TWI444876B - 二維位置感應器 - Google Patents

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Samuel Brunet
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Esat Yilmaz
Peter Timothy Sleeman
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Description

二維位置感應器
本發明係關於二維位置感應器。更特定而言，本發明係關於基於電容式鄰近感應技術之二維位置感應器類型。此類感應器可被稱作二維電容式轉換(2－dimensional capacitive transducing；2DCT)感應器。二維電容式轉換感應器係基於偵測在感應器電極之一電容式耦接中之一干擾，該電容式耦接對地或對另一電極，該干擾藉由一指向物件之鄰近而造成。該干擾之一量測位置對應於該指向物件之一量測位置。
二維電容式轉換感應器通常係藉由一人指或一尖筆致動。實例裝置包含觸摸螢幕及觸摸敏感鍵盤/小鍵盤，其用於例如控制消費者電子設備/家用電器，且可能結合一底層顯示器，諸如一液晶顯示器(LCD)，或陰極射線管(CRT)。可結合二維電容式轉換感應器之其他裝置包含筆輸入板及編碼器，舉例而言，其應用於機器中用於回饋控制目的。二維電容式轉換感應器能夠藉助一電容感應機構報告至少一笛卡爾或以其他形式之二維座標，該二維座標與一物件或人體部分之位置有關。
使用二維電容式轉換感應器之裝置已經變得越來越流行及常見，不僅結合個人電腦使用，且亦用於所有各式其他家電中，諸如個人數位助理(PDA)、銷售點(point of sale；POS)終端機、電子資訊及售票亭、廚房用具，諸如此類。 相較於機械式開關，二維電容式轉換感應器屢屢受到偏好是有若干原因的。舉例而言，二維電容式轉換感應器不需要移動部件，且因此與其機械對等物相比，較不易於磨損。二維電容式轉換感應器亦可製成相對較小之尺寸，以便可提供相應較小、且緊密封裝之小鍵盤陣列。此外，二維電容式轉換感應器可提供於一環境密封外部表面/覆蓋面板之下。這使得其於潮濕環境中，或於其中存在汙物或液體進入一被控制裝置之危險的環境中之應用非常具有吸引力。另外，製造商通常偏好在其產品中使用基於二維電容式轉換感應器之介面，因為用戶通常認為此類介面比習知機械式輸入機構(例如按鈕)更美觀。
美國專利申請第5,730,165號描述一種電容式感應裝置，該裝置依賴於量測一感應電極對一系統參考勢(地)之電容。美國專利申請第5,730,165號中說明之原理利用被動電容式感應技術。美國專利申請第5,730,165號之內容在本文中藉由引用方式作為背景材料整體併入本發明中。總而言之，被動電容式感應器使用耦接至電容量測電路之感應電極。每一電容量測電路量測其關聯感應電極對一系統接地之電容(電容式耦接)。當在該感應電極附近不存在指向物件時，該量測電容具有一背景/靜態值。此值依賴於該感應電極及其所接之連接等等之幾何及佈局，以及相鄰物件(例如鄰近附近接地平面之感應電極)之本性及位置。當一指向物件(例如一使用者之指)接近該感應電極時，該指向物件顯現一虛擬接地。這有助於增加該感應 電極對地的量測電容量。因此採用量測電容中之一增加指示一指向物件之存在。
美國專利申請第5,730,165號主要地針對離散(單個按鈕)量測，而非針對二維位置感應器應用。但是在美國專利申請第5,730,165號中說明之原理易於適用於二維電容式轉換感應器，例如藉由提供電極以界定離散感應區域之二維陣列，或在一矩陣組態中之電極列及行。
美國臨時專利申請第60/803,510號，隨後申請為美國一般專利申請第11/752,615號，且作為美國專利申請第2006/0279395號公佈於2007年10月6日，描述二維電容式轉換感應器，其包括一基板，該基板具有一藉由一電極圖案界定之敏感區域，其中該等電極係藉由被動感應技術感應。一在美國專利申請第6,288,707號中所說明類型之電容量測電路，如美國專利申請第60//803,510號第5圖中之所示，被耦接至該感應電極，以用於決定由一使用者之指或其他物件接近該等感應電極所造成之一電容變化。在美國專利申請第5,730,165號及美國專利申請第7,148,704號中提供感應器電路及驅動該感應器電路之方法的進一步細節。已發現存在與操作於被動感應技術之二維電容式轉換感應器相關聯之某些限制。舉例而言，被動二維電容式轉換感應器對外部地面負載強烈敏感。亦即，此類感應器之靈敏性可能因鄰近低阻抗對地連接之存在而顯著縮減，這會限制其適用性。舉例而言，某些類型之顯示螢幕技術在整個可見螢幕上提供一低阻抗對地耦接。這意味著疊加 於該顯示螢幕上之一被動二維電容式轉換通常將效能低下，因為通過該螢幕本身之相對較強的對地耦接，降低了該二維電容式轉換對由一接近之指向物件所造成之任何其他對地耦接之靈敏性。一類似影響意味著二維電容式轉換感應器可能對在其環境中變化相對敏感，例如，因為在對外部物件之電容式耦接(地面負載)方面之差異，二維電容式轉換感應器之行為可能根據其位置而有所不同。二維電容式轉換感應器亦對諸如溫度、濕度、累積汙物及濺落液體等等環境條件相對敏感。所有這些均影響感應器的可靠性及靈敏性。此外，與被動二維電容式轉換感應相關聯之量測電路大體上係高輸入阻抗。這使得被動感應器易於拾取電氣雜訊，例如射頻(RF)雜訊。這可能降低該感應器之可靠性/靈敏性，且亦對感應器設計施加限制，例如限制在該等感應電極及關聯電路之間自由使用相對較長的連接引線/跡線。
本發明之目的係在於發展一種改良二維電容式轉換感應器，以解決某些習知二維電容式轉換感應器之上述問題，及特定而言如在美國專利申請第60/803,510號中說明之依賴於被動電容式感應技術的二維電容式轉換感應器之上述問題。
根據本發明之一第一態樣，提供二維位置感應器，其包括一基板，該基板具有一藉由一電極圖案界定之敏感區域，該電極圖案包含驅動電極及感應電極，該等電極大體 上在一第一方向(以下稱x方向)上延伸及在一第二方向(以下稱y方向，其中該x方向和y方向可沿任何致動軸線導向，但大體上朝向彼此正交導向)上交錯，其中該等感應電極包括第一組、第二組及第三組元件，該等元件以一方式成形，以便該第一組和第二組之元件中之相鄰者於該x方向上在該敏感區域之一部分上方共延伸，且該第二組及第三組中該等元件之相鄰者於該x方向上在另一部分上方共延伸，且其中該等驅動電極被佈置以與該等感應電極電容耦接。
本發明之二維電容式轉換感應器使用主動電容式感應。已經發現主動二維電容式轉換感應器較不易於受到與被動二維電容式轉換感應器相關聯之上述該等影響。本發明之主動二維電容式轉換感應器係基於量測兩個電極之間之電容式耦接，而非基於量測單一感應電極與一系統接地之間之電容式耦接。在美國專利申請第6,452,514號中說明主動電容式感應技術之基礎原理，該等內容藉由引用方式併入本文。在一主動型感應器中，向一電極，即所謂驅動電極，提供一振盪驅動訊號。該驅動訊號對該(等)感應電極之電容式耦接程度係藉由量測由該振盪驅動訊號傳送至該感應電極之電荷數量決定。所傳送之電荷數量，即在該感應電極處可見之訊號強度，係該等電極之間之電容式耦接之一量測。當在該等電極附近不存在指向物件時，該感應電極上之量測訊號具有一背景/靜態值。但是，當一指向物件，例如一使用者之指，接近該等電極(或更特定 而言接近分離該等電極之區域附近)時，該指向物件充當一虛擬接地且自該驅動電極吸入某些該驅動訊號(電荷)。此行為導致降低耦接至該感應電極之驅動訊號分量之強度。因此採用該感應電極上量測訊號中之一減少指示一指向物件之存在。
美國專利申請第6,452,514號中說明之一主動感應器包括在一基板之一側上成列延伸之驅動電極，及在該基板之另一側上成行延伸之感應電極，以便界定一N乘M觸摸鍵陣列。每一鍵對應於一驅動電極與一感應電極之間之一交點。因此在美國專利申請第6,452,514號中說明之鍵陣列可稱作一矩陣式陣列，其具有與一既定列中的鍵相關聯之單一驅動電極，及與一既定行中的鍵相關聯之單一感應電極。由於單一驅動通道同時驅動一既定列中之所有鍵，且單一感應通道感應一既定行中之所有鍵，這減少了所需驅動通道與感應通道之數量。在不同鍵位置該等電極之間之電容式耦接可藉由驅動該適當列及感應該適當行決定。舉例而言，若要決定與在第2列與第3行之相交處之一鍵相關聯之電極之間之電容式耦接，該驅動訊號被應用於第2列之驅動電極，同時與第3行之感應電極相關聯之感應通道處於現用狀態。自該現有感應通道之輸出反映與所研究之鍵關聯之電極之間之電容式耦接。藉由定序通過不同驅動通道與感應通道組合可掃瞄不同鍵。在一模式下，可順序驅動該等驅動電極，同時連續監視所有該等感應電極。在該等感應電極之一者(或更多個)上一訊號之變化 指示一指向物件之存在。在其上可見該變化之感應電極界定一維中之位置，當該變化可見時被驅動之驅動電極界定另一維中之位置。
當在一積體電路(IC)晶片封裝中實施美國專利申請第6,452,514號中所說明種類之驅動通道與感應通道電路時，每一驅動通道需要一引腳，同時每一感應通道需要兩個引腳。因此，對於根據本發明之二維電容式轉換感應器(其包括一n x m感應區域之陣列)，一矩陣式陣列需要N十2M個引腳(或M＋2N個引腳，需根據哪些列及行為驅動或感應電極)。但是，一離散陣列(非矩陣陣列)需要3NM個引腳。電路連接，且特定而言積體電路晶片實現中之引腳，花費不菲，這不僅指金錢方面，亦指實施電路連接所需之實體空間及複雜性方面。有利地，本發明之二維電容式轉換感應器針對每一驅動通道僅需要一引腳，且針對每一感應通道僅需要兩個引腳。
該感應器較佳地可更包括一控制器，該控制器包括一用於將驅動訊號應用於該等驅動(D)電極之驅動單元，及一感應單元，該感應單元用於量測自該等感應(S)電極接收之感應訊號，該等感應訊號代表該等驅動電極與該等感應電極之間該等驅動訊號之一耦接程度。由於感應通道大體上比實施驅動通道更昂貴，可提供依據本發明之一廉價感應器，其可使用一實施於一積體晶片中之控制器，所需引腳數比習知矩陣式被動電容式位置感應器少。
該控制器較佳地可更包括一處理單元，其用於通過分 析藉由應用驅動訊號至該等驅動電極而獲得之感應訊號計算一交互物件之位置。在每一軸線中之位置決定可包含內插以便可決定位置。即，該處理單元較佳地可操縱以藉由自感應電極之共延伸對組獲得之感應訊號之間之一內插，決定在該x方向上之位置，且藉由自應用於該等驅動電極之不同驅動訊號序列獲得之感應訊號之間之一內插，決定在該y方向上之位置。
該電極可由一透明材料製成，諸如氧化銦錫(ITO)、OrgaconTM 或任何其他適當材料。該基板亦可由一透明材料製成，諸如玻璃或一透明塑膠材料，例如一諸如Perspex之聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙烯酯(PET)、一諸如LexanTM 之聚碳酸酯(PC)，或一諸如ZeonorTM 或TopasTM 之環烯烴共聚高分子(COP)。但是，在某些應用中，情況可能是該等電極及/或該基板係不透明塑膠上之不透明(例如金屬)電極，舉例而言，以產生一滑鼠墊或追蹤墊。
共延伸之感應電極組可在其共延伸距離上具有互補錐體，以提供比率電容訊號。或者，共延伸之各組感應電極之元件在其共延伸距離上具有變化區域之相鄰方塊，以提供比率電容訊號。該感應電極可被結構化為各種構形，以便提供該共延伸。舉例而言，該等驅動電極及感應電極可互相交叉，以便提供該電容式耦接。在該敏感區域上方，該等驅動電極及感應電極有利地由傳導材料形成，該傳導材料不超過一特徵結構寬度，該特徵結構寬度實質上小於 在該y方向上相鄰驅動電極列之間之一特性間距，諸如小2、3、4、5、6、7、8、9或10倍。這保持了低數量之傳導材料，同時提供大量電容式耦接，有利於雜訊縮減及訊號強度。
在較佳具體實施例中，該等第一組及第三組感應電極之至少之一者之元件，形成在該y方向上藉由一通道分離之兩個部分，且其中第二組感應電極之元件在外部通過傳導跡線連接至該感應單元，該等傳導跡線通過該等通道到達該敏感區域之一側。此類型配置，亦可應用於其他感應電極組(如果提供)，確保導向該等感應電極組之內部者之傳導跡線不通過該等感應電極組之周邊者之配對驅動電極與感應電極之間。因此避免了以其他方式將發生之電容式耦接縮減。
如果存在至少三組感應電極在外部通過該敏感區域之一側(被稱作周邊、中間及內部感應電極)連接至該感應單元，則若該等內部感應電極之元件在外部通過傳導跡線連接至該感應單元，該等傳導跡線在該y方向上自該一側朝向該等內部感應電極之元件逐漸變寬，則將較為有利。這減少了該路徑對該等內部感應電極組之電阻，且避免了在此類組中靈敏性之降低。舉例而言，該等周邊及中間感應電極之元件可形成在該y方向上分離之兩個部分，其中該等中間感應電極之每一元件之兩個部分在外部通過各傳導跡線連接至該感應單元，該等傳導跡線通過該等周邊感應電極之兩個部分之間至該敏感區域之一側，並於其間留 下一通道，且其中該等內部感應電極之元件在外部通過傳導跡線連接至該感應單元，該等傳導跡線穿過在該等周邊及中間感應電極之部分之間形成之通道。
如果至少一組感應電極之元件在該敏感區域之平面中是中空的，則亦可為有利的。這是一種減少對於與該等驅動電極之電容式耦接無顯著貢獻之傳導材料的方式。其他量測亦係可能的，諸如通過互相交叉，及使用具有一如上所述之較小特徵結構寬度之直線型電極形式。
將瞭解，一物件之位置係藉由一適當座標系統界定，最常見地為一xy笛卡爾系統，其中座標正交，儘管其可成一非正交角度。而且，為便於說明，以下分別參考x或水平及y及垂直，儘管這並不蘊示對真實空間之特定對準，諸如相對重力方向。
根據本發明之一第二態樣提供一控制面板，其併入根據本發明之第一態樣之二維位置感應器。
根據本發明之一第三態樣提供一具有一控制面板之裝置，該控制面板併入一根據本發明之第一態樣之二維位置感應器。
根據本發明之一第四態樣，提供一種感應在二維位置感應器之一敏感區域上一致動之位置的方法，該敏感區域藉由一電極圖案界定，該電極圖案包含驅動電極及感應電極，兩種電極大體上均在一第一方向(以下稱x方向)上延伸，且在一第二方向(以下稱y方向)上交錯，其中該等感應電極包括第一組、第二組及第三組元件，該等元件 以一方式成形，以便該第一組和第二組之元件中之相鄰者於該x方向上在該敏感區域之一部分上方共延伸，且該第二組及第三組中該等元件之相鄰者於該x方向上在另一部分上方共延伸，且其中該等驅動電極被佈置以與該等感應電極電容耦接，該方法包括：將驅動訊號應用於該等驅動電極；量測自每一組該等感應電極接收之感應訊號，該等感應訊號代表該等驅動電極與每一組該等感應電極之間該等驅動訊號之一電容耦接程度；藉由自感應電極之共延伸對組獲得之感應訊號之間之一內插，決定在該x方向之位置；及藉由自應用於該等驅動電極之不同驅動訊號序列獲得之感應訊號之間之一內插，決定在該y方向上之位置。
第1圖係根據本發明之一具體實施例之一位置感應器10之前端視圖。該位置感應器之前端通常係在該感應器或一併入該感應器之裝置正常使用期間朝向使用者之側。該感應器10包括一基板40及一控制器20，該基板40具有一電極圖案30，該電極圖案30界定該感應器之一敏感區域。該控制器20藉由一連接24耦接至該電極圖案內之電極。該電極圖案係在該基板之一側上，通常在基板上在正常使用期間朝向使用者之一側之相對側。
可使用習知技術(例如微影、沉積，或蝕刻或減活技術)提供在該基板40上之電極圖案30。該基板係由一介電材料製成，諸如一塑膠膜，在此情況下，為聚對苯二甲酸乙烯酯(PET)。包括該電極圖案之電極係一透明傳導材 料，在此情況下，為氧化銦錫(ITO)。或者，該等電極可形成自一諸如金屬之不透明傳導材料，例如銅。該基板可使用一適當壓感黏著劑(pressure sensitive adhesive；PSA)黏結至一疊加面板(未顯示)，該壓感黏著劑可為透明的，以允許光透過。因此該感應器之敏感區域作為一個整體是透明的。如果透明，則該感應器層可用於一底層顯示器上，而不會產生模糊。在其他具體實施例中，如果該感應器層不透明，其可包括一習知印刷電路板或具有一銅電極圖案之其他基板，例如用於一行動電話小鍵盤。
該控制器20提供如下功能：一驅動單元12，其用於為該電極圖案30之部分提供驅動訊號，一感應單元14，其用於感應來自該電極圖案30之其他部分之訊號，及一處理單元16，其用於基於針對應用於該電極圖案之不同部分之驅動訊號可見之不同感應訊號計算一位置。因此該控制器20控制該驅動單元及該感應單元之操作，且控制之處理來自該處理單元16中該感應單元14之響應，以便決定一與該感應器10相鄰之物件(例如一指或尖筆)之位置。該驅動單元12、感應單元14及處理單元16作為在該控制器內之單獨元件示意性地顯示在第1圖中。但是，大體而言，所有此等元件之功能將藉由一單一積體電路晶片提供，舉例而言，一適當地程式化之一般用途微處理器、或場可編程閘陣列，或一應用特定積體電路。
參照第1圖，該等電極52係藉由在該x方向上延伸之縱向條代表之驅動(D)電極。相鄰驅動電極52藉由三組 62、64、66感應(S)電極分隔。
第1A圖顯示該等驅動電極52如何經由驅動通道D1 、D2 、D3 、D4 、D5 、D6 、D7 、D8 耦接至在該感應器之控制器20之主驅動單元內之各驅動單元DD1 、DD2 、DD3 、DD4 、DD5 、DD6 、DD7 、DD8 。在本實例中，針對每一驅動通道提供一單獨驅動單元，儘管亦可使用一帶有適當多工之單一驅動單元。每一驅動通道將驅動訊號提供至一組三個驅動電極52，D1 或D8 除外，此二者提供一驅動電極。該等驅動電極52每一者藉由一串或一列電阻器70彼此連接。或者，可使用一單一電阻條。該等驅動通道由該控制器20控制，以將驅動訊號應用至該等各電極。該等三組感應電極62、64、66每一者分別經由一感應或接收通道S1 、S2 、S3 耦接至該控制器20之感應單元14，如第1A圖中之所示。該感應通道亦由該控制器20控制，以從該等各感應電極接收訊號。
第1B圖係第1圖之電極圖案之一部分之示意分解視圖。應注意，每一中央感應電極64經由一傳導跡線或旁路65被連接至該外部電路連接S2 ，該傳導跡線或旁路65將該相鄰側感應電極66劃分為藉由一通道分離之兩個部分66A及66B。與諸如以下在第18圖中所示之替代配置相比較，此配置是有利的，其複製同時等待審查之美國專利申請第60//803,510號之第11圖，因為它避免了對通過該側感應電極及該等相鄰驅動電極之一者之間之中央電極之旁路，其在設計上係在第11圖中所示之類型，具有降低在該 驅動電極與該受影響感應電極之間之交互之效果。由此，對一或多組感應電極之旁路連接被佈置以細分另一組感應電極，以避免直接位於任何該等驅動電極之相鄰位置之旁路連接。本方法可用於各種各樣範圍廣泛的電極圖案，以便對一組感應電極之旁路連接不通過驅動電極及該驅動電極與其配對之另一組感應電極之間。
如第1圖、第1A圖及第1B圖中所示，該等感應電極分類為三組。一第一組錐形電極62佈置於該電極圖案之敏感區域之左手側。該錐形電極62切分為兩個部分62A及62B，該等部分界定其間之一通道。一具有雙錐體之第二組三角形電極64被佈置，以便該等電極分別自該敏感區域之左手側及右手側向內朝向該中心延伸。一第三組錐形電極66佈置於該電極圖案之敏感區域之右手側。該錐形電極66切分為兩個部分66A和66B，此兩個部分界定其間之一通道。該第一組和第二組電極共延伸於在該x方向上之範圍之一部分上，該部分在第1B圖中被標記為區域I，且該第二及第三組共延伸於區域II上。該等不同區域提供比率電容訊號，指示一使用者之指在該感應器上存在感應電極之一部分上之電容式耦接。有利地，一使用者之指對該感應器之接近被兩種不同電極組感應，以提供一有益之混合訊號，且因此決定一指或其他物件在該感應器上之x位置。如前所述，該等第一組及第三組感應電極分別切分為兩個部分，以於其間界定通道。左手側電極62A及62B之間之通道具有一傳導跡線63，其自第二組電極64穿過其 中並中止於該敏感區域之左手側外周附近。該傳導跡線63之功能僅為提供與該等傳導跡線65之對稱，該等傳導跡線65充當該等感應通道之旁路“即，該右手側電極66A及66B之間之每一通道允許一傳導跡線65，其自該第二組64穿過其中且耦接至感應通道S2 。
如第1B圖中所示，每一驅動條電極52藉由一電子傳導線被連接至其垂直‘相鄰(若干)條，該電子傳導線串接一離散電阻器70。該驅動電極在外部經由傳導跡線自該控制器中之各驅動單元連接至驅動通道D1 －D8 。在第1圖、第1A圖、第1B圖中，該等驅動通道D1 －D8 被顯示為連接至每一第三驅動電極，即每一驅動通道驅動一組三個電極52。
本發明之感應器10因此包括複數個驅動電極及複數個感應電極，其包括一跨越該感應器之敏感區域之互連電極網路。可考慮一驅動元件及一感應元件之每一相鄰配對，以對應於一離散感應器區域，其可根據美國專利申請第6,452,514號中說明之技術操作。在使用中，在一量測擷取週期中決定一物件之位置，其中該條電極52藉由各驅動通道順序驅動，且自每一條電極傳送至該感應電極之電荷數量由該等感應通道決定。
第1C圖示意性顯示一電路，該電路可用於量測自該等驅動電極之一驅動者傳送至該等感應電極之電荷，該驅動電極在一既定時刻被驅動，且該感應電極具有一自電容。這主要地藉由其幾何決定，特定而言在與其最鄰近之 區域中之幾何。因此該驅動驅動電極示意性地顯示為一電容器105之一第一板100，且該感應電極示意性地顯示為該電容器105之一第二板104。美國專利申請第6,452,514號中更完整地說明了第1C圖中所示類型之電路。該電路係部分地基於在美國專利申請第5,730,165號中揭示之電荷傳送(“QT”)裝置及方法，如上所述，該等內容藉由引用方式併入本文。
與該目前驅動電極100相關聯之驅動通道、與感應電極104相關聯之感應通道及該感應器控制器之元件被展示為第1C圖中之組合處理電路400。該處理電路400包括一取樣開關401、一電荷積分器402(在此顯示為一簡單電容器)、一放大器403及一重置開關404，且亦可包括可選的電荷消除裝置405。
第1D圖示意性顯示在來自該驅動通道101之驅動電極驅動訊號與開關401之樣本定時之間之定時關係。該驅動通道101及該取樣開關401具有一適當同步裝置，其可為一微處理器或其他數位控制器408，以維護此關係。在所示之具體實施例中，該重置開關404初始被閉合以便重置該電荷積分器402為一習知初始狀態(例如，零電壓)。然後打開該重置開關404，且在其後某時刻該取樣開關401經由該開關之終端1被連接至電荷積分器402，持續一間隔時間，在此期間該驅動通道101發射一正緣變遷，且其後重新連接至終端0，該終端0係一電氣接地或其他適當參考勢。然後該驅動通道101返回接地，且該過程再次重 複一總計“n”週期，(其中n可為1(即0重複)、2(1重複)、3(2重複)等等)。如果該驅動訊號在該電荷積分器自該感應電極斷開連接之前不返回接地，將很有幫助，因為否則一相等及相反電荷將在正向邊緣及負向邊緣期間流入/流出該感應通道，因這導致無淨傳送或電荷進入該電荷偵測器。在所需數字週期之後，該取樣開關401保持於位置0處，同時藉由一量測裝置407量測在該電荷積分器402上之電壓，該量測裝置407可包括一放大器、類比至數位轉換器或可適合於手頭應用的其他電路。進行該量測之後，該重置開關404被再次閉合，且該週期重新啟動，儘管序列中該下一驅動通道及驅動電極替換在第1C圖中示意性顯示之驅動通道101及驅動電極100。對於一既定驅動電極，進行一量測之過程在此稱作一長度為“n”之量測‘叢發’，其中“n”可為自1至任何有限數字。該電路的靈敏性與“n”成正比且與該電荷積分器402之值成反比關係。
將瞭解，指定為402之電路元件提供一電荷積分功能，其亦可藉由其他裝置完成，且此類型之電路並不限於使用一如由402所示之接地參考電容器。亦不證自明的是該電荷積分器402可為一基於運算放大器之積分器，以對在該感應電路中流過之電荷進行積分。此類積分器亦使用電容器以儲存該電荷。可注意，儘管積分器添加了電路複雜性，其為該等感應電流提供一更為理想的和接面負載及更大的動態範圍。如果使用一慢速積分器，則可能必須在 402之位置中使用一單獨電容器，以臨時高速儲存該電荷，直至該積分器可及時吸收該電荷，但與併入基於該運算放大器之積分器之整合電容器之值相比，此類電容器之值變得相對不太關鍵。
在所選極性之驅動訊號之變化(在此情況下為正向)期間，該取樣開關401在不連接至該電荷積分器402時將該感應器之感應電極連接至地，將可能很有幫助。這是因為這可產生一仿真接地平面，因此降低RF發射，且同時，如上所述，允許其相對極性之耦接電荷被該電荷積分器402感應以正確地耗散及中和。亦可能在該感應電極上使用一接地電阻器以在驅動通道101躍遷之問實現相同效果。作為一單極雙擲(single－pole double－throw；SPDT)開關401之一替代，如果以一適當方式定時，可使用兩個獨立開關
如美國專利申請第5,730,165號中所述，可能存在許多訊號處理選擇，以用於該操縱及決定訊號幅度之偵測或量測。美國專利申請第5,730,165號亦描述在第1C圖中描繪之配置之增益關係，雖然是按照一單一電極系統。在本例中之增益關係與其相同。美國專利申請第4,879,461號中，以及在美國專利申請第5,730,165號中說明了一種訊號消除裝置405之設施。美國專利申請第4,879,461號之揭示案藉由引用方式併入本文。訊號消除之目的在於降低在該電荷積分器402上與每一叢發(正向躍遷該驅動通道)之產生並行之電壓(即電荷)集結，以便允許在該等驅動 電極與該等接收感應電極之間產生一更高的耦接。本方法之一優點係在於允許以相對較低之成本，實現對該等電極之間耦接的較小偏離敏感之較大感應區域。此類大感應耦接存在於實體上相對較大之電極中，諸如可能用於人觸摸感應墊之電極。電荷消除允許以更大的線性量測耦接量，因為線性依賴於自該驅動電極100至該感應電極104之耦接電荷在一叢發期間內被吸入一“虛擬接地”節點之能力。如果該電荷積分器402上之電壓容許在一叢發過程中明顯上升，則該電壓將以逆指數方式上升。此指數分量會對線性產生有害影響，且因此影響可用動態範圍。
該驅動通道可為一簡單互補金氧半導體邏輯閘，其由一習知調整電源供電，且藉由該感應器控制器20控制，以提供一選擇期段之週期性複數個電壓脈衝(或在一簡單實施例中，一自低至高或高至低電壓之單一躍遷，即一脈衝之一叢發)。或者，該驅動通道可包括一正弦產生器或一具有另一適當波形之循環電壓產生器。因此在應用於該驅動電極之串列電壓週期之上升邊緣與下降邊緣上產生一變化電場。假定該驅動電極及該感應電極充當一具有一電容CE 之電容器之相對板。因為該感應電極被電容耦接至該驅動電極，它接收或吸入由該驅動行電極產生之變化電場。這導致藉由在該驅動電極上之變化電壓，通過該等變化電場之電容差異化，在該感應電極中感應一電流。該電流將流向(根據極性，或流自)在該感應單元14中之感應通道。如上所述，該感應通道可包括一電荷量測電路，該電荷量 測電路經組態以量測由在該感應電極中感應之電流造成之電荷流入/流出(根據極性)該感應通道。
該電容差異化通過控制通過一電容器之電流之方程式發生，即：
其中，IE 為流入該感應通道S之瞬時電流，dV/dt為將應用於該驅動電極D1 之電壓的變化速率。在一邊緣躍遷期間耦接至該感應電極(及因此流入/流出該感應通道S)之電荷數量係以上方程式隨時間之積分，即Q E ＝C E ×V
耦接於每一躍遷上之電荷QE 獨立於上升時間V(即dV/dt)，並僅依賴於在該驅動電極之電壓擺動(其可易於固定)及該驅動電極與感應電極之問之耦接電容CE 之幅度。因此決定耦接流入/流出電荷偵測器(包括該感應通道)之電荷以回應應用於該驅動電極之驅動訊號中之變化，係量測在該驅動電極與該感應電極之間之耦接電容CE 。
一習知平行板電容器之電容幾乎獨立於該等板(至少對於相對其分隔面積較大之板)之間之空間之區域外部之電特性。但是，對於在一平面中包括相鄰電極之一電容器，情況並非如此。這是因為在該驅動電極與該感應電極之間連接之至少某些該等電場“溢出”該基板。這意味著在該驅動電極與該感應電極之間之電容式耦接(即CE 之幅度)在某種程度上對該“溢出”電場延伸於其中的該等電極之 鄰近區域之電特性敏感。
在無任何相鄰物件的情況下，CE 之幅度主要地藉由該等電極之幾何及該感應器基板之厚度及介電常數決定。但是，如果在該電場溢出該基板之區域存在一物件，則在此區域中之電場可由該物件之電特性修改。這導致該等電極之間之電容式耦接發生變化，且因此耦接入/自該電荷偵測器之量測電荷包括該(等)感應通道變化。舉例而言，如果一使用者放置一指於由某些該等溢出電場佔用之空問區域中，該等電極之間電荷之電容式耦接將減小，因為使用者將具有一顯著對地(或其路徑將完成連接至該控制該等感應元件之電路之接地參考勢的其他鄰近結構)電容。發生這種減小之耦接是因為正常耦接於該驅動電極及感應電極之間之溢出電場部分地自該電極分流至地。這是因為該感應器之相鄰該物件充當該等電極之間之直接耦接的分流電場。
因此藉由監視耦接在該驅動電極與該感應電極之間之電荷數量，耦接於其間之電荷數量變化可被標識及用於決定一物件是否接近該感應器(即該溢出電場延伸入其中之區域的電特性是否已變化)。
因此本發明之二維位置感應器或觸摸螢幕感應器依賴於主動電容式感應技術，而非被動電容式感應技術，當一物件移動通過該感應器時，主動電容式感應技術可提供更最佳的物件位置決定、輸出訊號的更大線性，且該感應器對由一接近物件造成之電容式變化的更大靈敏性。此外， 如前所述，相對習知感應器而言，本發明之感應器具有更多功能，且更少受地面負載.影響。
如前所述，本發明之感應器之操作基於美國專利申請第6,452,514號中說明之矩陣感應原理。此類矩陣感應涉及兩個電極(一驅動電極及一感應電極)之間之電容場變化，而非決定自一感.應電極至一參考勢(例如接地)之電容變化。本發明之觸摸螢幕感應器中之此類矩陣感應涉及電容式電場，與被動感應器中通常更為‘‘開放”之電容式電場相比，此類電容式電場更加“封閉”。這改善了該感應器之電容靈敏性。
第1E圖示意性顯示適合用於第1圖、第1A圖及第1B圖中所示類型裝置之驅動訊號定時。該等實例驅動訊號假定裝置具有六個驅動通道D1 －D6 ，每一驅動通道連接至每一第四驅動電極52，藉此在相鄰驅動通道連接之間保留兩個驅動電極，該等驅動電極由一如上所述之電阻梯連接。該裝置之完整敏感區域藉由一序列之六個驅動訊號取樣，每一驅動通道一個驅動訊號。在說明中，假定在時間t1將一驅動電壓V應用於通道D1 ，其他通道保持接地。接著在時間t2、t3、t4、t5及t6處該等通道D2 至D6 分別使用相同驅動電壓V被驅動，同時其他通道保持接地。應瞭解，該驅動順序並不重要，只需藉由驅動每一該等驅動通道收集一全套訊號資料。而且，為方便可見，所有該等驅動電壓均相同，但這亦不重要。此外，藉由反轉圖解說明之電壓將實現相同效果。藉由該串電阻(例如藉由離散電阻器 或一薄膜電阻條形成)，在相鄰驅動電極之間，當使用一幅度為V之電壓脈衝驅動一既定通道同時該等其他通道接地時，電壓自連接至該驅動通道之驅動電極通過該(等)最近的接地驅動通道，自V下降至零。在圖解說明之實例中，由於存在兩個中間驅動電極，該電壓分三段下降。如果有三個中間驅動電極，該電壓將分四段下降，諸如此類。
該觸摸或其他致動之x位置藉由該三組感應電極S1 、S2 、S3 中具有該兩個最強訊號之兩個組之訊號強度之比率內插獲得。
該觸摸或其他致動之y位置亦藉由該訊號強度之比率內插獲得，但以稍微不同之方式。一旦從在t１－t6處之六個驅動事件收集全套6個訊號，則該選擇產生該等最強訊號之兩個相鄰事件，且藉由此等兩個訊號之訊號強度之比率內插決定該y位置。舉例而言，如果自通道D2 及D3 之驅動獲得該最強對相鄰訊號，且驅動D2 時獲得之訊號比驅動D3 時獲得之訊號大兩倍，則該觸摸被決定為發生於自該D2 驅動電極至該D3 驅動電極之1/3間距處。
第2圖、第3圖、第4圖及第5圖顯示具體實施本發明之此外電極圖案，其可應用於一併入一電容式位置感應器之基板。該等電極圖案類似於第1圖之圖案，且相同參考標號用於表示相同特徵結構。該等條電極52係驅動(D)電極，且該等感應(S)電極62、64、66分三組佈置。應注意在第2圖中，該電極圖案包括第一組和第二組感應電極62、64，該等感應電極係錐形且一起在該x方向上於一部 分範圍內共延伸，且該第二及第三組感應電極係64、66錐形，且一起在該x方向上於另一部分範圍內共延伸。第1圖至第5圖中所示之電極圖案為實際尺寸。感應器電極之配置對於最佳化該等不同組感應器電極之間之電場交互很重要，且因此對準確決定物件位置很重要。該等組感應器電極之配置使得本發明之感應器有可能解釋及決定同時接近該感應器之一個以上物件之位置。該感應器.可能辨識同時在感應器之單獨部·分上該等感應電極上兩個不同位置之觸摸，只要該等兩個位置在該y方向分隔至少一驅動通道，較佳地分隔兩個驅動通道。否則，在該處理單元中執行之內插將斷定在該等兩個同時觸摸之間，一單一觸摸已經發生於某一位置。
第6圖至第12圖圖解說明具體實施本發明之此外電極圖案。每一感應器具有兩個驅動通道D1 、D2 及三個感應通道S1 、S2 、S3 。每一驅動通道為兩個驅動電極52提供驅動訊號。第6圖至第12圖中所示之圖案為實際尺寸。所有感應器包括三組感應電極，第6圖之感應器除外，它包括四組感應電極。
根據感應器之設計，本發明之感應器可包括三組或四組以上感應電極。舉例而言，如果該電極圖案之寬度在該x方向上增加以容納一大尺寸電容式感應器，則可存在五組或更多組感應電極。舉例而言，以下所描述及在第14圖、第15圖中及第16圖中圖解說明之感應器每一者具有六組感應電極，且在第13圖中圖解說明之感應器具有七組 感應電極。
第13圖顯示根據另一具體實施例之一電極圖案。具有在第13圖中圖解說明之電極圖案之基板包括一電極圖案，與以前之具體實施例相比，其尺寸更大。第13圖之電極圖案具有類似特徵結構，且操作於與以前具體實施例之相關說明相同之原理。但是，該等驅動電極52及該感應電極62、64、66包括突起或齒，該等突起或齒互鎖或互相交叉以形成一複雜圖案。該等驅動電極52包括漸變長度之齒、條或尖齒，其突入該第一組、第二組及第三組感應電極之相鄰齒之間之間距。在第13圖之電極配置中，該等第一組及第三組感應電極62、66位於該等驅動電極之一側上(即在每一各自驅動電極之下)，及該第二組感應電極位於該等驅動電極之相對側上(即在每一各自驅動電極之上)。因此，每一各自驅動電極52有效地“夾於”該等感應電極之間，且包括自每一各自之電極之相對側突出之齒，以與該等感應電極之對應齒之間之間距互嚙合。該等驅動電極52可被說明為具有一骨架，其以一適當組態佈置，舉例而言，如圖所示之V形組態。該等V形電極之每一臂形成為在每一側上有漸變長度之齒，如上所述。該等感應電極之齒亦具有一漸變長度，以最佳地與該等驅動電極嚙合。
第14圖顯示另一具體實施例，其基於與第13圖之具體實施例類似之原理。為分離出第14圖之細節，第14A圖示意性顯示一列感應電極S1 －S6 ，即該最上一列，且第14B圖示意性顯示在該x方向上延伸之六個驅動電極列Da 至Df ，每一列形成為具有一以正弦方式延伸之骨架或脊柱，該骨架或脊柱被垂直(即在該y方向上)延伸，且具有彼此相同之垂直範圍之平行齒、條或尖齒交叉。除在該正弦之波峰與波谷之外，每一尖齒延伸通過該脊柱，其具有該脊柱以上之一部分及該脊柱以下之一部分。該脊柱以上之部分與佈置於該脊柱之上之感應電極S2 、S4 及S6 互相交叉，且該脊柱以下之部分與佈置於該脊柱之下之感應電極S1 、S3 及S5 互相交叉‘。該列驅動電極藉助佈置於該圖解說明裝置之左手側上、於如在第14B圖中示意顯示之相關墊之間之五個電阻器R1 至R5 佈置於一電壓梯中。將瞭解，可以類似於如上關於第1圖之具體實施例所述之方式驅動此裝置，藉此使用一驅動電壓驅動每一D1 及D2 ，同時另一者接地，且該致動之y座標由自此等兩個驅動事件獲得之感應訊號之間之內插決定。在該裝置之右手側上，相鄰驅動電極列被連接，不帶電阻器，儘管如果需要可於每一在第14B圖之右手側上顯示之相關墊之間連接一電阻器。同樣如在第14B圖中之所示，存在兩個驅動通道D1 及D2 ，其連接至該最上列及最下列驅動電極。該等感應電極形成於6個組Sl －S6 中，組S1 、S2 及S3 自該左手側連接，且組S4 、S5 及S6 自該右手側連接。該等組相互重疊以在該x方向上提供五個範圍之感應，其藉由如上關於該具體實施例第1圖所述之在該等兩個最大訊號之間之比率分析決定。將瞭解，此設計可變化為具有不同數目組之感應電極、不同數目列之驅動電極、每驅動電極(包含一) 不同數目之驅動通道，諸如此類。
第15圖顯示一感應器，其具有根據又一具體實施例之關聯電極圖案。其提供六個感應器電極組S1 －S6 ，該等感應器電極組以與以前具體實施例類似之方式重疊，以便允許比率決定一致動之x位置。每一列感應電極上下兩側放置一驅動電極52。此具體實施例之特殊特徵結構，為以前具體實施例所未有，係階梯式寬化該等旁路連接，該等旁路連接導向該等最內層感應電極組S3 及S4 。
第15A圖示意性說明此特徵結構。針對該組S3 之每一感應電極64，該旁路具有三個以遞增方式增加寬度(垂直維度)之部分。該最窄部分643引導自該敏感區域之最左側，且側面與該組S2 之感應電極66之旁路相接。在該正x方向上前進，在該感應電極S1 之較短上元件68B終止之後，該感應電極64之旁路寬化為一部分642，且在該感應電極S1 之較長下元件68A終止之後，該旁路再次寬化為一部分643。該漸進式寬化之優點在於在該等最內層之感應電極與該等關聯感應通道之感應電路之間之電阻減小，藉此降低影響，並藉此該等最內層之感應電極將比該等外部者具有更小之靈敏性。
第16圖顯示根據又一具體實施例之一具有關聯電極圖案之感應器，該具體實施例與第15圖之具體實施例相同，只是該等最內層感應電極之傳導材料為中空。
第16A圖示意性說明此特徵結構。所圖解說明之感應電極組S3 之感應電極64被顯示為中空。感應電極組S3 及 S4 之所有感應電極類似地亦為中空，如自第16圖所顯而易見。本方法之優點來自於以下實現：在此種使用本發明所關於之驅動及感應電極之主動感應中，該訊號主要地僅受配對驅動及感應電極之直接鄰近區域之影響。位於自該等關聯驅動電極更遠距離處之感應電極中之傳導材料對於該訊號無顯著貢獻，且因此大體上係冗餘材料。此外，已確立此額外傳導材料可顯著貢獻於環境雜訊之拾取。因此與第15圖之電極.配置相比，使用第16圖之電極配置通過使大的中央感應電極中空，可實現改良之訊號雜訊比。更嚴格而言，要遵循之設計方法係以確保該等感應電極不在自其關聯驅動電極之一既定距離外進一步延伸，其中該既定距離係一特性距離，其指示從中收集大多數訊號(舉例而言至少50、60、70、80、90或99%之訊號)之感應深度。
第17圖顯示根據又一具體實施例之一具有關聯電極圖案之感應器，可參考第15圖之具體實施例對其進行瞭解。與該第15圖之具體實施例相比，該電極圖案被修改，其在於：插入一額外中央脊柱以提供一額外感應電極組之感應電極69，該等感應電極69彼此垂直連接，且藉由該裝置之頂端而非該等側端連接至該關聯感應通道。在該圖解說明之實例中，離散橋接組件連接71連接左側和右側該等驅動電極，以跨越該等感應電極69之垂直相鄰者之間之傳導路徑。此一般方法將可瞭解自同時等待審查之申請第60/803,510號及其後續一般申請美國專利申請第11/752,615號，該申請作為美國專利申請第2006/0279395 號公佈於2007年12月6日。
在同時等待審查之美國專利申請第60/803,510號及其後續一般申請美國專利申請第11//752,615號(該申請公佈為美國專利申請第2006/0279395號)中說明之電極圖案藉由引用方式併入本文。美國專利申請第60/803,510號之電極圖案類似於上述該電極圖案，且此類圖案可用於基於依據上述本發明之主動電容式感應技術來量測電容，儘管未針對此類應用進行最佳化。
第18圖說明一電極圖案，其與美國專利申請第60/803,510號之第11圖中相同。第18圖之電極圖案可應用於一基板，該基板結合於具體實施本發明之一電容式位置感應器中。該等縱向(條)電極52係驅動(D)電極，且以一交錯配置佈置於相鄰驅動電極之間之電極係該等感應(S)電極。此具體實施例包括四組感應電極62、64、66及88。該感應電極62、64、66可藉由傳導跡線連接至接收通道S1 、S2 、S3 。同樣，該感應電極88可被連接至一接收通道S4 。該等接收通道S1 、S2 、S3 、S4 將訊號自該等感應電極傳輸至在一控制器中之一感應單元。驅動通道Dx (未顯示)將驅動訊號發送至各組驅動電極52。一控制器中之一驅動單元將該等驅動訊號提供至各驅動電極或各組驅動電極。如以上更詳盡之所述，在該感應器上一物件之一位置可藉由一驅動電極與一或多個感應電極之間之電容式耦接之中斷或縮減，及處理來自該等感應電極之訊號以計算指位置來決定。美國專利申請第60/803,510號之第2圖、 第3圖、第4圖及第6圖至第15圖中圖解說明之電極圖案藉由引用方式併入本文，且形成本發明之本揭示案之一部分。美國專利申請第60/803,510號之第2圖、第3圖、第4圖及第6圖至第15圖中之具體實施例係使用如美國專利申請第6,452,514號中說明之主動(或矩陣)電容式感應進行驅動及感應，且給出如上所述之優點。
應瞭解，本發明之感應器適用於許多類型之裝置/設備。舉例而言，感應器可用於爐、烤箱、洗衣機、轉筒式乾燥機、洗碗機、微波爐、食品攪拌器、製麵包機、飲料機器、電腦、家庭影音設備、個人電腦、便攜式媒體播放器、個人數位助理、行動電話、電腦、遊戲控制臺，諸如此類。
第19圖顯示一行動個人電腦(PC)120之一實例。根據本技術之一觸摸感應器可用於形成該筆記型電腦個人電腦120之一輸入控制面板之一部分或整個輸入控制面板。在該圖中，展示該個人電腦120，其包含一顯示裝置122，該顯示裝置122被附接至一基體124，該基體124容納一處理器及通常與一個人電腦相關聯之其他組件。一輸入控制面板126包含一鍵盤128。該輸入控制面板126更包含一觸摸敏感滑鼠墊130。該滑鼠墊可使用根據本發明之一觸摸感應器實現。而且，該顯示裝置122亦可使用根據本發明之一觸摸感應器實施，該觸摸感應器疊加於其頂部以提供一觸摸螢幕。對於一平板電腦，這可能特別有用。
第20圖示意性顯示一洗衣機91，其併入一控制面板 93，該控制面板93併入根據本發明之一感應器。
第21圖示意性顯示一行動電話95，其可結合根據本發明之一具體實施例之一或多個感應器。根據本發明之二維感應器98可用於為該按鈕面板提供按鈕99，或可為一與該按鈕面板共延伸之單獨感應器。舉例而言，該按鈕面板可被保留為一機械式總成，且該感應器被提供以允許使用者在該按鈕面板區域上執行繪圖、書寫或命令筆勢，舉例而言撰寫中文或其他亞洲字元之文字訊息。該螢幕97亦可與根據本發明之一感應器疊加。
更一般地，本發明可與任何具有一人機介面之設備一起使用。亦可能提供一類似於上述之感應器，其自一裝置/設備單獨提供，並可用於控制該裝置/設備，舉例而言以提供對一預先存在的設備之升級。亦可能提供一一般感應器，其可經組態以操作一定範圍之不同家電。舉例而言，可提供一感應器，其具有可編程鍵，一裝置/設備提供者可藉由相應之組態(舉例而言藉由重新編程)，將該等可編程鍵與所需功能相關聯。
10‧‧‧位置感應器
20‧‧‧控制器
24‧‧‧連接
30‧‧‧電極圖案
40‧‧‧基板
52‧‧‧驅動電極
62‧‧‧感應電極
64‧‧‧感應電極
66‧‧‧感應電極
70‧‧‧電阻器
12‧‧‧驅動單元
14‧‧‧感應單元
16‧‧‧處理單元
dl‧‧‧驅動通道
d2‧‧‧驅動通道
d3‧‧‧驅動通道
d4‧‧‧驅動通道
d5‧‧‧驅動通道
d6‧‧‧驅動通道
d7‧‧‧驅動通道
d8‧‧‧驅動通道
da‧‧‧驅動通道
db‧‧‧驅動通道
dc‧‧‧驅動通道
dd‧‧‧驅動通道
de‧‧‧驅動通道
df‧‧‧驅動通道
s1‧‧‧感應通道/接收通道
s2‧‧‧感應通道/接收通道
s3‧‧‧感應通道/接收通道
s4‧‧‧接收通道
D1‧‧‧驅動通道
D2‧‧‧驅動通道
63‧‧‧傳導跡線
65‧‧‧傳導跡線
69‧‧‧感應電極
71‧‧‧離散橋接組件連接
88‧‧‧感應電極
91‧‧‧洗衣機
93‧‧‧控制面板
95‧‧‧行動電話
97‧‧‧螢幕
98‧‧‧二維感應器
99‧‧‧按鈕
100‧‧‧第一板/驅動電極
101‧‧‧驅動通道
104‧‧‧第二板/感應電極
105‧‧‧電容器
120‧‧‧行動個人電腦
122‧‧‧顯示裝置
124‧‧‧基體
126‧‧‧輸入控制面板
128‧‧‧鍵盤
130‧‧‧觸摸敏感滑鼠墊
400‧‧‧處理電路
401‧‧‧取樣開關
402‧‧‧電荷積分器
403‧‧‧放大器
404‧‧‧重置開關
405‧‧‧訊號消除裝置
407‧‧‧量測裝置
408‧‧‧數位控制器
642‧‧‧部分
643‧‧‧部分
62a‧‧‧部分
62b‧‧‧部分
66a‧‧‧部分
66b‧‧‧部分
68a‧‧‧較長下元件
68b‧‧‧較短上元件
為更佳地瞭解本發明及顯示可如何實施本發明，現在藉由實例之方式參考隨附該等圖式。
第1圖係一根據本發明之一具體實施例之位置感應器之前端視圖。
第1A圖顯示第l圖之驅動電極如何經由驅動通道耦接至在該感應器之控制器之主驅動單元內之驅動單元。
第1B圖係第1圖之電極圖案之一部分之示意分解視圖。
第1C圖示意性顯示一電路，其可用於量測自該等驅動電極之一驅動者傳送至該等感應電極之電荷。
第1D圖示意性顯示第1C圖之電路之操作之定時關係。
第1E圖示意性顯示適合用於第1圖之位置感應器之驅動訊號定時。
第2圖至第12圖顯示具體實施本發明之位置感應器之其他電極圖案。
第13圖顯示具體實施本發明之另一感應器。
第14圖、第14A圖和第14B圖顯示一感應器裝置之一另一具體實施例，其中第14圖顯示該完整電極圖案，第14A圖僅顯示該等感應電極之一列，及第14B圖僅顯示該等驅動電極。
第15圖和第15A圖顯示一感應器裝置之一另一具體實施例。
第16圖和第16A圖顯示一感應器裝置之一另一具體實施例。第15圖至第18圖顯示具體實施本發明之另一感應器。
第17圖顯示具體實施本發明之一另一感應器。
第18圖顯示具體實施本之發明一另一感應器。
第19圖示意性顯示併入根據本發明之一具體實施例之一感應器之一便攜式個人電腦。
第20圖示意性顯示併入根據本發明之一具體實施例之一感應器之一洗衣機。
第21圖示意性顯示併入根據本發明之一具體實施例之一感應器之一行動電話。
10‧‧‧位置感應器
20‧‧‧控制器
24‧‧‧連接
30‧‧‧電極圖案
40‧‧‧基板
52‧‧‧驅動電極
62‧‧‧感應電極
64‧‧‧感應電極
66‧‧‧感應電極
70‧‧‧電阻器
12‧‧‧驅動單元
14‧‧‧感應單元
16‧‧‧處理單元
d1－d8‧‧‧驅動通道
da－df‧‧‧驅動通道
s1－s3‧‧‧感應通道/接收通道

Claims (14)

  1. 一種二維位置感應器，其包括一基板，該基板具有一藉由一電極圖案界定之敏感區域，該電極圖案包含驅動電極及感應電極，該等電極大體上在一第一方向(以下稱x方向)上延伸且在一第二方向(以下稱y方向)上交錯，其中該等感應電極包括第一組、第二組及第三組元件，該等元件以一方式成形，以便該第一組和第二組之元件中之相鄰者於該x方向上在該敏感區域之一部分上方共延伸，且該第二組及第三組中該等元件之相鄰者於該x方向上在另一部分上方共延伸，且其中該等驅動電極被佈置以與該等感應電極電容耦接，其中該感應器更包括一控制器，該控制器包括一用於將驅動訊號應用於該等驅動電極之驅動單元，及一感應單元，該感應單元用於量測自每一組該等感應電極接收之感應訊號，該等感應訊號代表該等驅動電極與每一組該等感應電極之間該等驅動訊號之一電容耦接程度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感應器，其中該控制器更包括一處理單元，該處理單元用於自藉由應用驅動訊號至該等驅動電極獲得之感應訊號的分析，計算與該敏感區域之一交互之一位置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之感應器，其中該處理單元可操縱以藉由自感應電極之共延伸對組獲得之感應訊 號之間之一內插，決定在該x方向上之位置。
  4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之感應器，其中該處理單元可操縱以藉由使用各驅動訊號順序驅動該等驅動電極所獲得之感應訊號之間之一內插，決定在該y方向上之位置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之感應器，其中共延伸之感應電極組在其共延伸距離上具有互補錐體，以提供比率電容訊號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之感應器，其中共延伸之各組感應電極之元件在其共延伸距離上具有變化區域之相鄰方塊，以提供比率電容訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之感應器，其中該等驅動電極及感應電極互相交叉，以便提供該電容式耦接。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之感應器，其中在該敏感區域上方該等驅動電極及感應電極係由傳導材料形成，該傳導材料不超過一實質上小於相鄰各列驅動電極之間在該y方向上之一特性間距之特徵結構寬度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之感應器，其中該第一組及 第三組感應電極之至少一者之元件形成在該y方向上藉由一通道分離之兩個部分，且其中該第二組感應電極之元件在外部通過傳導跡線連接至該感應單元，該等傳導跡線通過該等通道到達該敏感區域之一側。
  10. 如申請專利範圍第l項所述之感應器，其中存在至少三組在外部通過該敏感區域之一側連接至該感應單元之感應電極，被稱作周邊、中間及內部感應電極，其中該等內部感應電極之元件在外部通過傳導跡線連接至該感應單元，該等傳導跡線在該y方向上自該一側朝向該等內部感應電極之元件逐漸變寬。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之感應器，其中至少一組感應電極之元件在該敏感區域之平面中是中空的。
  12. 一種控制面板，其併入一如申請專利範圍第1項所述之二維位置感應器。
  13. 一種裝置，其具有一併入一如申請專利範圍第l項所述之二維位置感應器之控制面板。
  14. 一種感應在二維位置感應器之一敏感區域上一致動之位置之方法，該敏感區域藉由一電極圖案界定，該等電極包含驅動電極及感應電極，兩種電極大體上均在一第 一方向(以下稱x方向)上延伸且在一第二方向(以下稱y方向)上交錯，其中該等感應電極包括第一組、第二組及第三組元件，該等元件以一方式成形，以便該第一組和第二組之元件中之相鄰者於該x方向上在該敏感區域之一部分上方共延伸，且該第二組及第三組中該等元件之相鄰者於該x方向上在另一部分上方共延伸，且其中該等驅動電極被佈置以與該等感應電極電容耦接，該方法包括：將驅動訊號應用於該等驅動電極；量測自每一組該等感應電極接收之感應訊號，該等感應訊號代表該等驅動電極與每一組該等感應電極之間該等驅動訊號之一電容耦接程度；藉由自感應電極之共延伸對組獲得之感應訊號之間之一內插，決定在該x方向之位置；及藉由使用各驅動訊號順序驅動該等驅動電極所獲得之感應訊號之間之一內插，決定在該y方向上之位置。
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