CN105474155A - 用于电容性感测的多维电极 - Google Patents

Abstract

本文中描述了用于三维电容性感测的技术。该技术包括一种系统，其包括三维发射电极以发出具有电场的电荷。所述系统可以包括三维接收电极以接收产生在发射电极和接收电极之间的电容的所述电荷。

Description

用于电容性感测的多维电极

相关申请

本申请主张于2013年9月16日提交的美国非临时专利申请序列号14/027,850（其代理人档案号为P56263）的利益，并据此以引用的方式将其并入。

技术领域

本公开一般涉及用于从多个方向接收传感器数据的技术。更具体地，本公开描述了具有多个维度的电容性触摸传感器电极。

背景技术

计算设备可以并入基于电容性耦合的电容性感测技术。电容性传感器被用在计算设备中以与计算设备的用户对接。例如，传感器向用户提供虚拟触摸按钮、滑块、以及触摸板交互。在一些示例中，电容性传感器可以包括被配置成发出生成电场的电荷的发射电极，以及用来感测该电场的接收电极，以便耦合所述电极。对所述电极的耦合产生被用作参考的电容。诸如用户的手或手指的具有电荷或是导电的外部物体可以改变在所述电极之间的参考电容性耦合。依赖于实现可以通过诸如感测电路、或给定计算设备的控制器的电子组件检测被改变的电容。

附图说明

图1是包括三维电极的计算系统的框图。

图2是用于电容性感测的示例三维电极的透视视图。

图3是具有发射电极和相对更大的接收电极的示例传感器的透视视图。

图4是具有发射电极和多个接收电极的示例传感器的透视视图。

图5是图解形成三维感测机构的方法的框图。

具体实施方式

本文中公开的主题涉及多维电容性感测机构。本文中描述的电极包括发射电极和接收电极。接收电极被配置成感测由发射电极生成的电场，产生电容性耦合。可以将电容性传感器耦合到发射电极和接收电极。电容性传感器被配置成检测在所述电极之间的电容性耦合方面的变化。形成所述电极以便可以由于在关于接收和发射电极的多个方向中的来自物体的电场方面的变化检测诸如手指或触针（stylus）的带电或导电的物体的接近。

图1是包括三维电极的计算系统的框图。计算系统100可以包括计算设备101，其具有处理器102、储存设备104、存储设备106、网络接口108、输入/输出（I/O）接口109，所述储存设备104具有非暂时性计算机可读/可写媒体，所述输入/输出（I/O）接口109被配置成与被通信地耦合到至少两个三维电极112的电容性传感器110对接。三维电极可以包括一个或多个发射电极和一个或多个接收电极。

电容性传感器110可以是集成电路，其被配置成检测在三维传感器电极112的发射电极和接收电极之间的电容。可以将电容性传感器110实现为逻辑，至少部分地包括硬件逻辑，诸如被配置成检测在三维传感器电极112之间的电容方面的变化的集成电路。在实施例中，可以以模拟电路、数字逻辑电路、处理器、或它们的某结合实现电容性传感器110。储存设备104可以包括传感器应用114。可以通过任何适当的硬件或硬件和编程代码的结合来实现传感器应用114。因此，可操作用于实现本文中描述的技术的计算设备可以包括处理器（诸如处理器102），与电容性传感器110通信的输入/输出接口109，以及用于存储被配置成实现本文中公开的技术的编程代码的有形的、非暂时性的储存介质（诸如储存设备104）。传感器应用114可以被配置成从电容性传感器110接收指示在电容方面的变化的数据。例如，用户（未示出）可以例如使用手指或手在三维电极处与计算设备101交互。在实施例中，本文中被称作感测机构的电极112被配置成是三维的。如本文中被称作的三维电极是采用在长度、宽度和高度的所有三个外部维度中的测量形成的电极以便可以检测由于在接收和发射电极周围接近270到360度空间内的带电荷或导电的物体的在电容方面的变化。本文中讨论的三维电极具有在所有三个外部维度中的显著测量，而不是在其中当采用形状的最大表面平坦地放置平面时相比于宽度和长度在测量中形状的高度是可忽略的二维几何形状中。本文中描述的感测机构还可以包括电容性传感器110和传感器应用114，其中依赖于具体实现，在电容方面的变化可以导致在计算设备101处执行的操作。

处理器102可以是主处理器，其被适配以执行传感器应用114的存储的指令。处理器102可以是单核处理器、多核处理器、计算集群、或任何数目的其它配置。可以将处理器102实现为复杂指令集计算机（CISC）或精简指令集计算机（RISC）处理器、x86指令集兼容处理器、多核、或任何其它微处理器、微控制器或中央处理单元（CPU）。

存储设备106可以包括随机存取存储器（例如，SRAM、DRAM、零电容器RAM、SONOS、eDRAM、EDORAM、DDRRAM、RRAM、PRAM等），只读存储器（例如，掩模型ROM、PROM、EPROM、EEPROM等），闪存存储器，或任何其它适当的存储系统。可以通过系统总线112（例如，PCI、ISA、PCI-高速（PCI-Express）、超传输?（HyperTransport?）、网络用户总线（NuBus）等）将主处理器102连接到网络接口108。

图1的框图不意图指示计算设备101将包括在图1中示出的组件中的所有。另外，依赖于具体实现细节，计算设备101可以包括任何数目的在图1中未示出的额外的组件。此外，可以将在图1中图解的组件中的一些或所有体现为被组装在印刷电路板（PCB）上的离散组件，或体现为被集成到相同的集成电路中的组件，或体现为任何其它结合或形式。

图2是用于电容性感测的示例三维电极的透视视图。传感器200可以包括可以被部署在平坦表面206、弯曲表面、或可以被用于附着传感器电极的任何其它表面或结构上的发射电极202和接收电极204。在该示例中，以管状或圆柱的形状体现发射电极202和接收电极204，而不是以其中当采用形状的最大表面平坦地放置平面时相比于宽度和长度在测量中形状的高度是可忽略的二维几何形状。发射电极202和接收电极204形成电容器，其具有从发射电极202发出并在接收电极204处接收的电场通量。平面型表面206或被用于附着传感器电极的任何其它表面或结构可以是诸如图1的计算设备101的计算设备的组件。例如，平面型表面206可以是移动计算设备（诸如移动电话或平板计算机）的后盖或一体式计算机的侧面的一部分。如在208、210、212处指示的那样，图2图解用户可以通过如在208处图解的在平面型表面206的顶部处、如在210处图解的在侧面处、或如在212处图解的在底部/与顶部侧面相对的侧面处交互来与计算设备101交互。在208、210和212处的用户交互指示用户可以与计算设备交互的空间。用户交互不必被限制于在208、210和212处示出的实际的方向。例如，在由208指示的空间中，传感器电极的顶部，用户可以通过垂直于传感器电极垂直地移动手指或手、或沿着传感器电极的长度水平地移动手指或手、或在传感器电极的顶部处的空间中的其它移动来与计算设备交互。电极202和204的三维度使得用户能够通过由通过发射电极202发出的电荷生成并在接收电极204处在垂直于接收和发射电极204和202长度的任何位置处检测的电场与计算设备101交互。用户与传感器的交互可以是在垂直于传感器电极的长度、或沿着传感器电极的长度的方向中、或是在垂直于传感器电极长度的270到360度空间中的方向的任何结合。在实施例中，发射器电极的直径可以是大于、等于、或小于接收器电极的直径。在实施例中，可以存在多个发射器电极和/或多个接收器电极，并且发射器电极的数目可以或可以不与接收器电极的数目相同。

图3是具有发射电极和相对更大的接收电极的示例传感器电极结构的透视视图。在实施例中，多方向交互感测可以至少依赖于发射和接收电极304和302的三维度。如在图3中图解的那样，接收电极304的直径相对于发射电极302的直径相对更大。在实施例中，发射电极302是以金属电线的形状，并且接收电极304是以金属管的形状。例如，发射电极302可以是大约直径1毫米并且长度10毫米的金属电线，以及接收电极可以是具有厚度0.5毫米并且长度10毫米的大约直径3.5毫米的金属管。通过如由208、210和212指示的交互至少由于接收和发射电极304和302的三维度可以检测在电容方面的变化。

图4是具有发射电极和多个接收电极的示例传感器电极结构的透视视图。如在图4中图解的那样，可以将发射电极402通信地耦合到多个接收电极404、406、408。在一个实施例中，接收电极404、406、408中的每一个都比发射电极402在直径方面相对更大。发射电极402到多个接收电极404、406、408的电容性耦合使实现检测在由208、210和212指示的用户交互空间的相同侧面处的多个用户交互。例如，用户可以从由208、210和212指示的三个方向中的任何方向与三个接收器电极中的任何一个交互以指示按下的三个虚拟按钮中的任何一个。用户还可以从由208、210和212指示的三个空间中的任何空间沿着发射器的长度跨不同的接收器电极滑动手指以产生滑块功能。从三维传感器电极的三维感测使实现从计算设备的多个侧面的用户交互。

图5是图解形成三维感测机构的方法的框图。在块502，方法500可以包括形成三维发射电极502。发射电极可以被配置成发出电场。在块504，方法500可以包括形成三维接收电极以接收由发射电极发出的电场。由所形成的接收电极接收的电场可以产生在所形成的的发射电极和所形成的的接收电极之间的电容耦合。

在实施例中，形成发射电极和接收电极以将它们耦合到传感器以检测在所述电极之间的电容。在电容方面的变化可以由诸如手指或手的带电荷或导电的物体与电场的交互造成。被形成为三维电极的发射和接收电极可以使得传感器能够在发射和接收电极的270到360度范围（radius）内检测在电容方面的变化。

在一个实施例中，接收电极在直径方面比发射电极相对更大。例如，可以将发射电极形成为直径1毫米并且长度10毫米的电线，以及可以将接收电极形成为具有厚度0.5毫米并且长度10毫米的的直径3.5毫米的管。在其它实施例中，将接收电极形成为要被电容地耦合到所形成的发射电极的多个接收电极中的一个。在一些情况中，形成一个发射电极和多个接收电极使实现带电荷或导电的物体与在发射电极和接收电极之间的电容性耦合的多个交互。

示例1

本文中描述了形成电容感测电极的方法。该方法可以包括形成三维发射电极装置以发出具有电场的电荷。所述发射电极装置可以包括诸如电线、或管的电极，其被配置成发出被施加到所述发射电极装置的电荷。该方法可以包括形成三维接收电极装置以接收所述电荷并从而产生在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间的电容。所述接收电极装置可以包括诸如电线、或管的电极，其被配置成接收产生在所述发射和接收电极装置之间的电容耦合的所述发射电极装置的所述电荷。形成所述发射和接收电极以便可以在或者所述发射电极装置或者所述接收电极装置的360度范围内的无论何处检测在电容方面的变化。

示例2

本文中描述了系统。该系统可以包括三维发射电极、或三维发射电极装置以发出具有电场的电荷。该系统可以包括三维接收电极、或三维接收电极装置以接收产生在所述发射电极和所述接收电极之间的电容的所述电荷。在实施例中，该系统可以包括装置，其用于感测在所述接收电极和所述接收电极之间的所述电容。所述用于感测的装置可以被配置成检测在所述电容方面的变化。在实施例中，所述用于感测的装置可以包括集成电路，所述集成电路诸如专用集成电路、硬件逻辑、电子逻辑、数字逻辑等。可以将所述用于感测的装置耦合到处理装置，所述处理装置诸如被配置成实现与由所述用于感测的装置检测的在电容方面的变化相关联的操作的处理设备。

示例3

本文中描述了电容性感测机构。所述电容性感测机构可以包括三维发射电极装置以发出具有电场的电荷。所述电容性感测机构可以包括比所述发射电极装置相对更大的三维接收电极装置，所述接收电极装置用于接收产生在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间的电容的所述电荷。所述电容性感测机构可以包括感测装置，诸如被耦合到所述发射电极装置和所述接收电极装置的传感器，其用于检测在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间的所述电容。

可以在硬件、固件、和软件之一或它们的结合中实现一些实施例。还可以将一些实施例实现为存储在有形非暂时性机器可读和/或可写媒体上的指令，可以通过计算平台读取并执行所述指令以执行所描述的操作。另外，机器可读/可写媒体可以包括用于以由例如计算机的机器可读/可写的形式存储或传输信息的任何机构。例如，机器可读/可写媒体可以除其它之外包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁盘储存媒体、光储存媒体、闪存存储设备、或电、光、声、或其它形式的传播信号，例如载波、红外线信号、数字信号、或发射和/或接收信号的接口。

实施例是实现或示例。在说明书中提及“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“各种实施例”、或“其它实施例”的意思是连同所述实施例描述的特定特征、结构、或特性被包括在本技术的至少一些实施例中，但是不必是所有实施例中。“实施例”、“一个实施例”、或“一些实施例”的各种出现不必都涉及相同的实施例。

不是本文中描述并图解的所有组件、特征、结构、特性等都被包括在特定的一个或多个实施例中。如果例如说明书陈述了“可以”、“可能”、“能够”或“可以”包括组件、特征、结构或特性，那么不必须包括该特定组件、特征、结构、或特性。如果说明书或权利要求提及“一个”或“一个”元件，那么不意味着存在只一个该元件。如果说明书或权利要求提及“额外的”元件，那么那不排除存在多于一个的额外的元件。

要注意的是，虽然参考特定实现描述了一些实施例，但是根据一些实施例其它实现是可能的。另外，不需要以所图解和所描述的特定方式布置在附图中图解的和/或本文中描述的电路元件或其它特征的布置和/或顺序。根据一些实施例许多其它布置是可能的。

在附图中示出的每个系统中，元件在一些情况下可以每一个都具有相同的参考标号或不同的参考标号以暗示所表示的元件可以是不同的和/或类似的。然而，元件可以是足够灵活的以具有不同的实现并且与本文中所示或所描述的的系统中的一些或所有工作。在附图中示出的各种元件可以是相同的或不同的。哪一个被称作第一元件以及哪个被叫做第二元件是任意的。

要理解的是，在上面提及的示例中的细节可以被用于一个或多个实施例中的无论何处。例如，还可以关于本文中描述的方法或者计算机可读媒体中的任一个实现上面描述的计算设备的所有可选特征。另外，虽然本文中可能使用了流程图和/或状态图来描述实施例，但是技术不被限制于本文中的那些图表或不被限制于对应的描述。例如，流程不需要移动通过每个所图解的框或状态或以如本文中描述和图解的严密地相同的顺序。

本技术不被约束于本文中列举的特定细节。事实上，得益于本公开的本领域技术人员将领会的是，可以在本技术的范围内从在前的描述和附图进行许多其它变更。因此，是包括对其任何修改的以下权利要求限定了本技术的范围。

Claims (22)

1.一种方法，包括：

形成三维发射电极装置以发出具有电场的电荷；以及

形成三维接收电极装置以接收所述电荷以产生在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间的电容。

2.如权利要求1的方法，其中所述接收电极装置比所述发射电极装置相对地更大。

3.如权利要求1或2的任何结合的方法，其中形成所述发射电极装置和所述接收电极装置以将它们耦合到用于感测的装置，其中所述用于感测的装置是用于检测在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间的所述电容。

4.如权利要求3的方法，其中形成所述用于感测的装置以将其通信地耦合到处理装置以基于检测到的在电容方面的变化实现在计算设备处的操作。

5.如权利要求3或4的任何结合的方法，其中所述用于感测的装置是用于检测在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间在围绕所述接收电极装置的360度范围内的在电容方面的变化。

6.如权利要求1-5的任何结合的方法，其中所述发射电极装置是电线并且所述接收电极装置是管。

7.如权利要求1-6的任何结合的方法，其中所述接收电极装置是被形成以接收所述发射电极装置的所述电荷的多个接收电极装置中的一个。

8.如权利要求1-7的任何结合的方法，其中所述发射电极装置是大约直径1毫米的电线，并且所述接收电极装置是大约直径3毫米的管。

9.一种系统，包括：

三维发射电极装置，其用于发出具有电场的电荷；以及

三维接收电极装置，其用于接收产生在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间的电容的所述电荷。

10.如权利要求9的系统，其中所述接收电极装置比所述发射电极装置相对地更大。

11.如权利要求9或10的任何结合的系统，其中形成所述发射电极装置和所述接收电极装置以将它们耦合到用于感测的装置，其中所述用于感测的装置是用于检测在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间的所述电容。

12.如权利要求11的系统，其中形成所述用于感测的装置以将其通信地耦合到处理装置以基于检测到的在电容方面的变化实现在计算设备处的操作。

13.如权利要求11或12的任何结合的系统，其中所述用于感测的装置是用于检测在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间在围绕所述接收电极装置的360度范围内的在电容方面的变化。

14.如权利要求9-13的任何结合的系统，其中所述发射电极装置是电线并且所述接收电极装置是管。

15.如权利要求9-14的任何结合的系统，其中所述接收电极装置是被形成以接收所述发射电极装置的所述电荷的多个接收电极装置中的一个。

16.如权利要求9-15的任何结合的系统，其中所述发射电极装置是大约直径1毫米的电线，并且所述接收电极装置是大约直径3毫米的管。

17.一种电容性感测机构，包括：

三维发射电极装置，其用于发出具有电场的电荷；

三维接收电极装置，其比所述发射电极装置相对地更大，所述接收电极装置用于接收产生在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间的电容的所述电荷；以及

用于感测的装置，其中所述用于感测的装置被耦合到所述发射电极装置和所述接收电极装置以检测在所述发射电极装置和所述接收电极装置之间的所述电容。

18.如权利要求17的电容性感测机构，其中所述发射电极装置是电线并且所述接收电极装置是管。

19.如权利要求17或18的任何结合的电容性感测机构，其中所述接收电极装置是被配置以接收所述发射电极装置的所述电荷的多个接收电极装置中的一个。

20.如权利要求17-19的任何结合的电容性感测机构，其中所述发射电极装置是大约直径1毫米的电线，并且第二维是大约3毫米。

21.如权利要求17-20的任何结合的电容性感测机构，其中所述传感器检测由在围绕所述接收电极装置的360度范围内的任何位置处的外部物体的在电容方面的变化。

22.如权利要求17-21的任何结合的电容性感测机构，其中将所述用于感测的装置通信地耦合到处理装置以基于检测到的在电容方面的变化实现在计算设备处的操作。