CN103838447A

CN103838447A - 透明的接近传感器

Info

Publication number: CN103838447A
Application number: CN201310757015.8A
Authority: CN
Inventors: R·扎胡特; O·雷蒙
Original assignee: ZRRO TECHNOLOGIES 2009
Current assignee: ZRRO TECHNOLOGIES 2009
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-06-04
Also published as: WO2014076708A2; WO2014076708A3; US20140139239A1; US8829926B2; CN203644012U

Abstract

本申请提供了一种透明的接近传感器。提出一种感测表面，其用于监测该表面上一个或多个物体的三维行为。感测表面与自电容传感器相关且包括位于单个层上的多个自电容感测衬垫。感测表面被配置为提供指示在感测表面的有效区域上的一个或多个物体的三维行为的测量数据。该技术还使得能够使用包括所述感测表面的电容式传感器。

Description

透明的接近传感器

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。

因此，存在一种新颖的电容性感测表面，其可以由透明材料制成同时保持操作为多点触摸传感器和三维传感器两者的能力。本发明的实施方式公开了具有由布置在单层/面上的间隔开的自电容感测衬垫的图案限定的有效区域。该感测表面的有效区域由衬垫(包括内部衬垫和外部衬垫)图案来限定。衬垫的图案被配置为使得各个内部感测衬垫经由相应导线连接到感测表面的边缘。内部衬垫被定义为与边缘没有接触点的衬垫。有效区域可以被定义为可以在其上跟踪物体的区域。有效区域部分被专用于内部衬垫和感测表面边缘之间的导线。在图案的各个感测衬垫和感测表面的边缘之间的导线可位于感测衬垫的单个层中。可以通过各个衬垫与表面边缘的直接接触来形成各个感测衬垫和感测表面的边缘之间的导线。另选地，衬垫中的至少一个经由相应的导线(电迹线)连接到表面的边缘，至少一部分导线穿过衬垫层。在后者的情形中，上屏蔽层被配置为保护穿过衬垫层的至少一些导线免遭受自电容效应。上屏蔽层被放置于至少一些导线上面(在有效区域的一些部分的顶部)，以保护经由导线传播的信号，以便物体-导线的自电容效应将是可以忽略的。导线可以被印刷在感测衬垫的层上，因为衬垫的延伸或导线的一些(或所有)部分可以是由位于衬垫层上的导体制成的独立的物理元件。在印刷情形中，导线和衬垫可以是共面的(被布置在同一层上)。

应当理解的是，例如在WO 2010/084498中所述的，具有衬垫的二维阵列的自电容传感器可以操作为三维多点触摸传感器，但是当被实施在PCB(印刷电路板)上时，连接在衬垫和激励衬垫的电路之间的导线(电迹线)位于专用的层上。使用导电孔(通常被称为“通孔”)以将衬垫电连接到对应导线。这些导线位于不同的层中，以保护这些导线免受物体(手指)和导线之间产生的自电容效应影响。通过使用感测衬垫下面的内部层实现对导线的屏蔽，并且为了从由测量组成的传感器接收电容性图像，需要对导线的屏蔽，该测量几乎仅受一个或多个物体与感测衬垫之间的自电容效应影响。然而，多层的这种实现方式(“通孔”)不适用于透明的传感器制作过程。

因此，本发明提供了与由透明材料制成的自电容传感器相关的感测表面，并且通过提供衬垫的新颖图案以及位于有效区域的一些部分的顶部且被配置为屏蔽连接在感测衬垫和感测表面的边缘之间且通过有效区域的导线中的至少一些导线的屏蔽层，解决了与“通孔”的实现方式相关的问题，从而消除对“通孔”的需求。

本发明解决了这种需求，并且涉及具有由间隔开的自电容感测衬垫的图案限定的有效区域的感测表面。有效区域可以被限定为在可以在其上追踪物体的区域。将衬垫布置为使得各个感测衬垫被配置为连接到感测表面的边缘。

在一些实施方式中，将衬垫的图案布置在绝缘片上，以便在该图案的各个感测衬垫和边缘之间的导线的至少一部分与感测衬垫是共面的。在该图案的各个感测衬垫和感测表面的边缘之间的导线可以位于感测衬垫的层中。在各个衬垫与表面边缘具有接触区域的情形中，可以通过各个衬垫与表面的边缘的直接接触来形成导线。另选地，衬垫中的至少一个经由穿过有效区域的相应导线(电迹线)连接到表面的边缘，导线和衬垫可以是共面的(布置在同一层上)。

在后者的情形中，将上屏蔽层置于导线上方，以保护通过导线传播的信号，使得物体-导线自电容效应将是可以忽略的。如具体实施方式中所示的，这种感测表面的一个优势在于导线和衬垫可以是共面的，从而降低了本发明的电容式传感器的层的数量(与其中导线位于专用层上的传感器相比)。

在其他实施方式中，衬垫的图案被配置为使得该图案的各个感测衬垫可以电连接到感测表面的边缘。

因此，根据本发明的一些实施方式的方面，提供了一种与自电容传感器相关的感测表面。该感测表面包括多个自电容感测衬垫，感测衬垫被配置为提供指示在感测表面的有效区域上的一个或多个物体的三维行为的测量数据。应当理解的是，三维行为可以包括以下的至少一个：一个或多个物体相对于感测表面的三维位置；一个或多个物体相对于感测表面的位置变化；一个或多个物体相对于感测表面的运动方式。

通过衬垫的图案限定感测表面的有效区域。在一个实施方式中，有效区域是围绕衬垫的区域。衬垫的图案可以配置为使得各个感测衬垫到感测表面的边缘的连接位于衬垫的单个层上。

在变形例中，当一个或多个物体触摸感测表面时和/或当一个或多个物体悬停在感测表面上面时，感测表面可以被配置为检测一个或多个物体的三维行为。

在另一变形例中，感测表面包括位于绝缘片下以及位于感测衬垫和相应导线下并且与衬垫层隔离的下屏蔽层，该下屏蔽层包括导电材料膜，并且被图案化以在感测衬垫的至少一部分以及相应导线的下面，并且下屏蔽层被配置为保护感测衬垫的至少一部分以及相应导线免受由感测表面(例如，显示器)下面的一个或多个物体的接近所产生的自电容效应的影响。

在进一步的变形例中，各个感测衬垫经由相应导线连接到边缘。导线的至少一部分可以穿过有效区域。导线的至少一部分与衬垫可以是共面的。

在又一变形例中，该感测表面包括覆盖在表面的至少一部分之上并且与衬垫和导线隔离的上屏蔽层。该上屏蔽层可以被图案化，以屏蔽导线中的至少一些，同时使衬垫中的至少一些暴露，该屏蔽层被配置为保护导线免受一个或多个物体(例如，手指)接近导线所产生的自电容效应影响。

可选地，导线、上屏蔽层和下屏蔽层的至少一个由透明材料制成。

在一些实施方式中，感测表面的所有部件由透明材料制成。

在一个变形例中，图案包括间隔开的衬垫排列，使得至少两个间隔开的衬垫位于无衬垫区域的两侧，无衬垫区域是没有衬垫的区域或者一条或多条导线从其中穿过的区域。

在另一变形例中，其中按组来布置衬垫，各个衬垫属于具有选定的几何形状的组中的一个组，几何形状被选定为使得组的衬垫形成期望形状的周界。

在再一变形例中，该图案是棋盘形图案。

在进一步的变形例中，按照间隔开的平行线布置衬垫，并且导线位于垂直线之间的间距中。

在又一变形例中，各个衬垫接触(即，直接接触)边缘。

本发明的一些实施方式的另一方面涉及电容式传感器，该电容式传感器包括如上述限定的感测表面并且被配置为检测一个或多个物体的三维行为。

根据本发明的一些实施方式的另一方面，提供了一种自电容传感器，包括：一个或多个自电容感测衬垫，每个感测衬垫被配置为提供指示至少一个物体相对于感测衬垫的三维位置的测量；衬垫中的至少两个衬垫位于该至少两个衬垫之间的无衬垫区域两侧，一个或多个导线穿过该无衬垫区域，导线连接到衬垫且适于将电信号传导到感测衬垫或从感测衬垫传导电信号；并且其中，沿着位于衬垫和导线的第一层上面且与衬垫和导线隔离的层布置一个或多个导电元件，以形成与衬垫和导线层电隔离的上屏蔽层；并且其中，上屏蔽层的导电元件被配置为覆盖导线，同时使衬垫暴露，从而保护导线免受一个或多个物体接近导线产生的自电容效应。

在一些实施方式中，上屏蔽层的导电元件由透明材料制成。

在一些实施方式中，导线(或导线的一些部分)中的至少一些由透明导电材料形成。

在一些实施方式中，当至少一个物体悬停和/或触摸自电容传感器时，自电容传感器系统被配置且操作为提供指示至少一个物体到感测衬垫的距离的测量。

在一些实施方式中，在导线的一端测量的电压指示物体和连接到导线的另一端的感测衬垫之间的距离。

在一些实施方式中，在基本上对应于某一衬垫的测量期间，覆盖连接到衬垫的导线的上屏蔽层的导电元件的电势被维持在与导线的电势基本上相同，从而使得导线和导电元件之间的寄生电容效应对电压测量的影响最小化，并且因此增大了测量的SNR(信噪比)，这允许从距衬垫更远距离来检测悬停物体。

在一些实施方式中，自电容传感器系统包括至少一个放大器，该放大器可电连接在覆盖导线的上屏蔽层的导电元件与导线之间，以将导电元件的电势维持在与导线的电势基本上相同。

在一些实施方式中，该放大器经由放大器的高阻抗输入端电连接到导线，并且经由放大器的低阻抗输出端电连接到上屏蔽层的导电元件。

在一些实施方式中，该放大器的输入端经由模拟开关电连接到一个或多个导线；该开关在给定时间连接在一个导线与放大器的输入端之间。

在一些实施方式中，该放大器包括被配置且基本上操作为电压跟随器的单位增益缓冲器或近似单位增益缓冲器，从而能够将连接到其输出端的上屏蔽层的导电元件的电势基本上维持在与由导电元件覆盖的导线的电势相同。

在一些实施方式中，感测衬垫由透明材料制成。

在一些实施方式中，感测表面还包括位于衬垫和导线层下面且与衬垫和导线层隔离的下屏蔽层，该下屏蔽层包括被布置为从下面覆盖衬垫和导线的导电元件，并且被配置为保护衬垫和导线免受位于感测表面下面的物体的接近所产生自电容效应的影响。

在一些实施方式中，基本在与某一衬垫对应的测量期间，屏蔽衬垫和连接到该衬垫的导线的下屏蔽层的导电元件的电势被维持在与衬垫和导线的电势基本上相同，以最小化导电元件和衬垫之间的寄生电容效应以及导电元件和连接到衬垫的导线之间的寄生电容效应对测量的影响。

在一些实施方式中，放大器经由该放大器的高阻抗输入端电连接到导线，并且经由该放大器的低阻抗输出端电连接到下屏蔽层的导电元件。

在一些实施方式中，放大器的输入端经由模拟开关电连接到一个或多个导线和/或衬垫；该开关在给定时间连接在一个导线或衬垫与放大器的输入端之间。

在一些实施方式中，将预定电势施加于下屏蔽层和上屏蔽层的至少一个。

在一些实施方式中，将自适应电势施加于下屏蔽层和上屏蔽层的至少一个。

根据本发明的一些实施方式的另一方面，提供了一种用于提供测量数据的感测表面，该测量数据指示在感测表面上面的一个或多个物体的三维行为，感测表面包括：衬垫层，处于感测表面的周边的边缘，感测表面通过边缘能够连接到电路；以及上屏蔽层。衬垫层包括：绝缘片；由透明材料制成并且覆盖绝缘片的多个感测衬垫，衬垫按照如下图案布置在绝缘片上：该图案被配置为使得各个衬垫基本上彼此隔离，并且通过衬垫到边缘的直接连接或者借助于将衬垫连接到边缘的导线，在图案的各个感测衬垫与边缘之间存在电连接。上屏蔽层包括导电材料，该导电材料与衬垫或导线的至少一部分隔离，但覆盖衬垫或导线的至少一部分并使各个衬垫的至少一部分暴露，上屏蔽层能够保护衬垫或导线的被上屏蔽层覆盖的任何部分免受在使用中一个或多个物体接近衬垫或导线所引起电效应的影响。

根据本发明的一些实施方式的另一方面，提供了一种用于提供测量数据的感测表面，该测量数据指示在感测表面上面的一个或多个物体的三维行为。感测表面包括：衬垫层，处于感测表面的周边的边缘，感测表面通过边缘能够连接到电路；以及上屏蔽层。衬垫层包括：绝缘片；由透明材料制成并且覆盖绝缘片的多个感测衬垫。衬垫按照如下图案布置在绝缘片上：该图案被配置为使得各个所述衬垫基本上彼此隔离，并且通过衬垫到边缘的直接连接或者借助于将衬垫连接到边缘的导线，在图案的各个感测衬垫与边缘之间存在电连接。

附图说明

为了更好地理解此处公开的主题以及例示在实践中如何实现该主题，现在将参考附图通过非限制性示例描述实施方式，在附图中：

图1是例示本领域已知的具有矩形衬垫的感测表面的俯视图的示意图；

图2a至图2b是例示具有由衬垫的二维阵列限定的感测表面的自电容传感器的PCB实现方式的示例的示意图；

图3a至图3c例示了可用于本发明的感测表面的衬垫的图案和几何形状的示例，在示例中，所有衬垫都接触感测表面的边界；

图4是例示本发明的感测表面的截面的俯视图的示意图，该感测表面具有被设置成三角形从而三角形的斜边是垂直或水平的衬垫；

图5是例示可用于本发明的感测表面的衬垫的图案和衬垫的几何形状的示例的示意图，在示例中，所有衬垫都接触感测表面的边界；

图6a至图6b是根据本发明一些实施方式例示感测表面的侧横截面的示意图，其中所有衬垫都接触感测表面的边界；

图7是本发明的感测表面的俯视图，例示了本发明的感测表面，其中，各个衬垫都接触感测表面的边界并连接到相应的外部引线，该外部引线通向电子器件和测量单元；

图8是例示根据本发明的感测表面的衬垫的图案和几何形状的示例的示意图，其中，呈现了衬垫的五条水平线，并且衬垫接触感测表面的边界或者经由与衬垫在同一平面(即，同一层)的导线连接到感测表面的边界，并且其中通过透明屏蔽元件来屏蔽这些导线；

图9a至图9b是例示感测表面的侧横截面的示意图，其中，衬垫接触感测表面的边界或者经由与衬垫在同一层的导线连接到感测表面的边界；

图10a至图10b是例示根据本发明的感测表面的衬垫的图案和几何形状的示例的示意图，其中，呈现了棋盘形图案的四行感测元件，各个感测元件包括两个彼此间隔开的衬垫，衬垫接触感测表面的边界或者经由与衬垫在同一层的导线连接到感测表面的边界，并且其中，通过透明屏蔽元件来屏蔽这些导线；

图11a至图11b是例示根据本发明的感测表面的图案和几何形状的示例的示意图，其中，呈现了棋盘形图案的六行感测元件，各个感测元件包括两个彼此间隔开的衬垫，衬垫接触感测表面的边界或者经由与衬垫在同一层的导线连接到感测表面的边界，并且其中，通过透明屏蔽元件来屏蔽这些导线；

图12a是例示根据发明的感测表面的衬垫的图案和几何形状的示例的示意图，其中，按照间隔开的垂直线布置衬垫，并且将衬垫连接到感测表面的边界的导线位于垂直线之间的空间中并且通过透明屏蔽元件屏蔽这些导线；

图12b是例示内部衬垫导线的实现方式的示例的示意图；以及

图13是例示可以包含到本发明的感测表面的透明屏蔽元件中的电路的示意图。

具体实施方式

图1是例示本领域已知的具有矩形衬垫的感测表面100的俯视图的示意图。感测表面100由4行衬垫组成，并且可以具有任意数量的列。感测表面的区域由边缘120包围。在边缘120处，与其连接的衬垫或导线连接到通向测量单元和电路的引线。可见，内部衬垫(2，2)和(3，2)不与边缘120接触，因而将经由布置于专用层上的导线连接到引线。如上所述，这种连接不允许感测表面由透明材料制成。

图2a至图2b是例示自电容传感器100的示例的示意图，该自电容传感器100具有由衬垫的二维阵列(矩阵)限定的感测表面。图1a例示了传感器的感测表面的侧截面。图1b例示了衬垫与激励衬垫的电路之间的电连接以及电路中压降的测量。

在该具体的并且非限制性的示例中，传感器100包括位于单个层上的多个导电衬垫(概括地，102)。每个衬垫经由相应的导线(概括地，104)连接到电路110和测量单元(未示出)。该电路包括激励源112和串联电阻器114，并且该电路经由连接到位于电阻器114的下游的接合点118的第二导线116连接到测量单元。激励源112被配置为产生将被传送至衬垫102的输入信号。

应当理解的是，通常在如本领域已知的自电容传感器中，当物体接近衬垫时，由于手指和衬垫之间的自电容效应以及由于存在于激励衬垫的电路中的电阻器的存在，在从衬垫传送到测量单元的输出信号中出现了压降。这是因为物体和衬垫共同形成了平板电容器。物体越接近衬垫，该电容就越大并且压降的增加就越高。因此，电路中的压降可用于估计物体和衬垫之间的距离。测量单元接收来自多个衬垫的输出信号，并且生成指示物体相对于感测表面的位置的数据。可选地，单个电路用于顺序地将输入信号传送到各个衬垫(例如，经由开关器件)以及顺序地从各个衬垫传送输出信号。另选地，各个衬垫连接到各自的电路。电路和测量单元可以包括在单个芯片上。

在当前配置中，通过屏蔽层106和屏蔽层108屏蔽导线。屏蔽层屏蔽导线使其免受在物体和导线之间产生的自电容效应影响。为了从由测量结果组成的传感器接收电容性图像，需要对导线的屏蔽，该测量结果几乎仅受一个或多个物体与感测衬垫之间的自电容效应影响。在图像的分析阶段，未屏蔽导线上的自电容效应将影响与衬垫相关的测量结果。因此在没有屏蔽的情况下，接收的图像将是不可靠的(即，接收的图像将不再仅指示传感器上的一个或多个物体对衬垫的影响，而是还将受与导线相关的自电容的影响)。对屏蔽层的要求是屏蔽层的电势将不再受位于导线之上或之下的一个或多个物体的影响。另外，导线和屏蔽层之间的寄生电容对测量结果的影响将是不可预测的。可选地，屏蔽层是交流电(AC)防护屏。在这种情形中，屏蔽层的激励源应当足够强以维持与来自该防护屏之上的一个或多个物体的负载无关的屏蔽电势。在此情形中，电路的激励源112或生成与激励源112相同信号的AC源激励包围导线104的交流电(AC)屏蔽板106和AC屏蔽板108。

物体接近面向该物体的AC防护屏产生了AC防护屏与物体之间的电容。然而，这不影响沿着AC防护屏的电势，因为向AC防护屏供电的引线的电阻以及AC防护屏本身的电阻是可忽略的。因此，到穿过导线104的衬垫的信号以及来自穿过导线104的衬垫的信号将不受物体接近导线104的影响。

应当注意，术语“导线”通常指被配置为用于在衬垫和传感器边缘之间传导信号的导电元件。术语“引线”通常指被配置为传导相同信号的导电元件。然而，这样的元件位于感测表面外部。引线和导线在感测表面的边缘彼此连接。

由于当外部衬垫(即，接触感测表面边缘的衬垫)接触感测表面的边界且可容易地连接到电路时，内部衬垫被置于远离边界，因此需要存在AC防护屏。因此，必须在内部衬垫和感测表面的边界之间对导线104进行布线。此外，为了改进传感器的分辨率和在给定表面上安装更多的衬垫以及利用大部分区域用于感测，衬垫112被布置为尽可能地彼此接近。因而，导线104将位于衬垫之下在两个AC防护屏之间。

应当注意，AC防护屏仅是屏蔽层的一个示例。如本领域已知的，导电屏蔽层可以是接地的，来代替其中由交流电激励导电屏蔽层的AC防护屏。只要导电屏蔽层电势基本上不受在其上的一个或多个物体的影响，就可屏蔽导线。然而，可以看出，与导电屏蔽层接地或对屏蔽层使用DC源相比，当使用AC防护屏时，导线104与屏蔽层106和108之间的寄生电容以及衬垫102底部与屏蔽层106之间的寄生电容对在接合点108处测量的衬垫-手指自电容效应的削弱要少的多。

当在PCB(印刷电路板)上实施自电容传感器的层时，“通孔”使得能够形成从衬垫到电路110和测量单元的导线通路。然而，这种PCB结构不能由透明材料制成，因为穿过已知透明导电材料的工业通孔技术在现有技术的当前阶段是未知的。此外，在制造具有多个叠置透明层的透明传感器时的另一难点在于各个层降低了透明度。

应当理解的是，连接到感测表面100的电路是例示了电容式传感器的操作的基本电路的示例。其他电路可以具有本领域已知的附加元件(例如，电阻器、放大器等)，并且可用作电容式传感器的一部分。

现在，参考附图，图3至图7涉及本发明的一些实施方式，其中，所有自电容衬垫被配置为与感测表面的边界直接接触，并且没有连接到感测表面的边缘的内部衬垫(即，各个衬垫在其周界上具有与感测表面的边缘接触的点)。在这些实施方式中，感测表面包括印刷有衬垫的第一层，并且可选地，包括位于第一层下面的较低的第二层，作为对下面的LCD的屏蔽。

在图3a中例示了感测表面的新颖结构的示例，其中，示出了本发明的感测表面200，其中，所有衬垫连接/接触感测表面的边界。

如具有图1的感测表面100的衬垫的情形，感测表面200的衬垫是共面的且彼此间隔开。在感测表面200中，感测表面的新颖构造包括衬垫的新颖的几何形状和/或衬垫的新颖的图案，其中，衬垫被布置为使得所有衬垫(概括地，102)接触感测表面的边界。感测表面200可以用作蜂窝电话的大约4英寸对角线的小屏幕上的接触/接近传感器的一部分。

在图3a的示例中，构成感测表面200的衬垫可以成形为直角三角形。在这种具体的且非限制性的示例中，感测表面200的衬垫被布置为使得沿着水平线的两个连续的直角三角形的斜边彼此面对。在这种方式中，所有的衬垫(a，b)、(b，b)、(c，b)和(d，b)都具有与感测表面200的边缘接触的至少一个边缘。

应当注意，尽管衬垫的构造变化，但是相对于感测表面100的平均感测期望分辨率，感测表面200的平均感测期望分辨率并不会较低，因为平均地，对于两个感测表面，给定区域都是由相同数量的衬垫覆盖。

在一些实施方式中，传感器还可以包括下屏蔽层，以便保护衬垫免受位于衬垫下面的物体(例如，LCD屏)的影响。该下屏蔽层也可以是透明的。

适于构成衬垫及屏蔽层的透明导电材料的非限制性示例可以是透明导电氧化物(TCO)，诸如氧化铟锡(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)和掺杂氧化锌。适当的透明导电材料的另一非限制性示例可以是有机膜。该有机膜可由碳纳米管和/或石墨烯形成，或者可以包括聚合物，诸如聚(3，4-乙烯二氧噻吩)或其衍生物。

尽管图2的感测表面100包括四个层(衬垫、屏蔽106、导线、屏蔽108)，本发明的感测表面200包括至多两个层(如果需要，衬垫以及下屏蔽层)。这将在以下图6a至图6b中详细地例示。

因此，基于以上所述的自电容技术，感测表面200的衬垫的图案使得感测表面200能够是透明的并且用于3D、多点触摸传感器。

现在参考图3b至图3c，例示了在图3a的感测表面200中使用的不同的衬垫几何形状的非限制性示例。在图3a中，示出了感测表面的衬垫被成形为直角三角形。然而，这不是必需的，并且本发明涵盖能使所有衬垫接触感测表面边缘的任何形状。

在图3b的示例中，衬垫(c，b)和(d，b)形成为经由各自的斜边彼此相对的直角梯形。图3c是明显地示出不同几何形状的另一可能示例的图。总体上，两个连续的衬垫可以具有任何形状(例如，矩形、菱形、平行四边形、圆形等)，只要它们都形成预定的周界且与感测表面的边缘接触。应当注意，虽然本示例例示了由衬垫对形成的图案，但是本发明不限于这种示例。事实上，本发明的范围可以包括期望的有限数量的衬垫形成预定的周界的衬垫图案。这种图案可以沿着感测表面自我重复。

图4是例示本发明的具有三角形衬垫的感测表面200的截面的俯视图的示意图，三角形衬垫被布置为使得三角形的斜边是垂直或水平的。

在图4所例示的本发明的示例中，感测表面200包括三角形衬垫，其中所有衬垫都与感测表面的边缘接触。例如，在第一垂直线上，三角形衬垫(a，a)被设置为斜边水平布置并且与感测表面的上边缘接触，同时两个三角形衬垫(b1，a1)和(b2，a2)与感测表面的下边缘接触，并且被设置为它们的斜边垂直布置。在相邻的垂直线上，两个三角形衬垫(c1，a1)和(c2，a2)与感测表面的上边缘接触，并且被设置为它们的斜边垂直布置，同时三角形衬垫(d，a)被设置为斜边水平布置并且与感测表面的下边缘接触。

现在参考图5，示意图例示了可在本发明的感测表面中使用的衬垫的图案和衬垫的几何形状的另一示例，其中，所有衬垫都接触感测表面的边界。

现在参考图6a至图6b，根据本发明的一些实施方式，例示了图3a的感测表面200的侧横截面LL。在图6a中，单独地示出了感测表面200的各个层。在图6b中，按照感测表面的组装形式示出了感测表面。

在图6a至图6b的示例中的感测表面是图3a的感测表面200。然而，本发明的其中所有衬垫都接触感测表面的边缘的任何感测表面可以具有图6a至图6b所例示的相同结构。

此外，感测表面200包括由透明材料制成的并且覆盖第一绝缘片204的多个感测衬垫(例如，衬垫(d，a))。这些衬垫按照如下图案设置在绝缘片204上：该图案被配置为使得各个衬垫基本上彼此隔离，并且通过衬垫到边缘的直接连接或者借助于将衬垫连接到边缘的导线，在图案的各个感测衬垫与边缘之间存在电连接。在这个具体且非限制性的示例中，衬垫层202包括在第一绝缘片204上印刷的衬垫(例如，衬垫(d，a)、(c，a)、(d，b)、(c，b))。在这种连接中，应当注意，术语“印刷”可以指图案的制造中所使用的任何工艺，例如光刻法、湿蚀刻技术、沉淀等。

底部屏蔽层108(如果存在)包括导电材料膜206，该导电材料膜206构成第二绝缘片208上印刷的防护屏。当层202和108放至一起时，导电材料206接触第一绝缘片204。按照这种方式，衬垫与屏蔽层的导电材料206彼此隔绝。

底部屏蔽层保护衬垫免受由位于传感器下面的一个或多个物体产生的和/或来自位于传感器下面的噪声源的自电容效应。

在这种连接中，应当理解的是，当将传感器覆盖在LCD(大的接地物体)顶部而没有底部屏蔽层时，LCD和衬垫之间的寄生电容削弱了物体和衬垫之间的自电容效应的测量。在悬停物体情形中这种削弱尤其有问题。这是因为寄生电容会比悬停物体和衬垫之间的电容大100倍(例如5pF的寄生电容与50fF的衬垫-手指电容)。因此，寄生电容将控制自电容测量电路的负载。可以看出，使用由AC信号(基本上与激励信号相同的信号，如参照图2b所说明的)驱动的底部屏蔽层可有助于将这种削弱减少到1/50。这是因为在衬垫和(AC)屏蔽层之间的寄生电容上的电压小(尤其在悬停手指条件下)，并且因此，反映自电容测量电路的寄生电容的负载也小。因此，屏蔽层可以是交流电(AC)防护屏。在这种情形中，屏蔽层的激励源应当足够强以能够维持与负载无关的屏蔽电势。

如上所述，衬垫和防护屏的导电膜可由任何可用的导电透明材料制成。例如，第一绝缘膜和第二绝缘膜可由聚酯PET薄膜制成。

应当注意，衬垫和导电材料206可印刷在它们对应的绝缘片的底表面上，而不是将衬垫和导电材料206印刷在它们对应的绝缘片的顶部。

图7是本发明的感测表面200的俯视图，其中，各个衬垫接触感测表面的边缘并且连接到通向电子器件和测量单元的相应外引线。图7清楚地示出了，在感测表面200中，各个衬垫在表面的边缘120处连接到相应的引线(概括地，122)。引线延伸到电路，其中，输出的信号根据由激励源传送到衬垫的输入信号和物体对衬垫的接近度而变化。

以下的图(图8至图12)涉及本发明的一些实施方式，其中，有效区域(activearea)的至少一部分专用于导线。导线的至少一部分穿过有效区域，以将内部衬垫连接到有效区域(即，检测到物体的区域)的边缘。在这些实施方式中，将由上屏蔽层来屏蔽线，以确保它们不影响测量。以下的图中的感测表面的结构使得扩大了感测表面的(垂直)尺寸，同时使形成感测表面的层的数量最小。

在图8中，示意图例示了根据本发明的感测表面的衬垫的图案和几何形状的示例，其中，存在衬垫的五条水平线，并且衬垫接触感测表面的边界或者经由与衬垫在同一层上的导线连接到感测表面的边界。图8的感测表面200可以用作具有大约4英寸对角线并且由透明材料制成的触摸/接近传感器的一部分。

通常，希望增大衬垫的尺寸，以便使衬垫之间的距离最小化并且增加自电容效应。然而，在图8的示例的感测表面200中(以及在图11a至图11b和图12a至图12b的示例中)，与通常的技术的传感器的衬垫的尺寸相比，减小了衬垫的尺寸。衬垫的减小的尺寸造成了一些无衬垫区域(衬垫之间的空白空间)，从而可以建立在一些衬垫与感测表面的边缘之间的路径。可以由透明材料制成的导线来布线这些路径，以将衬垫连接到感测表面的边缘(周边)。导线的至少一部分可由置于衬垫层上的导体材料制成。

衬垫A、C、F和H与感测表面200的边缘120接触。衬垫B、D、E和G分别经由导线104b、104d、104e和104g连接到边缘120(并且因此，连接到通向电路的引线)。在相应的衬垫和表面的边缘之间(即，穿过有效区域)，沿着感测表面200在相应的路径上对导线进行布线。将感测表面200设计为使得这些路径(并且因此这些导线)不彼此交叉或不与任何其他衬垫交叉。然而，感测表面可以被设计为使得通过使用例如参考图12b所描述的桥，这些线彼此交叠。应当注意，与图2a至图2b的衬垫和导线位于不同层上的感测表面相反，本发明的感测表面的导线和衬垫位于同一层上(是共面的)，这减少了层的数量并且消除了对“通孔”的需求。表面200还包括上屏蔽层106以屏蔽这些导线。上屏蔽层被设计为具有用于暴露衬垫的孔，并且因此实现了接近/接触传感。如上所述，为了从由测量结果组成的传感器接收电容性图像，需要对导线的屏蔽，该测量结果几乎仅受一个或多个物体与感测衬垫之间的自电容效应影响。因此，上屏蔽层106被施加有基本上不受屏蔽层106上的物体的接近影响的电势。

由于感测表面200中衬垫的尺寸减小，因此物体(例如，手指)与任何给定衬垫之间的电容降低。因此，由于物体的接近造成的电路中的压降也变小，从而降低了输出信号的信噪比以及减小了检测到物体的距离。可以用三种技术中的至少一种来处理这种影响。根据第一种技术，增大激励信号的幅度。由于自电容效应与激励信号成正比，因此输出信号的信噪比增加，同样能够检测到物体的距离也增加。根据第二种技术，增加激励信号的频率，这降低了自电容阻抗并且因此增大了测量的压降。根据第三种技术，通过延长测量时间，增加测量的信噪比。

应当注意，由于导线和衬垫是共面的，因此需要一方面在衬垫的尺寸与另一方面在衬垫层上的任一导电元件(导线和衬垫)和导线宽度间的间距之间的进行权衡。更具体地，衬垫越大，间距越小，和/或导线将越细。就合格率来说，制造由透明材料制成的导电元件之间的非常细的线和/或非常小的空间是有问题的。另一方面，为了导线的宽度减小衬垫的尺寸将需要增加注入到衬垫的功率，以提高输出信号的信噪比以及可以检测到物体的距离。因此，为了确保可以容易地制造导线，同时不过度地增加感测表面的功率消耗，将选择衬垫和导线的适当的尺寸。例如，衬垫可以是10mm×10mm，同时导线是1mm宽，并且最小间距也是1mm。

如上所述的，已经示出感测表面200的衬垫的图案能够使感测表面200是透明的并且用于3D的多点触摸传感器，。

现在参考图9a至图9b，例示了图8的感测表面200的侧横截面MM。图9a至图9b的示例中的感测表面是图8的感测表面200。然而，本发明的其中衬垫经由位于与衬垫同一层的导线接合到感测表面的边界(边缘)的任何感测表面可以具有与图9a至图9b所例示的相同结构。

此外，感测表面200包括包含有导电材料元件300的上屏蔽层106，导电材料元件300与衬垫A或导线104d的至少一部分隔离，但覆盖衬垫A或导线104d的至少一部分并使每个衬垫A和F的至少一部分暴露。上屏蔽层106能够保护衬垫或导线的被上屏蔽层106覆盖的任何部分免遭受在使用中一个或多个物体接近衬垫或导线所引起电效应。

感测表面200还包括由透明材料制成的并且覆盖第一绝缘片204的多个感测衬垫(例如，衬垫A)。衬垫202按照如下图案设置在绝缘片204上：该图案被配置为使得各个衬垫基本上彼此隔离，并且通过衬垫到边缘的直接连接或者借助于将衬垫连接到边缘的导线，在图案的各个感测衬垫与边缘之间存在电连接。在该具体的且非限制性的示例中，衬垫层202包括在第一绝缘片204上印刷的衬垫(例如，衬垫A和F)。底部屏蔽层108(如果存在)包括印刷在第二绝缘片208上的导电材料的第一膜206。上屏蔽层106包括印刷在第三绝缘片302上的导电材料的第二膜300。根据希望的图案印刷第二膜300，以覆盖这些导线(可选地，覆盖衬垫之间的无衬垫区域)，同时使衬垫暴露。

底部屏蔽层保护衬垫和导线免受由位于传感器下面的一个或多个物体产生的和/或来自位于传感器下面的噪声源的自电容效应。

如上所述，当将传感器覆盖在LCD顶部而没有底部AC屏蔽层时，LCD和衬垫之间的寄生电容削弱了物体和衬垫之间的自电容效应的测量。

当将层202、106和108放至一起时，导电材料的第一膜206与第一绝缘片204接触，同时衬垫和导线与第三绝缘片302接触。按照此方式，衬垫和导线与第一屏蔽层和第二屏蔽层的导电材料206和300隔绝。应当注意，术语“与......接触”包括选择使用诸如胶之类的中间层。

屏蔽层的衬垫、导线和导电膜可由任何透明材料制成。第一、第二和第三绝缘片可由聚酯PET膜或玻璃制成。

现在参考图10a至图10b，图10a至图10b是例示衬垫的不同构造的另一示例的示意图，在该示例中棋盘形图案的感测元件包括4行感测元件，各个元件包括彼此间隔开的两个衬垫。应当注意，术语“棋盘形”涉及其中衬垫被布置为类似棋盘游戏的图案。衬垫接触感测表面200的边界或者经由与衬垫位于同一层的透明导线连接到感测表面的边界。图10a至图10b的感测表面200的新颖构造使得能够使用这种表面作为具有大约8英寸对角线的接触/接近传感器的一部分。

在这个示例中，第一行包括衬垫(a，a)、(b，a)、(b，c)和(a，c)。在此行中，第一元件包括衬垫(a，a)和(b，a)，第二元件包括衬垫(b，c)和(a，c)。无衬垫区域使第一元件和第二元件分离，以便无衬垫区域的长度等于感测元件的长度。第一行下面的行包括上述的感测元件，以便感测元件位于第一行的无衬垫区域之下。按照这种方式，实现了棋盘形图案。

类似于上述的感测表面，在感测表面200中，衬垫和导线位于同一层。衬垫中的至少一些经由相应的导线抵达感测表面200的边缘。衬垫没有彼此接触，并且印刷在绝缘片上，并且因此在感测表面上彼此隔离。除了各自的衬垫外，导线都不与任何其他导线或任何衬垫交叉或接触。

如上说明的，导线(例如，104e和104f)将由上屏蔽层覆盖，以保护沿着导线传播的信号免受导线和物体之间的自电容效应影响。图10b中示出了上屏蔽层106的可能的图案。可选地，上屏蔽层还屏蔽衬垫之间的无衬垫区域和无导线区域。

因为导线和衬垫是共面的，并且内部感测衬垫和感测表面边缘之间的导线穿过有效区域，因而在这种传感器中消除了对“通孔”的需求，并且因此如上所说明的该传感器可用作透明的3D多点触摸传感器。

现在参考图11a至图11b，示意图例示了根据本发明的感测表面的衬垫的图案和几何形状的另一示例，在该示例中，衬垫接触感测表面200的边界或者经由印刷在或设置在与衬垫相同层上的导线连接到感测表面的边界。新颖构造的感测表面200使得该表面能够用于覆盖接触/接近传感器的一部分，该接触/接近传感器覆盖具有15英寸对角线的屏幕(例如，通常的膝上型计算机的屏幕)。

在图11a至图11b的示例中，可以找到按照六行布置的棋盘形图案的感测元件。与图10a和图10b的示例相似，各个感测元件包括彼此间隔开的两个感测衬垫。与图10a和图10b的衬垫和感测表面之间的相对尺寸相比，衬垫相对于感测表面的尺寸被减少。这使得产生了可由将一些衬垫感测表面的边缘连接的导线穿过的无衬垫区域。为了补偿衬垫的尺寸减小，可以增大激励电压和/或增大其频率。

如同采用图8和图10a至图10b的感测表面的情形，在图11a至图11b的感测表面200中，不与感测表面200的边界直接接触的衬垫通过与衬垫共面的线连接到感测表面200的边界。感测表面200包括由衬垫和无衬垫区域覆盖的区域，该无衬垫区域可由导线覆盖或可以是空的。至少两个衬垫在该无衬垫区域的侧面，并且该无衬垫区域可以由三个或四个衬垫包围。

由上屏蔽层106覆盖导线，上屏蔽层106具有被设计为使衬垫暴露的图案，如图11b所示。可选地，上屏蔽层106覆盖衬垫之间的无衬垫区域和无导线区域的至少一些。

因为导线和衬垫是共面的，并且内部感测衬垫和感测表面的边缘之间的导线穿过有效区域，因而在这种传感器中消除了对“通孔”的需求，并且因此如上说明的该传感器可用作透明的3D多点触摸传感器。

图10a至图10b以及图11a至图11b的衬垫被示为三角形的，但是可以假设任何几何形状形式，如在图3b至图3c的说明所述的。此外，图10a-10b和11a-11b的感测表面的侧横截面具有图9a-9b所述的结构。

图12a是例示本发明的感测表面的另一构造的示例的示意图，在该示例中，以空间间隔开的垂直线布置衬垫，并且将衬垫连接到感测表面的边界的导线位于垂直线之间的间距中。

在同一垂直线中，感测表面200可以具有任何希望的数量的衬垫，只要垂直线之间的空间使得导线的通路能够穿过。在图12a的示例中，给定的垂直线500包括8个衬垫。外部衬垫A和H与感测表面200的边缘120接触。内部衬垫B-G经由在垂直线500与衬垫的附近的垂直线之间的空间中布线的相应导线连接到边缘120。通过上屏蔽层106覆盖垂直线之间的空间，以减小或消除由物体的接近产生的导线上的自电容效应。

垂直线之间的间距应足够大以使得希望宽度的线能够穿过其中。可以按照希望的那样来选择衬垫的水平线之间的间距。尽管图12a的示例描述了衬垫的水平线之间的距离和衬垫的垂直线之间的距离基本上相等，但是这不是必需的，并且水平线可以被选择为彼此更近或更远。按照使水平线之间的间距缩小的方式扩大自电容衬垫会增强希望的自电容效应，因为“物体-衬垫”电容器的面积增加。

如上所述，通过减小衬垫尺寸产生导线路径。为了补偿衬垫的尺寸减小，可以增加激励电压和/或增大其频率。

因为导线和衬垫是共面的，并且内部感测衬垫和感测表面的边缘之间的导线穿过有效区域121，因而在这种传感器中消除了对“通孔”的需求，并且因此如上所述的，该传感器可用作透明的3D多点触摸传感器。

应当注意，本发明的范围包括具有如上所述的感测表面200的电容式传感器，该电容式传感器连接到电路和测量单元(本领域已知)。可选地，各个衬垫连接到各自的电路和测量单元。另选的，至少一些衬垫位于连接到相同的电路和测量单元的组中。在后者的情形中，传感器可以包括被配置为用于将激励信号连续地传送到该组的每个衬垫的开关单元。在变形例中，该组包括感测表面的所有衬垫。在另一变形例中，将衬垫分为多个组，并且各个组连接到各自的电路和测量单元。

现在参考图12b，其示出了感测表面的示例，在示例中两个感测衬垫的导线需要交叉。感测衬垫102a的导线104可以被印刷为感测衬垫102a的延伸。传感衬垫102b需要连接到导线104b。然而，导线104a阻止了导线104b被印刷为感测衬垫102b的延伸。因此，与置于导线104a的顶部的绝缘材料105和置于绝缘材料105的顶部、电连接到104b和102b并且与导线104a隔离的导电材料103结合在一起的桥可用于创建从感测衬垫102b到导线104b的电连接。如上所述，为了保护导线和桥免受一个或多个物体接近导线和桥所产生的自电容效应影响，需要至少部分地覆盖导线104a、104b和导电材料103的上屏蔽层。

根据本发明的一个宽泛方面，提供了与衬垫和导线层电绝缘的上屏蔽层。该上屏蔽层包括一个或多个导电元件，该一个或多个导电元件覆盖导线以保护导线免受一个或多个物体接近导线所产生的自电容效应影响。在这种连接中，现在参考图13，图13表示可包含在本发明的感测表面中的电路130。电路130可以包含于在例如图8至图12所例示的上屏蔽层106。从电路130输出的屏蔽信号根据物体和衬垫之间的自电容效应而动态地改变。电路130包括例如图2所描述的自电容电路，该自电容电路包括激励源112、电阻器114、衬垫102和将衬垫102连接到传感器表面边缘的导线104。在本发明的这个方面中，施加于上屏蔽层106的电势不再被预先确定，而是根据接合点118处发生的压降变化。电势的动态变化使得能够进一步最小化屏蔽层106和导线104之间的电势差，并且因此，最小化屏蔽层106和导线104之间产生的(寄生)电容119对接合点118处的测量电压的影响。否则，如果施加于屏蔽层106的电势是预先确定的，则寄生电容119将把接合点118处的测量电压拉向屏蔽层106的预定电势，并且接合点118处的测量电压上的物体和衬垫102之间的自电容效应将减小，以及测量的信噪比也将减小。寄生电容119越大，朝屏蔽层106的电势拉得就越多。因此，希望屏蔽层106的电势能接近导线104的电势，以降低寄生电容119对测量的影响。如果存在底部屏蔽层108(如图6a、图6b、图9a、图9b所例示的)，可以对底部屏蔽层108应用类似的自适应电势方法，以最小化接合点118处的测量电压上的底部屏蔽层108和连接到衬垫102的导线104的底部之间的寄生电容效应，并且最小化接合点118处的测量电压上的底部屏蔽层108和衬垫102的底部之间的寄生电容效应。例如，可以通过使用可电连接在电屏蔽层106和导线104之间的放大器115来实现这种自适应屏蔽电势。

放大器115可以是被配置为单位增益缓冲器且可操作为电压跟随器的运算放大器。缓冲器的输出端电连接到电屏蔽层106，并且缓冲器的输入端电连接到导线104。缓冲器115的输入阻抗高(例如，10TΩ)，并且因此其在接合点118上的负载是可忽略的，以及对接合点118处的测量电压的影响也是可忽略的。施加于屏蔽层106的缓冲器115的低阻抗输出基本上与接合点118处的测量电压相同，而与屏蔽层106之上的一个或多个物体添加的负载无关。因此，寄生电容119的电势差接近于零，并且在接合点118处的测量电压主要受手指和衬垫102之间的自电容效应影响。尽管说明了基于电阻器和衬垫-手指电容器之间的分压器的自电容方法，但是这种自适应屏蔽方法可应用于其他自电容电路。

在非限制性示例中，透明导线104的宽度可以是大约0.7mm，导线104的长度可以是大约30mm，屏蔽层106和导线104之间的距离大约是0.1mm，绝缘片302的相对介电常数可以是大约2.8，因此，寄生电容119可以是大约5pF。

例如，具有感测衬垫102之上大约100mm²覆盖面积以及大约20mm的悬停高度的悬停手指可以产生大约50fF的电容(比寄生电容119小100倍)。通过使用本发明的自适应屏蔽电势方法以及通过假设电阻器114具有大约6MΩ的电阻以及激励源112提供具有大约3V的振幅和大约200kHz的频率的正弦波的信号，由于手指和衬垫102之间的自电容效应，接合点118处的压降将是大约200mV。当如参考图2b所述的，将(预定的)激励电压112施加到屏蔽层106时，由于手指和衬垫102之间的自电容效应，接合点118处的压降仅是40mV。当屏蔽层106接地时，由于手指和衬垫102之间的自电容效应，接合点118处的压降小于1mV。因此，当分析悬停手指的影响时，本发明的自适应屏蔽电势方法的SNR比其他预定电势屏蔽方法提高5倍。因此，本发明的自适应屏蔽方法比传统方法能够检测位于距衬垫更远的悬停距离的物体。

如上所述，在一些实施方式中，一些导线和/或衬垫经由开关(未示出)连接到一个缓冲器的输入端。在一些实施方式中，屏蔽层106和/或108可以施加有预定屏蔽信号。在一些实施方式中，屏蔽层106和/或108可以施加有预定DC电压。

另选地或者附加地，屏蔽层106和/或108可以接地。在一些实施方式中，屏蔽层106和/或108可以施加有预定AC电压。

Claims

1.一种用于提供测量数据的感测表面，该测量数据指示在所述感测表面上的一个或多个物体的三维行为，所述感测表面包括：

衬垫层，

处于所述感测表面的周边的边缘，所述感测表面通过所述边缘能够连接到电路；

以及

上屏蔽层，其中，所述衬垫层包括：

绝缘片；

多个感测衬垫，其由透明材料制成并且覆盖所述绝缘片，所述衬垫按照如下图案布置在所述绝缘片上：该图案被配置为使得各个所述衬垫彼此隔离，并且通过所述衬垫到所述边缘的直接连接或者借助于将所述衬垫连接到所述边缘的导线，在所述图案的各个所述感测衬垫与所述边缘之间存在电连接，

其中，所述上屏蔽层包括导电材料，所述导电材料与所述衬垫或所述导线的至少一部分隔离，但覆盖所述衬垫或所述导线的至少一部分并使各个所述衬垫的至少一部分暴露，所述上屏蔽层能够保护所述衬垫或所述导线的被所述上屏蔽层覆盖的任何部分免受在使用中所述一个或多个物体接近所述衬垫或所述导线所引起电效应的影响。

2.如权利要求1所述的感测表面，其中，所述衬垫中的至少一个衬垫经由所述相应的导线连接到所述边缘，而不使用通孔。

3.如权利要求1所述的感测表面，其中，所有的所述衬垫和所述导线是共面的。

4.如权利要求1所述的感测表面，所述感测表面被配置为当所述一个或多个物体接触所述感测表面和/或当所述一个或多个物体悬停在所述感测表面上方时，检测所述一个或多个物体。

5.如权利要求1所述的感测表面，所述感测表面还包括位于所述绝缘片下面的下屏蔽层，所述下屏蔽层包括导电材料膜。

6.如权利要求5所述的感测表面，其中，所述导线的一部分、上屏蔽层和下屏蔽层中的至少一个由透明材料制成。

7.如权利要求1所述的感测表面，其中，按照间隔开的平行线布置所述衬垫，并且所述导线位于所述线之间的间距中。

8.如权利要求1所述的感测表面，其中，所述感测表面的所有部件由透明材料制成。

9.一种用于提供测量数据的感测表面，该测量数据指示在所述感测表面上的一个或多个物体的三维行为，所述感测表面包括：

衬垫层；

处于所述感测表面的周边的边缘，所述感测表面通过所述边缘能够连接到电路；以及

上屏蔽层，

其中，所述衬垫层包括：

绝缘片；

多个感测衬垫，其由透明材料制成并且覆盖所述绝缘片，所述衬垫按照如下图案布置在所述绝缘片上：该图案被配置为使得各个所述衬垫彼此隔离，并且通过所述衬垫到所述边缘的直接连接或者借助于将所述衬垫连接到所述边缘的导线，在所述图案的各个所述感测衬垫与所述边缘之间存在电连接。

10.如权利要求9所述的感测表面，所述感测表面被配置为当所述一个或多个物体接触所述感测表面和/或当所述一个或多个物体悬停在所述感测表面上方时，检测所述一个或多个物体。

11.如权利要求9所述的感测表面，所述感测表面还包括位于所述绝缘片下面的下屏蔽层，所述下屏蔽层包括导电材料膜。

12.如权利要求9所述的感测表面，其中，所述导线的至少一部分穿过所述衬垫层。

13.如权利要求9所述的感测表面，所述感测表面包括覆盖所述衬垫或所述导线的至少一部分的上屏蔽层。

14.如权利要求13所述的感测表面，其中，将所述上屏蔽层图案化，以屏蔽所述导线的至少一部分，同时使所述衬垫中的至少一些衬垫暴露。

15.如权利要求9所述的感测表面，其中，所述导线的至少一部分和所述衬垫是共面的。

16.如权利要求13所述的感测表面，其中，所述导线的一部分、上屏蔽层和下屏蔽层中的至少一个由透明材料制成。

17.如权利要求9所述的感测表面，其中，所述感测衬垫布置在所述绝缘片上的图案包括间隔开的衬垫排列，使得至少两个间隔开的衬垫位于无衬垫区域的两侧，所述无衬垫区域是没有衬垫的区域或者所述导线中的一条或多条从其中穿过的区域。

18.如权利要求9所述的感测表面，按组来布置所述衬垫，各个衬垫属于具有选定的几何形状的组中的一个组，所述几何形状被选定为使得所述组的衬垫形成期望形状的周界。

19.如权利要求9所述的感测表面，其中，所述感测衬垫布置在所述绝缘片上的图案是棋盘形图案。

20.如权利要求9所述的感测表面，其中，按照间隔开的平行线布置所述衬垫，并且所述导线位于所述垂直线之间的间距中。

21.如权利要求9所述的感测表面，其中，通过所述衬垫和所述边缘之间的直接接触产生各个感测衬垫与所述感测表面的所述边缘之间的所述导线。

22.如权利要求9所述的感测表面，其中，所述衬垫的所述图案被配置为使得所述图案的各个感测衬垫分别电连接到所述感测表面的边缘。

23.一种用于提供测量数据的感测表面，该测量数据指示在所述感测表面上的一个或多个物体的三维行为，所述感测表面包括：

衬垫层，

上屏蔽层，其中，所述衬垫层包括：

绝缘片；

24.如权利要求23所述的感测表面，其中，所述衬垫中的至少一个衬垫经由所述相应的导线连接到所述边缘，而不使用通孔。

25.如权利要求23和24所述的感测表面，其中，所有的所述衬垫和所述导线是共面的。

26.如权利要求23至25中任一项所述的感测表面，所述感测表面被配置为当所述一个或多个物体接触所述感测表面和/或当所述一个或多个物体悬停在所述感测表面上方时，检测所述一个或多个物体。

27.如权利要求23至26中任一项所述的感测表面，所述感测表面还包括位于所述绝缘片下面的下屏蔽层，所述下屏蔽层包括导电材料膜。

28.如权利要求27所述的感测表面，其中，所述导线的一部分、上屏蔽层和下屏蔽层中的至少一个由透明材料制成。

29.如权利要求23至28中任一项所述的感测表面，其中，按照间隔开的平行线布置所述衬垫，并且所述导线位于所述线之间的间距中。

30.如权利要求23至29中任一项所述的感测表面，其中，所述感测表面的所有部件由透明材料制成。

31.一种用于提供测量数据的感测表面，该测量数据指示在所述感测表面上的一个或多个物体的三维行为，所述感测表面包括：

衬垫层，

上屏蔽层，

其中，所述衬垫层包括：

绝缘片；

32.如权利要求31所述的感测表面，所述感测表面被配置为当所述一个或多个物体接触所述感测表面和/或当所述一个或多个物体悬停在所述感测表面上方时，检测所述一个或多个物体。

33.如权利要求31或32所述的感测表面，所述感测表面还包括位于所述绝缘片下面的下屏蔽层，所述下屏蔽层包括导电材料膜。

34.如权利要求31至33中任一项所述的感测表面，其中，所述导线的至少一部分穿过所述衬垫层。

35.如权利要求31至34中任一项所述的感测表面，所述感测表面包括覆盖所述衬垫或所述导线的至少一部分的上屏蔽层。

36.如权利要求35所述的感测表面，其中，将所述上屏蔽层图案化，以屏蔽所述导线的至少一部分，同时使所述衬垫中的至少一些衬垫暴露。

37.如权利要求31至36中任一项所述的感测表面，其中，所述导线的至少一部分和所述衬垫是共面的。

38.如权利要求31至37中任一项所述的感测表面，其中，所述导线的一部分、上屏蔽层和下屏蔽层中的至少一个由透明材料制成。

39.如权利要求31至38中任一项所述的感测表面，其中，所述感测衬垫布置在所述绝缘片上的图案包括间隔开的衬垫排列，使得至少两个间隔开的衬垫位于无衬垫区域的两侧，所述无衬垫区域是没有衬垫的区域或者所述导线中的一条或多条从其中穿过的区域。

40.如权利要求31至39中任一项所述的感测表面，按组来布置所述衬垫，各个衬垫属于具有选定的几何形状的组中的一个组，所述几何形状被选定为使得所述组的衬垫形成期望形状的周界。

41.如权利要求31至40中任一项所述的感测表面，其中，所述感测衬垫布置在所述绝缘片上的图案是棋盘形图案。

42.如权利要求31至41中任一项所述的感测表面，其中，按照间隔开的平行线布置所述衬垫，并且所述导线位于所述垂直线之间的间距中。

43.如权利要求31至42中任一项所述的感测表面，其中，通过所述衬垫和所述边缘之间的直接接触产生各个感测衬垫与所述感测表面的所述边缘之间的所述导线。

44.如权利要求31至43中任一项所述的感测表面，其中，所述衬垫的所述图案被配置为使得所述图案的各个感测衬垫分别电连接到所述感测表面的边缘。