CN102144272A - 具有尺寸及阻抗可变的间隔装置的多触点触摸传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多触点触摸传感器，包括支撑层(11)和可弹性形变的交互层(10)，所述交互层(10)在其下表面上具有导电轨道(12)网络，所述支撑层(11)在其上表面上具有与所述交互层(10)的导电轨道(12)网络不平行的导电轨道(13)网络。所述交互层(10)和所述支撑层(11)被第一组刚性绝缘隔离物(14)分隔开。第二组导电隔离物(15)被设置为与所述两个导电轨道(12、13)网络中的至少一个导电轨道网络相接触。所述第二组隔离物(14)的阻抗和尺寸被确定为使得：在休眠时阻止发生接触，以及；在所述交互层(10)形变时允许在所述第二组隔离物(15)和与所述第二组隔离物(15)相对的层的导电轨道网络之间实现局部接触。本发明还涉及一种所述传感器的控制器、一种包括所述传感器的多触点触摸屏以及一种包括由所述传感器构成的一套离散触点的键盘。

Description

具有尺寸及阻抗可变的间隔装置的多触点触摸传感器
本发明涉及具有尺寸及阻抗可变的间隔装置的多触点触摸传感器。
技术领域
本发明涉及透明多触点触摸传感器领域。这类传感器装配有同时采集其表面上多个指状物的位置、压强、尺寸、形状和位移的装置，以便优选地通过图形界面来控制设备。该传感器可用于多种设备的界面，比如但不限于个人计算机(便携或非便携的)、手机、自动柜员机(银行、零售点、售票处)、游戏控制台、便携式多媒体播放器(数字随身听)、视听设备或家电的控制器、工业设备控制器以及GPS(全球定位系统)导航仪等。
本发明更尤其涉及包括支撑层和可弹性形变的交互层的多触点触摸传感器，该交互层在其下表面上具有导电轨道网络，该支撑层在其上表面上具有与交互层的导电轨道网络不平行的导电轨道网络，所述交互层和支撑层被第一组刚性绝缘隔离物分隔开。
背景技术
在现有技术中已知基于多触点触摸传感器的方案，这些传感器允许同时检测多个触点的存在以及状态。其包括支撑层和可弹性形变的交互层，该交互层在其下表面上具有导电轨道网络，该支撑层在其上表面上具有与交互层的导电轨道网络并不平行的导电轨道网络。所述交互层和支撑层被间隔装置、尤其为一组刚性绝缘隔离物分隔开。
因此，导电轨道被布置成由行和列的交叉形成的节点的矩阵。当该触摸传感器上发生触摸时，至少一行和一列在节点处相接触，从而起到闭合的断路器的作用。顺序且快速地执行对矩阵的每个节点的端子处的电压的测量，以便每秒钟多次重建传感器的图像。
在法国专利文献FR2866726中提出了一种这样的方案。在该文献中，一种多触点触摸传感器被描述为包括上面印制有对应于导线的行或列的两个透明导电层，以及在所述两个透明导电层之间的绝缘材料。该绝缘材料可有利地由设置在传感器的两个导电层之间的球状的刚性绝缘材料构成。有利地，导电轨道基于氧化铟锡(ITO，用英语表示为“indium tin oxide”)的表面沉积而制成。
该方案的缺点一方面在于对传感器所测得的数据的干扰明显影响了所实现的触摸传感器的精确度和灵敏度。尤其在沉积氧化铟锡制成透明导电材料的情况下，这些干扰是由于错误检测、以及与覆盖导电轨道的材料的阻抗有关的现象而导致的。另一方面，在交互层的导电轨道发生巨大形变时，其可能被损坏甚至断裂。因此，这样的传感器变得脆弱，这使得其使用寿命不长。
因此，根据现有技术的方案不能够获得在局部接触时导电轨道不会变得脆弱且不会导致发生错误检测现象的传感器。
发明内容
本发明的目的在于通过以下两个方面来克服上述技术问题：一方面，能够限制在交互层和支撑层各自的两种导电轨道接近时错误检测的现象，以及；另一方面，减小进行触摸接触时交互层的导电轨道形变的幅度。
该方案的方法在于研究既能获得两个不同层的导电轨道之间的电接触、又不会造成在该触点周围的局部的错误检测或造成导电轨道发生巨大形变的手段。因此，与第一组刚性绝缘隔离物相结合地使用与两个层的导电轨道相比其设置方式尤为特别的、尺寸和阻抗均与第一组不同的第二组隔离物，能够解决上述各个技术问题。
为此，本发明的目的在于：一种属于上述类型的多触点触摸传感器，包括支撑层和可弹性形变的交互层，该交互层在其下表面上具有导电轨道网络，该支撑层在其上表面上具有与交互层的导电轨道网络并不平行的导电轨道网络，所述交互层和支撑层被第一组刚性绝缘隔离物分隔开。该传感器还包括被设置为与上述两个导电轨道网络中的至少一个导电轨道网络接触的第二组导电隔离物。第二组隔离物的阻抗介于第一组隔离物的阻抗与导电轨道的阻抗之间。第二组隔离物的尺寸小于第一组隔离物的尺寸。第一组隔离物的尺寸被确定为使得：在休眠(repos)时阻止发生接触，以及；在交互层形变时允许在第二组隔离物和与第二组隔离物相对的层的导电轨道网络之间实现局部接触。
这种进一步由第一组和第二组隔离物相组合形成的传感器允许解决上述技术问题。实际上，由于第二组导电隔离物被设置在不同层的导电轨道之间且其阻抗高于导电轨道的阻抗，因此，限制了不同层的导电轨道接近时的错误检测的问题。另外，由于第二组导电隔离物的尺寸和定位的原因，在希望实现触摸接触时这样的尺寸和定位将实现不同层的导电轨道之间的电接触。在该接触中，因为交互层的导电轨道不再与支撑层的导电轨道发生直接的物理接触，所以限制了交互层的导电轨道的形变。
在一种针对使用透明且极薄层的导电轨道的优选的实施方式中，两个导电轨道网络均包括氧化铟锡表面导电覆层。
优选地，交互层由聚酯薄膜构成。
优选地，支撑层是刚性的。在这种情况下，支撑层有利地由玻璃基底构成。
在针对使传感器透明到足以被集成到需要透过该传感器看见图形对象的多点触摸屏幕当中的优选实施方式中：
-交互层是透明的；
-第一组隔离物由透明聚合物形成；
-第二组隔离物由透明导电聚合物形成。
在针对改进传感器所覆盖的节点的分配情况的实施方式中，节点由两个层中的一个层的导电轨道与另一层的导电轨道的投影的交叉来限定：
-两个导电轨道网络之间相互垂直；
-两个导电轨道网络中的至少一个导电轨道网络的导电轨道是平行且等间距的。
在一种优选实施方式中，第一组隔离物的直径超过第二组隔离物的直径的两倍。因此，这二组隔离物之间的尺寸比使得：在休眠时接触不到，以及；在触摸激活时，在第二组隔离物与每层的至少一个导电轨道之间实现接触。
本发明还涉及一种这样的多触点触摸传感器的控制器，该控制器还包括导电轨道的扫描电路、采集每个扫描步骤的电特性的采集装置、以及用于提供信号(X，Y，ZX，Y)的电路，ZX，Y指示在扫描步骤中所测得的、在一个网络的导电轨道X与另一网络的导电轨道Y的交叉处的电特性。
本发明还涉及一种多触点触摸屏，其包括显示屏和这样的多触点触摸传感器。
附图说明
[01]通过阅读对附有附图的非限定性实施例的详细描述将更好地理解本发明，附图分别表示：
-图1，一种其中集成了多触点触摸传感器的无源矩阵多触点触摸电子设备的视图；
-图2，根据本发明第一实施方式的多触点触摸传感器的截面图；
-图3，根据本发明第二实施方式的多触点触摸传感器的截面图；
-图4，根据上述本发明第二实施方式的多触点触摸传感器的三维视图。
具体实施方式
根据本发明的多触点触摸传感器是矩阵式的。其尤其涉及无源矩阵，也就是说由被布置为矩阵且被绝缘层隔开的两层透明导体材料构成。
图1示出一种无源矩阵多触点触摸电子设备的视图，在该设备中集成了多触点触摸传感器。
该设备包括矩阵多触点触摸传感器1、显示屏2、传感接口3、主处理器4和图形处理器5。
该触摸设备的第一基本部件是借助于传感接口3进行采集和多触点操作所需的多触点触摸传感器1。传感接口3包括采集及分析电路。触摸传感器1是矩阵类型的。该传感器可以在可能的情况下被分为多个部分，以便因为每个部分被同时扫描而使感应(captation)加速。
来自传感接口3的数据在滤波后被传送给主处理器4。主处理器4执行允许将板(dalle)的数据与图形对象相关联的本地程序，所述图形对象被显示在显示屏2上以便对其进行操纵。主处理器4还把要显示在显示屏2上的数据传送给图形界面5。该图形界面还可以被图形处理器控制。
通过以下方式控制触摸传感器：在第一扫描阶段期间，可相继为网络中的一个网络的导电轨道供电并且检测另一网络的导电轨道中的每个轨道上的响应。可根据这些响应来确定与状态相对于休眠状态被改变了的节点相对应的接触区域。可确定状态被改变了的相邻节点的一个或多个集合。这样的相邻节点的一个集合限定一个接触区域。可基于这种节点的集合来计算在本发明意义上的光标的合格位置的信息。在节点的多个集合被非激活区域分隔开的情况下，可在同一扫描阶段期间确定多个独立的光标。
该信息在新的扫描阶段的过程中是周期性更新的。根据在相继扫描的过程中获得的信息来创建、跟踪或删除光标。例如，根据接触区域的重心函数来计算光标。总的原则是创建与在触摸传感器上检测到的区域同样多的光标，并跟踪其随时间的变化。当用户从传感器上收回指状物时，相关的光标就被删除。以这种方式，能够同时感应多个指状物在触摸传感器上的进程和位置。
矩阵传感器1例如是阻抗式传感器或投射电容式传感器。其由两个透明层构成，在所述两个透明层上布置对应于导电轨道的行或列。这些轨道由导线构成。因此，这两个导电轨道层形成导线的矩阵网络。
当希望知道行是否已与列相接触从而确定传感器1上的触点时，可测量矩阵的每个节点的端子处的电特性(电压、电容或电感)。该设备允许：通过使用传感器1和集成在主处理器4中的控制电路，来以100Hz量级的采样频率在整个传感器1上采集数据。
主处理器4执行允许将传感器的数据与显示在显示屏2上以便对其进行操作的图形对象相关联的程序。
图2示出根据本发明第一实施方式的多触点触摸传感器的截面图。
该传感器包括交互层10、支撑层11、第一组隔离物14和第二组隔离物15。
交互层10是可弹性形变层。其使用能够耐受例如，由触笔导致的刮擦的聚酯薄膜制成。其具有对透过传感器1在显示屏2上显示图形对象而言足够清楚的透明度。
该交互层10具有平行且等距地布置的导电轨道12的网络。这些轨道是通过氧化铟锡(ITO)的表面沉积而制成的导线。
支撑层11是传感器1的支撑部件，其上布置部件10以及12至15。其使用玻璃基底制成，并具有对透过传感器1在显示屏2上显示图形对象而言足够清楚的透明度。
该支撑层11具有平行且等距地布置的导电轨道13的网络。这些轨道是通过氧化铟锡(ITO)的表面沉积而制成的导线。它们被布置得与交互层10的导电轨道12垂直，以便形成导电轨道12、13的矩阵网络。
导电轨道12、13的排布形成行和列。行与列的交叉形成触点。当例如将指状物放在传感器上时，使得处于交互层10上的一列或多列与处于支撑层11上的一行或多行通过导电隔离物15相接触，从而产生一个或多个触点。该接触由交互层10-从而由导电轨道12的形变而引发，直至通过导电隔离物15与支撑层11的导电轨道13形成电接触。
在另一实施方式中，支撑层11是可形变的，但其刚性大于交互层10，以便在接触时不引起支撑层11上过大的震动，同时能够通过交互层10获得对触摸接触的灵敏度。
第一组隔离物14允许以针对传感器1的整体给定的间距分隔开交互层10和支撑层11-从而分隔开它们具有的导电轨道12和13。为此，隔离物14被设置在交互层10和支撑层11之间。为获得固定间距，这些隔离物是刚性的；并且，为获得透明传感器，这些隔离物是透明的。其具有很大的阻抗，从而是绝缘的。其使用透明绝缘聚合物(例如硅酮)制成。
第二组隔离物15一方面允许避免导电轨道12和13的物理接近(错误检测的原因)，并限制交互层10的导电轨道12形变的幅度。为此，为获得透明传感器，隔离物15是透明的。其可通过透明导电聚合物的丝网印刷来布置，并具有球形形状。
第二组隔离物15的阻抗介于第一组隔离物的阻抗与导电轨道的阻抗之间。这允许获得传导电流的导电隔离物。因此，当为了实现触摸接触而使交互层10的导电轨道12形变时，通过导电隔离物15获得轨道12与13之间的电接触。例如100千欧的阻抗适合电流导电的需要。
第二组隔离物15的尺寸小于第一组隔离物14的尺寸。另外，第一组隔离物14的尺寸被确定为使得：
-在休眠时阻止在第二组隔离物15和与第二组隔离物15相对的层的导电轨道网络之间的接触，以及；
-在交互层10形变时允许在第二组隔离物15和与第二组隔离物15相对的层的导电轨道网络之间实现局部接触。
优选地，第一组隔离物14的直径超过第二组隔离物15的直径的两倍。这种尺寸比允许在休眠时避免隔离物15接触到导电轨道13；并允许轨道12与13之间通过隔离物15的电接触，只要交互层10的轨道12的形变不会令其显著地弱化。第一组和第二组隔离物14和15的直径例如分别为40微米和20微米。
在另一实施方式中，第二组隔离物15采取设置于交互层10的导电轨道12与支撑层11的导电轨道13的投影的交叉之上的滴状物形状。这些隔离物可通过在干燥后具有滴状物形状的材料的丝网印刷来布置。
在图3和图4示出的传感器的第二实施方式中，第一组隔离物15被布置在支撑层11的导电轨道13处。通过该实施方式获得的结果与由图2示出的根据上述第一实施方式的传感器获得的结果相似。
本发明的上述实施方式仅作为示例给出，而绝非限定性的。应理解，本领域技术人员能够在不背离本专利的范围的情况下实现本发明的多种变型。

Claims (14)

1.一种多触点触摸传感器，包括支撑层(11)和可弹性形变的交互层(10)，所述交互层(10)在其下表面上具有导电轨道(12)网络，所述支撑层(11)在其上表面上具有与所述交互层(10)的导电轨道(12)网络不平行的导电轨道(13)网络，所述交互层(10)和所述支撑层(11)被第一组刚性绝缘隔离物(14)分隔开，其特征在于，所述传感器包括被设置为与所述两个导电轨道(12、13)网络中的至少一个导电轨道网路相接触的第二组导电隔离物(15)，所述第二组隔离物(15)的阻抗介于所述第一组隔离物(14)的阻抗与所述导电轨道(12、13)的阻抗之间，所述第二组隔离物的尺寸小于所述第一组隔离物的尺寸，所述第一组隔离物(14)的尺寸被确定为使得：在休眠时阻止发生接触，以及；在所述交互层(10)形变时允许在所述第二组隔离物(15)和与所述第二组隔离物(15)相对的层的导电轨道网络之间实现局部接触。
2.根据权利要求1所述的多触点触摸传感器，其中，所述两个导电轨道(12、13)网络包括氧化铟锡表面导电覆层。
3.根据权利要求1或2所述的多触点触摸传感器，其中，所述交互层(10)由聚酯薄膜构成。
4.根据前述权利要求之一所述的多触点触摸传感器，其中，所述支撑层(11)是刚性的。
5.根据权利要求4所述的多触点触摸传感器，其中，所述支撑层(11)由玻璃基底构成。
6.根据前述权利要求之一所述的多触点触摸传感器，其中，所述交互层(10)是透明的。
7.根据前述权利要求之一所述的多触点触摸传感器，其中，所述第一组隔离物(14)由透明聚合物形成。
8.根据前述权利要求之一所述的多触点触摸传感器，其中，所述第二组隔离物(15)由透明导电聚合物形成。
9.根据前述权利要求之一所述的多触点触摸传感器，其中，所述两个导电轨道(12、13)网络相互垂直。
10.根据前述权利要求之一所述的多触点触摸传感器，其中，所述两个导电轨道(12、13)网络中的至少一个导电轨道网络的导电轨道是平行且等间距的。
11.根据前述权利要求之一所述的多触点触摸传感器，其中，所述第一组隔离物(14)的直径超过所述第二组隔离物(15)的直径的两倍。
12.一种根据前述权利要求之一所述的多触点触摸传感器的控制器，所述控制器还包括所述导电轨道(12、13)的扫描电路、采集每个扫描步骤的电特性的采集装置、以及用于提供信号(X，Y，ZX，Y)的电路，ZX，Y指示在扫描步骤中所测得的、在一个网络的导电轨道X与另一网络的导电轨道Y的交叉处的电特性。
13.一种多触点触摸屏，包括显示屏和根据权利要求1至11中任意一项所述的多触点触摸传感器。
14.一种键盘，包括由根据权利要求1至11中任意一项所述的多触点触摸传感器构成的一套离散触点。
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