CN114327158A - 用于触摸板的互电容式传感器 - Google Patents

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Abstract

一种互电容式触摸传感器，包括第一电容器电极和第二电容器电极。所述第二电容器电极与所述第一电容器电极相邻且在空间上分离。内部区域安置在所述第一电容器电极与所述第二电容器电极之间，其中所述第一电容器电极和所述第二电容器电极被布置成环绕所述内部区域。所述内部区域可以包括用于背光的孔。

Description

用于触摸板的互电容式传感器
背景技术
本说明书涉及用于触摸板的互电容式传感器，以及包括互电容式传感器的触敏装置。
互电容是一种不同于自电容式触摸感测的流行电容触摸感测方法。
互电容式触摸传感器包括两个电极，其中每一电极需要来自微控制器(MCU)的引脚。通过两个电极之间的电容发生的变化来检测传感器上的‘触摸’。互电容式触摸传感器可以用于形成具有比自电容式传感器所需的MCU引脚更少的MCU引脚的触摸板。因此，互电容式触摸传感器通常用于按键矩阵以及需要使用较少引脚和小面积印刷电路板(PCB)而低成本的MCU解决方案的其它触摸板。
然而，为了使互电容式触摸传感器正常工作，应在特定限制下精心设计传感器。重要的是使电容灵敏度最大化，以便可靠且精确地检测传感器上的‘触摸’。
发明内容
在随附的独立权利要求和从属权利要求中阐述了本公开的各方面。从属权利要求的特征的组合可以适当地与独立权利要求的特征进行组合，且不仅仅是按照权利要求书中所明确阐述的那样组合。
根据本公开的方面，提供一种互电容式触摸传感器，所述互电容式触摸传感器包括：第一电容器电极；第二电容器电极，其中第二电容器电极与第一电容器电极相邻且在空间上分离；内部区域，所述内部区域安置在第一电容器电极与第二电容器电极之间，其中第一电容器电极和第二电容器电极被布置成环绕内部区域。
本公开可以提供一种改进的触摸传感器，由此第一电容器电极和第二电容器电极的布置可以产生高电容灵敏度。
内部区域提供由第一电容器电极和第二电容器电极环绕的空间或间隙。这可以允许用于背光的孔嵌入内部区域中，而不会降低电容灵敏度或影响触摸传感器的操作。应了解，并不总是期望背光，因此触摸传感器可以设置为没有预先嵌入内部区域中的孔。
内部区域可以是中心区域。因此，内部区域可以安置在触摸传感器的中心处。
第一电容器电极可以是传输或驱动电极(X)且第二电容器电极可以是接收或感测电极(Y)。
触摸传感器可以设置在印刷电路板(PCB)上。内部区域或中心区域可以包括印刷电路板上的间隙或空间。
任选地，第一电容器电极和第二电容器电极各自围绕内部区域形成中心对称图案。这种布置或设计在触摸传感器用作触摸按钮的情况下可以是有益的。
第一电容器电极和第二电容器电极可以围绕内部区域以同心图案布置。
第一电容器电极和第二电容器电极可以是叉指形的。任选地，第一电容器电极和第二电容器电极可以按叉指形正方形图案或叉指形同心图案布置。
第一电容器电极和第二电容器电极可以各自包括环绕内部区域的多个连接的环或不完整环。第二电容器电极的每一环或不完整环可以安置在第一电容器电极的相邻环或不完整环之间。
任选地，第一电容器电极包括第一端且第二电容器电极包括第二端。第一和第二端可以安置在触摸传感器的对置边缘或拐角处。
任选地，第一电容器电极与第二电容器电极不重叠。
第一电容器电极可以相对于第二电容器电极具有大的表面积。第一电容器电极可以比第二电容器电极宽。
任选地，第一电容器电极的宽度在第二电容器电极的宽度的3至10倍之间。在一些实施例中，第一电容器电极的宽度可以在1至5mm之间且第二电容器的宽度可以在0.1至0.3mm之间。
任选地，第一电容器电极的宽度可以为约1mm，且第二电容器电极的宽度可以为约0.14mm。
第一电容器电极和/或第二电容器电极的至少一个边缘或拐角可以是成斜面的。斜面可以帮助减少由电极产生的电场的不必要辐射，从而提高触摸传感器的电容灵敏度。
触摸传感器的内部区域可以包括用于背光或光源的孔。背光至少部分地照亮触摸板，这对于其中触摸板可能在低可见度条件下或在夜间使用的应用是有益的。在现有技术中，如果需要背光，已知在第一电容电极中形成用于背光的合适的孔。这种孔降低电容灵敏度且对触摸传感器的性能产生负面影响。相比而言，在本公开中，由于孔位于由第一电容器电极和第二电容器电极环绕的指定内部区域中，因此可以在不损失电容灵敏度的情况下提供用于背光的孔。
在一些实施例中，孔不破坏、横穿或触碰第一电容器电极和第二电容器电极中的任一个。
任选地，内部区域和/或孔具有矩形或正方形形状。
任选地，内部区域或孔的面积可以为约4至8mm2。在一些实施例中，孔的面积可以为6mm2。这种大小可足以允许足够的光穿过以照亮触摸传感器或触摸板。
在另一方面，本公开提供一种互电容式触摸板，所述互电容式触摸板包括根据本公开的第一方面的任何实施例或例子的互电容式触摸传感器，以及被配置成监测第二电容器电极的电容的感测电路。
任选地，触摸板包括连接到或被配置成连接到第一电容传感器的电源。因此，可以驱动第一电容器电极以产生电场，并且可以监测第二电容器电极以检测由用户触摸触摸传感器引起的电容的任何变化。
任选地，如上文所详述的，触摸传感器包括内部区域中的孔。触摸板可以另外包括用于至少部分地照亮触摸板的背光或光源，其中背光或光源与触摸传感器的内部区域中设置的孔对准。
孔可不破坏或触碰第一电容器电极和第二电容器电极中的任一个。
任选地，触摸传感器可以设置在第一PCB上且背光或光源可以设置在第二PCB上。在使用中，第一PCB可以定位在第二PCB的前方。第二PCB可以定位成使得背光或光源与第一PCB中的孔对准，因此穿过孔向外发射光。
背光或光源可以是LED。
触摸板可以包括以触摸传感器阵列布置的多个互电容式触摸传感器，其中感测电路被配置成监测第二电容器电极中的每一个处的电容。
可以连接互电容式触摸传感器中的每一个的第二电容器电极。因此，互电容式触摸传感器中的每一个可以共用单个第二电容器电极。
触摸传感器阵列可以按网格布局布置在印刷电路板(例如，第一印刷电路板)上。
触摸板可以形成触摸键盘或触摸按键。
在另一方面，本公开提供一种触敏装置，所述触敏装置包括根据本公开的第二方面的任何实施例或例子的互电容式触摸板。
触敏装置可以是锁，其中触摸板形成键盘或按键以使用户能输入标识符或授权码以启用或停用锁。
附图说明
下文将仅借助于例子、参考附图来描述本公开的示意性实施例，在附图中相同的附图标记涉及相同的元件，并且其中：
图1是根据本公开的实施例的互电容式触摸传感器的示意性图示；
图2是根据本公开的另一实施例的互电容式触摸传感器的示意性图示；
图3是根据本公开的实施例的穿过触摸板的横截面的示意性图示；以及
图4是根据本公开的实施例的触摸板的正视图的示意性图示。
具体实施方式
下文参考附图来描述本公开的实施例。应了解，图式是示意性图示且未按比例绘制。
图1示出互电容式触摸传感器10。互电容式触摸传感器10可以设置在PCB上。互电容式触摸传感器10包括第一电容器电极12和第二电容器电极14。第二电容器电极14与第一电容器电极12相邻且在空间上分离。
内部区域或中心区域15安置在第一电容器电极12与第二电容器电极14之间。内部区域15是PCB上的间隙或空间。在图1所示的实施例中，内部区域15具有矩形形状，但应了解，内部区域15可以具有任何形状。
第一电容器电极12和第二电容器电极14以中心对称图案或设计布置成环绕内部区域15。在此实施例中，第一电容器电极12和第二电容器电极14围绕内部区域15以叉指形正方形图案布置。
第一电容器电极12和第二电容器电极14各自包括在连接路径处分叉的多个指状件。指状件围绕内部区域15延伸以围绕内部区域15形成环或不完整环。在图1所示的实施例中，第一电容器电极12包括三个指状件，且第二电容器电极包括两个指状件。第二电容器电极14的每一指状件或每一环安置在第一电容器电极12的相邻指状件或相邻环之间。因此，第一电容器电极12和第二电容器电极14的指状件或环形成以内部区域15为中心的交替图案。
这种导体布置在触摸传感器10用作触摸按钮的情况下可以是特别有利的。相比而言，在现有技术设计中，第一电容器电极12和第二电容器电极14被布置成锯齿状、齿状或锯形图案，其中电极不环绕内部区域(例如，间隙或空间)。
在其它实施例(未示出)中，内部区域15可以不位于触摸传感器10的中心处。还应了解，第一电容器电极12和第二电容器电极14可以围绕内部区域以各种不同的图案布置。
第一电容器电极12和第二电容器电极14中的每一个的拐角是成斜面的。
第一电容器电极12相对于第二电容器电极14具有大的表面积。这是因为第一电容器电极12是传输或驱动电极(也称为X板)且第二电容器电极14是接收或感测电极(也称为Y板)。增大第一电容器电极12的表面积会提高触摸传感器10的电容灵敏度。减小第二电容器电极14的表面积会减小干扰风险。
在一些实施例中，第一电容器电极12的宽度可以为约1mm，且第二电容器电极14的宽度可以为约0.14mm。内部区域15的面积可以为约6mm2。
第一电容器电极12包括第一端11。第二电容器电极14包括第二端13。第一端11和第二端13安置在触摸传感器10的对置拐角处。连接第一电容器电极12的指状件或环的连接路径可以按直线从第一端11向内部区域15延伸。类似地，连接第二电容器电极14的指状件或环的连接路径可以按直线从第二端13向内部区域15延伸。
在使用中，第一端11连接到电源，这使第一电容器电极12发射电场。此电场由第二电容器电极14接收。在使用中，第二端13连接到感测电路，所述感测电路被配置成监测第二电容器电极14的电容。如果用户触摸了触摸传感器10，则会引起第二电容器电极14的电容的变化。
图2示出与图1所示出的触摸传感器10类似的互电容式触摸传感器10。在此实施例中，内部区域15包括用于背光的孔16。孔16不破坏或横穿第一电容器电极12或第二电容器电极14。孔16容纳在内部区域15内。因此，可在不降低触摸传感器的电容灵敏度的情况下设置背光孔。
孔16允许来自定位在触摸传感器10后方的光源的光(即，背光)照亮触摸传感器或触摸板。这在图3中示出。
如图3所示，触摸传感器设置在第一PCB 21上。触摸传感器可以如图2中所描绘。第一电容器电极12发射由虚线示出的电场，所述电场由第二电容器电极14接收。覆盖控制板20设置在触摸传感器和第一PCB 21的顶部上。
例如LED的光源17设置在第二PCB 22上。第二PCB 22安装在第一PCB 21后方，使得光源17与第一PCB 21中的孔16对准。因此，光源17穿过孔16发射光，从而形成背光。背光17向用户提供触摸传感器位置(即，用户应按压以操作触摸板的位置)的清晰视觉指示。
图4示出根据本公开的实施例的触摸板100的正视图的图示。触摸板100包括以触摸传感器阵列布置的多个触摸传感器10。每一触摸传感器10的位置可以与触摸板100上的触摸按钮相对应。
在此实施例中，十二个触摸传感器10按3×4网格(三个竖直列，每一列中有四个触摸传感器)布置。然而，应了解，可以按各种阵列布局来设置任何数目的触摸传感器10。
如图2和3中所示，阵列中的每一触摸传感器10包括用于背光的孔16。然而，在其它实施例中，如图1中，一些或全部触摸传感器10可以不设置孔16。
触摸板100可以形成触敏装置的部分。例如，触摸板100可以用作锁定装置中的触摸按键。应了解，触摸板100具有许多可能的用途，并且不限于在任何特定类型的触敏装置中使用。
因此，已经描述了一种包括第一电容器电极和第二电容器电极的互电容式触摸传感器。所述第二电容器电极与所述第一电容器电极相邻且在空间上分离。内部区域安置在所述第一电容器电极与所述第二电容器电极之间，其中所述第一电容器电极和所述第二电容器电极被布置成环绕所述内部区域。所述内部区域可以包括用于背光的孔。
尽管已经描述了本公开的具体实施例，但是应了解，可以在权利要求书的范围内作出许多修改/添加和/或替代。

Claims (10)

1.一种互电容式触摸传感器，其特征在于，包括：
第一电容器电极；
第二电容器电极，其中所述第二电容器电极与所述第一电容器电极相邻且在空间上分离；以及
内部区域，所述内部区域安置在所述第一电容器电极与所述第二电容器电极之间，其中所述第一电容器电极和所述第二电容器电极被布置成环绕所述内部区域。
2.根据权利要求1所述的互电容式触摸传感器，其特征在于，所述第一电容器电极和所述第二电容器电极各自围绕所述内部区域形成中心对称图案。
3.根据在前的任一项权利要求所述的互电容式触摸传感器，其特征在于：
所述第一电容器电极和所述第二电容器电极是叉指形的；或
所述第一电容器电极和所述第二电容器电极各自包括环绕所述内部区域的多个连接的环或不完整环，并且其中所述第二电容器电极的每一环或不完整环安置在所述第一电容器电极的相邻环或不完整环之间。
4.根据在前的任一项权利要求所述的互电容式触摸传感器，其特征在于，所述第一电容器电极包括第一端且所述第二电容器电极包括第二端，其中所述第一和第二端设置在所述触摸传感器的对置边缘或拐角处。
5.根据在前的任一项权利要求所述的互电容式触摸传感器，其特征在于，所述内部区域包括用于背光的孔。
6.根据权利要求5所述的互电容式触摸传感器，其特征在于，所述孔不破坏或触碰所述第一电容器电极和所述第二电容器电极中的任一个。
7.一种互电容式触摸板，其特征在于，包括：
根据权利要求1至6中任一项所述的互电容式触摸传感器；以及
感测电路，所述感测电路被配置成监测所述第二电容器电极的电容。
8.根据权利要求7所述的互电容式触摸板，其特征在于，所述触摸传感器如根据权利要求5或权利要求6所限定，所述互电容式触摸板另外包括：
用于至少部分地照亮所述触摸板的背光，其中所述背光与设置在所述触摸传感器的所述内部区域中的所述孔对准。
9.根据权利要求8所述的互电容式触摸板，其特征在于，所述触摸传感器设置在第一PCB上且所述背光设置在第二PCB上，其中所述第二PCB定位成使得穿过所述孔向外发射光。
10.一种触敏装置，其特征在于，包括根据权利要求7至9中任一项所述的互电容式触摸板。
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