CN106796476A - 数字化仪传感器 - Google Patents

Abstract

传感器包括由多条边限定的传感区域以及遍布该传感区域的多根天线。多根天线相互交叉以形成结点网格。本发明解决提供具有网格图案的触敏电容式传感器的问题，网格图案被适配用于以一种方式相比于列和行平行于传感器边的标准正交安排而言减少形成给定数量的结点所需的天线数量，即，列数量V加行数量H，其中结点数量J等于列的数量V乘以行的数量H，即J＝H*V。该问题通过以下方式解决：提供天线的第一和第二部分分别从同一起始传感器边并延伸到第一或第二邻传感器边的对角延伸，由此去往第一邻边的天线可与去往第二邻边的天线交叉，并且由此天线在抵达第一或第二邻边之后继续延伸分别与最初从起始传感器边延伸到第二或第一邻边的天线平行地离开第一或第二邻边，直到它们抵达相对的邻传感器边或与起始传感器边相对的传感器边。

Description

数字化仪传感器

背景技术

电容式传感器被用于许多包括触摸屏的人类接口设备(HID)(诸如膝上形计算机、轨迹板、MP3播放器、计算机监视器，和智能电话)中的位置和邻近度检测。电容式传感器感测导电物体(诸如用于与HID进行交互的导电指示笔或手指接触)的定位和邻近度。通常，电容式传感器对于进行交互的物体的大小和邻近度两者均敏感。

电容式传感器包括可从不同媒质(诸如铜、铟锡氧化物(ITO)和印刷墨迹)来被构造的电极。ITO通常被用于实现透明度。某些电容式传感器是基于网格的并被操作以检测网格中不同点或结点处的个电极之间的互电容。

概述

通常，基于网格的电容式传感器的分辨率由在行和列天线之间形成的结点的数量来定义。根据本公开的一些实施例的一个方面，提供减少形成给定数量的结点所需天线的数量的基于网格的电容式传感器的图案。根据本公开的一些实施例，形成网格的全部天线从传感器的一边延伸并近从那条边通过金属轨迹连接到电路。可选地，传感器的其它边没有金属轨迹并可朝着电子显示器的边延伸，在该电子显示器的至少三边上基本没有黑版区域。该图案中包括的减少数量的天线可减少用于操作传感器的电路的材料的花费和/或账单。

根据本公开的一些实施例的一个方面，提供了用可分开操作或一起操作的多个独立的基于网格的电容式传感器形成的触摸屏。在一些示例性实施例中，独立电容式传感器的至少一部分包括提供用于从沿着传感器的一条边到传感天线的连接的图案。可选地，可安排多个独立传感器来形成长的或大的传感区域而不损害分辨率和刷新率。

除非以其他方式定义，否则本文中所使用的所有技术和/或科学术语具有如本领域的普通技术人员共同理解的相同含义。虽然类似于或等同于本文所描述的方法或材料可在实践或实验本公开实施例中使用，下文描述了示例性的方法和/或材料。在冲突的情况下，包括定义的专利申请将优先。另外，材料、方法、以及示例指示说明性的，并且不旨在进行必然地限制。

附图的若干视图的简要描述

此处参考附图描述本公开的一些实施例，仅作为示例。现在专门详细地参考附图，强调的是，所示的细节作为示例且只是处于对本公开实施例的说明性讨论的目的。在这一点上，参考附图的描述使得如何体现本公开的实施例对本领域技术人员是显而易见的。

在附图中：

图1A和1B是分别根据本公开的一些实施例的数字化仪传感器的已知的和示例性的网格图案的简化的示意图；

图2是根据本公开的一些实施例的横向配置的数字化仪传感器的示例性的网格图案的简化的示意图；

图3A和3B是全都根据本公开的一些实施例的，标识接收输入的数字化仪传感器的示例性网格图案的示例性结点以及用于基于该输入跨该数字化仪传感器跟踪移动的编号系统的简化的示意图；

图4是根据本公开的一些实施例的包括改善接近传感区域的各边的分辨率的传感线的数字化仪传感器的示例性网格图案的简化的示意图；

图5是根据本公开的一些实施例的具有改善了的沿边分辨率的示例性对角网格图案的简化的示意图；

图6是根据本公开的一些实施例的由多个独立传感部分形成的示例性网格图案的简化的示意图；

图7是根据本公开的一些实施例的数字化仪传感器的网格图案的示例性结点的简化的示意；以及

图8是根据本公开的一些实施例的数字化仪系统的简化框图。

详细描述

根据本发明的一些实施例，基于电容式传感器的网格包括沿着第一方向延伸、弯曲，并接着沿着第二方向继续的天线。可选地，天线从传感器的一条边以一角度朝着两条邻边之一延伸，并接着弯离该边。弯离一条边的天线与弯离同一条边的或弯离相对边的其它天线交叉，以形成网格结点。可选地，天线是相互交叉的“L”形天线阵列。跨天线的结点在弯曲的两侧均可形成。由弯曲提供的附加的天线长度增加了可用每根天线形成的结点的数量。可选地，该图案还包括沿着传感区域的相对边延伸的一对天线以改善边附近的分辨率。可选地，“L”形天线的一部分沿着邻边之一延伸。可选地，天线图案被定义使得每根天线跨大部分或全部其它天线一次。天线可使用提供在结点处天线的电容性耦合的桥的单玻璃解决方案来被图案化在单层上。

可选地，传感器的全部天线从传感区域的一条边延伸。基于这样的安排，多个传感器可被并排放置以建立为多个独立传感器形成的更大的传感区域。可选地，多个传感器可配合操作以提供跨更大传感区域的整个范围的无缝传感。

根据本发明的一些实施例，基于网格的电容式传感器适合用互电容式检测来检测指尖输入等。在某些示例性实施例中，在互电容式检测期间，与触发器相关联的电路在天线上注入信号以在一个或多个结点处发起电容式耦合并在一个或多个其它结点处采样电容式耦合的信号。天线的触发和采样可同时发生。可选地，全部天线既被触发也被采样。根据一些实施例，基于网格的电容式传感器适于基于由物体发射的并由传感器检测到的信号来跟踪物体，例如指示笔。

在详细地解释各示例实施例的至少一个实施例之前，应当理解本公开不必要限于其应用于构造的细节以及在以下描述中阐述和/或在附图中示出的组件的排列和/或方法。本公开可适用于其他实施例或者以各种方式实践或实现。

现在参考图1A和1B，其示出分别根据本公开的一些实施例的数字化仪传感器的已知网格图案和示例性网格图案的简化的示意图。已知基于网格的电容式传感器包括图案150，具有跨传感区域105并交叉形成结点120的行天线152和列天线151。行天线152从沿着传感区域105的边101连接到电路，而列天线151从沿着传感区域105的边102连接到电路。通常传感区域105相比于显示板区域300而言变窄，以提供空间来将行天线152沿着边102连接到电路以及将列天线151沿着边101连接到电路。传感区域105还可通常为了对称的目的沿着面对的边变窄。通常，用将天线连接到电路的金属轨迹来将沿着边101和102的区域305图案化。可选地，区域305用黑版来印刷以隐藏金属轨迹和/或电路。

在互电容式检测期间，结点120处的输入通过在一次在一根天线152上注入一个信号并采样来自列天线151的输出来检测。替换地，(通过注入信号)列天线被一次触发一根，而行天线被采样。这个网格图案提供的结点的数量由行天线数量乘以列天线数量来定义。可选地，天线152用正交信号被分组触发。在图1A所示的示例中，两跟行天线和两跟列天线提供四个结点。根据本公开的一些实施例，替换图案250被提供。图案250(图1B)包括提供九个结点的四根天线150，输入可基于互电容检测或自电容检测从结点被检测。图案150和250的每个图案的天线数量是相同的，尽管图案250提供的分辨率比图案150提供的分辨率的两倍还多。可选地，图案250提供的结点的数量大于(N/2)^2。可选地，图案250提供的结点的数量为至少N*(N-1)/2，其中N是天线150的数量。根据本发明的一些实施例，全部四根天线150从边101延伸并从边101连接到电路。传感区域100可因此延伸到基本上显示区域300的整个宽度。仅沿着一条边(例如边101)需要容纳金属轨迹的区域305。在一些示例性实施例中，用于形成J个结点的天线的数量N是，N＝ceiling((1+sqrt(1+8*J))/2)(N等于(1+8*J))/2的平方根加1的上限)。

在一些示例性实施例中，天线150从边101朝着邻边102延伸，形成弯曲205并在另一个方向(例如，朝着边103)延伸。通常，天线150在边102反射离开并且弯曲205沿着边102发生。天线150的角度通常依赖于传感区域100的大小和宽高比。天线150通常比天线151和152长并且与更多天线交叉。在互电容式检测期间，天线150的每一根用信号触发，一次一根，并且作为响应全部的天线被采样。通常，被触发的每根天线也响应于触发被采样。可选地，多于一根的天线可用正交信号同时被触发。可选地，通过以不同频率和/或相位将信号注入天线150来同时触发天线。当操作传感器用于自电容检测时，全部天线可被同时触发和采样。可选地，自电容检测一次仅在天线150的一部分上被执行。

现在参考图2，图2示出了根据本公开的一些实施例的横向配置的数字化仪传感器的示例性网格图案的简化的示意图。在一些示例性实施例中，横向图案110包括第一天线阵列156和第二天线阵列154，第一天线阵列156从边101延伸到邻边102之一并朝着边103弯曲，第二天线阵列154从边101延伸到另一邻边102并朝着边103弯曲。来自阵列156的天线与来自阵列156的其它天线交叉，并也和来自阵列154的天线交叉。类似地，来自阵列154的天线与来自阵列154的其它天线交叉，并也和来自阵列156的天线交叉。在所示的示例中，13根天线被图案化以提供多于80个结点。通常，在行和列网格中，需要18－20根天线来形成80个结点。天线数量的减少是大量的，并且因此需要更少的电路来支持用这样的传感器的检测。

现在参考图3A和3B，图3A和3B示出全都根据本公开的一些实施例的，标识接收输入的数字化仪传感器的示例性网格图案的示例性结点以及用于基于该输入跨该数字化仪传感器跟踪移动的编号系统的简化的示意图。随着物体通过路径400跨过移动传感器图案251，电容性耦合的改变在路径400附近的结点处被检测。该物体可以是指尖或与传感器图案251电容式地耦合的其它物体。可选地，物体是指示笔或发射信号而传感器图案251拾取该信号的其它物体。例如，电容式耦合中的改变指示在结点121、122、123、124、125、126和127出检测到交互。可选地，阵列154中的天线以连续的上升的次序从1到N被编号，其中N是阵列154中的天线的数量，而阵列156中的天线以连续的下降的次序从N-1到1被编号。可选地，以此方式编号天线提供了针对结点(例如，结点121－127)的直观坐标。当使用这样的约定时，结点121由坐标(10,11)来定义、结点122由坐标(9,11)来定义、结点123由坐标(9,12)来定义、结点124由坐标(8,12)来定义、结点125由坐标(8,13)来定义、结点126由坐标(7,13)来定义而结点127由坐标(6,1)来定义。以此方式，跟随水平路径400的坐标具有平滑斜率。此约定还为垂直方向的移动提供相同类型的直观坐标。现在参见图3B，坐标标记的拨动表示450演示了坐标如何随着方向400中的移动而改变。响应于水平移动，例如，该对的第一坐标以逆时针方向前进而第二坐标将以顺时针方向前进。

现在对图4作出参考，图4示出根据本公开的一些实施例的包括改善接近传感区域的各边的分辨率的传感线的数字化仪传感器的示例性网格图案的简化的示意图。在一些示例性实施例中，传感器图案252包括反射离开边101的多个对角地延伸的天线，并且还包括大致沿着边102延伸以在边102附近增加附加的结点的附加的天线160和161。通过增加天线160和161，弯曲205作结点操作并且在弯曲205处的输入可基于每个弯曲205和天线160或161之间的电容式耦合来被检测。可选地，天线161还可包括弯曲并在传感区域110的角落处增加分辨率。可选地，由于天线160和161的每一根与不同的天线集形成结点，天线160和天线161可被连接并作为单根天线操作。

现在对图5作出参考，图5示出根据本公开的一些实施例的具有改善了的沿边分辨率的示例性对角网格图案的简化的示意图。可选地，靠近边102的分辨率通过沿着边102形成的断头弯曲210来改善。断头部分平行于边102延伸。截断弯曲增加了结点到边102的邻近度，使得触摸可在边缘附近被检测到。替换地，断头部分的一些或全部，例如断头部分211可被相互靠近以在它们之间形成结点126。

现在对图6作出参考，图6示出根据本公开的一些实施例的由多个独立传感部分形成的示例性网格图案的简化的示意图。根据本公开的一些实施例，传感图案250被重复以形成更大的传感图案254。替换地，不同传感图案可被用来形成更大传感图案254。通常，传感图案的至少一部分用从同一边延伸的天线来形成，使得其它传感图案可被置于传感图案的其它三条边周围。

可选地，传感图案被对齐并且传感图案250之间的邻近度可被定义，使得传感结点沿着分隔255(例如图案250之间的虚拟分隔)来被形成，使得结点可在图案间被形成。可选地，传感图案可被对齐以相互连接。图案250的每一个图案可被分开操作以检测定义的区域的输入，或者各图案250可被同时操作以检测整个传感区域范围的输入。这一安排可被用于形成大的传感区域而不损害测量精确度和增加功率需求以适合大大加长的天线。此安排使用受限数量的构建块提供了具有多样性形状因素的模块化解决方案。

现在对图7作出参考，图7示出了根据本公开的一些实施例的数字化仪传感器的网格图案的示例性结点的简化的示意。尽管本公开中描述的大部分传感器图案由朝着边延伸并随后弯曲的对角天线形成，其它图案可被定义，其中每根天线跨大部分或全部其它天线一次，使得与结点数量相关的天线的数量可被优化。在图7所示的示例中，仅用6根天线形成15个结点并且每根天线与全部其它天线交叉一次。如图7所示，可形成不同图案来定义结点。

现对图8作出参考，图8示出根据本公开的一些实施例的数字化仪系统的简化框图。根据本公开的一些实施例，电子显示器与基于网格的电容式传感器400集成。在某些示例性实施例中，天线150的每一根从一条边101延伸并连接到显示器405上的金属轨迹415。通常，黑版410被用于覆盖包括金属轨迹415的区域。通常，金属轨迹415连接到包括专用电路(ASIC)的电路420或包括一个或多个ASIC的印刷电路板(PCB)。电路420控制并操作传感器400。来自传感器400的输出通常被报告到主机430。可选地，主机430与电路420通信并提供用于操作传感器400的命令。通常，数字化仪系统包括与电路420一起的传感器400。可选地，电路420的一些或全部功能被集成到主机430中。

根据本公开的一些实施例，传感器400连同电路420被操作以跟踪一根或多根手指、指示笔、导电物体和介电物体的输入。通常，传感器400可检测物体的触摸和悬停两者。在一些示例性实施例中，传感器400是透明传感器并且天线150可选地由铟锡氧化物(ITO)形成。

一些实施例的一方面提供包括由多条边限定的传感区域以及遍布传感区域并相互交叉以形成结点网格的多根天线的传感器；其中结点网格包括H*V个结点，而其中多根天线包括少于H+V根天线，其中H是整数且V是整数。

可选地，多根天线从传感区域的仅一条边延伸。

可选地，多根天线仅相互交叉一次。

可选地，多根天线的至少一根天线与多根天线的所有其它天线交叉。

可选地，从多根天线形成的结点的数量大于(N/2)^2，其中N是多根天线的数量。

可选地，多根天线的第一部分从一条边对角地延伸朝向第一邻边，且多根天线的第二部分从该条边对角地延伸朝向第二邻边。

可选地，一条边的长度是X而第一邻边的长度是Y，且其中来自多根天线的对角延伸的天线和该条边之间的角度或等于或大于arctangent(Y/X)(Y/X的反正切)。

可选地，第一部分朝着第一邻边延伸并且接着继续延伸离开第一邻边，并且其中第二部分朝着第二邻边延伸并且接着继续延伸离开第二邻边。

可选地，来自第一部分的天线与来自第二部分和第一部分的天线形成结点。

可选地，多根天线包括沿着第一邻边延伸并与第一部分形成结点的第一天线。

可选地，第一部分沿着第一邻边部分延伸。

可选地，多根天线在单层上被图案化。

可选地，传感器被配置来基于互电容式检测或自电容式检测的至少一个来进行感测。

可选地，传感器被配置来感测来自与传感器交互并发射信号的物体的输入。

可选地，传感器包括多个不同的传感区域，其中所述传感区域是多个不同的传感区域之一。

可选地，传感器的结点的一部分在多个传感区域中的两个传感区域之间形成。

可选地，传感区域被配置成独立于多个传感区域的其它传感区域来操作。

一些实施例的一个方面提供了包括以下的设备：具有由多条边限定的传感区域以及遍布传感区域并相互交叉以形成结点网格的多根天线的传感器，其中结点网格包括H*V个结点，且其中多根天线包括少于H+V根天线，其中H是整数且V是整数，其中多根天线从传感区域的第一边延伸；以及配置用于沿着第一边连接到多根天线的每一根的电路。

可选地，多根天线的第一部分从第一边朝着其子区域的第一邻边对角地延伸并接着继续延伸离开第一邻边，而多根天线的第二部分从第一边朝着其子区域的第二邻边对角地延伸并接着继续延伸离开第二邻边。

可选地，该设备包括并排放置并定义更大传感区域的多个传感器，其中多个传感器的每一个的第一边沿着更大传感区域的周界的一部分延伸。

可选地，该设备被配置来感测来自与该传感器交互的信号发射物体的输入。

为了清楚起见在单独实施例的上下文中描述的本文中描述的示例的特定特征还可在单一实施例中组合地提供。相反，为了简洁起见在单一实施例的上下文中描述的本文中描述的示例的各个特征还可单独地或者以任何合适的子组合提供或适合于本文描述的任何其他实施例。在不同实施例的上下文所描述的某些功能不被认为是那些实施例的基本功能，除非该实施例没有那些元件不运转。

Claims (15)

1.一种传感器，包括：

由多条边限定的传感区域；

遍布所述传感区域并相互交叉以形成结点网格的多根天线，其中所述结点网格包括H*V个结点，且其中所述多根天线包括少于H+V根天线，其中H是整数且V是整数。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述多根天线从所述传感区域的各边中的仅一条边延伸。

3.如权利要求1或权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述多根天线仅相互交叉一次。

4.如权利要求1－3中的任一项所述的传感器，其特征在于，所述多根天线的至少一根与所述多根天线全部其它天线交叉。

5.如权利要求1－4中的任一项所述的传感器，其特征在于，从所述多根天线形成的结点的数量大于(N/2)^2，其中N是所述多根天线的数量。

6.如权利要求1－5中的任一项所述的传感器，其特征在于，所述多根天线的第一部分从一条边朝第一邻边对角地延伸，且所述多根天线的第二部分从该条边朝第二邻边对角地延伸，并且其中来自所述第一部分的天线与来自所述第二部分和所述第一部分的天线形成结点。

7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，该条边的长度是X而所述第一邻边的长度是Y，且其中来自所述多根天线的对角延伸的天线和该条边之间的角度或等于或大于arctangent(Y/X)。

8.如权利要求6或权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述第一部分朝着所述第一邻边延伸并且接着继续延伸离开所述第一邻边，并且其中所述第二部分朝着第二邻边延伸并且接着继续延伸离开所述第二邻边。

9.如权利要求6－8中的任一项所述的传感器，其特征在于，所述多根天线包括沿着所述第一邻边延伸并与所述第一部分形成结点的第一天线。

10.如权利要求6－8中的任一项所述的传感器，其特征在于，所述第一部分部分地沿着所述第一邻边延伸。

11.如权利要求1-10中的任一项所述的传感器，其特征在于，所述多根天线被图案化在单层上。

12.如权利要求1-11中的任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器被配置来感测来自与所述传感器进行交互并发射信号的物体的输入。

13.如权利要求1-12中的任一项所述的传感器，其特征在于，包括多个不同的传感区域，其中所述传感区域是所述多个不同的传感区域之一。

14.如权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述传感器的所述结点的一部分在所述多个传感区域中的两个传感区域之间形成。

15.如权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述传感区域被配置成独立于所述多个传感区域的其它传感区域来操作。