CN110941371B - 电容式触摸传感器、包括其的制品及检测触摸事件的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电容式触摸传感器(10)，其包括支撑层(1)和被耦合到所述支撑层(1)的多个感测细长元件(2)，所述多个感测细长元件(2)包括多个电阻性细长元件(2r)，其中所述多个电阻性细长元件(2r)包括被电连接到第一公共节点(Nx)的第一组(2rx)电阻性细长元件(2r)，该第一公共节点(Nx)被配置成被电连接至检测设备(5)的第一输入(INx)，所述检测设备(5)被配置成提供包括第一输出值(OUTx)的输出信号(S_OUT)，该第一输出值(OUTx)是所述第一组(2rx)电阻性细长元件(2r)的电容值(CRx)的函数。还公开了一种包括电容式触摸传感器(10)的制品以及一种用于检测支撑层(1)上的触摸事件的方法。

Description

电容式触摸传感器、包括其的制品及检测触摸事件的方法
技术领域
本发明涉及电容感测领域。具体而言，本发明涉及一种适于检测支撑层(例如，织物)上的触摸事件的电容式触摸传感器。
背景技术
嵌入在织物中的电容式触摸传感器是已知的。例如，US2016048235A1公开了一种实现电容式触摸感测的织物，该织物包括彼此电绝缘并且被布置成形成栅格的多条导电导线。
每条导线被连接到控制器，该控制器被配置成评估每条导线的电容值。控制器通过检测电容性栅格的每条相应导线的电容中的改变，通过检测哪条水平导线和哪条垂直导线被触摸来检测触摸事件的位置。控制器使用被触摸的交叉导线的交叉点来确定触摸事件在电容性栅格上的位置，以使得触摸的位置被确定为电容性栅格上的X、Y坐标。
可以通过使用导电导线作为纬纱和经纱来将电容性栅格嵌入织物中。然而，电容性栅格的每条导电导线(垂直和水平导线)必须被电连接到感测电路的相应输入端口。
当电容性栅格具有大量的导电导线时(例如，如果期望触摸传感器的宽感测区域)，则感测电路的输入端口的数目可能是极大的，并且电容性栅格和感测电路之间的电连接的布线可能非常复杂。
同样，在具有仅沿一个方向平行布置的导电导线的触摸传感器的情形中(例如，在滑动传感器的情形中)，导电导线的数目可能是极大的，这在触摸传感器的设计和生产步骤期间使得电连接的布线复杂且昂贵。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，并且提供一种具有宽的感测区域和简单的电连接布线的电容式触摸传感器。
本发明的另一目的是提供一种用于检测触摸事件的电容式触摸传感器及相关方法，其允许减少对触摸事件的检测必要的输入端口的数目，而不考虑电容式触摸传感器的感测区域大小。
由本发明通过电容式触摸传感器、包括这样的电容式触摸传感器的制品以及用于检测触摸事件的方法来实现这些和其他目的。
具体而言，根据本发明，电容式触摸传感器包括支撑层和耦合到该支撑层的多个感测细长元件。
术语“细长元件”意指具有类似于线的形状的元件(即，线状元件)。细长元件的一个示例是纱线。一般而言，在细长元件中，三个尺寸中的两者比第三尺寸低得多，并且相对于第三尺寸通常可以忽略不计。例如，细长元件可具有带的形状，该带具有相对于长度可忽略不计的的宽度和厚度。优选地，细长元件具有三个尺寸中在它们之间可比较的且相对于第三尺寸可忽略不计的两个尺寸(理想地是一条线)。例如，细长元件可以是沿线性路径布置的导线、纱线、细丝或迹线。在细长元件中，三个尺寸之一，即长度，比其他两个尺寸大至少十倍，优选至少二十倍，更优选至少五十倍。
感测细长元件包括被电连接到第一公共节点的第一组电阻性细长元件，该第一公共节点被配置成被电连接到检测设备的第一输入。
检测设备被配置成提供包括第一输出值的输出信号，该第一输出值是第一组电阻性细长元件的电容值的函数。
例如，支撑层可以是柔性层(例如，膜或无纺织物)，该柔性层具有被耦合在其表面上或被集成在其中的感测细长元件。其他实施例可以提供：支撑层是复合层，其具有夹在复合层的两个层之间的感测细长元件。优选实施例可以提供：支撑层是织物(例如无纺织物，或者通过编织、针织、钩编、打结、梭织、毡合或编结产生的织物)。
根据本发明的一方面，电阻性细长元件的每单位长度的电阻被包括在10kΩ/m和10MΩ/m之间，优选地被包括在50kΩ/m和500kΩ/m之间。
每个电阻性细长元件具有在对象触摸它时改变(该对象的寄生电容被耦合到所触摸的电阻性细长元件)的电容值。电阻性细长元件的电容值中的改变取决于两个主要方面：电阻性细长元件和触摸它的对象之间的寄生电容耦合，以及相对于读出点(即，相对于电阻性细长元件被电连接到检测设备所处的点)沿着电阻性细长元件的长度发生触摸事件所处的位置。
基本上，每个电阻性细长元件都可以用电容器与电阻器串联的集总模型表示，该电阻器具有取决于触摸事件的位置(即，对象的寄生电容被施加到电阻性细长元件所处的位置)的电阻值。
得益于这个方面，单个公共节点可被用于评估被布置成限定触摸事件在其内可以被检测到的感测区域的多个电阻性细长元件的电容。换言之，电阻性细长元件被布置成使得当在感测区域上发生触摸事件时(例如，对象或用户的手指触摸感测区域)，至少电阻性细长元件被触摸。
具体而言，通过将多个电阻性细长元件连接到公共节点，可以评估与电阻性细长元件的电容值的求和基本上相等或成比例的等效电容。在电阻性细长元件的公共节点处评估的电容值提供了触摸事件相对于公共节点的位置的位置的指示。
一些实施例可以提供：检测设备被配置成提供包括第一输出值的输出信号，该第一输出值是对第一组电阻性细长元件的电容的直接或间接测量。得益于该实施例，电容式触摸传感器可以例如被采用作为滑动传感器，以用于在不考虑感测区域的大小的情况下借助于检测设备的单个输入端口检测沿着电阻性细长元件的触摸事件相对于公共节点的滑动方向。
一些实施例可以提供：多个感测细长元件包括一个或多个导电细长元件，该一个或多个导电细长元件与电阻性细长元件电绝缘，并且被至少部分地布置在由电阻性细长元件限定的感测区域内。导电细长元件被电连接到参考公共节点，该参考公共节点被配置成被电连接到检测设备的参考输入。
根据本发明的一方面，导电细长元件的数目和布置被选择为使得当在由电阻性细长元件限定的感测区域上发生触摸事件时，至少一个导电细长元件被触摸。
优选地，导电细长元件被布置成限定与由电阻性细长元件限定的感测区域交叠的区域。更优选地，每个导电细长元件被耦合到多个感测细长元件中的对应的电阻性细长元件，且反之亦然。
根据本发明的一方面，每个导电细长元件的每单位长度的电阻小于200Ω/m，优选小于50Ω/m，更优选小于或等于约10Ω/m。
优选地，电阻性细长元件与导电细长元件的每单位长度的电阻值之间的比率在100至1000000的范围内，更优选在1000至100000的范围内。
例如，可以通过遵循标准AATCC测试方法84-2011或AATCC测试方法84-2018来测量每单位长度的电阻。
一些实施例可以提供：由检测设备提供的输出信号包括参考输出值，该参考输出值是对导电细长元件的电容的直接或间接测量。
根据本发明的一方面，每个导电细长元件具有响应于触摸事件而改变的电容值；所述值的变化基本上与沿其长度发生触摸事件所处的位置无关。
根据本发明的一方面，当对象触摸导电细长元件时，电容值中的改变基本上仅取决于导电细长元件与触摸它的对象之间的电容耦合。
得益于这个方面，导电细长元件的电容值可以与电阻性细长元件的电容值一起被使用，以基本上独立于电阻性细长元件与触摸它们的对象之间的电容耦合来获得触摸事件在感测区域上的位置的指示。
例如，参考输出值可被用来计算对第一组电阻性细长元件的电容的直接或间接测量与对导电细长元件的电容的直接或间接测量之间的比率。
一些实施例可以提供：由检测设备提供的输出信号的第一输出值是对第一组电阻性细长元件的电容的直接或间接测量与对导电细长元件的电容的直接或间接测量之间的比率。
作为结果，仅借助于检测设备的两个输入端口，电容式触摸传感器可以被采用以独立于电阻性细长元件和触摸它们的对象之间的电容耦合来检测沿着电阻性细长元件的触摸事件相对于公共节点的位置。
根据本发明的一方面，多个电阻性细长元件包括第二组电阻性细长元件，该第二组电阻性细长元件与第一组电阻性细长元件电绝缘，并且被电连接到第二公共节点，该第二公共节点被配置成被电连接到检测设备的第二输入。
具体而言，第一组电阻性细长元件和第二组电阻性细长元件交叠以形成电阻性细长元件的栅格。根据该实施例，输出信号包括第二输出值，该第二输出值是第二组电阻性细长元件的电容值的函数。
一些实施例可以提供：第二输出值是对第二组电阻性细长元件的电容的直接或间接测量。
一些实施例可以提供：感测细长元件包括一个或多个导电细长元件，并且第二输出值是对第二组电阻性细长元件的电容的直接或间接测量与对导电细长元件的电容的直接或间接测量之间的比率。
根据本发明的一方面，第一组的电阻性细长元件沿第一方向彼此平行地布置。优选地，第二组的电阻性细长元件沿着基本上正交于第一方向的第二方向彼此平行地布置。
本发明的一些实施例可以提供：检测设备被连接到通信模块，该通信模块被配置成将输出信号传送到外部设备(例如，智能电话、智能TV或其他类似设备)。
根据本发明的一方面，细长感测元件是感测纱线。
一些实施例可以提供：电阻性细长元件是电阻性纱线。
一些实施例可以提供：导电细长元件是导电纱线。
优选地，支撑层是织物，更优选是机织织物。
根据本发明的一方面，支撑层是机织织物，并且感测细长元件形成机织织物的纬纱和/或经纱的至少一部分。
本发明的另一目的是一种包括根据本发明的电容式触摸传感器的制品。该制品可以是例如服装。优选地，该制品包括用于评估感测纱线的电容值的检测设备。
本发明的另一目的是一种用于检测支撑层上的触摸事件的方法，包括以下步骤：
(a)提供根据本发明的任一实施例的提供电容式触摸传感器的输出信号；
(b)评估感测细长元件的电容；
(c)提供包括一个或多个输出值的输出信号，该一个或多个输出值是在步骤(b)中评估的电容的函数。
根据本发明的一方面，支撑层是织物，并且感测细长元件是感测纱线。
一些实施例可以提供：根据本发明的方法包括将输出信号传送到外部设备的步骤。
附图说明
现在将参考所附的非限制性附图，通过示例更详细地描述本发明。需要强调的是，根据惯例，附图的各种特征不一定按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意扩大或缩小。在整个说明书和附图中，相同的数字表示相同的特征，其中：
图1-5是示意性地示出了根据本发明的电容式触摸传感器的可能实施例的透视图。
具体实施方式
图1-5示出了根据本发明的电容式触摸传感器10的示例性实施例。电容式触摸传感器10包括支撑层1和被耦合到支撑层1的多个感测细长元件2。
为了简单起见，以下在图1-5中示出的根据本发明示例性实施例的触摸传感器10的描述涉及感测纱线2，但是该描述的教导可以被应用于具有代替纱线的通用细长元件的触摸传感器。
参考图1，感测纱线2包括电阻性纱线2r的第一组2rx，该第一组电阻性纱线被电连接至第一公共节点Nx(符号表示为虚线矩形)，该第一公共节点被配置成被电连接至检测设备5的第一输入INx。
公共节点可以由具有理想零电阻的连接构成(例如，公共节点可以由导电纱线提供)。
检测设备5被配置成提供包括第一输出值OUTx的输出信号S_OUT，该第一输出值是电阻性纱线2r的第一组2rx的电容值CRx的函数。
优选地，电阻性纱线2r具有被包括在10kΩ/m和10MΩ/m之间，更优选地被包括在50kΩ/m和500kΩ/m之间(例如约200kΩ/m)的每单位长度的电阻Rr。换言之，电阻性纱线2r的截面和电阻率被选择成获得具有被包括在10kΩ和10MΩ之间，更优选地被包括在50kΩ/m和500kΩ/m之间(例如约200kΩ/m)的电阻的一米长的电阻性纱线2r。
例如，电阻性纱线2r具有被包括在10-6Ωm和103Ωm之间，更优选地在10-4Ωm和10-1Ωm之间的电阻率。
电阻性纱线2r优选是填充有导电元素(例如导电碳)的塑料纱线(例如尼龙)。更优选地，电阻性纱线2r可包括80旦尼尔尼龙6,6，其表面散布有导电碳。
例如，合适的电阻性纱线2r可以是商品名为F901,MERGE R080的可用的电阻性纱线，其是表面散布有导电碳的80旦尼尔尼龙6,6单丝。该特定电阻性纱线具有圆形截面，其中涂层厚度约为1μm，并且线性质量密度约为84旦尼尔。该电阻性纱线的电阻为每厘米约0.8x105Ω(即约80kΩ/m)。
即使图1所示的实施例示出了彼此平行布置的电阻性纱线2r的第一组2rx，其他实施例也可以提供电阻性纱线的不同布置，这些布置仍保留在本发明的保护范围内。例如，一些实施例可以提供：第一组2rx的电阻性纱线2r相对于中央点被径向地布置。这些实施例可以提供：面向每根电阻性纱线的中央点的端部被电连接到第一公共节点Nx，或者与每根电阻性纱线的中央点相对的端部被电连接到第一公共节点Nx。
参考图1，第一组2rx的电阻性纱线2r优选地沿第一方向X彼此平行地布置。该实施例提供：电容式触摸传感器10实现一维滑动传感器(即，能够沿第一方向X检测触摸事件的滑动方向的电容式触摸传感器)。
根据该实施例，输出信号的第一输出值OUTx是电阻性纱线2r的第一组2rx的电容CRx的直接或间接测量。
电容值CRx可以例如通过测量充电时间或振荡器的振荡频率或通过本领域已知的其他测量技术来评估。
一些实施例可以提供：检测设备5包括前端电路5a，并且第一输入INx是前端电路5a的输入。例如，前端电路5a可以包括至少一个振荡器(例如，考毕兹振荡器)。电阻性纱线2rx的第一公共节点Nx被连接到具有(在没有触摸事件的情况下)预定振荡频率的振荡器。
电阻性纱线2r的第一组2rx的电容值CRx的变化被检测为振荡器的振荡频率的变化。换言之，通过评估振荡器的振荡频率，电阻性纱线2rx的电容值CRx可以被评估。
优选地，检测设备5包括微控制器5b，微控制器5b被连接到前端电路5a，并且被配置成基于振荡器的振荡频率来计算电阻性纱线2r的第一组2rx的电容值CRx。
一些实施例可以提供：检测设备5包括前端电路5a和微控制器5b，该微控制器5b将前向信号(例如布尔信号)发送到前端电路5a的前向端子。前端电路5a包括返回端子，该返回端子提供相对于前向信号具有延迟的返回信号。前向信号和返回信号之间的延迟是电阻性纱线2rx的充电时间的函数，该充电时间进而又是电阻性纱线的电容值CRx的函数。
如上面解释的，电阻性纱线2rx的电容值CRx中的改变指示在一根或多根电阻性纱线2rx上发生的触摸事件。假设触摸事件的触摸区域大小基本恒定(即，在触摸事件期间被触摸的电阻性纱线2rx的数目保持恒定)，则第一输出值OUTx指示触摸事件沿第一方向X的滑动方向。
具体而言，检测设备5优选地被配置成提供包括第一输出值OUTx的输出信号S_OUT，该第一输出值OUTx是优选地以具有刷新周期(例如，几毫秒)的预定节奏进行更新的对电阻性纱线2rx的电容值CRx的测量，在刷新周期期间电容值CRx被重新评估以更新输出值OUTx。
当第一输出值OUTx超过所确定的阈值时，意味着触摸事件发生。具体而言，只要第一输出值大于阈值，则第一输出值OUTx的随时间的增加意味着以朝向公共节点Nx的滑动方向发生触摸事件。类似地，第一输出值OUTx的减小意味着触摸事件的滑动方向朝向相反的方向，即远离公共节点Nx。
得益于根据本发明的电容式触摸传感器10，对实现一维滑动传感器而言仅单个输入INx是必需的。由电阻性纱线2rx限定的感测区域3可被增加(增加电阻性纱线的数目和/或长度)，而无需增加检测设备5的输入端口的数目。
图2示出了根据本发明的电容式触摸传感器10的另一实施例。图2所示的电容式触摸传感器10包括与图1所示的实施例相同的电阻性纱线2r的第一组2rx。由电阻性纱线2r限定的感测区域3被象征性地指示为虚线矩形。
参考图2，感测纱线2进一步包括被至少部分地布置在感测区域3内并且与电阻性纱线2r电绝缘的多根导电纱线2c。
导电纱线2c被电连接到参考公共节点Nc，参考公共节点Nc被配置成被电连接到检测设备5的参考输入Inc以用于评估导电纱线2c的电容值Cc。
检测设备5被优选地配置成借助于与上述用于电阻性纱线2r的第一组2rx的电容值CRx的评估相同的技术来评估导电纱线2c的电容值Cc。
即使图2的实施例示出了具有多根导电纱线2c的电容式触摸传感器10，其他实施例可以提供：感测纱线2包括被至少部分地布置在感测区域3内并且被电连接至参考公共节点Nc的仅一根导电纱线2c。优选地，导电纱线2c被布置成限定与由电阻性纱线2r限定的感测区域3交叠的区域。例如，可以沿着蛇形路径布置单根导电纱线2c，以使得由导电纱线限定的区域与感测区域3交叠。
一般而言，感测纱线2可以优选地包括至少一根导电纱线2c。具体而言，一些实施例可以提供：导电纱线2c的数目与电阻性纱线2r的数目不同。根据本发明的一方面，导电纱线2c的数目和布置被选择为使得当在由电阻性纱线2r限定的感测区域上发生触摸事件时，至少一根导电纱线2c被触摸。
参考图2，每根导电纱线2c与对应的电阻性纱线2r相关联，且反之亦然。换言之，图2所示的实施例提供：导电纱线2c的数目等于电阻性纱线2r的数目，并且对于每根电阻性纱线2r，一导电纱线2c与其相关联。
导电纱线2c例如通过被提供在导电纱线2c的表面上的电绝缘涂层来与电阻性纱线2r电绝缘。
导电纱线2c优选是绝缘的金属导线，例如电磁线(magnet wire)。电磁线，也称为“漆包线”，是一种涂覆有非常薄的绝缘层的金属线(例如由铜或铝制成)。电磁线是可商购的并且通常用于构造变压器、电感器、电机、扬声器、硬盘磁头致动器、电磁铁和其他需要紧密的绝缘线线圈的应用。
优选地，导电纱2c的小于200Ω/m，更优选小于50Ω/m(例如约10Ω/m)的每单位长度的电阻Rc。换言之，导电纱线2c的截面和电阻率被选择成获得具有小于200Ω，更优选地小于50Ω(例如约10Ω)的电阻的一米长的导电纱线2c。
例如，导电纱线2c可以由具有小于10-6Ωm，更优选地小于10-7Ωm的电阻率的材料制成(例如，银、铜、金、铝、铂、铁可以是用于导电纱线2c的合适材料)。
根据本发明的一方面，导电纱线2c的每单位长度的电阻比电阻性纱线2r的每单位长度的电阻小至少两个量级。
优选地，电阻性纱线2r与导电纱线2c的每单位长度的电阻值之间的比率Rr/Rc在100至1000000的范围内，更优选在1000至100000的范围内。
参考图2，一些实施例可以提供：输出信号S_OUT包括参考输出值OUTc，该参考输出值OUTc是对导电纱线2c的电容值Cc的直接或间接测量。换言之，这些实施例可以提供：输出信号S_OUT包括一对输出值(第一输出值OUTx和参考输出值OUTc)，该对输出值是优选地以具有刷新周期(例如，几毫秒)的预定节奏进行更新的对电阻性纱线2rx和导电纱线2c的电容值CRx和Cc的测量，在刷新周期期间电容值CRx和Cc被重新评估以更新输出值OUTx和OUTc。
参考输出值OUTc可被用来计算电阻性纱线2r的第一组2rx的电容值CRx的直接或间接测量与导电纱线2c的电容值Cc的直接或间接测量之间的比率CRx/Cc。
一些实施例可以提供：检测设备5被配置成(例如借助于微控制器5b)计算电阻性纱线2r的第一组2rx的电容CRx的直接或间接测量与导电纱线2c的电容Cc的直接或间接测量之间的比率CRx/Cc。在这些实施例中，第一输出值OUTx可以优选地是比率CRx/Cc。更优选地，检测设备5可以被配置成提供仅包括第一输出值OUTx的输出信号S_OUT。
在这些实施例中，检测设备5被优选地配置成提供包括第一输出值OUTx的输出信号S_OUT，该第一输出值OUTx是优选地以具有刷新周期(例如几毫秒)的预定节奏进行更新的对电阻性纱线2rx的电容值CRx与导电纱线2c的电容值Cc的测量之间的比率CRx/Cc，在刷新周期期间电容值CRx和Cc被重新评估以重新计算用于更新输出值OUTx的比率CRx/Cc。
作为结果，电容式触摸传感器10可被采用以检测触摸事件沿着第一方向X相对于第一公共节点Nx的位置(作为滑动方向的补充)。
如上面解释的，电阻性纱线2r的第一组2rx的电容值CRx中的改变取决于两个主要方面：电阻性纱线2rx与触摸它的对象之间的寄生电容耦合，以及相对于公共节点Nx沿着电阻性纱线的长度发生触摸事件所处的位置。而且，电容值Cc中的改变基本上仅取决于导电纱线和触摸它们的对象之间的电容耦合，即，Cc值的改变基本上与沿导电纱线2c的长度发生触摸事件所处的位置无关。
作为结果，当对象触摸感测区域3时，电容CRx和Cc的值的改变发生。比率CRx/Cc的值指示了触摸事件沿着第一方向X的位置，而电阻性纱线2rx与触摸它们的对象之间的电容耦合的依赖性可忽略。换言之，比率CRx/Cc的值指示触摸事件相对于公共节点Nx的位置沿第一方向X的位置，而与电阻性纱线和触摸它们的对象之间的电容耦合有多强无关。
因而，当在感测区域3上发生触摸事件时，比率CRx/Cc超过了所确定的阈值，并且采取在被包括在较低值和较高值之间的所确定的范围内的值。可以将这样的较低值和较高值视为与第一方向X平行地布置的一维空间中的两个点。例如，可以将较低值视为一维空间的原点。
如果比率CRx/Cc采取较高值，则意味着触摸事件发生在被电连接至公共节点Nx的电阻性纱线2rx的端部处。类似地，比率CRx/Cc的较低值指示触摸事件发生在电阻性纱线2rx的相对端部处。
比率CRx/Cc的值可被用来获得沿着第一X方向在感测区域3上发生的触摸事件的划动方向，而并没有给出关于哪根电阻性纱线2rx被触摸的信息。换言之，如果触摸事件沿着与第一方向X正交的第二方向Y滑动，则比率CRx/Cc的值不会改变。
一些实施例可以提供：被包括在比率CRx/Cc的较低值和较高值之间的多个子范围可以被定义，以使得感测区域3的不同领域可被用于检测触摸事件的划动方向。
图3示出了根据本发明的电容式触摸传感器10的另一实施例。图3所示的电容式触摸传感器10包括与图1所示的实施例相同的电阻性纱线2r的第一组2rx以及与电阻性纱线2r的第一组2rx电绝缘的电阻性纱线2r的第二组2ry。
第二组2ry的电阻性纱线被电连接到第二公共节点Ny，第二公共节点Ny被配置成被电连接到检测设备5的第二输入INy。
电阻性纱线2r的第一组2rx和所述第二组2ry交叠以形成电阻性纱线2r的栅格。优选地，所述第二组2ry的电阻性纱线沿着基本上正交于第一方向X的第二方向Y彼此平行地布置。
检测设备5被配置成提供包括第一输出值OUTx和第二输出值OUTy的输出信号S_OUT，该第一输出值OUTx和第二输出值OUTy分别是电阻性纱线2r的第一组2rx和第二组2ry的电容值CRx和CRy的函数。
检测设备5被优选地配置成借助于上面讨论的相同的技术来评估电阻性纱线的第一组和第二组2rx、2ry的电容值CRx和CRy。
具体而言，输出值OUTx和OUTy是电阻性纱线2r的第一组2rx和第二组2ry的电容CRx和CRy的直接或间接测量。
该实施例提供：电容式触摸传感器10实现二维滑动传感器(即，能够在正交平面X-Y上检测触摸事件的滑动方向的电容式触摸传感器)。
换言之，输出值OUTx和OUTy可被视为笛卡尔平面上向量的分量，该向量指示触摸事件的滑动方向。得益于该实施例，电容式触摸传感器10仅需要两个输入INx、INy以检测触摸事件的滑动方向，即使是在较宽的感测区域和/或大量的感测纱线的情形中也是如此。
图4示出了根据本发明的电容式触摸传感器10的另一实施例。图4所示的电容式触摸传感器10包括与图3所示的实施例相同的电阻性纱线2r的第一组2rx和第二组2ry。由电阻性纱线2r限定的感测区域3被象征性地指示为虚线矩形。
参考图4，感测纱线2进一步包括被至少部分地布置在感测区域3内并且与电阻性纱线2r电绝缘的多根导电纱线2c。
优选地，每根导电纱线2c与对应的电阻性纱线2r相关联，且反之亦然。换言之，图4所示的实施例提供：导电纱线2c的数目等于电阻性纱线2r的数目，并且对于每根电阻性纱线2r，一导电纱线2c与其相关联。然而，如上面解释的，其他实施例可以提供相对于图4所示的实施例而言不同数目和/或不同布置的导电纱线2c，这仍然保持在本发明的保护范围之内。
根据本发明的一方面，导电纱线2c的数目和布置被选择为使得当在由电阻性纱线2r限定的感测区域上发生触摸事件时，至少一根导电纱线2c被触摸。
换言之，知晓由旨在被使用的对象(例如，用户的手指、触摸笔的尖端)触摸的感测区域部分的平均大小的本领域技术人员，能够选择电阻性纱线和/或导电纱线的数目和布置，使得当对象触摸感测区域3时，至少一根电阻性纱线和至少一根导电纱线(如果存在的话)被触摸。
优选地，参考图4所示的实施例，感测纱线2被布置成使得当在感测区域3上发生触摸事件时，第一组2rx中的至少一根电阻性纱线2r、第二组2ry中的至少一根电阻性纱线2r与至少一根导电纱线2c被一起触摸。
参考图4，导电纱线2c被电连接到参考公共节点Nc，参考公共节点Nc被配置成被电连接到检测设备5的参考输入Inc以用于评估导电纱线2c的电容值Cc。电阻性纱线2rx被电连接到第一公共节点Nx，该第一公共节点Nx被电连接到检测设备5的第一输入INx，以用于评估电阻性纱线2r的第一组2rx的电容值CRx。电阻性纱线2ry被电连接到第二公共节点Ny，该第二公共节点Ny被配置成被电连接到检测设备5的第二输入端INy，以用于评估电阻性纱线2r的第二组2ry的电容值CRy。
检测设备5被优选地配置成借助于上面讨论的相同的技术来评估电阻性纱线2r的第一组和第二组2rx、2ry与导电纱线2c的电容值CRx、CRy和Cc。
一些实施例可以提供：输出信号S_OUT包括三个输出值：第一输出值OUTx，其是对电阻性纱线2r的第一组2rx的电容CRx的直接或间接测量；第二输出值OUTy，其是对电阻性纱线2r的第二组2ry的电容CRy的直接或间接测量；以及参考输出值OUTc，其是对导电纱线2c电容Cc的直接或间接测量。
一些实施例可以提供：检测设备5被配置成(例如借助于微控制器5b)计算比率值CRx/Cc和CRy/Cc。
具体而言，CRx/Cc是电阻性纱线2r的第一组2rx的电容CRx的直接或间接测量与导电纱线2c的电容Cc的直接或间接测量之间的比率。CRy/Cc是电阻性纱线2r的第二组2ry的电容CRy的直接或间接测量与导电纱线2c的电容Cc的直接或间接测量之间的比率。
在这些实施例中，第一输出值OUTx和第二输出值OUTy可以分别优选地为比率CRx/Cc和比率CRy/Cc。更优选地，检测设备5可以被配置成提供仅包括第一输出值OUTx和第二输出值OUTy的输出信号S_OUT。
如上面解释的，比率CRx/Cc的值指示了触摸事件沿着第一方向X的位置，而电阻性纱线2rx与触摸它们的对象之间的电容耦合的依赖性可忽略。类似地，比率CRy/Cc的值指示了触摸事件沿着第二方向Y的位置，而电阻性纱线2ry与触摸它们的对象之间的电容耦合的依赖性可忽略。
换言之，比率CRx/Cc和CRy/Cc的值指示触摸事件相对于公共节点Nx和Ny的位置沿第一方向X和第二方向Y的位置，而与电阻性纱线2rx、2ry和触摸它们的对象之间的电容耦合有多强无关。
比率CRx/Cc和CRy/Cc的值可以被视为是具有平行于第一方向X的横坐标和平行于第二方向Y的纵坐标的笛卡尔平面X-Y的坐标。
因而，当在感测区域3上发生触摸事件时，比值CRx/Cc和CRy/Cc超过了对应的阈值，并且采取指示触摸事件在感测区域3上的位置的两个值。
具体而言，CRx/Cc采取被包括在第一较低值和第一较高值之间的值范围内的值。CRy/Cc采取被包括在第二较低值和第二较高值之间的值范围内的值。例如，第一较低值和第二较低值可以被视为是笛卡尔平面X-Y的原点。
得益于该实施例，电容式触摸传感器10仅需要三个输入INx、INy和INc以检测触摸事件在感测区域3上的位置，即使是在较宽的感测区域3和/或大量的感测纱线2的情形中也是如此。
感测纱线2(或一般而言，感测细长元件2)可以通过本领域中本身已知的各种耦合技巧来被耦合至支撑层1。
例如，一些实施例可以提供：感测细长元件2包括沿着基本上线性的路径布置的电阻性材料的迹线(作为电阻性细长元件2r)和/或导电材料的迹线(作为导电细长元件2c)。
此类迹线可以被产生，例如包括生物聚合物(诸如微生物纤维素、微生物胶原蛋白、纤维素/几丁质共聚物、微生物丝或其混合物)与导电材料(诸如碳质材料，优选地选自包括下列各项的组：活性碳、高表面积碳、石墨烯、石墨、活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维、活性碳纤维、石墨纤维、石墨纳米纤维、炭黑及其混合物)。优选实施例提供了生物聚合物是微生物纤维素。
例如，可以通过印刷(例如丝网印刷和/或数字印刷)或通过局部浸渍将导电材料提供给生物聚合物(例如，提供给生物聚合物层或迹线)。
根据一实施例，包含产生生物聚合物的微生物的培养物包括导电材料。例如，支撑层可以与包括产生生物聚合物的微生物和导电材料的培养物接触。可以培养微生物以产生包括导电材料的生物聚合物，使得支撑层设置有由包括导电材料的生物聚合物制成的电阻性材料的迹线。
在本申请人名下的、具有以下标题：“A PROCESS FOR PROVIDING ATEXTILE WITHELECTRICAL CONDUCTIVITY PROPERTIES(一种用于提供具有导电性属性的纺织品的工艺)”的欧洲专利申请No.EP18197348.8中描述了一种用于借助于生物聚合物产生电阻性材料的图案或迹线的合适工艺，该专利申请的内容如同其整体阐述地那样通过引用结合于此。
根据本发明的一方面，支撑件1层可以是织物。
感测纱线2可以通过缝合、通过针织、通过编织或通过本领域中已知的任何其他耦合技巧来被耦合到织物1。
图5示出了根据本发明的电容式触摸传感器10的优选实施例。图5所示的实施例具有与图4所示的实施例相同的感测纱线2，或者一般而言相同的感测细长元件2，其中支撑层1是机织织物，并且其中感测纱线2形成机织织物1的纬纱7和经纱8的至少一部分。
其他实施例可以提供：感测纱线2形成机织织物1的纬纱或经纱的至少一部分，例如在电容式触摸传感器10实现一维滑动传感器的情形中(如图1和2所示)，而仍然保持在本发明的保护范围内。一般而言，感测纱线2优选地形成机织织物1的纬纱和/或经纱的至少一部分。
优选地，感测纱线2可被用作复合纱线的感测芯，该复合纱线具有例如由非导电纱线形成的护鞘，该非导电纱线具有大于100MΩ/m，更优选地大于1GΩ/m的每单位长度的电阻Rn。根据本发明的一方面，复合纱线的护鞘包括由优选地具有大于103Ωm，更优选地大于106Ωm的电阻率的非导电材料制成的短纤维(staple fiber)。
感测纱线2可以优选地与护鞘的短纤维包芯(core-spun)。一些实施例可以提供：感测纱线2利用护鞘的短纤维来被镶边或通过本领域中已知的其他入鞘过程来被覆盖。短纤维优选是天然纤维，诸如棉、羊毛、丝绸等。一些实施例可以提供：复合纱线的护鞘被提供有染料，例如靛蓝染料。
一些实施例可以提供：每根导电纱线2c被耦合到对应的电阻性纱线2r，且反之亦然，从而形成复合纱线。合适的复合纱线可以优选地是如在同一申请人名下并且具有以下标题：“COMPOSITE YARN FOR THE POSITION SENSITIVE CAPACITIVE TOUCH SENSING(用于位置敏感电容式触摸感测的复合纱线)”(具体参见第9-15页)的欧洲专利申请No.EP18172676.1中所描述的复合纱线，该专利申请的内容如同其整体阐述地那样通过引用结合于此。
参考图5，检测设备5被优选地连接到通信模块4，该通信模块4被配置成将输出信号S_OUT传送到外部设备6。
本发明的电容式触摸传感器10可被用于控制或向外部设备6发送控制命令。优选地，通信模块4是无线通信模块(例如，蓝牙模块、WiFi模块、红外模块等)。
电容式触摸传感器10可以被耦合到制品的织物1，以提供允许用户以简单且可靠的方式控制外部设备6的感测区域。
一些实施例可以提供：触摸传感器10在感测区域(例如，衬衫的袖口，袖子的袖子)上耦合至服装，优选为衬衫、夹克或一条裤子的织物1(例如，衬衫的袖口、夹克的袖子或裤腿)，以允许穿戴者容易地控制外部设备6(例如，智能电话、音乐播放器等)。
一些实施例可以提供：触摸传感器10被耦合到织物1，以用于在感应区域上(例如，在座位家具的扶手上)上给座位家具(优选是沙发或扶手椅)加衬，以允许就座用户容易地控制外部设备6(例如，智能TV、立体声音响等)。
综上所述，一种用于检测支撑层1上的触摸事件的方法，包括以下步骤：
(a)提供根据上面描述的任一实施例的电容式触摸传感器10；
(b)评估感测细长元件2的电容值CRx、CRy、Cc中的一者或多者；
(c)提供包括一个或多个输出值OUTx、OUTy、OUTc的输出信号S_OUT，该一个或多个输出值是在步骤(b)中评估的电容CRx、CRy、Cc的函数。
优选地，该方法可以提供将输出信号S_OUT传送到外部设备6的步骤。

Claims (21)

1.一种电容式触摸传感器(10)，包括支撑层(1)和被耦合到所述支撑层(1)的多个感测细长元件(2)，所述多个感测细长元件(2)包括多个电阻性细长元件(2r)，其中所述多个电阻性细长元件(2r)包括被电连接到第一公共节点(Nx)的第一组(2rx)电阻性细长元件(2r)，所述第一公共节点(Nx)被配置成被电连接至检测设备(5)的第一输入(INx)，所述检测设备(5)被配置成提供包括第一输出值(OUTx)的输出信号(S_OUT)，所述第一输出值(OUTx)是所述第一组(2rx)电阻性细长元件(2r)的电容值(CRx)的函数；其中所述多个电阻性细长元件(2r)限定感测区域(3)，所述多个感测细长元件(2)包括至少一个导电细长元件(2c)，所述至少一个导电细长元件(2c)被至少部分地布置在所述感测区域(3)内并且与所述电阻性细长元件(2r)电绝缘，所述至少一个导电细长元件(2c)被电连接至参考公共节点(Nc)，所述参考公共节点(Nc)被配置成被电连接到所述检测设备(5)的参考输入(INc)，以用于评估所述至少一个导电细长元件(2c)的电容(Cc)；所述至少一个导电细长元件(2c)的每单位长度的电阻Rc比所述电阻性细长元件(2r)的每单位长度的电阻Rr小至少两个量级。
2.根据权利要求1所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述第一输出值(OUTx)是所述第一组(2rx)电阻性细长元件(2r)的电容(CRx)的直接或间接测量。
3.根据权利要求1所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述至少一个导电细长元件(2c)被布置成限定与所述感测区域(3)交叠的区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式触摸传感器，其特征在于，所述多个感测细长元件(2)包括被电连接到所述参考公共节点(Nc)的多个所述导电细长元件(2c)，每个导电细长元件(2c)与所述多个感测细长元件(2)中对应的电阻性细长元件(2r)相关联，且反之亦然，每个电阻性细长元件(2r)与对应的导电细长元件(2c)相关联。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，比率Rr/Rc在100至100000的范围内。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述输出信号(S_OUT)包括参考输出值(OUTc)，所述参考输出值是对所述至少一个导电细长元件(2c)的电容(Cc)的直接或间接测量。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述第一输出值(OUTx)是所述第一组(2rx)电阻性细长元件(2r)的电容(CRx)的直接或间接测量与所述至少一个导电细长元件(2c)的电容(Cc)的直接或间接测量之间的比率(CRx/Cc)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述多个电阻性细长元件(2r)包括第二组(2ry)电阻性细长元件(2r)，所述第二组(2ry)电阻性细长元件(2r)与所述第一组(2rx)电阻性细长元件(2r)电绝缘并且被电连接到第二公共节点(Ny)，所述第二公共节点(Ny)被配置成被电连接到所述检测设备(5)的第二输入(INy)，其中所述第一组(2rx)电阻性细长元件(2r)和所述第二组(2ry)电阻性细长元件(2r)交叠以形成电阻性细长元件(2r)的栅格，所述输出信号(S_OUT)包括第二输出值(OUTy)，所述第二输出值(OUTy)是所述第二组(2ry)电阻性细长元件(2r)的电容值(CRy)的函数。
9.根据权利要求8所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述第二输出值(OUTy)是所述第二组(2ry)电阻性细长元件(2r)的电容(CRy)的直接或间接测量。
10.根据权利要求8所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述第二输出值(OUTy)是所述第二组(2ry)电阻性细长元件(2r)的电容(CRy)的直接或间接测量与所述至少一个导电细长元件(2c)的电容(Cc)的直接或间接测量之间的比率(CRy/Cc)。
11.根据权利要求9所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述第一组(2rx)的电阻性细长元件沿着第一方向(X)彼此平行地布置。
12.根据权利要求11所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述第二组(2ry)的电阻性细长元件沿着正交于所述第一方向(X)的第二方向(Y)彼此平行地布置。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述检测设备(5)被连接至被配置成将所述输出信号(S_OUT)传送至外部设备(6)的通信模块(4)。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述支撑层(1)是织物。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述电阻性细长元件(2r)是电阻性纱线。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，所述导电细长元件(2c)是导电纱线。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式触摸传感器(10)，其特征在于，其中所述支撑层(1)是机织织物，并且其中所述多个感测细长元件(2)形成所述机织织物(1)的纬纱(7)和/或经纱(8)的至少一部分。
18.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的电容式触摸传感器(10)的制品，所述制品任选地包括所述检测设备(5)。
19.一种用于检测支撑层(1)上的触摸事件的方法，包括以下步骤：
(a)提供根据前述权利要求1-17中任一项所述的电容式触摸传感器(10)；
(b)评估所述感测细长元件(2)的电容(CRx、CRy、Cc)；
(c)提供包括一个或多个输出值(OUTx、OUTy、OUTc)的输出信号(S_OUT)，所述一个或多个输出值(OUTx、OUTy、OUTc)是在所述步骤(b)中评估的所述电容(CRx、CRy、Cc)的函数。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，包括将所述输出信号(S_OUT)传送到外部设备(6)的步骤。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，其中所述支撑层(1)是织物，并且其中所述感测细长元件(2)是感测纱线。
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