CN213715903U

CN213715903U - 一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置

Info

Publication number: CN213715903U
Application number: CN202022654997.6U
Authority: CN
Inventors: 谢峰
Original assignee: Shenzhen Namu Zhilian Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Namu Zhilian Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2030-11-17

Abstract

本实用新型提供了一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置，包括导电传感层，所述导电传感层设有多个沿导电传感层平面的X、Y方向呈阵列设置的导电传感单元；多个所述导电传感单元之间相互隔离设置；当导电传感层与电容触摸输入设备连接时，所述导电传感单元位于电容触摸输入设备中对应的触摸传感器单元的正上方投影区域内。本实用新型通过在导电传感层内设置与触摸传感器单元对应的导电传感器，使得导电传感层、与导电传感层相连的导体及地之间形成一导电通路，使得主控系统可以捕捉触摸动作并计算出触摸点位置，可以完全取代主被动式电容笔、电磁笔，极大的便利了非手指直接触摸的使用场景。

Description

一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置

技术领域

本实用新型涉及触摸输入设备领域，尤其涉及一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置。

背景技术

电容屏当前在各种智能设备上得到广泛应用，其实现原理为：利用人体本身的电导体特性，当手指触摸电容触摸屏表面时，会在相应位置与触摸传感器单元产生微弱的感应电容Cf，使得主控系统捕捉到的触摸传感器单元间原有电容Cp发生变化，通过主控进行相关演算从而检测出触摸点位置。理论上任何导电体都可以直接对电容触摸屏进行操作，而常规笔尖虽然可以导电，但与触摸传感器单元间的感应电容太小，导致无法被触摸传感器单元识别。

而现有的解决方法有以下几种：第一，采用主动式电容笔，但构造复杂，成本高，制造难度大，需要主机端配合设计才能使用，不能作为普通笔书写，需充电，使用不便利；第二，特制大尺寸导电性笔帽，如导电硅胶、导电纤维布、金属导电头等，但只有当笔帽面积达到一定尺寸才能够被电容传感器识别，影响书写时的视觉感官，使用体验不佳；第三，采用电磁笔，构造复杂，需主机端增加电磁输入膜配合才能完成输入，整体设计复杂且实现成本高，难以普及。以上几种方法要么构造复杂，需要主机端配合设计采用使用，要么体积太大，影响外观视觉，使用体验不佳，使得传统电容屏使用时存在一定的不便性。

实用新型内容

本实用新型为解决现有普通笔尖不能电容屏进行操作的技术问题，提供了一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置。

本实用新型提供了一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置，包括导电传感层，所述导电传感层设有多个沿导电传感层平面的X、Y方向呈阵列设置的导电传感单元；多个所述导电传感单元之间相互隔离设置；当导电传感层与电容触摸输入设备连接时，所述导电传感单元位于电容触摸输入设备中对应的触摸传感器单元的正上方投影区域内；一个或多个导电传感单元与一个或多个触摸传感器单元相对应。

进一步的，所述导电传感单元的长度为L1，宽度为L2，厚度为L3；沿宽度方向，相邻导电传感单元的距离为L4；沿长度方向，相邻导电传感单元的距离为L5；所述触摸传感器单元的长度为L6，宽度为L7，厚度为L8；沿宽度方向，相邻触摸传感器单元的距离为L9；沿长度方向，相邻触摸传感器单元的距离为L10；设Lsx=L1+L5，Lsy=L2+L4，Ltx=L6+L10，Lty=L7+L9；导电传感单元与触摸传感器单元之间存在以下关系：Lsx≤2*Ltx和/或Lsy≤2*Lty和/或L1≤2*Ltx和/或L2≤2*Lty。

进一步的，导电传感单元与触摸传感器单元之间存在以下关系：Lsx=Ltx和/或Lsy=Lty和/或L1=L6和/或L2=L7。

进一步的，所述导电传感层采用导电材质制作而成。

进一步的，所述导电传感单元的面积Susen大于或等于所述触摸传感器单元的最小感应面积Smin。

进一步的，所述导电传感层一侧与电容触摸输入设备连接，另一侧还设有与导电传感单元连接的异向导电材料层。

进一步的，所述导电传感单元的方阻小于或等于10兆欧。

另一方面，本实用新型还提供一种基于电容触摸输入设备的传感输入方法，包括以下步骤：

步骤S1，在电容触摸输入设备的表面连接导电传感层；

步骤S2，导电传感层的导电传感单元通过感应用户的触碰操作信号；

步骤S3，导电传感层的导电传感单元将触碰操作信号传递给对应的电容触摸输入设备的触摸传感器单元；

步骤S4，电容触摸输入设备的主控系统对触摸传感器单元进行扫描，检查触摸传感器单元的信号变化，从而将用户的触碰操作信号传递给主控系统，并通过主控系统进行识别执行。

进一步的，所述步骤S2具体包括：

当具有任意形状且与大地或电源地相连的导电体触碰导电传感层时，对应的导电传感单元立即与大地导通，转化为一电极，从而感应到用户的触碰操作信号。

进一步的，所述步骤S3具体包括：

当导电传感单元转化为电极时，导电传感单元与电容触摸输入设备中对应的触摸传感器单元之间形成感应电容Cf，从而使得触摸传感器单元之间的电容Cp发生变化，达到将触碰操作信号传递给对应的电容触摸输入设备的触摸传感器单元；所述为电容 Cf≥εSmin/4 πkd ；其中Smin为触摸传感器单元的最小感应面积。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在电容触摸输入设备表面设置与触摸传感器单元相对应的导电传感层，并在导电传感层内设置于触摸传感器单元对应的导电传感器，使得导电传感层、与导电传感层相连的导体及人体之间形成一导电通路；此通路构成后，导电传感层中的传感单元可与电容触摸输入设备中的触摸传感器单元之间产生足够强度的感应电容Cf，从而使得主控系统可以捕捉触摸动作并计算出触摸点位置，极大的便利了非手指直接触摸的使用场景，可以取代主被动式电容笔、电磁笔；此外，设置导电传感层也可以对电容触摸输入设备表面起到类似保护膜的保护作用，使得原触摸显示屏幕在日常使用中更不容易受损。

附图说明

图1为现有电容触摸输入设备与人体手指接触的原理示意图。

图2为现有电容触摸输入设备与普通笔尖接触的原理示意图。

图3为本实用新型基于电容触摸输入设备的传感输入装置与电容触摸输入设备连接的原理示意图。

图4为本实用新型基于电容触摸输入设备的传感输入装置、普通笔尖及电容触摸输入设备之间连接的原理示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1~图4所示，本实用新型提供了一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置，包括导电传感层，所述导电传感层设有多个沿导电传感层平面的X、Y方向呈阵列设置的导电传感单元；多个所述导电传感单元之间相互隔离绝缘设置；当导电传感层与电容触摸输入设备连接时，所述导电传感单元位于电容触摸输入设备中对应的触摸传感器单元的正上方投影区域内；一个或多个导电传感单元与一个或多个触摸传感器单元相对应。

本实用新型通过在电容触摸输入设备表面设置与触摸传感器单元相对应的导电传感层，并在导电传感层内设置与触摸传感器单元对应的导电传感器，使得导电传感层、与导电传感层相连的导体及大地或电源地之间形成一导电通路；此通路构成后，导电传感层中的传感单元可与电容触摸输入设备中的触摸传感器单元之间产生足够强度的感应电容Cf，从而使得主控系统可以捕捉触摸动作并计算出触摸点位置，极大的便利了非手指直接触摸的使用场景；此外，设置导电传感层也可以对电容触摸输入设备表面起到类似保护膜的保护作用，使得原触摸显示屏幕在日常使用中更不容易受损。

在一个可选实施例中，所述导电传感单元的面积Susen大于或等于所述触摸传感器单元的最小感应面积Smin。

本实施例中，根据电容决定式C=εS/4πkd，电容触摸屏之所以能够探测到人手引起的电容变化，实际上是手指作为具有接触面积Sf的导体电极与电容触摸传感器电极间形成了感应电容Cf，将触摸处理芯片本身电路能够检测到并放大处理的等效变化电容设为Cc；则Cf(min)=Cc=εS/4πkd；所以在其它参数不变时，存在能够被触摸传感器单元检测的最小感应面积为：Smin=4πkdCf(min)/ε。而普通导电笔尖之所以无法对电容触摸屏进行操作，是因为其笔尖面积Sp小于Smin，无法产生有效的感应电容Cf。本实用新型引入导电传感层后，当具有任意形状的与大地或电源地相连的导电体触碰表面导电传感层的某个导电传感单元Usen(x，y)时，使得Usen(x，y)立即与地导通，转化为一电极。此电极与触摸传感器单元Utouch（x，y）对应，形成感应电容Cf。而其最小有效面积就是导电传感单元的面积Susen，只要前期设计时将Susen≥Smin，即能使得Cf≥Cf(min)，从而有效触发触摸识别电路。为简化描述和理解，以上所有参数均为等效参数，根据实际使用场景相关参数等效折算而来。

此外，触摸处理芯片对触摸传感单元进行扫描，在触摸传感单元Utouch(x，y)点的Cf的值使得芯片能够检测到原电容Cp发生变化，触摸处理芯片将相关触摸信息发送给主控系统，从而使得主控系统能够对笔尖等任意形状的导电体对系统的输入进行有效识别，无需对触摸芯片原有电路及软件算法进行调整，通过原有电路及算法进行相关演算即可确认触摸传感单元Utouch(x，y)是否发生触摸动作。而当不使用书写笔等工具而继续用手指对此结构进行操作时，协同触摸传感单元产生感应电容的电极由手指变为导电传感单元Usen（可能是一个，也可能是多个），因Susen≥Smin，所以手指触摸操作能够正常被触摸芯片识别。增加导电传感层不会对原设备的使用产生影响。

在一个可选实施例中，所述导电传感单元的长度为L1，宽度为L2，厚度为L3；沿宽度方向，相邻导电传感单元的距离为L4；沿长度方向，相邻导电传感单元的距离为L5；所述触摸传感器单元的长度为L6，宽度为L7，厚度为L8；沿宽度方向，相邻触摸传感器单元的距离为L9；沿长度方向，相邻触摸传感器单元的距离为L10；设Lsx=L1+L5，Lsy=L2+L4，Ltx=L6+L10，Lty=L7+L9；导电传感单元与触摸传感器单元之间存在以下关系：Lsx≤2*Ltx和/或Lsy≤2*Lty和/或L1≤2*Ltx和/或L2≤2*Lty。优选地，导电传感单元与触摸传感器单元之间存在以下关系：Lsx=Ltx和/或Lsy=Lty和/或L1=L6和/或L2=L7。

本实施例中，为避免一个导电传感单元对应多个触摸传感器单元而出现跳点及报点位置不准等不良现象，导电传感单元与触摸传感器单元之间存在以下关系：Lsx≤2*Ltx和/或Lsy≤2*Lty和/或L1≤2*Ltx和/或L2≤2*Lty。优选的，导电传感单元的面积等于触摸传感器单元的面积，采用一对一的方式，能够有效避免对多个触摸传感器单元产生信号，从而出现跳点及报点位置不准等不良现象。此外，可以根据具体使用场景和性能需求对相关参数进行调整（如表面导电传感层基材材质、导电传感单元导电材质、导电方阻、电导率及上文中提及的L1/L2/L3/L4/L5/Lsx/Lsy等其他影响到性能的相关参数），

在一个可选实施例中，所述导电传感层采用导电材质制作而成。

本实施例中，导电传感层视使用需求可以是任何导电材质，即可以是透明的导电薄膜（纳米级厚度），如ITO、纳米银、有机导电薄膜等导电薄膜，也可以是非导电体及不透明导电体。具体地，导电传感层既可以用各种工艺直接附着于电容触摸输入设备表面各种不同材质的盖板上，与电容触摸输入设备成为一体，也可以以保护膜、钢化膜等配件形式单独存在，将导电传感单元置于各种不同基材上，后装至电容触摸输入设备表面使用。本实用新型实施不受限于对应的电容触摸输入设备的具体实现种类及主控制系统，只要是电容式触摸传感设备均可使用并视为相应实施例(如GG、GF、GFF、Incell、Oncell等各种电容触摸屏实现方式均可以）。

在一个可选实施例中，增加导电传感层的层数或者改变导电传感单元的具体形状以及对这两种方式进行各种重新组合均可以达到本实用新型相同的效果。

在一个可选实施例中，所述导电传感层一侧与电容触摸输入设备连接，另一侧还设有与导电传感单元连接的异向导电材料层。通过异向导电材料层的作用，可以将导电传感层拓展连接至外表面。

在一个可选实施例中，所述导电传感单元的方阻小于或等于10兆欧。

本实施例中，由于触摸芯片本身会以一定频率(fscan)对触摸传感单元进行扫描，所以基于对相应时间的要求，构成导电传感层的导电传感单元的材料不限，导电传感单元的方阻根据不同使用需求调整，但最大不得大于10兆欧。优选的，在常规情况下不得大于1兆欧，避免在实际使用中出现断线、无响应、漏报点等不良现象。

步骤S1，在电容触摸输入设备的表面连接导电传感层；

本实用新型通过在电容触摸输入设备表面设置与触摸传感器单元相对应的导电传感层，并在导电传感层内设置与触摸传感器单元对应的导电传感器，使得导电传感层、与导电传感层相连的导体及地之间形成一导电通路；此通路构成后，导电传感层中的传感单元可与电容触摸输入设备中的触摸传感器单元之间产生足够强度的感应电容Cf，从而使得主控系统可以捕捉触摸动作并计算出触摸点位置，极大的便利了非手指直接触摸的使用场景；此外，设置导电传感层也可以对电容触摸输入设备表面起到类似保护膜的保护作用，使得原触摸显示屏幕在日常使用中更不容易受损。

在一个可选实施例中，所述步骤S2具体包括：

当具有任意形状且大地或电源地相连的导电体触碰导电传感层时，对应的导电传感单元立即与大地导通，转化为一电极，从而感应到用户的触碰操作信号。

本实施例中，本实用新型引入导电传感层后，当具有任意形状的与大地或电源地相连的导电体触碰表面导电传感层的某个导电传感单元Usen(x，y)时，使得Usen(x，y)立即与大地导通，转化为一电极；通过导电传感单元与触摸传感器单元的相对面积，可以将笔尖的信号放大后传递给触摸传感器单元，简单便捷。

在一个可选实施例中，所述步骤S3具体包括：

当导电传感单元转化为电极时，导电传感单元与电容触摸输入设备中对应的触摸传感器单元之间形成感应电容Cf，从而使得触摸传感器单元之间的电容Cp发生变化，达到将触碰操作信号传递给对应的电容触摸输入设备的触摸传感器单元；所述为电容 Cf≥εSmin/4 πkd ，其中Smin为触摸传感器单元的最小感应面积。

本实施例中，本实施例中，根据电容决定式 C=εS/4πkd，电容触摸屏之所以能够探测到人手引起的电容变化，实际上是手指作为具有接触面积Sf的导体电极与电容触摸传感器电极间形成了感应电容Cf，将触摸处理芯片本身电路能够检测和放大处理的等效电容设为Cc；则 Cf(min)=Cc=εS/4πkd；所以在其它参数不变时存在能够被触摸传感器单元检测的最小感应面积为： Smin=4πkdCf(min)/ε。而普通导电笔尖之所以无法对电容触摸屏进行操作，是因为其笔尖面积Sp小于Smin，无法产生有效的感应电容Cf。本实用新型引入导电传感层后，当具有任意形状的与大地或电源地相连的导电体触碰表面导电传感层的某个导电传感单元Usen(x，y)时，使得Usen(x，y)立即与大地导通，转化为一电极。此电极与触摸传感器单元Utouch（x，y）对应，形成感应电容Cf。而其最小有效面积就是导电传感单元的面积Susen，只要前期设计时将Susen≥Smin，即能使得Cf≥Cf(min)，从而有效触发触摸识别电路。为简化描述和理解，以上所有参数均为等效参数，根据实际使用场景相关参数等效折算而来。

此外，触摸处理芯片对触摸传感单元进行扫描，在触摸传感单元Utouch(x，y)点的Cf的值使得芯片能够检测到原电容Cp发生变化，触摸处理芯片将相关触摸信息发送给主控系统，从而使得主控系统能够对笔尖等任意形状的导电体对系统的输入进行有效识别，无需对触摸芯片原有电路及软件算法进行调整，通过原有电路及算法进行相关演算即可确认触摸传感单元Utouch(x，y)是否发生触摸动作。而当不使用书写笔等工具而继续用手指对此结构进行操作时，协同触摸传感单元产生感应电容的电极由手指变为导电传感单元Usen（可能是一个，也可能是多个），因Susen≥Smin，所以手指触摸操作能够正常被触摸芯片识别。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims

1.一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置，其特征在于，包括导电传感层，所述导电传感层设有多个沿导电传感层平面的X、Y方向呈阵列设置的导电传感单元；多个所述导电传感单元之间相互隔离绝缘设置；当导电传感层与电容触摸输入设备连接时，所述导电传感单元位于电容触摸输入设备中对应的触摸传感器单元的正上方投影区域内；一个或多个导电传感单元与一个或多个触摸传感器单元相对应。

2.如权利要求1所述的一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置，其特征在于，所述导电传感单元的长度为L1，宽度为L2，厚度为L3；沿宽度方向，相邻导电传感单元的距离为L4；沿长度方向，相邻导电传感单元的距离为L5；所述触摸传感器单元的长度为L6，宽度为L7，厚度为L8；沿宽度方向，相邻触摸传感器单元的距离为L9；沿长度方向，相邻触摸传感器单元的距离为L10；设Lsx=L1+L5，Lsy=L2+L4，Ltx=L6+L10，Lty=L7+L9；导电传感单元与触摸传感器单元之间存在以下关系：Lsx≤2*Ltx和/或Lsy≤2*Lty和/或L1≤2*Ltx和/或L2≤2*Lty。

3.如权利要求2所述的一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置，其特征在于，导电传感单元与触摸传感器单元之间存在以下关系：Lsx=Ltx和/或Lsy=Lty和/或L1=L6和/或L2=L7。

4.如权利要求1所述的一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置，其特征在于，所述导电传感层采用导电材质制作而成。

5.如权利要求2所述的一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置，其特征在于，所述导电传感单元的面积Susen大于或等于所述触摸传感器单元的最小感应面积Smin。

6.如权利要求1所述的一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置，其特征在于，所述导电传感层一侧与电容触摸输入设备连接，另一侧还设有与导电传感单元连接的异向导电材料层。

7.如权利要求1所述的一种基于电容触摸输入设备的传感输入装置，其特征在于，所述导电传感单元的方阻小于或等于10兆欧。