TW201351249A - 用於減少電容性觸碰感測器中手指耦合雜訊之系統 - Google Patents

用於減少電容性觸碰感測器中手指耦合雜訊之系統 Download PDF

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Abstract

本發明係有關於一種用以減少觸碰感測器面板的手指耦合電容，使得交流(AC)配接器共模信號不會造成該面板無法操作的系統。

Description

用於減少電容性觸碰感測器中手指耦合雜訊之系統 參考相關申請案
本案援引美國專利商標局專利申請案第13/279,139號有關各項降低接合的結構之圖式及詳細說明部分。本案所描述與所請求專利的結構係基於申請案第13/279,139號所述結構但增添本文描述的支援減縮之手指耦合雜訊的新穎結構面向。
本發明係有關於用以連接觸控面板感測器電極至相關的電子控制次系統以用在具有觸控螢幕控制特徵之裝置中的一種結構。
今日許多電子裝置尤其是可攜式裝置具有觸控面板控制特徵，其中一使用者觸摸玻璃螢幕的一特定區或顯示在此螢幕下方的一小圖幟，及一次系統偵測得該觸摸且執行相關的控制功能。裝配有觸控面板的玻璃螢幕乃例如具有按鈕或鍵盤型輸入裝置的替代方案。除了感測手指的觸摸位置之外，此等觸控面板螢幕控制裝置也可用以感測該手指的觸摸從一點移至另一點的移動，且可例如藉移動一影像的位置、畫出一線段、或增加或減少一影像的放 大倍率加以回應。此等觸控面板及其控制功能乃本技藝界眾所周知。
裝配觸控面板的系統使用多種技術以決定手指觸摸相對於該螢幕的位置。更為目前且更普及的技術中之一者使用交互電容感測法。為了進行交互電容感測，運用多種材料及方法，一透明感測器電極陣列係共平面地置於使所謂的發射器及接收器電極彼此緊密鄰近地設置形成的一透明玻璃螢幕上。此等電極間之交互電容係起源於此等電極間的散射電場(fringing field)，且係依鄰近(亦即共享)邊緣的長度而定。電壓施加於發射器電極，及檢測器在接收器整合電流，該電流係與該發射器及接收器電極間之交互電容成比例。發射器及接收器電極須維持彼此隔離，換言之，在任二電極間量測得的阻抗須為極高。手指觸摸的存在將增加對接地點的電容，而降低有效交互電容，且指出發射器及接收器電極的該空間陣列中，已經出現減低的交互電容之處。其位置將與手指觸摸玻璃面板的位置一致。此乃先前技術且為熟諳技藝人士眾所周知。
尋常地，手持式裝置會遭遇雜訊信號，該等雜訊係占恰如前述的手指位置偵測方案使用的信號的一小分量。換言之，藉手指觸摸而耦合至接地點的任何此等雜訊信號通常將不會破壞手指位置偵測功能。但當使用觸控的手持式裝置電氣連接至另一裝置，諸如膝上型電腦時，且當該膝上型電腦或其它裝置係使用未接地的交流(AC)配接器時，則相對於接地點浮動的共模雜訊信號即可能比手指 位置偵測信號更大上數倍幅值(幾個量級)。
當由人手指觸碰時，該共模雜訊會耦合到接地點且注入手指位置偵測功能。由於該等共模信號的量值，該等共模信號典型地會完全擊潰手指位置偵測電路及功能，而造成裝置的功能異常。
因此，減低手指耦合雜訊的方法將改善遭受諸如前述者之共模信號的裝置之效能。
因此，本發明之目的係減少於電容性觸碰感測器次系統中的手指耦合雜訊。
今日的觸控裝置係採用單層或雙層感測器。於後者之情況下(例如雙層感測器)，透明發射電極皆係施加至一個表面，而透明接收電極全部皆係施加至第二表面上且垂直於發射電極定向，形成具有發射及接收電極的並排電極的一種列-行或X-Y感測矩陣，此等發射及接收電極相對於彼此緊密隔開且因而促成高手指耦合電容(圖4)。於此種情況下，手指耦合共模雜訊可能會破壞控制功能。
於一單層感測器面板中，透明發射及接收電極為共平面。如此容許此等電極能互連成可有效增加其間之間距，及因而減低手指與觸碰感測器面板間的電容(圖8)。結果，現在由手指觸碰耦合所導入的共模信號的百分比即大為減低，且可限於不會破壞控制功能的量值。
藉由運用如申請案第13/279,139號所揭示的單層電極結構，及藉由使用其中描述的減少襯墊發明，吾人即 能夠以本文描述及請求專利的此種結構把「列」電極互連至共用襯墊，而藉此將減低手指電容。
101‧‧‧觸碰螢幕感測器面板、感測器次系統
102‧‧‧觸碰控制器、感測器控制次系統
103‧‧‧主機處理器(次系統)
201、202‧‧‧電阻
203、204‧‧‧電容/寄生電容
205‧‧‧交互電容
206、207‧‧‧電極
300‧‧‧感測器面板
401‧‧‧TX(發射)電極
402‧‧‧RX(接收)電極
403‧‧‧重疊區
601‧‧‧透明表面
602‧‧‧不透明區
603‧‧‧電極結構/結構
604‧‧‧面板結構/結構
801、802‧‧‧列電極
Cf‧‧‧電容(路徑)
圖1闡釋一種觸控感測器系統，觸碰螢幕感測器面板101藉此與一觸碰控制器102交換信號，而其又由主機處理器103解譯為手指位置及移動。
圖2闡釋一種典型先前技術觸碰感測器電路。在一個感測器電極206上的驅動電壓使得電荷通過電極電阻201及該感測器電極與另一感測器電極207間的交互電容205。第二感測器電極電阻202將對電極207上的感測器信號有遲滯效應。電容203及204表示該等電極與鄰近接地結構間之寄生電容。
圖3顯示在一手指觸摸感測器面板300時出現的情況。感測電路與手指間的電容(Cf)耦合雜訊信號及感測器信號到接地點。
圖4顯示先前技術雙層感測器面板，其中透明TX(發射)電極401係製作於玻璃的上表面上，及RX(接收)電極402係製作於下表面上。手指耦合電容係與接觸區與接收器電極的重疊區403成比例，此重疊區以白虛線圈表示。由於「行」(TX)與「列」(RX)電極二者的接續結構，其並無將減低手指耦合電容的互連組態。
圖5闡釋一種單層感測器面板，其中透明「行」電極為接續，而「列」電極係體現為彼此隔離且係與行電極相隔離的小型矩形透明傳導電極。如此，此等「列」電 極可以多種方式組配，依其隨後係如何彼此互連及互連至觸控跡線而定。
圖6中舉例言之顯示行及列電極係施用至玻璃的透明表面601。如申請案第13/279,139號中描述及請求專利者，電極結構603顯示列電極皆係定向成朝向其個別的行電極右側，且係與另一個行電極的列電極配對成對，使得與各個行電極相關的一個列電極係連接至玻璃的不透明區602中的共用襯墊。類似地，面板結構604顯示列電極可相對於一行電極的右側及左側交錯定向，且再度與來自另一行電極的列電極配對成對，使得各對列電極係藉玻璃的不透明區602中的一分立共用襯墊所聯結。
圖7例示說明申請案第13/279,139號所描述及請求專利的共享襯墊發明也能採用設在玻璃的相對兩側上在兩個不透明區中的共享襯墊。
圖8所示結構係為舉例說明而不欲限制本發明之範圍。其中顯示右側及左側行電極布局，使得有些列電極係定向於各個行電極右側，而其它係定向於左側。注意與左行電極相關聯的列電極801，係和與右行電極相關聯的列電極802搭配成對且聯結。類似地，左行電極的其它列電極各自係與來自右行電極的列電極聯結，使得全部聯結的列電極其間皆具有較大的列間隔。已發現若偏移四個列位置間隔的電極被互連起來，則手指耦合電容仍會充分減低到足以允許感測器面板在儘管有與AC配接器相關的共模信號之情況下仍能妥當操作。
圖9顯示本發明之一個實施例，其中圖8闡釋的結構係橫跨感測器玻璃的透明及不透明部分重複形成。各個行電極係組織為多組八個列電極的集合，使得四個列電極係定向於一行電極的一側而另四個係定向於另一側。如圖所示，最左行電極的八個電極係互連至與相鄰行電極上的八個電極搭配之共享襯墊，且此種互連樣式係橫跨感測器玻璃重複形成。又，如圖所示，與一個行電極相關聯的列電極係互連至相鄰行電極的列電極，使得任二互連電極係偏移四個行位置間隔。如此，圖9中與最左行電極相關聯的最頂列電極係連接至其相鄰行電極的第五列位置之列電極，使得兩個電極係偏移四個列位置。依類似方式，在最左行電極的位置列2的列電極係互連至其相鄰行電極的位置列6的列電極，再度導致二電極係偏移四個列位置。此種互連樣式係橫跨感測器玻璃重複形成，及(圖中未顯示)將對與各行電極相關聯之全部的多組八個列電極的集合重複形成。如此，與各行電極相關聯的每個列電極將互連至相鄰行電極的一列電極，且將與其所互連的該電極偏移四個列位置。
後文描述係涵蓋在使用以交互電容為基礎的單層觸控感測器時用以減少對接地點的手指耦合雜訊之本發明結構。
如圖1所示，觸控螢幕控制系統包含一感測器次系統101、一感測器控制次系統102、及一主機處理器次系 統103。此種觸控螢幕感測器能使用玻璃面板(例如雙層面板)的相對兩層及在單層玻璃面板(例如單層面板)上的共平面電極體現。此種觸碰感測控制結構為本技藝界所熟知。
如圖2所示，在一個感測器電極206上的驅動電壓使得電荷通過電極電阻201及該感測器電極與另一感測器電極207間的交互電容。第二感測器電極電阻202將於電極207上對感測器信號有遲滯效應。電容203及204表示該等電極與鄰近接地結構間之寄生電容。此一電路為本技藝界眾所周知。
如圖3所示，當手指觸碰一感測器面板時，它即為手指位置偵測信號及可能存在於觸碰點的任何共模雜訊信號二者提供一電容路徑(Cf)。此等信號係耦合至接地點且由觸碰控制器次系統偵測。當該等共模信號係明確地低於手指位置偵測信號的量值時，假設其它次系統組件皆妥適發揮功能，觸碰控制系統便將如所預期發揮作用。但若該等共模信號的量值係接近於或大於手指位置偵測信號時，則觸控感測器將極可能失靈。
如圖4所示，雙層感測器面板典型地具有透明TX電極401及RX電極402製作在玻璃的相對兩面上且彼此垂直定向。注意於本圖中，透明TX電極將視為行電極，而透明RX電極將視為列電極。由於行及列電極二者的接續結構，手指耦合電容係由行及列電極相對於彼此的固定位置支配。
如圖5所示，單層感測器面板具有接續的透明行 電極及小型隔離的透明列電極。因列電極係彼此隔離，故其互連方式係使與一個行電極相關聯的列電極係連接至一相鄰行電極上的列電極，而不會有任二互連的列電極位在同一個列位置上。
於圖6中，顯示了行-列電極的兩種不同方向性。於每一種情況中，與左行電極相關聯的一個列電極係與來自右行電極的一個列電極相搭配成對，且由位在玻璃之不透明區602中的一單一分立襯墊予以聯結。舉例言之，於結構603中，全部列電極皆係定向在其個別行電極的右側上。於結構604中，列電極係定向成當沿行電極向下前進時方向性會從右側改至左側。列電極的方向性可變更以因應使用替代互連體路由方案的共享襯墊互連體。該互連體建立列電極的組態及影響在感測器面板上任一點的手指耦合電容。
圖7顯示另一個互連體結構，藉此，與相鄰行電極相關聯的列電極係使用玻璃的兩個不透明區而互連至共享襯墊。再次地，替代互連體路由方案可以施用至單層感測器面板上的列電極之互連體。
於本發明之一個實施例中，其意欲供舉例說明用但不欲解譯為限制本發明之範圍至此一特定實例，其中，與行電極相關聯的列電極係定向成首四個係在其個別行電極的右側，其次四個係在左側，然後將重複該樣式(圖中未顯示)。注意最左行電極的最頂列電極801係互連至相鄰行電極的距頂端五列位置的該列電極802。結果，列電極801 及列電極802係電氣互連，但彼此偏移四個列位置。如此，接近列電極801的手指觸碰動作比起當二互連電極皆係在頂列位置時將具有更低的手指耦合電容。如圖所示，本實例中的互連方案將導致所示相鄰行電極使各個互連列電極與其所互連的該等電極偏移達四個列位置。如此將導致針對該等行電極及其個別的列電極有較低的手指耦合電容，而確保較少共模雜訊信號會耦合到接地點。
圖9顯示運用如申請案第13/279,139號描述及請求專利的共享襯墊發明之單層感測器玻璃，可被組織成多組行電極及相關聯列電極，使得全部互連列電極皆彼此偏移達四個列位置。與列電極互連導致較少決定性列位置偏移量的雙層感測器或單層感測器相比較，使本案此種電極及互連結構橫跨及沿著感測器玻璃的透明部分及不透明部分重複形成，針對該感測器玻璃的透明部分上任何位置的手指耦合電容將會較低。
801、802‧‧‧列電極

Claims (1)

  1. 一種用以減少觸控控制面板的觸碰點處的手指耦合電容之系統，其係包含：具有二個平行平坦表面及四個交互垂直邊緣的一矩形形狀觸碰面板玻璃，此處稱作為感測器玻璃；沿該等交互垂直邊緣中之一或多者，該感測器玻璃具有一或多個不透明矩形區，此處稱作為不透明區，且係位在該感測器玻璃的該等二個平行平坦表面中之一表面上；位在該不透明區上的傳導性襯墊；一或多個透明電極，此處稱作為行電極，係從接近該不透明區之一邊緣連續地延伸至接近在該感測器玻璃的相對側邊上的該平行邊緣，且係位在該感測器玻璃的該等二個平行平坦表面中之該一表面上；該等行電極之多行中之一行係包含彼此相鄰排列且彼此平行的行電極，且該等行電極間有中介間隔；一或多個透明電極，此處稱作為列電極，其大小及形狀係製作成使得該等列電極可位在該等行電極間之間隔內，但係與其它該等列電極電氣隔離及與該等行電極電氣隔離，且係位在該感測器玻璃的該等二個平行平坦表面中之該一表面上；該等列電極中之一列或多列係包含相對於一或多個該等行電極垂直延伸成數列的該等列電極； 多個透明互連電極中之一者，此處稱作為互連電極；多個群組的該等行電極及列電極係包含一對相鄰的該等行電極及16個該等列電極，其中八個該等列電極係與該等相鄰行電極各自相關聯；該等群組係排列成使得各該列電極中之二者組成一列，及該等列中之八列係定向為彼此平行且係垂直於該等行電極；各該群組中的該等列電極係互連成使得與該對行電極中之一者相關聯的該列電極，係與和該對行電極中之另一者相關聯的該列電極互連，該等列電極係佔據彼此隔開四列的該等列；各個群組中的該等列電極係利用該等互連電極彼此互連，且各對互連的該等列電極係互連至位在該(等)不透明區中之一共享的該傳導性襯墊。
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