CN104428741B

CN104428741B - 具有高度确定功能的电容性触摸屏

Info

Publication number: CN104428741B
Application number: CN201380033265.5A
Authority: CN
Inventors: M·P·库尔森; C·J·布朗; D·斯拉姆库尔
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: US10126883B2; CN104428741A; US20140009428A1; WO2014006904A1

Abstract

一种电容式触摸传感器，包括传感器基板和形成在传感器基板之上的电极元件阵列。阵列的每个电极元件包括至少一个第一电极组，其包括至少两个驱动电极和至少一个感应电极，或第二电极组，其包括至少两个感应电极和至少一个驱动电极。第一或第二电极组中的各个电极被设置以形成在不同耦合距离上的多个电容。控制器可操作地耦合到电极元件阵列，该控制器被配置成基于多个电容中的变化，确定物体相对于触摸传感器的表面的距离。

Description

具有高度确定功能的电容性触摸屏

技术领域

本发明涉及触摸屏装置。特别地，本发明涉及电容型触摸屏。这种电容型触摸屏装置可在消费电子产品范围中发现应用，包括例如移动电话、平板计算机和台式PC、电子书阅读器和数字标牌产品。

背景技术

触摸屏最近已被广泛采纳为用于高端便携式电子产品，如智能电话和平板设备的输入设备。虽然，许多不同的技术可以被用来创造这些触摸屏，但是由于电容性系统的准确性、耐用性和以很少或无需激活力即能检测触摸输入事件的能力，电容性系统已被证明是最流行的。

用于触摸屏的电容感应的最基本方法是表面电容方法(也称为自电容)，例如在US4293734(Peper，1981年，10月6日)中公开的技术。表面电容型触摸屏的典型实现在图1中示出，包括透明基板10，其表面涂有形成感应电极11的导电材料。一个或多个电压源12连接到例如在每个角的感应电极，并且被用于产生在基板上方的静电场。当导电物体，如人的手指13进入感应电极附近时，电容器14在感应电极11和手指13之间动态地形成，并且该场被干扰。电容器14导致从电压源12汲取的电流量发生变化，其中电流变化的幅度与在手指位置和电压源连接到感应电极的点之间的距离相关。电流传感器15被设置来测量从每个电压源12汲取的电流，并且触摸输入事件的位置通过比较在每个源处测量的电流幅度来计算。虽然在结构和操作上简单，但是表面电容型触摸屏无法检测例如当两个或更多手指与触摸屏接触时发生的多个同时触摸输入事件。

施加到触摸屏的电容感应的另一种公知方法是投射电容法(也称为互电容)。在该方法中，如图2所示，驱动电极20和感应电极21在透明基板上形成(未示出)。驱动电极20被电压源22馈以变化的电压或激励信号。该信号然后经由在驱动电极20和感应电极21之间形成的互耦电容器23，通过电容耦合在相邻的感应电极21上发生感应。电流测量装置24连接到感应电极21，并且提供互耦电容器23的大小的测量。当诸如手指13的导电物体被引到靠近两个电极时，它形成对驱动电极27的第一动态电容器和对感应电极28的第二动态电容器。这些动态形成的电容的影响表现为在驱动和感应电极之间耦合的电容量的减少，并且因此表现为在由附接到感应电极21的电流测量装置24所测量的信号幅度上的减少。如公知并且公开的，例如在US7663607中(Hotelling，2010年，2月6日)，通过在网格中设置多个驱动和感应电极，该投射电容感应方法可用于形成触摸屏装置。投射电容感应方法胜于表面电容性方法的优点是，多个同时触摸输入事件可以被检测到。

如果投射电容式触摸传感器的灵敏度足够高，则物体可以在距传感器基板的某些距离处进行检测。原则上，这种能力可用于将新功能添加到用户界面。例如，当物体(例如触笔或手指)刚好被保持在触摸传感器上的点上方时，特定动作可以被实现。例如，手指可以使得用户界面中的物体位于其上方的项目被预先选择、高亮显示等。为了可靠的操作，触摸传感器必须足够准确地计算高度，以区分触摸传感器基板的物体和保持靠近基板的物体。同样，触摸传感器和控制器电路可以被设计成识别由在传感器基板上方3D空间中的用户进行的复杂手势。这需要触摸传感器准确地计算多个物体的高度。

判断物体高度的最简单方法是检查由触摸屏检测的电容变化幅度。然而，图3示出通常可导致不可靠操作的两种情况。例如，在第一种情况下，给定的电容变化可能由大物体320在距触摸屏310某些距离处引起，而在第二种情况下，电容的类似变化则可由小物体330在距传感器的第二更靠近的距离处引起。因此，不可能通过单独检查电容变化的幅度来确定物体的高度。另外，电容的变化也由物体的电导率影响，并且由其接地的路径的电阻影响，这两者通常是未知的。

确定物体高度的另一种方式是“三角测量”，其涉及将来自触摸屏310上的多个位置(更具体的，驱动电极和感应电极的相交处)的接近度读数组合。这一原理在图4中示出。远方的物体410将导致在不同位置420和430处测量的电容的类似变化。相反，靠近的物体440将使直接在靠近的物体440下方的位置430处所测量的电容比在位置420处有更大的变化。通过检查所测量的电容变化与横跨传感器基板的距离的归一化分布，如图5所示，物体的高度可独立于绝对电容变化被推断出来。该测量因此独立于物体的导电性和对地电阻。然而，使用这种方法仍然难以将物体的大小与其高度分开。这是因为在附近的大物体和在远处的小物体将各自产生横跨基板的电容变化的类似均匀分布。

类似地，当在传感器基板上方的一些距离处多个物体的位置必须确定时，计算变得复杂。计算密集方法因而被需要，诸如由Van Berkel and Lionheart提出的那些(“Reconstruction of a grounded object in an electrostatic halfspace with anindicator function”，Inverse Problems in Science and Engineering，Vol.15，No.6，September 2007)。

最后，如果物体很小并且靠近，则其影响可变得局限于直接在它下方的一个相交处。这意味着当确定是否已经与触摸传感器基板实际接触时，高度确定算法变得非常糟糕。

图6示出确定物体605高度的另一种方式，其涉及比较从大致相同的点采取的两个投射电容测量，但使用不同的电极几何结构。例如，美国专利US7098673(Launay，2006年8月29日)描述了在分立电容式传感器的平行驱动电极620和感应电极630之间增加‘辅助测量电极610’。然而，这种方法可能并不适用于投射电容性传感器矩阵，例如在触摸屏中使用的那些。

发明内容

根据本发明的一个方面，电容式触摸传感器，包括：传感器基板；电极元件阵列，其形成在传感器基板之上，阵列的每个电极元件包括至少一个第一电极组，其包括至少两个驱动电极和至少一个感应电极；或第二电极组，其包括至少两个感应电极和至少一个驱动电极，其中第一或第二电极组的各个电极被设置以形成不同耦合距离的多个电容；以及控制器，其可操作地耦合到电极元件阵列，控制器被配置成基于多个电容的变化，确定物体相对于触摸传感器的表面的距离。

根据本发明的一个方面，电容式触摸传感器包括：传感器基板；以及形成在基板之上的电极元件阵列。电极元件阵列包括多个行和列，行与列的相交处包括多个电极元件。多个电极被设置以使多个电容能够形成在不同的耦合距离，以提供物体相对于触摸传感器的表面的的距离的指示。

对于前述和相关目的的完成，本发明包括在下文中完全描述并且在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述本发明的某些示意性实施例。然而，这些实施例仅指示其中本发明原理可利用的各种方式中的一些。当结合附图考虑时，本发明的其它目的、优点及新颖特征将从本发明的以下详细描述中显而易见。

技术问题

不存在使用投影电容传感器来可靠确定物体高度的令人满意的装置。如上所示，已知的方案或是糟糕的计算密集型，或不适用于投影电容传感器矩阵。

问题的解决方案

本发明的电容性触摸屏提供了准确和可靠检测触摸屏的表面上方的物体的高度的装置。触摸屏包括：电极阵列，该电极阵列包括多个驱动和感应电极。感应电极或驱动电极可被设置为电极对，使得两个感应电极(或驱动电极)在阵列中的每一个相交处设置。电极被进一步设置，以使得感应电极对中的第一感应电极比感应电极对的第二感应电极在传感器基板平面与驱动电极分隔开更短的距离。

由于第一感应电极比在驱动电极和感应电极对中的任何给定相交处更靠近驱动电极，所以在该电极和驱动电极之间电容耦合的大部分靠近衬底发生。第一感应电极的响应因此对非常接近传感器的物体以最重加权。对于第二感应电极，其距驱动电极越远，则耦合越较少集中在传感器基板的表面处。第二感应电极的响应因此对与传感器基板接触的物体以较少重的加权。通过比较来自第一和第二感应电极的测量结果，可以确定独立于其大小、导电性和对地电阻的物体高度。

本发明的有利效果

与现有技术相比，根据本发明的装置和方法是有利的，因为它适用于投射电容传感器矩阵，诸如在移动电话的触摸屏中使用的那些。这相对“三角测量”是有利的，其中比较来自不同相交处的响应幅度，因为该新方法更简单，并且仅需要来自一个相交处的测量。

附图说明

图1示出常规表面电容型触摸屏的典型实施方式。

图2示出常规投射电容型触摸屏的典型实施方式。

图3示出距触摸屏一个距离处的大物体，和靠近触摸屏的小物体。

图4示出用于确定物体高度的三角测量原理。

图5示出来自附近和远处物体与基板位置的示例响应。

图6示出确定物体高度的常规装置。

图7示出与本发明可兼容的一个示例电极几何形状的平面图。

图8示出根据本发明的示例性传感器基板的横截面，示出在驱动和感应电极之间的电场线耦合。

图9示出测量电容的比率随传感器基板上方的物体高度的一个可能变化。

图10示出示例性的传感器基板的横截面。

图11示出使用根据本发明的示例性触摸传感器的系统。

图12示出根据本发明第二实施例的示例性电极几何形状的平面图，多个驱动电极设置在传感器矩阵的每个相交处。

图13示出根据第二实施例的示例性传感器操作的一个可能时序图。

图14示出根据第三实施例的示例性传感器操作的另一个可能的时序图。

图15示出根据第四实施例的示例性电极几何形状的平面图，多个驱动和感应电极设置在传感器矩阵的每个相交处。

图16示出根据第四实施例的示例性传感器基板的横截面，示出在其中两个驱动电极和两个感应电极被设置在每个交叉点上的情况下驱动和感应电极之间的电场线耦合。

图17示出根据第六实施例的另一个示例性电极几何形状，其中第一和第二感应电极所起的作用基于被激励的驱动电极被动态分配。

图18示出具有相互交叉的驱动和感应电极的图案的常规传感器矩阵。

图19示出本发明对具有相互交叉的驱动和感应电极的传感器矩阵的应用。

图20示出根据第九实施例的另一示例性电极几何形状，其在矩阵的每个位置处具有三个感应电极。

图21示出量CA-CB与物体高度的可能变化。

图22示出定位在液晶显示器的共用电极之上的传感器基板的横截面。

图23示出根据本发明第十二实施例提高物体位置和高度的计算精确性的方法。

图24示出根据本发明第十三实施例的电极几何形状的平面图。

图25示出根据本发明第十三实施例的示例性传感器基板的横截面。

图26示出根据本发明第十四实施例的电极几何形状的平面图。

具体实施方式

本发明提供了例如可用于触摸屏显示器系统等的电容式触摸传感器。触摸传感器包括传感器基板，以及形成在传感器基板之上的电极元件阵列。阵列的每个电极元件包括至少一个第一电极组，其包括至少两个驱动电极和至少一个感应电极；或第二电极组，其包括至少两个感应电极和至少一个驱动电极。第一或第二电极组的各个电极被设置以形成不同耦合距离的多个电容。以这种方式，多个耦合电容可被组合使用，以确定物体的接近度。例如，控制器能够可操作地耦合到电极元件的阵列，并且被配置成基于多个电容的变化，确定相对于触摸传感器的表面的物体的距离。

根据本发明的第一和最一般的实施例，电容性触摸屏(也称为触摸传感器)设置有准确和可靠检测触摸屏的表面之上的物体的高度的装置。触摸屏包括电极阵列，该电极阵列包括形成在传感器基板上的多个驱动和感应电极。驱动电极同时或依次用电压刺激来激励，并且由于在驱动和感应电极之间的互耦电容，从感应电极流动所产生的电流被测量。感应电极可成对设置，使得两个感应电极设置在阵列的每个行列相交处(例如在每一行列相交处，形成有包括至少两个感应电极和至少一个驱动电极的第一电极组)。电极被进一步设置，使得在传感器基板的平面该对的第一感应电极与驱动电极隔开的距离比该对的第二感应电极与驱动电极隔开距离更短。

驱动和感应电极的一种可能设置在图7中示出，其中第一感应电极、感应电极A710和第二感应电极、感应电极B730在矩阵的每个相交处彼此对称地设置。如本文所用，术语“对称”指关于至少一个轴对称。感应电极B730被图案化为互连菱形，是在常规的投影电容传感器阵列中的通常被发现的类型。感应电极A710被分为两半，其中的一个(例如，第一部分)在感应电极B730的每一侧延展(例如，第二部分)，以便感应电极A定位比感应电极B更靠近驱动电极720。感应电极A710的两部分或者在外部控制器电路内电连接，或者通过在传感器基板上制造导电桥电连接。电极设置可以是围绕感应电极B的中心线对称。

感应电极A与驱动电极形成第一互耦电容CA，并且感应电极B与驱动电极形成第二互耦电容CB。因为感应电极A 710更靠近驱动电极，所以在两个之间的大部分电容耦合靠近基板发生。感应电极A710的响应因此对非常接近传感器的物体给最重加权。对于感应电极B730，其距驱动电极720越远，则耦合越较少集中在传感器基板的表面处。感应电极B730的响应因此对与传感器基板接近或接触的物体给较少重的加权。通过比较来自感应电极A和B的测量结果，可以确定独立于其大小、导电性和对地电阻的物体高度。

该电极设置的操作理论在图8中示出，其示出通过驱动-感应相交处725的传感器基板310的横截面。感应电极B730在传感器基板平面中通过感应电极A710的两个部分与有源驱动电极(active drive electrode)1010和相邻的无源驱动电极(inactive driveelectrode)1020分隔开。在操作中，提供变化电势的刺激施加到有源驱动电极1010，同时相邻的无源驱动电极1020被保持在恒定电压。响应于刺激，通过互耦电容CA和CB，在感应电极A和感应电极B上产生信号。

当接地导电物体1030被引带到驱动和感应电极的相交处725时，它破坏了将有源驱动电极1010耦合到感应电极A710的边缘场1040，和将有源驱动电极1010耦合到感应电极B730的边缘场1050。这导致在有源驱动电极和感应电极A之间的电容CA和在有源驱动电极和感应电极B之间的CB下降。

然而，随着接地导电物体1030接近传感器基板310，电容CA将比电容CB减弱更快。这是因为，在传感器基板的平面中，感应电极B730由感应电极A710屏蔽于驱动电极。如图8所示，将驱动电极耦合到感应电极B的任何电通量必须在传感器基板上方的一些显著距离处通过空气。该通量被远处物体打断，而将有源驱动电极耦合到感应电极A的通量则被近处的物体打断。

从所测量的电容数据计算物体高度的一个可能的方法是检查在驱动-感应电容CA和CB中变化的比率。变化相对于基线值测量，其可以在没有任何物体的情况下执行的校准步骤期间来获得，或者其可以通过低通滤波所测量的电容值来获得。在本文中互耦电容器CA和CB的电容从它们的基线值的变化分别由ΔCA和ΔCB表示。对于任何给定的相交处725，ΔCA/ΔCB的比率将随物体高度改变，但将很大程度上独立于物体的电导率。随物体高度改变的比率ΔCA/ΔCB的变化可被表征，并且可以通过数学函数来近似，或者存储在查找表中。随物体高度改变的比率ΔCA/ΔCB的变化示于图9中，虽然其行为将取决于所用电极的几何形状。

电极阵列的驱动和感应电极可以通过在制造中公知的常规光刻或印刷技术来制造，例如，触摸屏和液晶显示器。如图10所示的局部横截面，该电极可形成在基板810上，在其上沉积第一导电层820。第一导电层820被图案化成独立的驱动电极830和感应电极840。基板810可以由透明绝缘材料制成，如玻璃，塑料等，同时第一导电层可以由透明导电材料形成，诸如，铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。为了使驱动和感应电极可以相互交叉而不电接触，第二导电层850被沉积。该第二导电层850被图案化成导电桥。第二导电层与第一导电层通过绝缘层860分隔开，除了在其中旨在接触到第一导电层820的位置870。虽然图10示出仅围绕驱动电极830的绝缘层860，在实践中，绝缘层860可以覆盖第一导电层820的全部，包括仅在旨在接触到第一导电层820的位置870处被蚀刻的感应电极840。

采用如上描述的电极设置和高度感应技术的电容式触摸屏系统示于图11。传感器910可以被安装在液晶显示装置920上。电连接在传感器910和控制器电路930之间进行。控制器电路发出时变电压激励驱动电极830，同时在感应电极840处保持恒定的电压。控制器电路930测量响应于电压激励从感应电极840流动的电荷，因为该电荷指示驱动电极830和感应电极840之间的电容。测量的电容然后输送到主机电子装置940，其确定在传感器上方的物体的位置和高度。可选地，物体的位置和高度的计算可以在控制器电路930内实现，并且计算结果传递到主机电子装置940。主机电子装置可响应于被检测物体生成视频图像，并且可以传递该视频图像给液晶显示装置920。

根据在图12中所示的本发明的第二实施例，电极阵列包括多个驱动电极和感应电极，其中驱动电极被成对设置以使得两个驱动电极在阵列中的每个相交处设置(例如，在每个行列相交处形成包括至少两个驱动电极和至少一个感应电极的第二电极组)。每个驱动电极对包括第一驱动电极，驱动电极A 1170，和第二驱动电极，驱动电极B。驱动电极B 1160可以具有菱形几何形状，而驱动电极A 1170可被分成两半，其在驱动电极B 1160任一侧延展。电极设置可以围绕驱动电极B的中心线对称。以这种方式，驱动电极B 1160距每个感应电极比驱动电极A 1170更远。以这种方式，在驱动电极A和感应电极之间的互耦电容器类似于上述的电容CA，并且在驱动电极B和感应电极之间的互耦电容器类似于电容CB。

该第二实施例在两个不同的阶段中操作，如图13所示。在第一阶段中，驱动电极A用变化电势(VA)激励，并且驱动电极B被保持在恒定电势(VB)，同时测量从每个感应电极1150流动的电荷。在第二阶段中，驱动电极A被保持在恒定电势，并且驱动电极B用变化电势驱动，同时从每个感应电极1150流动的电荷被再次测量。相应地，通过比较来自第一和第二阶段的测量结果，可以确定独立于其大小、导电性和对地电阻的物体的高度。变化的电势，在第一阶段和第二阶段中是方波电流变化的变化电势，具有同一频率，但是彼此异相，例如，彼此异相180度。

本发明的第三实施方式与第二实施例共用相同的电极几何形状，但按另一种两相操作进行操作。图14示出施加到驱动电极A的电压(VA)和施加到驱动电极B的电压(VB)。在第一阶段中，将正电压变化施加到驱动电极A与驱动电极B两者。在第二阶段中，将正电压变化施加到驱动电极A，同时负电压变化施加到驱动电极B。在第一阶段期间被测量的从感应电极流动的电荷因此指示两个驱动-感应电容的总和，同时在第二阶段期间被测量的从感应电极流动的电荷指示在两个驱动-感应电容之间的差。与先前实施例相比，本实施例是有利的，因为信噪比预计得到改善。驱动电极A和B的电压变化是方波电流变化，具有彼此不同的频率，例如，相差整数倍(例如，两倍)，但彼此处于相同的相位中。

按照本发明的第四实施例，电极阵列包括设置为驱动电极对和感应电极对的多个驱动电极和感应电极。图15示出根据本实施例的电极几何形状的平面图。正如第一实施例，感应电极对包括第一感应电极、感应电极A和第二感应电极、感应电极B。感应电极A710被分成两半，其在感应电极B730的任一侧延展。此外，驱动电极对包括第一驱动电极、驱动电极A1210和第二驱动电极、驱动电极B1220。如在第二实施例中所述，驱动电极A被分成两半，其在驱动电极B1220的任一侧延展。

图16示出通过驱动-感应相交处725的传感器基板310的横截面。图16示出包括驱动电极A1210和驱动电极B1220的驱动电极对，以及包括感应电极A710和感应电极B730相邻感应电极对。在驱动电极对中的每个电极与感应电极对中的每个电极形成互耦电容器。在传感器基板平面中，驱动电极A1210中的一半被定位接近感应电极710的一半。这些电极被定位在驱动电极B1220和感应电极730之间。在驱动电极A和感应电极A之间的互耦电容器因此形成在比驱动电极B和感应电极B之间的距离更短的距离内。

电极阵列可以在两个不同阶段操作。在第一阶段中，将电压激励(变化的电势)施加到驱动电极A，并且驱动电极B被保持在恒定电势。响应于这种激励而从感应电极A流动的电荷和从感应电极B流动的电荷被测量。在第二阶段中，驱动电极A被保持在恒定的电势，同时电压激励施加到驱动电极B。此外，测量从每个感应电极流动的电荷。四个电容因此可以从这些测量确定：电容CAA，其将驱动电极A1210耦合到感应电极A710；电容CBB，其将驱动电极B1220耦合到感应电极B730；电容CAB，其将驱动电极B1220耦合到感应电极A710；以及电容CBA，其将驱动电极A1210耦合到感应电极B730。互耦电容器CAA、CBB、CBA和CAB的电容基于它们的基线值的变化在本文中分别由ΔCAA、ΔCBB、ΔCBA和ΔCAB表示。物体高度可以使用两种或更多这些电容，例如通过利用ΔCAA/ΔCBB的比率来获得，如在第一实施例中描述的。与先前实施例相比，该第四实施例可以是有利的，因为耦合电容CAA和CBB形成的距离比在第一实施例中的距离更多样化。

本发明的第五实施例使用与第四实施例相同的电极几何形状。然而，第五实施例在单相中操作，在此期间在电势中的正变化施加到驱动电极A，并且在电极电势中的负变化被施加到驱动电极B。通过测量从感应电极A流动的电荷，可以确定量(ΔCAA-ΔCBA)，并且通过测量从感应电极B流动的电荷，可以确定量(ΔCAB-ΔCBB)。这些量的比率可用于以与前述类似的方式确定物体的高度。该实施例是有利的，因为通过优化与驱动电极B比较的驱动电极A的大小，和与施加到驱动电极B所比较的施加到驱动电极A的激励幅度，可以最小化操作期间的外部电场。

根据本发明的第六实施例，电极阵列包括由第一和第二双功能电极形成的感应电极对，如在2012年3月30日提交的共同未决的美国申请No.13/435,898中描述的，其通过引用完全并入本文。如图17所示，大部分的第一双功能电极(感应电极A 1410)的区域紧密地接近奇数驱动电极1420，而第二双功能电极(感应电极B1430)的区域紧密地接近偶数驱动电极1440。因此，当激励奇数编号的驱动电极1420中的一个时，它形成到感应电极A1410的短距离的耦合电容，和到感应电极B 1430的更长距离的耦合电容，并且可检查驱动-感应电容的变化比率ΔCA/ΔCB，以便确定物体高度。然而，当偶数编号的驱动电极1440中的一个驱动电极被激励时，它形成到感应电极B 1430的短距离的耦合电容，和到感应电极A 1410的更长的距离的耦合电容，并且因此检查驱动-感应电容的变化比率ΔCB/ΔCA。与先前实施例相比，本实施例是有利的，因为这两个感应电极在它们的串联电阻和对地电容上类似。

根据本发明的第七实施例，驱动和感应电极相互交叉。在常规的触摸传感器中，这些相互交叉的电极表现为如图18所示，其中驱动电极1510与感应电极1520镶嵌成棋盘花纹。本发明可以应用到以图19中示出方式的该常规几何形状，其中感应电极A 1610在感应电极B1620和相互交叉的驱动电极1510之间延展。与先前实施例相比，该实施例是有利的，因为相互交叉的几何形状提供了在驱动和感应电极之间更大的边缘电容，并且因此提供了较大的信号摆幅。

第八实施例使用在先前实施例中描述的电极几何形状中的任何一种。如同前面的实施例，两个被测量的电容的比率用于确定接近传感器的物体的高度，并且该比率与查找表比较，以确定物体的高度。然而，在第八实施例中，不同的查找表被用于传感器矩阵的每个相交处。当例如由于接近传感器基板末端的边缘效应，每个相交处的响应不同时，本实施例是有利的。

按照本发明的第九实施例，两个以上的感应电极存在于传感器矩阵的每个相交处。图20示出在每个相交处725处具有三个感应电极的电极几何形状。第一菱形感应电极1710由第二电极轨道1720围绕在任一侧上。第一菱形感应电极1710和第二电极轨道1720由第三电极轨道1730依次包围在任一侧上。因此，当对驱动电极720中的一个驱动电极驱动时，测量三个电容。一个电容对应于从驱动电极到三个感应电极中的每个感应电极的耦合。当导电物体接近传感器时，三个电容发生不同程度的变化，并且这些变化可用于确定物体到传感器基板的接近度。这样做的一种方式是测量在第二电容中变化与在第一电容中变化的比率，以及同样在第三电容中变化与在第一电容中变化之间的比率。这两个比率可与查找表对比，该查找表包含在不同物体接近度处记录的预定比率。与先前实施例相比，该第九实施例中是有利的，因为在每个相交处具有多个感应电极可以比在每个位置处仅具有两个感应电极产生物体高度的更稳健测量。

第十实施例中使用与第一或第五实施例相同的电极几何形状。然而，代替采取电容CA和CB的比率，减法用于确定物体的高度。取决于确切的电极几何形状，量ΔCA-ΔCB可以图21中示出的方式表现，这样，量或其梯度的反转被视为物体与传感器基板非常接近。这个减法也可加权，例如通过评估ΔCA-XΔCB，其中X是一个乘法加权因子。加权因子可以根据经验确定，使得减法提供用于接近度测量的最大可能信噪比，同时还提供物体高度的适当指示。

当以这种方式执行减法时，有可能取消相干耦合到两个感应电极的电气干扰的一些或全部。例如，如图22所示，电磁干扰的主要来源可以是与液晶显示器相关联的共用电极2210，其均匀地位于传感器基板310下方。共用电极将通过传感器基板310形成到感应电极A710和感应电极B730的平行板电容。这些平行板电容的比率将由两个感应电极的面积来确定。基于该电容比率，乘法加权系数X可被选择，使得一些或全部电气干扰通过ΔCA-XΔCB的减法取消。例如，当X＝1时，相干干扰可以通过将两个感应电极设计具有对共用电极2210相等电容而基本上取消。因此，第十实施例是有利的，因为它可被用来显著改善传感器的信噪比。

第十一实施例使用与第四实施例相同的电极几何形状，并且如同第四实施例，在两个阶段中操作以测量四个不同的电容。在第一阶段中，电容CAA和CAB被测量，而在第二阶段中，电容CBA和CBB被测量。然而，不是计算测量的电容的比率，而是将测量的电容的加权相加(或相减)用于确定接近物体的接近度。例如，(ΔCAA-ΔCAB)+(ΔCBA-ΔCBB)的结果取决于物体的接近度，但会消除以前面所述的方式相干耦合到两个感应电极的噪声。与第五实施例相比，该第十一实施例是有利的，这是由于噪声的消除，传感器的信噪比显著更高。

根据本发明第十二实施例，物体位置的测量精度(在电极阵列的平面中)和物体高度可借助于插值来改善。在一般情况下，如图5所示，由于导电性物体的存在，在该阵列中超过一个的电极元件的耦合电容器的电容发生改变。如所公知的，可以检查所得到的信号分布曲线，以计算在比电极元件间距更高的分辨率处的物体位置。如现在所描述的，物体高度的计算精度也可以借助于插值来改善。

在示例性方法中，物体位置可以首先使用测量的电容变化的第一组合f1计算。例如，在驱动-感应电容器的电容变化之和(ΔCA和ΔCB)(或ΔCAA和ΔCBB)可在电极阵列中的每个电极元件处计算，即f1＝ΔCA+ΔCB。物体位置的初始估计然后可通过比较每个第一组合f1的幅度与阈值来进行。在其中阈值被超过的每个位置处，即信号峰值的位置处，插值方法可被用于提供比电极元件间距更高的分辨率的物体位置的估计。例如，如图23所示，为计算在任何单峰位置的第一维度的物体位置，在第n个电极元件f1(n)和其邻处f1(n+1)和f1(n-1)测量的峰值信号的第一组合被拟合到第一数学函数g0。数学函数用于由物体产生的信号分布曲线模型，并且可以例如是高斯、抛物线或多项式函数。数学函数的参数可以对应于峰值的位置、宽度和最大值。例如，对于抛物线函数的情况：

g0(x)＝a(x-p)²+b

其中的g0(x)是作为第一维度x的函数的抛物线幅度，p为峰最大值的位置，b是峰值最大值，并且a是峰值宽度的量度。

如所公知的，拟合程序可用于计算将函数和采样数据信号f1(n)、f1(n+1)和f1(n-1)的第一组合之间的误差最小化的第一数学函数的参数。在一个维度中的物体位置估计因此被计算，并且程序在第二维度中重复，以生成电极阵列平面中物体二维位置估计。该插值程序可对于每个峰值位置重复，以计算接近触摸屏的多个物体的位置。

然后，物体高度可以使用测量的电容变化的第二组合f2来计算。第二组合f2可以与第一组合C1不同。第二组合可对于在阵列中的每个电极元件计算，或在与先前步骤中计算的峰值位置对应的电极元件的每个电极元件处计算。第二组合f2可以是例如耦合电容器ΔCA和ΔCB(或ΔCAA和ΔCBB)的电容变化之间的差，使得f2＝ΔCA-ΔCB。或者，第二组合可以是驱动-感应电容器的比率，使得f2＝ΔCA/ΔCB。按照与上述类似的程序，通过拟合峰值信号f2(n)和其在第一维度上的相邻信号f2(n+1)和f 2(n-1)的第二组合到第二数学函数，能够以提高的精度计算物体高度。数学函数可以是例如具有与位置、标准偏差和峰值幅度对应的参数的高斯、抛物线或多项式函数。

拟合程序计算将函数和采样数据信号f2(n)、f2(n+1)和f2(n-1)的第二组合之间的误差最小化的第二数学函数的参数。第一数学函数参数可被用作初始估计或约束第二数学函数的参数计算。例如，与在第一数学函数中物体位置对应的参数可用作与在第二数学函数中物体位置对应的参数。峰最大值参数可用作如前面描述的物体高度的估计，例如在图9或图21中示出。为进一步改进物体高度的估计，以上程序可在第二维度重复，并且两个高度计算的结果被平均。该插值程序可对于每个峰值位置重复，以计算多个物体的高度。

在替代方法中，数学函数可以被独立地拟合到电容变化信号ΔCA和ΔCB。从拟合的ΔCA所产生的峰最大值参数然后可使用所述第二组合f2与从拟合ΔCB所产生的峰最大值参数组合。

通过使用第一组合f1对于物体位置的第一插值，并且使用第二组合f2对于物体高度的插值，比仅使用第二组合f2对于物体位置和物体高度执行单个插值，可更精确地测量物体位置和物体高度。

根据本发明的第十三实施例，电极阵列包括如下设置的感应电极对和驱动电极对。感应电极对被分成奇数编号感应电极对2400和偶数编号感应电极对2402。驱动电极对被分成奇数编号的驱动电极对2404和偶数编号的驱动电极对2406。感应电极对由第一和第二双功能感应电极形成，并且驱动电极对由第一和第二双功能驱动电极形成。如图24所示，大部分的第一奇数编号的双功能感应电极(感应电极A2410)紧密地接近第一奇数编号的驱动电极(驱动电极A1 2430)。大部分第二奇数编号的双功能感应电极(感应电极B1 2420)紧密地接近第一偶数编号的驱动电极(驱动电极A2 2435)。第一偶数编号的双功能感应电极(感应电极A2 2415)的大部分区域紧密地接近第二奇数编号的驱动电极(驱动电极B12440)。大部分第二偶数编号的双功能感应电极(感应电极B2 2425)紧密地接近第二偶数编号的驱动电极(驱动电极B2 2445)。连接导线2460可以用于在每个电极的不同部分之间的连接。电极部分可以经由通孔2450被物理连接到连接导线。

可以利用例如标准的光刻或印刷技术来形成本实施例的电极阵列。图25示出在交叉点2470通过第二奇数编号的双功能感应电极(感应电极B 2420)的横截面来说明触摸屏结构。电极在沉积到传感器基板2510上的透明导电层2520中形成。透明导电层2520可被图案化成如上所述的驱动电极和感应电极的图案。为使得驱动和感应电极可以相互交叉而不会电接触，绝缘层2530和导电桥层2540可以例如沉积在透明导电层2520顶部上。该导电桥层2540可以被图案化并且用作连接导线2460以连接相同电极的不同部分。在导电桥层2540和透明导电层2520之间需要接触的位置处，在绝缘层2530创建接触孔2550以创建通孔2450。传感器基板2510可以由透明绝缘材料如玻璃，塑料等制成。透明导电层2520可以是透明导电材料，诸如，铟锡氧化物(ITO)或氧化铟锌(IZO)。绝缘层2530可以是绝缘材料，诸如二氧化硅、氮化硅或丙烯酸类树脂。导电桥层2540可以是不透明的金属材料，诸如铝。

四种不同的耦合电容器的电容可以在本实施例的电极阵列中的每个电极元件处测量。例如，对于对应于奇数编号的感应电极对和奇数编号的驱动电极对的电极元件，第一奇数编号的双功能感应电极(感应电极A1 2410)和第一奇数编号的双功能驱动电极(驱动电极A1 2430)形成电容器CAA。第一奇数编号的双功能感应电极(感应电极A1 2410)和第二奇数编号的双功能驱动电极(驱动电极B1 2440)形式电容器CAB。第二奇数编号的双功能感应电极(感应电极B1 2420)和第一奇数编号的双功能驱动电极(驱动电极A1 2430)形式电容器CBA。第二奇数编号的双功能感应电极(感应电极B1 2420)和第二奇数编号的双功能驱动电极(驱动电极B1 2440)形式电容器CBB。因此，在每个相交处的电容器CAA在短距离内形成，并且电容器CBB在较长的距离上形成。四个不同的耦合电容器CAA、CAB、CBA和CBB的电容可使用上述方法中的一种来测量。由于物体的存在，物体高度可通过使用上述方法中的一种计算在这些电容从它们的基线值的变化。本实施例的电极阵列的优点在于，所述电极图案的填充系数得到提高。也就是说，由驱动和感应电极所占据的电极阵列的面积的百分比增加。因此，触摸屏的信号-噪声比可以得到改善，并且该物体的位置和高度可以更准确地计算。另外，本实施例的电极阵列提供电容器CAA和CBB的耦合距离之间的巨大差异。因此，由于物体的存在，测量的电容中的更明显的改变能够被观察到，并且物体高度可被更准确地计算。

按照本发明的第十四实施例，提供了具有改进的光学性能的电极阵列。前面实施例的电极阵列可能受制于如下的缺点，即该连接导线可以是可见的，并且当结合显示器一起使用时会不利地影响所显示图像的质量。因此，理想的是用第二透明导电层代替导电性桥层2540。然而，透明导电材料通常比不透明的金属材料表现出低得多的导电性。因此，形成具有透明导电材料的该连接导线2460将增加电极的电阻，并导致在触摸屏上的信号-噪声比的降低。在图26中所示的本实施例的电极阵列允许实现前面实施例的电极设置，同时最小化各电极的总电阻，而没有不利地影响电容测量。

电极阵列包括形成在第一透明导电层的感应电极对和形成在第二透明导电层的驱动电极对。第一和第二透明导电层由绝缘层分开，并可以如图26所示地设置。用于第一和第二导电层的材料可以是透明导电材料，诸如铟锡氧化物(ITO)或氧化铟锌(IZO)。感应电极对被分成奇数编号的感应电极对2600和偶数编号的感应电极对2602。驱动电极对被分成奇数编号的驱动电极对2604和偶数编号的驱动电极对2606。感应电极对由第一和第二双功能感应电极形成，并且驱动电极对由第一和第二双功能驱动电极形成。大部分第一奇数双功能感应电极(感应电极A1 2610)紧密地接近第一奇数编号的驱动电极(驱动电极A12630)。大多数第二奇数双功能感应电极(感应电极B1 2620)紧密地接近第一偶数编号的驱动电极(驱动电极A2 2635)。第一偶数编号的双功能感应电极(感应电极A2 2615)的大部分区域紧密地接近第二奇数编号的驱动电极(驱动电极B1 2640)。大多数第二偶数双功能感应电极(感应电极B2 2625)紧密地接近第二偶数驱动电极(驱动电极B2 2645)。

与在图24中的2460对应的连接导线可用于在每个电极的不同部分之间的连接。电极部分可以由对应于图2450的通孔物理连接到连接导线。因此，如在前面的实施例中，四个耦合电容CAA、CBB、CAB和CBB形成在阵列中的每个电极元件处，其电容可被测量并检查以确定物体的位置和高度。有利地，形成在第一和第二透明导电层上的连接导线的电阻可以减小，而没有不利地影响电容测量。例如，该连接导线的宽度可以增加，以补偿透明导电材料的较低导电率，而不影响电容测量的信号-噪声比。

尽管参考某个或某些实施例，表示和说明了本发明，不过对本领域的技术人员来说，当阅读和理解本说明书和附图时，可以想到等同的变更和修改。尤其是就由上述元件(组件、组合体、设备、构成等)进行的各种功能来说，除非另有说明，否则用于描述这种元件的术语(包括对“装置”的引用)意图对应于进行所述元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同的任何元件)，即使结构上不等同于在本发明的一个或多个例证实施例中，进行所述功能的公开结构。另外，尽管上面关于几个实施例中的仅仅一个或多个实施例，说明了本发明的特定特征，不过，当对任何给定或特殊应用来说需要和有利时，可以结合这样的特征和其它实施例的一个或多个结合。

工业适用性

本发明能够用于工业和消费电子装置的触摸屏和触摸屏装置中。其非常适合于如移动电话、平板计算机和“电子阅读器”等产品。

参考符号列表

10 透明基板

11 感应电极

12 电压源

13 导电物体

14 电容器

15 电流传感器

20 驱动电极

21 感应电极

22 电压源

23 互耦电容器

24 电流测量装置

27 驱动电极

28 感应电极

310 触摸屏

320 大物体

330 小物体

410 远处物体

420 第一位置

430 第二位置

440 靠近的物体

605 物体

610 辅助测量电极

620 平行驱动电极

630 平行感应电极

710 感应电极A

720 驱动电极

725 相交处

730 感应电极B

810 基板

820 第一导电层

830 驱动电极

840 感应电极

850 第二导电层

860 绝缘层

870 旨在接触到第一导电层的位置

910 传感器

920 液晶显示器设备

930 控制器电路

940 主机电子装置

1010 有源驱动电极

1020 无源驱动电极

1030 接地导电物体

1040 边缘场

1050 边缘场

1150 感应电极

1160 驱动电极B

1170 驱动电极A

1210 驱动电极A

1220 驱动电极B

1410 感应电极A

1420 奇数编号的驱动电极

1430 感应电极B

1440 偶数编号的驱动电极

1510 驱动电极

1520 感应电极

1610 感应电极A

1620 感应电极B

1710 第一菱形感应电极

1720 第二电极轨道

1730 第三电极轨道

2210 共用电极

2400 奇数编号的感应电极对

2402 偶数编号的感应电极对

2404 奇数编号的驱动电极对

2406 偶数编号的驱动电极对

2410 第一奇数编号的双功能感应电极

2415 第一偶数编号的双功能感应电极

2420 第二奇数编号的双功能感应电极

2425 第二偶数编号的双功能感应电极

2430 第一奇数编号的双功能驱动电极

2435 第一偶数编号的双功能驱动电极

2440 第二奇数编号的双功能驱动电极

2445 第二偶数编号的双功能驱动电极

2450 通孔

2460 连接导线

2470 相交处

2510 传感器基板

2520 透明导电层

2530 绝缘层

2540 导电桥层

2550 接触孔

2600 奇数编号的感应电极对

2602 偶数编号的感应电极对

2604 奇数编号的驱动电极对

2606 偶数编号的驱动电极对

2610 第一奇数编号的双功能感应电极

2615 第一偶数编号的双功能感应电极

2620 第二奇数编号的双功能感应电极

2625 第二偶数编号的双功能感应电极

2630 第一奇数编号的双功能驱动电极

2635 第一偶数编号的双功能驱动电极

2640 第二奇数编号的双功能驱动电极

2645 第二偶数编号的双功能驱动电极

2670 相交处

Claims

1.一种电容式触摸传感器，包括：

传感器基板；

电极元件阵列，其形成在所述传感器基板之上，所述阵列的每个电极元件包括至少一个

第一电极组，其包括至少两个驱动电极和至少一个感应电极，或

第二电极组，其包括至少两个感应电极和至少一个驱动电极，

其中所述第一或第二电极组的各个电极被设置以形成不同耦合距离的多个电容；以及

控制器，其可操作地耦合到所述电极元件阵列，所述控制器被配置成基于对施加到至少一个驱动电极的驱动信号通过所述不同耦合距离的多个电容的至少两个被至少一个感应电极接收的程度的独立测量，确定物体相对于所述触摸传感器的表面的距离。

2.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述阵列的电极元件包括所述第二电极组，并且在第二电极组内，所述至少两个感应电极中的第一感应电极比所述至少两个感应电极中的第二感应电极在所述传感器基板的平面中与所述至少一个驱动电极隔开更短的距离。

3.根据权利要求2所述的触摸传感器，其中所述第一和第二感应电极被彼此对称地设置。

4.根据权利要求2或3所述的触摸传感器，其中所述第二感应电极被图案化成相互连接的菱形，并且所述第一感应电极被分成第一部分和第二部分，所述第一和第二部分被设置在所述第二感应电极的各侧，使得所述第一感应电极比所述第二感应电极更靠近所述至少一个驱动电极。

5.根据权利要求4所述的触摸传感器，其中所述第一部分和所述第二部分彼此电连接。

6.根据权利要求2或3所述的触摸传感器，其中所述第一感应电极与所述至少一个驱动电极形成第一互耦电容，并且所述第二感应电极与所述至少一个驱动电极形成第二互耦电容。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的触摸传感器，其中所述控制器被配置成基于驱动-感应电容的变化比率，计算物体相对于所述触摸传感器的平面的距离。

8.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述阵列的电极元件包括所述第一电极组，并且在第一电极组内，所述至少两个驱动电极中的第一驱动电极比所述至少两个驱动电极中的第二驱动电极在所述传感器基板的平面中与所述至少一个感应电极隔开更短的距离。

9.根据权利要求8所述的触摸传感器，其中所述至少两个驱动电极被彼此对称地设置。

10.根据权利要求8或9所述的触摸传感器，其中所述第二驱动电极被图案化成相互连接的菱形，并且所述第一驱动电极被分成第一部分和第二部分，所述第一部分被设置在所述第二驱动电极的每侧，使得所述第一部分比所述第二驱动电极更靠近所述至少一个感应电极。

11.根据权利要求8或9所述的触摸传感器，其中所述第一驱动电极与所述至少一个感应电极形成第一互耦电容，并且所述第二驱动电极与所述至少一个感应电极形成第二互耦电容。

12.根据权利要求1-3、8、9中任一项所述的触摸传感器，其中所述第一或第二电极组包括设置为驱动电极对的至少两个驱动电极，和设置为感应电极对的至少两个感应电极，以及

其中所述驱动电极对的一个驱动电极被分成第一和第二驱动电极部分，且所述感应电极对的一个感应电极被分成第一和第二感应电极部分，并且在所述传感器基板的平面中所述第一驱动电极部分位于与所述第一感应电极部分相邻的位置，且所述第一驱动电极部分和所述第一感应电极部分设置在所述第二驱动电极部分和所述第二感应电极部分之间。

13.根据权利要求2或3所述的触摸传感器，其中所述第一感应电极与相应电极元件中的所述第二感应电极相比，在所述传感器基板的平面中与相应电极元件中的第一驱动电极隔开更短的距离，并且所述第二感应电极与所述第一感应电极相比，在所述传感器基板的平面中与相邻电极元件中的第二驱动电极隔开更短的距离。

14.根据权利要求1-3、8、9中任一项所述的触摸传感器，其中所述驱动电极与所述感应电极相互交叉。

15.根据权利要求1-3、8、9中任一项所述的触摸传感器，其中所述控制器被配置成访问与每个电极元件对应的查找表，以便确定物体相对于所述触摸传感器的位置和距离。

16.根据权利要求1-3、8、9中任一项所述的触摸传感器，其中所述第一或第二电极组包括三个或更多感应电极。

17.一种电容式触摸屏系统，包括：

液晶显示器；以及

根据权利要求1-16中任一项所述的触摸传感器，其被安装到所述液晶显示器。

18.根据权利要求17所述的触摸屏系统，其中所述控制器被配置成：

对所述驱动电极提供时变电压刺激；以及

测量响应于所述时变电压刺激从所述感应电极流出的电荷。

19.根据权利要求18所述的触摸屏系统，其中所述控制器被进一步配置成基于测量到的电荷，确定物体在所述触摸传感器上方的位置和高度。

20.根据权利要求18所述的触摸屏系统，其中所述控制器被配置成：

执行第一测量阶段，其中测量响应于所述第一驱动电极被供给变化的电势同时所述第二驱动电极保持恒定的电势而从每个感应电极流出的电荷；

执行第二测量阶段，其中测量响应于所述第二驱动电极被供给变化的电势同时所述第一驱动电极保持恒定的电势而从每个感应电极流出的电荷；以及

基于在所述第一和第二测量阶段获得的测量到的电荷，确定物体距触摸屏的位置和距离。

21.根据权利要求18所述的触摸屏系统，其中所述控制器被配置成：

执行第一测量阶段，其中测量响应于提供给所述第一驱动电极和所述第二驱动电极两者的正电压变化而从每个感应电极流出的电荷；

执行第二测量阶段，其中测量响应于提供给所述第一驱动电极的正电压变化以及提供给所述第二驱动电极的负电压变化而从每个感应电极流出的电荷；以及

22.根据权利要求18所述的触摸屏系统，其中所述控制器被配置成：

执行第一测量阶段，其中测量响应于施加到所述第一驱动电极的电压刺激同时所述第二驱动电极保持恒定的电势而从所述第一感应电极和从所述第二感应电极流出的电荷；

执行第二测量阶段，其中测量响应于施加到所述第二驱动电极的电压刺激同时所述第一驱动电极保持恒定的电势而从所述第一感应电极和从所述第二感应电极流出的电荷；

基于在所述第一和第二测量阶段获得的所述第一和第二感应电极的被测量的电荷，确定物体距触摸屏的位置和距离。

23.根据权利要求18所述的触摸屏系统，其中所述控制器被配置成：

执行第一测量阶段，其中测量响应于施加到所述第一驱动电极的电势的正变化以及施加到所述第二驱动电极的电势的负变化而从所述第一感应电极和从所述第二感应电极流出的电荷；

基于所述第一和第二感应电极的被测量的电荷，确定物体距触摸屏的位置和距离。

24.根据权利要求18所述的触摸屏系统，其中，

所述第一或第二电极组包括三个或更多感应电极，

所述控制器被配置成：

确定在所述驱动电极和所述三个感应电极中的第一感应电极之间的第一电容；

确定在所述驱动电极和所述三个感应电极中的第二感应电极之间的第二电容；

确定在所述驱动电极和所述三个感应电极中的第三感应电极之间的第三电容；

确定所述第二电容的变化与所述第一电容的变化的比率；

确定所述第三电容的变化与所述第一电容的变化的比率；

比较所述比率与在查找表中存储的数据；以及

基于所述比较，确定物体距所述触摸屏的位置和距离。

25.根据权利要求18-24中任一项所述的触摸屏系统，其中所述控制器被配置成基于被测量的所述驱动和感应电极之间的电容的比率，确定物体距所述触摸屏的位置和距离。

26.根据权利要求18-24中任一项所述的触摸屏系统，其中所述控制器被配置成基于被测量的所述驱动和感应电极之间的电容的差，确定物体距所述触摸屏的位置和距离。

27.根据权利要求26所述的触摸屏系统，其中所述控制器被进一步配置成在确定所述电容的差之前，将加权因子施加给至少一个被测量的电容。

28.根据权利要求18所述的触摸屏系统，其中所述控制器被配置成：

执行第一测量阶段，其中测量响应于施加到所述第一驱动电极的电压刺激同时所述第二驱动电极保持恒定电势而从所述第一感应电极和从所述第二感应电极流出的电荷；

执行第二测量阶段，其中测量响应于施加到所述第二驱动电极的电压刺激同时所述第一驱动电极保持恒定电势而从所述第一感应电极和从所述第二感应电极流出的电荷；

基于在所述第一和第二测量阶段获得的所述第一和第二感应电极的被测量的电荷的加权求和，确定物体距触摸屏的位置和距离。

29.根据权利要求18-24、28中任一项所述的触摸屏系统，其中所述控制器被配置成通过如下步骤在所述电极元件阵列的平面中确定物体的位置和高度

获得测量到的电容变化的第一组合f1；

对于两个维度的每个，将所述第一组合的每个的幅度与阈值比较，并且在所述阈值被超过的每个位置处执行插值方法，以提供物体位置的估计；

获得测量到的电容变化的第二组合f2；以及

将所述第二组合的每个的幅度与阈值比较，并且在所述阈值被超过的每个位置处执行插值方法，以提供物体高度的估计。