的電極或測(cè)量點(diǎn)。
[0017]例如，為了獲得在包括100個(gè)電極的整個(gè)界面上方的100個(gè)圖像每秒的測(cè)量速率(或者換句話說每秒測(cè)量100個(gè)電極100次)，使用約10個(gè)周期的激勵(lì)信號(hào)以獲得每個(gè)電容測(cè)量，這需要至少10kHz的激勵(lì)頻率。
[0018]利用約10kHz頻率的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使其可在相對(duì)遠(yuǎn)離最常見的電磁干擾(尤其包括50Hz-60Hz的工頻以及約IMHz的頻率和超過數(shù)字電路和射頻電路的頻率的頻率)的頻率窗口內(nèi)工作。
[0019]最終，在這些頻率下獲得的電容阻抗(1/coC)相對(duì)較弱并且因此更易于處理。
[0020]因此，在實(shí)施過程中當(dāng)前所使用的激勵(lì)頻率落在50kHz和500kHz之間。
[0021]透明矩陣電極結(jié)構(gòu)的一個(gè)缺陷是它們需要在觸覺表面上存在將每個(gè)獨(dú)立電極連接到電子器件的連接軌跡。實(shí)際上，如用于印刷電路一樣，用于產(chǎn)生透明電容板的技術(shù)不允許使用具有金屬化孔的多層解決方案，其中連接軌跡可嵌在電極下方。
[0022]連接軌跡和透明電極通常由ITO(氧化銦錫)制得。該材料是相對(duì)電阻性的(每平方100歐姆到200歐姆)，并且該軌跡可做的相對(duì)寬以便限制這些軌跡的總電阻。這個(gè)缺陷是透明觸摸板的制造商們已知的。它可與基于為行和列形式的電極的解決方案容易地兼容。實(shí)際上，所述行和列通常具有幾毫米的寬度，這使得針對(duì)對(duì)角線尺寸最高至10英寸(250mm)的板可獲得小于約10千歐姆的總電阻。
[0023]連接軌跡在支撐用于在“自電容”模式中進(jìn)行測(cè)量的透明電極的矩陣結(jié)構(gòu)的表面上的存在具有強(qiáng)效降低檢測(cè)質(zhì)量(尤其是幾個(gè)手指)的缺點(diǎn)。實(shí)際上，所述軌跡產(chǎn)生一定程度的寄生電極，其中它們對(duì)對(duì)象的存在就像對(duì)它們連接到的電極一樣敏感。此外，越寬的連接軌跡在該效果中越顯著。
[0024]—個(gè)可能的解決方案是大大降低所述軌跡的寬度，以便相比于獨(dú)立電極其表面積盡可能可以忽略不計(jì)。但是在這種情況下，它們的電阻大大增加，這使得必需限制它們的長(zhǎng)度以保留與已知檢測(cè)電子器件兼容的總電阻。因此，在該操作中該技術(shù)被限制于最大尺寸約4英寸(10mm)的透明板。
[0025]本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種電容式控制界面設(shè)備和方法，該電容式控制界面設(shè)備和方法比現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備和方法對(duì)元件諸如電極、連接軌跡和防護(hù)元件的電阻率更加不敏感，并且其能夠在即使具有高電阻性元件的情況下產(chǎn)生精確測(cè)量。
[0026]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種電容式控制界面設(shè)備和方法，該電容式控制界面設(shè)備和方法允許在大尺寸面板上實(shí)施透明電極的矩陣結(jié)構(gòu)。
[0027]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種電容式控制界面設(shè)備和方法，該電容式控制界面設(shè)備和方法允許實(shí)施透明電極的矩陣結(jié)構(gòu)，該透明電極的矩陣結(jié)構(gòu)在與該透明電極的相同層上具有連接軌跡，并且該連接軌跡被布置成使得對(duì)控制對(duì)象的檢測(cè)不受所述連接軌跡的存在的干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028]利用用于監(jiān)測(cè)在測(cè)量區(qū)內(nèi)的能夠以電容方式檢測(cè)的至少一個(gè)感興趣的對(duì)象的動(dòng)作的界面設(shè)備來實(shí)施該目標(biāo)，該界面設(shè)備包括:
[0029]-設(shè)置有多個(gè)電容式測(cè)量電極的檢測(cè)表面，
[0030]-電子器件和處理裝置，該電子器件和處理裝置包括能夠在交流激勵(lì)電勢(shì)下極化所述測(cè)量電極的激勵(lì)裝置，以及能夠測(cè)量所述測(cè)量電極與至少一個(gè)感興趣的對(duì)象之間的電容耦合的測(cè)量裝置，
[0031]-由導(dǎo)電材料制成的防護(hù)元件，至少沿著測(cè)量電極的與測(cè)量區(qū)相對(duì)的面將該防護(hù)元件設(shè)置在所述測(cè)量電極附近，并且在基本上與所述激勵(lì)電勢(shì)相同的交流防護(hù)電勢(shì)下被極化，
[0032]-電連接軌跡，該電連接軌跡被至少部分地設(shè)置在測(cè)量電極之間的檢測(cè)表面上方并且被布置成使得將所述測(cè)量電極連接到所述電子器件和處理裝置。
[0033]其特征在于激勵(lì)裝置被布置成使得生成激勵(lì)電勢(shì)，該激勵(lì)電勢(shì)具有足夠低的激勵(lì)頻率，使得電容耦合到至少一個(gè)感興趣的對(duì)象的測(cè)量電極及其連接軌跡具有在所述激勵(lì)頻率下其電阻部分遠(yuǎn)低于電抗部分的模量的電阻抗。
[0034]所述電阻抗是電極的復(fù)阻抗z和例如被電子器件和處理裝置“看到”的其相關(guān)聯(lián)的軌跡的復(fù)阻抗z。其包括電阻部分R，該電阻部分基本上由于元件諸如連接軌跡和電極的電阻而得到。其還包括電抗部分l/j?CT，該電抗部分依賴于激勵(lì)頻率f(co=2nf)以及等效電容Ct。所述等效電容Ct表示電極和其連接軌跡以及感興趣的對(duì)象之間的電容耦合(感興趣的電容Cx)以及環(huán)境