[发明专利]进行电容性检测的设备和实施这种设备的方法

说明书

本申请是国际申请日为2013年4月16日、名称为“利用联接轨道的布置进行电容性检测的设备和实施这种设备的方法”、申请号为201380021798.1(PCT/EP2013/057900)的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于对象和电极阵列之间的电容性测量的设备。发现其特别在用于人机界面命令的2D电容性触摸表面和3D电容性检测的一般领域中应用。

背景技术

用于通信和工作的设备正越来越多地利用触摸命令界面，如面板或屏幕。例如，可以列举出移动电话、智能手机、电子笔记本、个人电脑、鼠标装置、触摸屏、宽屏显示器等。

大量的这些界面利用电容性技术。触摸表面配有连接至电子装置的导电电极，使得能够测量电极和待检测对象之间产生的电容变化以执行命令。

目前的电容性技术最经常使用行和列形式的两层导电电极。电子设备测量在这些行与列之间存在的耦合电容。当手指非常接近电活性表面时，靠近手指的耦合电容改变，电子设备由此可以定位电活性表面的平面中的2D位置(XY)。

这种技术使得能够通过电介质来检测手指的存在和位置。该技术具有对于一个或更多个手指在敏感表面的平面XY中的定位获得很高的分辨率的优点。然而，这些技术具有仅检测与对象的接触或者不超过几毫米的极其贴近的检测的缺点。戴着厚手套(滑雪手套、摩托车手套等)、用长的指甲或用触控笔难以执行触摸指令。电容性电极的低灵敏度使得不能通过厚的电介质发起命令。

检测握着便携式设备的手指的位置和数量以推断手的类型(左手或右手)以及可能的对屏幕的遮蔽也是不可能的。

近来还有更多使得能够测量在电极和待检测对象之间产生的绝对电容的技术。这种技术类似于被称为自电容的技术。例如可以举出专利FR2756048：Floating capacitive measuring bridge，专利FR2893711：Device and Method for Capacitive Measurement by a Floating Bridge，或专利FR2844349：Proximity Detector Comprising Capacitive Sensor。这些技术使得能够获得具有非常高的分辨率的电极与对象之间的电容的测量，并且能够检测例如在几厘米乃至在10厘米距离处的手指。空间检测在三维空间XYZ中发生，但也可以通过在平面XY内的触摸发生。这时候能够戴着手套或者通过任何类型的厚的电介质发起命令。

因此，这些技术可以通过利用绝对电容测量电子设备以便能够从最大可能距离处检测接近电活性表面的空间内(在触摸屏的上方和周边)的对象的位置。理想的是以电容性电极覆盖触摸屏的整个表面。这些电极被连接至电子单元以转换各电极与待检测对象之间产生的电容。

为了进行这些电容的绝对测量，有必要消除可能在检测区域之外、即在电极和电子电路之间出现的所有寄生电容，例如通过各电极的联接轨道、电极的底部、触摸屏和电子设备之间的带状电缆、电子电路的输入产生的寄生电容。

如在Rozière的专利FR2756048中所描述的，通过使用保护装置可以抑制这些寄生电容的很大一部分，所述保护装置的电势与电极的电势基本相等。

然而，在长距离处的空间中的检测具有检测接近面板但在其表面之外的任何对象的缺点。这可以限制命令的可能性或减小面板的可视表面或非有意地发起指令。

为此，可以提供的是，触摸屏的整个表面仅配有不具有明显电连接的电极以避免周围的对象、例如握着便携式设备的手的指端被检测为需要的对象。

一种解决方案在于利用多层电容性触摸屏、例如印刷电路板(PCB)。电容性电极沉积在待检测对象侧的外表面上，而所有的联接轨道位于在较低层的水平处的电极的下方。这些轨道利用通过电极层的金属化的孔连接至电极。所有的轨道都连接至电子设备，但直至达到连接处时才被保护(保护层位于联接轨道的下方)。因此，电极利用电子单元、例如在专利FR2756048中所描述的浮桥单元来保护轨道。

然而，出现了将这种功能整合到电话、智能手机、GPS、触摸屏或任何配有这种类型的触摸面和屏幕的设备中的困难。

电容性电极的这些表面必须配有透明电极以能够允许由位于触摸屏下方的显示器所发射的光穿过。通常地，导电电极是由氧化铟锡(ITO)制成的。这种材料具有良好的光学和电学特性。由于技术原因和涉及制造工艺和光学性能的原因，不可以使用金属化的孔并且所有的电容性电极必须利用仅位于与这些电极在同一层上的透明轨道来连接至敏感表面的外电路。

发明内容