CN210573709U - 一种电容式感应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电容式感应装置，包括：感应单元层、感应点驱动电路、控制单元和处理单元；控制单元连接感应点驱动电路，感应点驱动电路连接感应单元层，感应单元层连接处理单元。本实用新型通过控制单元输出低耗控制信号和非低耗控制信号；感应点驱动电路根据低耗控制信号、非低耗控制信号输出低耗驱动信号和非低耗驱动信号；感应单元层根据低耗驱动信号和非低耗驱动信号执行感应功能，输出低耗感应信号和非低耗感应信号；处理单元根据预设的处理算法处理低耗感应信号，得到触控识别信息；根据预设的处理算法处理非低耗感应信号，得到指纹识别信息，能够合理规划感应单元的使用，实现触控识别和指纹识别，结构简单，有利于降低生产成本。

Description

一种电容式感应装置

技术领域

本实用新型涉及触控技术领域，尤其是一种电容式感应装置。

背景技术

出于安全需求和便捷需求，用智能设备进行身份识别成为首选，由于具有极高安全性，指纹辨识被越来越多应用于在智能设备中以识别使用者身份。

由于电容式触摸屏有不需要压力来产生信号，支持多点触控技术等优点，现有的触控检测装置大多用的是电容式，指纹识别和普通触控识别相比，要求更高的感应精细度，相当于需要设置更多更密集的感应元件。

现有能同时支持触控和指纹识别操作的设备，大部分采用了将实现触控感应功能的感应元件和实现指纹识别功能的感应元件分开排布的方式。需要支持指纹识别的位置设置更多更密集的感应元件，以满足精确识别手指纹路的需求，其余不需精确感应的部分则采用更稀疏的感应元件，也足够满足触控识别的要求。但这需要将感应元件层分成两个部分来制造，而且每个部分的感应元件也要单独布局。在使用上，只有部分指定的区域支持指纹识别，不够灵活。

实用新型内容

本实用新型实施例旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型实施例的一个目的是提供一种电容式感应装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型实施例提供一种电容式感应装置，包括：分布有若干感应点的感应单元层、感应点驱动电路、控制单元和处理单元；控制单元连接感应点驱动电路，感应点驱动电路连接感应单元层，感应单元层连接处理单元；控制单元输出用于控制感应点驱动电路的低耗控制信号和非低耗控制信号；感应点驱动电路用于根据低耗控制信号输出低耗驱动信号，根据非低耗控制信号输出非低耗驱动信号；感应单元层根据低耗驱动信号和非低耗驱动信号执行感应功能，输出对应的低耗感应信号和非低耗感应信号；处理单元获取并根据预设的处理算法处理低耗感应信号，得到触控识别信息；处理单元获取并根据预设的处理算法处理非低耗感应信号，得到指纹识别信息。

优选地，控制单元用于获取指定的激活信号，输出非低耗控制信号。

优选地，感应点为电极之间形成的电容结构。

优选地，处理单元还用于在得到指纹识别信息后，输出切换信号；控制单元获取切换信号，输出低耗控制信号；感应点驱动电路根据低耗控制信号切换非低耗控制信号为低耗驱动信号。

优选地，感应点驱动电路包括译码器电路，用于选择接入驱动电路的电极。

优选地，感应点驱动电路包括移位寄存器电路，用于选择接入驱动电路的电极。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型实施例通过控制单元输出低耗控制信号和非低耗控制信号；感应点驱动电路根据低耗控制信号、非低耗控制信号输出低耗驱动信号和非低耗驱动信号；感应单元层根据低耗驱动信号和非低耗驱动信号执行感应功能，输出低耗感应信号和非低耗感应信号；处理单元根据预设的处理算法处理低耗感应信号，得到触控识别信息；根据预设的处理算法处理非低耗感应信号，得到指纹识别信息，能够合理规划感应单元的使用，实现触控识别和指纹识别，结构简单，有利于降低生产成本。

附图说明

图1是电容式感应装置的一种实施例的连接图；

图2是触控装置的一种实施例的结构图；

图3是感应元件线路的一种实施例的框架图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1。

如图1所示的一种电容式感应装置，包括：分布有若干感应点的感应单元层1、感应点驱动电路2、控制单元3和处理单元4；控制单元3连接感应点驱动电路2，感应点驱动电路2连接感应单元层1，感应单元层1连接处理单元4；控制单元3输出用于控制感应点驱动电路2的低耗控制信号和非低耗控制信号；感应点驱动电路2用于根据低耗控制信号输出低耗驱动信号，根据非低耗控制信号输出非低耗驱动信号；感应单元层1根据低耗驱动信号和非低耗驱动信号执行感应功能，输出对应的低耗感应信号和非低耗感应信号；处理单元4获取并根据预设的处理算法处理低耗感应信号，得到触控识别信息；处理单元4获取并根据预设的处理算法处理非低耗感应信号，得到指纹识别信息。

本实用新型实施例中，所采取的感应点，其原理为在基板上设置有由ITO(氧化铟锡，即透明电极)构成的驱动电极与感应电极，驱动电极与感应电极之间形成电容结构，通过人体的静电触发，驱动电极与感应电极之间会产生电容变化，感应功能即为输出对应的电容值，低耗感应信号则为低耗模式下输出的电容值，非低耗感应信号则为非低耗模式下输出的电容值。即感应点为电极之间形成的电容结构。感应点的电容容值即为两种电极间互电容容值。感应点的布局包括了感应元件的布局。

以手机触摸屏为例进行具体的结构的说明，基板为玻璃材质的板材，在基板上设置感应点，即由电极产生的电容结构。板材上设置有平均分布的感应点，并设置对应的辅助电路以使感应点能够正常工作。感应点的设置也可以不采取平均的方式，但是应能够覆盖整个触摸屏的显示区域，并且若要支持指纹识别功能，则显示区域中的子区域内的感应点的数量需能够满足指纹识别所需要的感应点的密度，电极之间的互电容就相当于一个感应点。

由于数据处理能力的限制，并不会在同一时刻执行全部的感应点的电容值的上报。因此会按照一定的顺序逐步上传。因此，就会产生扫描频率这个概念，即获取电容值的频率。

对应的处理算法包括触控识别算法和指纹识别算法，均属于成熟技术。其原理在于，根据感应点的电容变化确定接触位置，根据接触位置的变化确定触控信号。基于感应点电容变化量的大小确定指纹的峰与谷的位置，其中，峰的位置的连接图即为指纹。

感应点驱动电路2主要包括两种工作模式：

低耗模式(即感应点处于非低耗驱动信号的情况下)，此时选择部分感应点执行感应功能；或者，选择部分感应点以小于预设的慢速阈值(为一具体设置的值)的扫描频率执行感应功能；又或者，全部感应点以小于预设的慢速阈值的扫描频率执行感应功能。即选择一部分感应点，该部分的感应点处于能够产生电容的状态，而另一部分感应点则处于不产生电容的情况或者电容不变的情况，具体包括：接入电路的驱动电极与感应电极之间的互电容，因为手指触碰，容值会发生改变，不通电或悬空的电极之间没有互电容。若是接地或接其它电位，则是有互电容，只是互电容变化量的数据未传出去。

在范围固定的情况下，感应点越少，上传的电容值的数量也越少，则对应的测量精度也低；在实际的使用中，基于电容的指纹识别技术需要大量的感应点以支持数据处理以得到指纹的图像。而识别触控的操作并不需要那么多的感应点，因此，通过低耗模式能够满足触控识别的需求。

非低耗模式(即感应点处于非低耗驱动信号的情况下)，则是选择全部感应点，或者选择部分感应点；同时提高感应点的扫描频率，因为在指纹识别操作中，不知道人的手指什么时候就移动了或者移开了，扫描频率低，可能在后面的时间就会采到错误或空白的图像。如此，能够得到更多的感应点电容值，能够支持指纹的识别。此时控制单元3获取指定的激活信号，输出非低耗控制信号。

在一般的情况下，指纹识别只要一次就足够。因此，在完成指纹识别后，可以切换非低耗模式为低耗模式，能够降低功耗。即处理单元4还用于在得到指纹识别信息后，输出切换信号；控制单元3获取切换信号，输出低耗控制信号；感应点驱动电路2根据低耗控制信号切换非低耗控制信号为低耗驱动信号。

控制单元3用于获取指定的激活信号，输出非低耗控制信号，其中，激活信号的本质为特定的信号。例如，在手机上广泛使用的锁屏，在使用者碰触手机上的按键后，显示屏会进入待解锁的状态，此时，可以认为手机的系统已经在做好准备等待进行指纹解锁。此时，按键的触发信号，即为特定的信号。或者，手机通过语音识别识别特定的语句，则输出一个信号，该信号可以作为特定的信号。

又或者，显示屏本身处于锁屏状态，但是其获取触摸操作的机能(即感知电容变化的能力)仍然存在，则可以设置一种指令输出事件：例如可以连续在显示屏上点击若干次，当处理单元4确定存在若干次针对于显示屏的点击(即对应的电容变化事件)后，则根据预设的规则，输出激活信号。另外，如果能够自发性的执行指纹识别，会给使用者带来很多便利。因此，可以检测感应区域，当某一个区域的电容值的变化符合预设的变化规则，则根据预设的规则，输出激活信号。具体的变换规则，可以是，某一个区域范围，电容值的变化在3s内，保持不变或者变化很小，则认为有手指(指纹)停留在该区域，显然，如果是正常的触控操作，不需要停留在一个地方过长时间，则可以认为，使用者需要执行指纹识别，则根据预设的规则，输出激活信号。

上述实施例中，扫描频率可以基于对处理单元4的芯片的设置简单实现。

实施例2。

本实用新型实施例提供的触控装置包括如图2所示的五个部分，覆盖层，感应元件层(即感应单元层1)，基板，导线，IC(包括控制单元3和处理单元4)，其中，感应元件层：包括若干个感应电极和驱动电极，按朝向分组，一向电极与另一向电极交错排列，同向电极间用导电材料连接，不同向电极之间设置绝缘物质，连接至IC的感应元件列数和行数可选，一般地，选择的感应元件数越多，则感应点越多，感应精细度越高。

基板：绝缘，起承载、保护作用，避免影响电容器电荷量。

感应元件层可通过导线与IC通信，IC能发送控制信号，接收感应结果，并能实现不仅限于触控识别和指纹识别的功能。

低耗模式下，以隔数行、数列电极来扫描，检测有无手指触摸。非低耗模式下，以在手指触摸点附近特定范围内的所有电极来扫描，检测手指指纹纹路。

有益效果：

不需额外设置指纹辨识结构，不需要单独规划特定受触区域，可提高集成度，灵活度，减小成本。若同时集成显示装置，将触控和指纹识别的电极做于一层中，在透光率上也有优势。与通常设计相比，减小了功耗。根据需要的感应精细度不同，甚至可以在软件上就能控制接入电路的感应元件(感应点)个数，使用灵活方便。

实施例3。

具体的触控装置的结构包括：覆盖层和覆盖层之下的感应单元层1。感应单元层1分为三层，纵向的电极为第一层，横向电极为第三层，两层之间设置绝缘层。感应单元层1内每行每列电极分别通过导线连接到IC(处理单元4)，感应单元层1的感应元件形状为菱形或其他形状，短对角线40um，长对角线40um，两距离最近的电极间距10um，两不同朝向的电极各有200x200个，IC内集成了驱动电路用以驱动感应元件阵列(由每行每列电极组成) 和接收电路，用以接收感应元件间互电容变化数据，在触控装置休眠、待唤醒或平常使用中。

在上述结构的基础上的，对应的控制原理包括：

基础控制原理，触控装置通过驱动电路以普通精度(例如，1/8精度，扫描一行间隔七行，扫描一列间隔七列，属于低耗模式)对感应元件阵列进行扫描。当出现触控操作(即手指接触感应单元层1或者按在了覆盖层上)，不同朝向的感应元件之间的互电容变化量被传给接收电路；此时若有需求进行指纹识别验证，发送控制信号给驱动电路以使全部感应元件接入感应元件阵列，满足指纹识别所需的精度要求。指纹识别操作完成后，回归普通精度进行扫描。

感应元件控制原理1：因为涉及到选择不同数目的感应元件，意味着感应单元层1需要更多的信号线来控制，为了优化解决芯片出线过多这一问题，用作触控感应相关的驱动电路可以从IC独立出来，用译码器电路实现并集成在感应装置内。译码器的输出端连接感应元件阵列，控制每一路感应元件是否连入电路。在触控装置休眠、待唤醒或在执行触控操作时，以普通精度(1/4精度，扫描一行间隔三行，扫描一列间隔三列)进行扫描，如图3所示的感应元件线路框架图，不用的电极可接地或浮空，其中，RX0～RX8为行电极，TX0～TX8为列电极，粗线为被选择的电极(感应元件)，细线且接地的为未被选择的电极。

即感应点驱动电路2包括译码器电路，用于选择接入驱动电路的电极。

指纹识别原理：出现触控操作后，不同方向的感应元件间耦合电容(互电容)电荷储存量变化被感应到，将结果输出至接收电路。若此时需进行指纹识别，则IC发送控制信号至译码器和感应单元层1，选择将以离受触区域中点最近的感应元件为中心，上下40行共81行和左右40列共81列的感应元件接入电路，获得两种朝向电极之间互电容的电荷储存量变化量的大小，进一步获得指纹图像，进行图像处理，并与指纹库内已存指纹比对。结束后使感应元件阵列回到普通精度(扫描一行间隔三行，扫描一列间隔三列)被扫描以继续用作触控操作。

感应元件控制原理2：与感应元件控制原理1相似，驱动电路可用移位寄存器电路实现并集成在感应装置中，此时，感应电极层内驱动电极的选择可只由两路信号控制(clock和 startup)。IC有一数据输出端口和一时钟信号端口连接至移位寄存器，多个移位寄存器级联，移位寄存器阵列的输出端连接驱动电极阵列，控制每一路驱动电极是否连入电路。

即感应点驱动电路2包括移位寄存器电路，用于选择接入驱动电路的电极。

在感应元件控制原理2的情况下，与感应元件控制原理1触控操作后的流程不同的是，控制信号将被发送给移位寄存器阵列和感应元件阵列，用以进行后续操作。指纹比对成功，解锁设备后，IC向移位寄存器阵列和感应元件阵列发送控制信号，使感应元件阵列回到普通精度，以继续用作触控操作。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种电容式感应装置，其特征在于，包括：

分布有若干感应点的感应单元层、感应点驱动电路、控制单元和处理单元；

所述控制单元连接所述感应点驱动电路，所述感应点驱动电路连接所述感应单元层，所述感应单元层连接所述处理单元；

所述控制单元输出用于控制所述感应点驱动电路的低耗控制信号和非低耗控制信号；

所述感应点驱动电路用于根据所述低耗控制信号输出低耗驱动信号，根据所述非低耗控制信号输出非低耗驱动信号；

所述感应单元层根据所述低耗驱动信号和所述非低耗驱动信号执行感应功能，输出对应的低耗感应信号和非低耗感应信号；

所述处理单元获取并根据预设的处理算法处理所述低耗感应信号，得到触控识别信息；

所述处理单元获取并根据预设的处理算法处理所述非低耗感应信号，得到指纹识别信息。

2.根据权利要求1所述的一种电容式感应装置，其特征在于，所述控制单元用于获取指定的激活信号，输出非低耗控制信号。

3.根据权利要求1所述的一种电容式感应装置，其特征在于，所述感应点为电极之间形成的电容结构。

4.根据权利要求2所述的一种电容式感应装置，其特征在于，所述处理单元还用于在得到指纹识别信息后，输出切换信号；

所述控制单元获取所述切换信号，输出低耗控制信号；

所述感应点驱动电路根据所述低耗控制信号切换非低耗控制信号为低耗驱动信号。

5.根据权利要求3所述的一种电容式感应装置，其特征在于，所述感应点驱动电路包括译码器电路，用于选择接入驱动电路的电极。

6.根据权利要求3所述的一种电容式感应装置，其特征在于，所述感应点驱动电路包括移位寄存器电路，用于选择接入驱动电路的电极。

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