本申請是國際申請日為2013年4月16日、名稱為“利用聯(lián)接軌道的布置進行電容性檢測的設備和實施這種設備的方法”、申請?zhí)枮?01380021798.1(pct/ep2013/057900)的發(fā)明專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及用于對象和電極陣列之間的電容性測量的設備。發(fā)現(xiàn)其特別在用于人機界面命令的2d電容性觸摸表面和3d電容性檢測的一般領域中應用。

背景技術：

用于通信和工作的設備正越來越多地利用觸摸命令界面，如面板或屏幕。例如，可以列舉出移動電話、智能手機、電子筆記本、個人電腦、鼠標裝置、觸摸屏、寬屏顯示器等。

大量的這些界面利用電容性技術。觸摸表面配有連接至電子裝置的導電電極，使得能夠測量電極和待檢測對象之間產(chǎn)生的電容變化以執(zhí)行命令。

目前的電容性技術最經(jīng)常使用行和列形式的兩層導電電極。電子設備測量在這些行與列之間存在的耦合電容。當手指非常接近電活性表面時，靠近手指的耦合電容改變，電子設備由此可以定位電活性表面的平面中的2d位置(xy)。

這種技術使得能夠通過電介質來檢測手指的存在和位置。該技術具有對于一個或更多個手指在敏感表面的平面xy中的定位獲得很高的分辨率的優(yōu)點。然而，這些技術具有僅檢測與對象的接觸或者不超過幾毫米的極其貼近的檢測的缺點。戴著厚手套(滑雪手套、摩托車手套等)、用長的指甲或用觸控筆難以執(zhí)行觸摸指令。電容性電極的低靈敏度使得不能通過厚的電介質發(fā)起命令。

檢測握著便攜式設備的手指的位置和數(shù)量以推斷手的類型(左手或右手)以及可能的對屏幕的遮蔽也是不可能的。

近來還有更多使得能夠測量在電極和待檢測對象之間產(chǎn)生的絕對電容的技術。這種技術類似于被稱為自電容的技術。例如可以舉出專利fr2756048：floatingcapacitivemeasuringbridge，專利fr2893711：deviceandmethodforcapacitivemeasurementbyafloatingbridge，或專利fr2844349：proximitydetectorcomprisingcapacitivesensor。這些技術使得能夠獲得具有非常高的分辨率的電極與對象之間的電容的測量，并且能夠檢測例如在幾厘米乃至在10厘米距離處的手指?？臻g檢測在三維空間xyz中發(fā)生，但也可以通過在平面xy內的觸摸發(fā)生。這時候能夠戴著手套或者通過任何類型的厚的電介質發(fā)起命令。

因此，這些技術可以通過利用絕對電容測量電子設備以便能夠從最大可能距離處檢測接近電活性表面的空間內(在觸摸屏的上方和周邊)的對象的位置。理想的是以電容性電極覆蓋觸摸屏的整個表面。這些電極被連接至電子單元以轉換各電極與待檢測對象之間產(chǎn)生的電容。

為了進行這些電容的絕對測量，有必要消除可能在檢測區(qū)域之外、即在電極和電子電路之間出現(xiàn)的所有寄生電容，例如通過各電極的聯(lián)接軌道、電極的底部、觸摸屏和電子設備之間的帶狀電纜、電子電路的輸入產(chǎn)生的寄生電容。

如在rozière的專利fr2756048中所描述的，通過使用保護裝置可以抑制這些寄生電容的很大一部分，所述保護裝置的電勢與電極的電勢基本相等。

然而，在長距離處的空間中的檢測具有檢測接近面板但在其表面之外的任何對象的缺點。這可以限制命令的可能性或減小面板的可視表面或非有意地發(fā)起指令。

為此，可以提供的是，觸摸屏的整個表面僅配有不具有明顯電連接的電極以避免周圍的對象、例如握著便攜式設備的手的指端被檢測為需要的對象。

一種解決方案在于利用多層電容性觸摸屏、例如印刷電路板(pcb)。電容性電極沉積在待檢測對象側的外表面上，而所有的聯(lián)接軌道位于在較低層的水平處的電極的下方。這些軌道利用通過電極層的金屬化的孔連接至電極。所有的軌道都連接至電子設備，但直至達到連接處時才被保護(保護層位于聯(lián)接軌道的下方)。因此，電極利用電子單元、例如在專利fr2756048中所描述的浮橋單元來保護軌道。

然而，出現(xiàn)了將這種功能整合到電話、智能手機、gps、觸摸屏或任何配有這種類型的觸摸面和屏幕的設備中的困難。

電容性電極的這些表面必須配有透明電極以能夠允許由位于觸摸屏下方的顯示器所發(fā)射的光穿過。通常地，導電電極是由氧化銦錫(ito)制成的。這種材料具有良好的光學和電學特性。由于技術原因和涉及制造工藝和光學性能的原因，不可以使用金屬化的孔并且所有的電容性電極必須利用僅位于與這些電極在同一層上的透明軌道來連接至敏感表面的外電路。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是優(yōu)化從電極至電容性電子設備的聯(lián)接軌道的布置以消除所有不需要的電容，從而獲得能夠以最小的誤差來檢測一個或更多個對象的空間位置的電容性觸摸屏。

本發(fā)明的另一個目的是根據(jù)握著包含電容性檢測設備的便攜式設備的方式引入新的功能。

本發(fā)明的另一個目的是用于改善對象檢測的新的電極布置和/或形式。

所述目的的至少一個可以利用具有透明檢測區(qū)域和通路區(qū)域的人機界面設備來實現(xiàn)，該設備包括：

-在檢測區(qū)域中的具有由透明導電材料制成的電極的表面，

-布置在通路區(qū)域中并連接至具有電極的表面的導電連接軌道，

-在透明區(qū)域中由透明材料制成的、用作具有電極的表面的保護裝置的第一導電表面。

根據(jù)本發(fā)明，導電連接軌道至少部分地布置在用作這些導電連接軌道的第二保護裝置和第三保護裝置的第二導電表面和第三導電表面之間。此外，根據(jù)本發(fā)明的設備包括由導電材料制成的、用于將導電連接軌道連接至具有電極的表面的電極的聯(lián)接軌道；當聯(lián)接軌道鄰接檢測表面上的至少一個電極時，該聯(lián)接軌道由透明材料制成且定位于至少兩個電極之間。

優(yōu)選地，當聯(lián)接軌道位于通路區(qū)域中時，該聯(lián)接軌道定位于第二保護裝置和第三保護裝置之間。

利用根據(jù)本發(fā)明的設備，降低了聯(lián)接軌道對電容測量的影響。在檢測區(qū)域中，注意的是聯(lián)接軌道不位于邊沿的端部，它們全都在兩個電極之間實施。在通路區(qū)域中，這些聯(lián)接軌道布置在保護裝置之間，即在下方有一個保護裝置且在上方有另一個，這兩個保護裝置尤其是通過它們之間的電連接優(yōu)選具有相等的電勢。優(yōu)選地，它們特別地通過它們與第一保護裝置之間的電連接具有與第一保護裝置相等的電勢。因此，可以設想的是第二導電表面和第三導電表面的至少一個處于與第一導電表面相等的保護電勢。

本發(fā)明使得能夠顯著地提高與檢測表面接觸(觸摸)或與其接近(懸停)的對象的位置測量的精確度(線性等)，所述檢測表面可以是設備的觸摸屏。

只有被定義為敏感的檢測表面上存在的電極和軌道才可以對對象的存在作出反應。因此，忽略任何不需要的對象、例如握住觸摸屏的手指，進行觸摸屏的校準更簡單且更穩(wěn)健。

然而，因為電極、特別是位于接近觸摸屏的那些電極對邊緣效應敏感，所以可以利用電極精確地檢測這些手指。因此，可以確定在敏感表面之外的對象位置。由此可以檢測手指的位置和握住便攜式設備(智能手機、遙控裝置、平板電腦等)的手(或任何其他對象)的位置。不透明電極也可以放在通路區(qū)域中。

優(yōu)選地，第二導電表面和第三導電表面中的一個是所述第一導電表面的延長部分。例如，第一保護裝置和第二保護裝置可以構成一個表面。第一保護裝置可以在使用透明或不透明材料的通路區(qū)域下方延伸。

根據(jù)本發(fā)明，電極和保護裝置是由錫摻雜的氧化銦ito制成的。也可以使用透光的其他材料，例如鋁摻雜的氧化鋅(azo)或錫摻雜的氧化鎘。

根據(jù)本發(fā)明，電極可以具有不同的形狀，例如：

-矩形，

-三角形，或

-凹形。

根據(jù)本發(fā)明的一個有利特征，保護裝置是基于浮橋技術設計的。此外，電容性測量優(yōu)選地是自電容類型的，即，在電極和測量對象之間產(chǎn)生的電容的測量。

根據(jù)本發(fā)明的一個有利特征，至少一個電極布置在設備的側邊上，在所述檢測區(qū)域之外。由此，在面板邊緣上的檢測可以用于在便攜式設備、例如智能手機的側邊執(zhí)行命令。該電極可以布置為替代作為保護裝置的第三導電表面。

例如，可以通過在手機的側邊上滑動拇指來調節(jié)手機的聲音等級，而不需要直接使用檢測表面。這種優(yōu)點使得能夠替代在手機一側上經(jīng)常出現(xiàn)的機電按鈕。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種在包括如以上限定的人機界面的裝置中實施的方法。根據(jù)本發(fā)明，檢測放在裝置邊緣的手指并根據(jù)所檢測的手指的布置來更改裝置的顯示屏的功能。這使得能夠根據(jù)例如握著便攜式設備的手指的位置來整理或鎖住顯示器的圖標。有利地，一個或更多個手指可以用于在觸摸屏邊緣上和在敏感表面之外的控制以執(zhí)行命令。

根據(jù)本發(fā)明，可以確定手指的數(shù)量和定位以識別握著裝置的手的類型。由此可以識別握著便攜式設備的左手或右手。特別地，這使得能夠根據(jù)是左手或還是右手握著設備來對設備的顯示屏上的特定命令進行重新定位。

根據(jù)本發(fā)明，在邊緣上沒有檢測到手指的情況下，那么可以識別裝置是否以敏感表面一側放置在其支撐物上。

根據(jù)本發(fā)明，可以使用設備的邊緣借助于具有電極的表面的電極來檢測對象的任何移動，以便從裝置內部發(fā)起命令。這種類型的控制可以對應替代例如放置在設備邊緣的機電按鈕(調節(jié)音量等)的虛擬按鈕。例如，可以設想的是電容性控制通過檢測拇指在邊緣上的移動產(chǎn)生，在該拇指下沒有必要具有電極。這種實施方案對應通過邊緣效應實施的檢測。

本發(fā)明的另一個目的是利用如先前描述的人機界面設備或不限于上述特征但包括軟件和硬件裝置的任何其他人機界面設備實現(xiàn)的，所述軟件和硬件裝置使得能夠在設備的邊沿上例如借助于電容性電極來檢測對象，例如手指。

該設備可以包括處理器單元，該處理器單元配置為：

-檢測在設備上表面的邊緣上的對象，特別地，這可以是包括使得能夠可視化顯示屏的透明部分的表面，

-特別地借助于形狀識別或其他算法來識別這些對象的準確定位，

-控制屏幕顯示管理應用程序以根據(jù)所檢測的對象來改變顯示。

特別地，如果對象是握著設備的手指，且如果顯示屏包括圖標，那么可以根據(jù)握著設備的手指的位置識別這些圖標。例如，可以替代會至少部分地被手指遮蔽的圖標。因此可以改變特定圖標的位置和/或功能。

此外，可以實施算法以區(qū)別不同手指和確定涉及的是左手或右手。還可以識別拇指。這可以通過分析手指的位置、它們的形狀(三維電容性測量使得能夠特別地評估對象的形狀)及它們的大小來完成。處理器單元可以是連接至電容性電子檢測電路并控制所述設備或通常電子設備例如移動電話、平板或其他設備的軟件應用的微處理器或微控制器。

附圖說明

通過查閱非限制性實施方案的詳細描述以及附圖，本發(fā)明的其他優(yōu)點和特征會變得明顯，其中：

-圖1a和圖1b是根據(jù)本發(fā)明的設備的橫截面的示意性俯視圖；

-圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術的具有電極的表面的示意圖；

-圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術的具有電極的表面的略微更詳細的示意圖，所述電極具有沿著端部處的電極的透明軌道；

-圖4是沒有透明邊緣軌道的根據(jù)本發(fā)明的觸摸屏的示意圖；

-圖5a是根據(jù)本發(fā)明的設備的橫截面的示意圖；

-圖5b是說明根據(jù)本發(fā)明的將電極連接至連接軌道的聯(lián)接軌道的布置的簡化示意圖；

-圖6是在通路區(qū)域上具有保護裝置的根據(jù)本發(fā)明的觸摸屏的示意圖；

-圖7是在整個通路區(qū)域上具有保護裝置的根據(jù)本發(fā)明的觸摸屏的示意圖；

-圖8是在通路區(qū)域的短邊上具有保護裝置的根據(jù)本發(fā)明的觸摸屏的示意圖；

-圖9到圖12是說明電極的不同幾何形狀的示意圖。

具體實施方式

概括地說，圖1a和1b示出根據(jù)本發(fā)明的設備ap。這可以是“智能手機”類型的電話或配有觸摸屏的平板電腦、遙控裝置、筆記本電腦等。該設備ap包括檢測表面sd，所述檢測表面sd是特別地(平的或彎曲的)電極陣列位于其下方的觸摸部分。該檢測表面sd從其上部開始包括由透明材料制成的幾個層，例如：

-外層玻璃ve，

-防碎膜fad，

-透明粘合層ct，和

-偏光片p，

-電極e，其由透明導電材料、如錫摻雜的氧化銦(ito)制成，

-由玻璃、pet或任何其他電介質制成的用于電極的支撐物s，

-保護裝置g，其為由透明導電材料、如錫摻雜的氧化銦(ito)制成的層，

-顯示屏ec，其必須是從外層玻璃ve之外可以看見的。

電極和保護裝置因此位于檢測表面下方，并由具有高電阻率的透明導電材料制成。

在當前情況下圍繞在檢測表面sd周圍的非檢測表面snd也被區(qū)分出來。該表面從外部看通常是不透明的，并且不具有電極但具有由金屬制成的連接軌道pt和柔性連接件cf，因此具有低的電阻率。

通路區(qū)域在本文可以被定義為在屏幕與外層玻璃之間對應于非檢測表面的任何區(qū)域。

圖2示出用絕對電容電子測量單元2、也被稱為自電容單元操作的透明觸摸屏1的常規(guī)結構。柔性薄片3用于將觸摸屏1連接至電子測量單元，所述電子測量單元可以包括特別地與進行如現(xiàn)有技術的文獻中的絕對電容測量所必需的軟件和硬件裝置相結合的微控制器或微處理器。

敏感表面配有大量的由ito材料制成的透明電極4，其形狀通常但非限制性地為矩形。各個電極4被連接至在觸摸屏邊緣上的連接軌道5。由于觸摸屏的邊緣在顯示表面之外，因此連接軌道5可以由金屬制成且可以不透明。金屬的優(yōu)點是其低電阻率，這使得可以使用不是非常龐大的(例如寬10至20μm)長的邊緣軌道。

圖3示出在邊緣上用于連接電極的透明軌道的常規(guī)布局的一個實例。在也被稱為敏感表面的透明區(qū)域6中，電極之間的聯(lián)接軌道和連接軌道5都是透明軌道，而在通路區(qū)域(觸摸屏-透明區(qū)域)中的連接軌道5由金屬制成。

該圖示出了某些透明聯(lián)接軌道7位于敏感表面上但在電極之外。換言之，這些透明軌道位于檢測表面頂部的最后的電極與通常為不透明的通路區(qū)域之間。這種軌道布置增加了在這些區(qū)域中對象位置的檢測的失敗。實際上，使用直到敏感表面的物理邊緣的電極使得能夠獲得更有效的信號處理，以確定對象位置。在敏感表面邊緣處聯(lián)接軌道的存在傾向于使信號處理復雜化并且降低對象檢測的精確度。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的觸摸屏。圖3的透明邊緣軌道7消失了，已經(jīng)向內移動作為兩行電極之間的聯(lián)接軌道8。因此，最后一行電極與電極區(qū)域周圍的通路區(qū)域構成邊界。

圖5a具有與圖1b相同的元件，但在連接軌道pt上方引入了新的保護裝置g2，使得這些連接軌道被放置在保護裝置g1(對應于圖1b中的保護裝置g)和保護裝置g2之間，所述保護裝置g1和保護裝置g2處于相等的保護電勢，尤其是電連接在一起。這些連接軌道pt可以用電介質覆蓋，然后以金屬層(金屬保護裝置)或以通過柔性連接件cf連接至保護電勢的透明導電ito層(透明保護裝置)覆蓋。由此，這些連接軌道pt不會產(chǎn)生由電子設備測量的不需要的電容。它們不會如在圖2和圖3的實例中對觸摸屏邊緣上對象的存在作出反應。

實際上，在對應于非檢測表面的整個通路區(qū)域上，提供了兩個保護裝置以將其中出現(xiàn)的所有金屬軌道和透明軌道夾在中間。而在對應于檢測表面的透明區(qū)域中，沒有透明軌道留在電極的外部邊緣上。

在圖5a中看不到聯(lián)接軌道。

另一方面，圖5b示出了一個實施方案，其中聯(lián)接軌道pl使得能夠將導電連接軌道pt連接至布置在具有電極的表面上的電極e。電極是透明的且由ito材料制成。

當聯(lián)接軌道pl在對應于檢測表面sd的檢測區(qū)域中時，它們是透明的。在通路區(qū)域中它們可以由金屬制成。在通路區(qū)域中，連接軌道pt無接觸地布置在下方的保護裝置g2和上方的保護裝置g3之間。保護裝置g2和g3優(yōu)選由金屬制成，但也可以由透明ito材料制成。保護裝置g2可以是提供給電極e的保護裝置g1的延伸。根據(jù)本發(fā)明，用(至少一個)測量電極來替代保護裝置g3(放置在連接軌道上方)。實際上，同所有其他電極一樣，這些電極可以用作位于它們下方的軌道的保護裝置。布置在設備側邊上的這些電極可以主要地用于邊緣檢測，即放置在設備邊緣上的對象、例如手指的檢測。

圖6以俯視圖示出了一般解決方案，金屬軌道5位于兩個保護裝置g1和g2之間。已經(jīng)省掉了邊緣上的任何軌道。有利地，柔性連接件cf也布置在g1和g2之間。在透明區(qū)域6中的所有透明軌道8位于兩行電極之間。

根據(jù)本發(fā)明，可以例如檢測在設備一側的四根手指(至少兩根手指)和在另一側的拇指，以推斷設備是握在左手還是右手中。根據(jù)這是用右手的還是用左手的，可以重新定位觸摸(圖標)的全部或一些、手勢命令或懸停命令以最優(yōu)化工效學。

可以例如正確地將按鈕(圖標)置于握著設備的手的拇指的對面，釋放位于其他四個手指下面或與其很接近的圖標以方便用另一只手控制。

也可以停止被認為相對于握著設備的手指太差地放置的某些命令。

也可以發(fā)現(xiàn)離握著設備的手指最遠的區(qū)域以最優(yōu)化懸停的范圍。該在后的模式對邊緣效應非常敏感，因此在邊緣處的手指顯著減小了懸停的范圍。

也可以使特定命令與握著設備的四根手指更近以增加用這些手指控制的可能性。

由于測量到的電容非常低(達到幾ff)而且任何不需要的寄生泄漏電容會降低檢測，因此接近觸摸屏的手指或任何對象的電容性檢測可以有利地利用被其電勢基本等于電極電勢的保護裝置保護在屏幕側邊上的單獨電極來完成。

電子設備管理各個電極以測量在電極與對象之間的各個電容。所檢測的對象參考了電子設備的地電勢。

電極也可以放在便攜式設備的側邊以增加檢測接近的對象的可能性。

還可以檢測對象、例如手的形狀以便知道設備在手中握著的方向(正面或背面)。

如果表面是非常平的且在側邊上沒有檢測到對象的存在，則可以推斷設備被放在平的表面上、例如桌子或被放在一件服裝的口袋里。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的設備的示意性前視圖。應注意的是，保護裝置g2是在整個透明表面6周圍的框架。在圖6中沒有示出的保護裝置g1布置在與保護裝置g2平行的平面上以框住金屬軌道。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的設備的另一個實施方案。在該實例中，具有電極的表面是矩形的，為此由透明材料制成的聯(lián)接軌道9將電極從表面連接至在矩形的短邊上的通路區(qū)域10和11。保護裝置g1和g2布置在這些通路區(qū)域的夾層中。在各個通路區(qū)域中是連接至從最近電極開始的聯(lián)接軌道的集成電路ic1、ic2。在透明表面和集成電路之間的軌道可以由金屬制成。

該解決方案使得能夠避免將導電連接軌道放在更多的時候用于握住設備的長邊上。優(yōu)點是省掉了在垂直邊上的長軌道。然而，在垂直邊上使用了一些導電連接軌道12，使得兩個集成電路可以相通。但沒有必要保護這些軌道12。兩個集成電路可以使用相同的保護電勢。集成電路ic2之后通過帶狀電纜cf連接至處理單元。

電極優(yōu)選覆蓋盡可能多的觸摸屏的敏感表面。

如在圖9至圖12中可看見的，可以設想電極具有比矩形更復雜的形狀。

三角形或凹形電極的使用可以使得能夠將它們的數(shù)量減少到保持相同的檢測性能(精確度)時的最大數(shù)量。實際上可以使用三角形以利用各個電極相對于對象位置的變化的幾何形狀來增加測量信息的項目。

嵌套在一起的交錯凹形電極可以使得能夠減少由于在對象從一個電極穿過另一電極期間的突然中斷的失敗，或者使得能夠通過利用各個電極相對于對象位置的變化的幾何形狀來增加信息。

當然，本發(fā)明不限于以上描述的實例，可以在不超過本發(fā)明的范圍的情況下對這些實例進行許多調整。