CN102368192A - 二维电容传感器的结构及定位方法 - Google Patents

二维电容传感器的结构及定位方法 Download PDF

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陈奇
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苏州瀚瑞微电子有限公司
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Abstract

本发明涉及一种二维电容传感器的结构,其由单层 ITO 组成, 中间区域为触控操作区域,所述传感器的四个周围边缘处均设有条形电极块。 本发明所述的二维电容传感器的结构和定位方法,利用了单层 ITO 侦测触碰点的位置坐标,不但结构和工艺上更加简单,而且能够大大减少芯片引脚的个数,降低封装尺寸和成本。

Description

二维电容传感器的结构及定位方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种传感器的结构,尤其是指一种二维电容传感器的结构及定位方法。

背景技术

[0002] 所述传感器是一种物理装置,其能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、 湿度)或化学组成(如烟雾),并将探知的信息传递给其他装置。目前在触控领域常见的有电阻传感器和电容传感器,所谓电阻传感器是根据电阻值的变化转变成相应的电信号输出的装置,其结构一般是通过设置两层ITO实现的,其中,所述两层ITO分别代表两个方向,且每层ITO上均设有两个相对的电极,从而利用分压的原理求出触碰点的具体位置坐标。利用上述电阻式传感器虽然可以侦测出触碰点的具体位置,但是需要两层ΙΤ0,而且抗干扰性能差,所以无论是传感器的结构还是定位方法都较复杂。

[0003] 而对于电容传感器,其利用电容的原理传递X方向和Y方向上信号的一种器件或者装置,可以是ITO (铟锡氧化物)层、PCB板、键盘或者触摸屏等,通常由人的手指或者触控笔致动。与电阻式传感器相比较,电容传感器的灵敏度更高,用户只需要触碰就可以操作; 再者,电容传感器的抗干扰、稳定性能更高,即使在高温、低温、强磁场、强辐射下也可以长期工作。而现阶段,电容传感器也是采用双层ITO的布线结构,虽然比起电阻式传感器而言有了更多的改进,产生了更多的优点,但是由于其仍旧是利用两层ITO通过蚀刻的方式来布设电极最终侦测出触碰点的位置,所以其结构和工艺上还是较复杂;再者,利用双层ITO 计算触碰点的算法也较复杂,从而会影响侦测速度。

[0004] 所以如果能够利用具有单层ITO的电容传感器的话,不但结构上更加简单,而且抗干扰性能高、侦测结果也更加快速、稳定。因此需要为广大用户提供一种更加简便的二维电容传感器的结构及定位方法来解决以上问题。

发明内容

[0005] 本发明实际所要解决的技术问题是如何提供一种结构和工艺简单、抗干扰性能高、能够快速判断出触碰点的二维电容传感器的结构及定位方法。

[0006] 为了实现本发明的上述目的,本发明提供了一种二维电容传感器的结构,其由单层ITO组成,中间区域为触控操作区域,所述传感器的四个周围边缘处均设有条形电极块。

[0007] 本发明还公开了一种利用上述二维电容传感器结构的定位方法,其步骤如下:首先,从所述传感器的一侧电极块施加一个激励信号;其次,侦测与上述电极块在同一方向上相对的另一侧电极块输出波形图的峰值;最后,根据上述波形图中的峰值与无触摸状态下输出波形图的峰值的差值判断触碰点在上述方向上的位置坐标,从而最终得到触碰点的二维坐标。

[0008] 本发明所述的二维电容传感器的结构和定位方法,利用了单层ITO侦测触碰点的位置坐标,不但结构和工艺上更加简单,而且能够大大减少芯片引脚的个数,降低封装尺寸和成本;同时本发明所述的二位电容传感器还具有抗干扰性能高、能够快速判断出触碰点位置等优点。

附图说明

[0009] 图1是根据本发明所述传感器的结构分布图。

[0010] 图2是根据本发明所述传感器信号输入、输出后的波形图。

[0011] 图3是根据本发明是所述传感器在无触碰和触碰后的信号输出对比图。

具体实施方式

[0012] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0013] 本发明所涉及一种二维电容传感器的结构,请参考图1所示,所述电容传感器1由单层ITO组成,所述单层ITO可以是正方形或者长方形。所述单层ITO的中间区域11为触控操作区域,如图1中的虚线框;而在其上、下、左、右四个周围边缘处均设有电极块10,其均连接到芯片3的相应引脚的电极上,可以做驱动电极和探测电极,所述电极块10呈长条状,为了保证线形驱动的均勻性,将其长度分别设置为与相应触控区域的长度相同。即无论是在横向上还是纵向上,所述电极块10的长度均与所述单层ITO的中间区域11的长度相同。所述电极块10是探测电极。其中,利用左、右位置处即横向方向的一对电极块10可以判断触碰点在X方向的位置,利用上、下位置处即纵向方向的一对电极块10可以判断触碰点在Y方向的位置。采用上述结构侦测触碰点的具体位置方法如下:

请参考图2所示,当侦测一个方向上的触碰点位置坐标时,由于所述ITO本身具有电阻,所以单层ITO可以等效成N个串联的电阻。因此,所述传感器1上的ITO就相当于若干个等效电阻12,所以首先可以从所述传感器1的一侧横向电极块10施加一个激励信号2 ; 其中所述激励信号2是占空比可调的方波。其次,侦测与上述电极块10在横向方向上相对的另一侧电极块10输出波形图的峰值;由于只要电极块10的一端输入了一个激励信号2, 那么经过与ITO等效的若干电阻12后,就可以侦测出呈波浪状的输出电压波形图20。上述由于单层ITO可以等效成若干个电阻,所以所述传感器中的单层ITO的电阻模型相当于连续的若干个等效电阻的串联。所以当某一位置处触碰后,该位置处相当于连接了一个接地的电容Cf。现假设A点被触碰,那么所述激励信号2在横向方向上从所述最左端的电极块 10传递时,经过第一个电阻12到达触碰点A的位置处就会形成一个RC振荡回路。即所述 RC振荡电路是由所述激励信号的电极和触碰点的电阻以及触控对象到大地的电容构成。由于传输时电阻的影响,所以输出波形的峰值会有一定的衰减。而此时后面的电阻11对整个电路不会产生影响,所以触碰点A的电压值U就可以通过由侦测电极等效的电压表而得出。

[0014] 请再参考图3所示,由于在没有触控对象触碰的情况下,所述激励信号2在横向方向上穿越上述ITO层时,若不考虑电阻的影响,那么输出信号应该没有衰减,即输出后的信号值应该是一个稳定的电压波形图W1,也就是说,所述输出信号随时间变化的电压峰值是一个固定值,现设为Ul ;但是实际情况中,若触碰点的位置离激励信号2越远,那么所述激励信号2在传递时,随着横向方向上经过的电阻越多,输出信号的衰减度会越大越大,导致电压峰值越来越小,设A点处波形图W2的峰值为U2 ;比较在无触碰状态下输出信号的电压峰值Ul与衰减后的电压峰值U2的差值,即AU= U1-U2,然后根据所述电压差值AU就可以判断出触碰点在横向方向上的具体位置。

[0015] 判断出触碰点在横向即X方向上的位置坐标后,利用同样原理和方法可以求出在纵向即Y方向上的位置坐标,由于方法和原理相同,所以这里不再一一累述,如此以来就可以确定出触碰点最终的二维位置坐标。由于本发明利用传感器上四个周围边缘处的电极块 10就可以判断出触碰点的位置点坐标,所以在单层ITO上即使不需要传统刻蚀ITO的技术也一样侦测出触碰点的具体位置坐标,因此不但减低了工艺、材料成本,也降低了芯片封装等成本;再者,整个传感器也更加简单、轻薄。

Claims (10)

1. 一种二维电容传感器的结构,其由单层ITO组成,中间区域为触控操作区域,其特征在于:所述传感器的四个周围边缘处均设有条形电极块。
2.如权利要求1所述的结构,其特征在于:所述周围边缘是指所述传感器的上、下、左、 右四个位置。
3.如权利要求1所述的结构,其特征在于:所述电极块连接到芯片引脚的电极上,可以做驱动电极和探测电极。
4.如权利要求1或3所述的结构,其特征在于:所述电极块呈长条状,其长度分别与同一方向上相应触控操作区域的长度相同。
5.如权利要求2所述的结构,其特征在于:利用所述左、右位置处即横向方向的一对电极块可以判断触碰点在X方向的位置。
6.如权利要求2所述的结构,其特征在于:利用所述上、下位置处即纵向方向的一对电极块可以判断触碰点在Y方向的位置。
7. 一种利用所述权利要求1中二维电容传感器结构的定位方法,其步骤如下:首先,从所述传感器的一侧电极块施加一个激励信号;其次,侦测与上述电极块在同一方向上相对的另一侧电极块输出波形图的峰值;最后,根据上述波形图中的峰值与无触碰状态下输出波形图的峰值的差值判断触碰点在上述方向上的位置坐标,从而最终得到触碰点的二维坐标。
8.如权利要求7所述的定位方法,其特征在于:所述传感器中的单层ITO的电阻模型相当于连续的若干个等效电阻的串联。
9.如权利要求7所述的定位方法,其特征在于:所述激励信号从所述传感器的一侧电极块向另一侧传递时,若有触碰,则所述激励信号会经过一 RC振荡电路,输出波形的峰值会有一定的衰减。
10.如权利要求9所述的定位方法,其特征在于:所述RC振荡电路是由所述激励信号的电极和触碰点的电阻以及触控对象到大地的电容构成。
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