电容传感器及用于检测接近度、触摸和压力的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及电容传感器以及使用所述电容传感器检测接近度、触摸和压力的系统。本技术的各种实施方案可包括被配置为检测对感测表面的紧实压力的电容传感器。所述电容传感器可包括第一衬底和第二衬底，其中所述第一衬底和所述第二衬底中的至少一者被配置为在施加紧实压力时变形。所述传感器的所述变形可形成所述衬底之间的间隙或消除所述衬底之间的间隙。所述变形可被解释为对所述感测表面的紧实压力。

Capacitance sensors and systems for measuring proximity, touch and pressure

The utility model relates to a capacitive sensor and a system for detecting proximity, touch and pressure using the capacitive sensor. Various implementations of the technology may include capacitive sensors configured to detect compact pressure on the sensing surface. The capacitive sensor may include a first substrate and a second substrate, wherein at least one of the first substrate and the second substrate is configured to deform when a compact pressure is applied. The deformation of the sensor can form a gap between the substrates or eliminate the gap between the substrates. The deformation can be interpreted as a compact pressure on the sensing surface.

【技术实现步骤摘要】
电容传感器及用于检测接近度、触摸和压力的系统
本技术涉及电容传感器以及使用电容传感器检测接近度、触摸和压力的系统。
技术介绍
电容传感器通过检测传输电极与感测电极之间形成的电容的变化进行工作。在物体接近触摸表面和/或在触摸表面上移动时，感测电路可识别物体并确定物体的位置、压力、方向、速度和加速度。具有触摸感测表面的电子设备可利用各种电容感测设备，以允许用户做出选择并通过相对于电容感测元件移动他们的手指(或触笔)来移动物体。电容感测设备可利用互电容感测或自电容感测。互电容触摸传感器不仅具有检测感测表面上触摸事件的能力，还具有检测接近事件的能力，其中物体不接触感测表面但是紧邻感测表面。互电容触摸传感器通过测量电容感测元件的电容并寻找指示导电物体的接触或存在的电容变化进行工作。当导电物体(例如手指、手、脚或其它物体)与电容感测元件接触或非常靠近电容感测元件时，检测到电容变化和导电物体。可利用电路测量电容触摸感测元件的电容变化，并且该电路可将测出的电容感测元件的电容转换为数字值。能够同时进行接近度和触摸感测的常规设备一般必须依赖于附加压力传感器和/或电阻式膜传感器来检测何时向感测表面施加紧实压力，这可增加设备的总成本。
技术实现思路
本技术所解决的技术问题是，能够同时进行接近度和触摸感测的设备需要附加压力传感器或电阻式膜传感器，这增加了系统的总成本和复杂性。本技术的各种实施方案可包括被配置为检测紧实压力的电容传感器。电容传感器可包括第一衬底和第二衬底，其中第一衬底和第二衬底中的至少一者被配置为在施加紧实压力时变形。传感器的变形可形成衬底之间的气隙或消除衬底之间的气隙。该变形可被解释为对传感器的紧实压力。根据一个方面，电容传感器包括：第一衬底，该第一衬底具有第一表面，并且包含保护材料；和第二衬底，该第二衬底具有与第一衬底的第一表面相邻的第一表面，并且包括电容器，该电容器包括：第一电极；和第二电极，该第二电极被定位成与第二电极基本上共面；其中第一衬底和第二衬底中的至少一者能够响应于施加的压力而变形以产生电容器的电容变化。根据一个实施方案，上述电容传感器还包括设置在第一衬底和第二衬底之间的间隙；并且其中：第一衬底在对第一衬底的第二表面施加的压力下变形并且减小第一衬底和第二衬底之间的间隙的至少一部分；并且第二衬底在施加的压力下保持其形状。根据一个实施方案，上述电容传感器还包括设置在第一衬底和第二衬底之间的间隙；并且其中：第二衬底在对第二衬底的第二表面施加的压力下变形并且减小第一衬底和第二衬底之间的间隙的至少一部分；并且第一衬底在施加的压力下保持其形状。根据上述电容传感器的一个实施方案：第一衬底的第一表面邻接第二衬底的第一表面；第一衬底和第二衬底中的每一者包括与相应第一表面相反的第二表面；并且第一衬底和第二衬底两者响应于施加的压力而变形以形成位于第一衬底和第二衬底的至少一部分之间的间隙。根据上述电容传感器的一个实施方案，保护材料包括：沿着电容传感器的外边缘设置的柔性部分；以及由柔性部分形成的内部区域内的刚性部分；并且其中刚性部分和柔性部分彼此共面。根据另一个方面，用于检测接近度、触摸和压力的系统包括：电容传感器，该电容传感器包括：第一衬底，该第一衬底具有第一表面并且包含保护材料；和第二衬底，该第二衬底具有与第一衬底的第一表面相邻的第一表面并且包括：电容器，该电容器包括：第一电极；和第二电极，该第二电极被定位成与第一电极基本上共面；其中第一衬底和第二衬底中的至少一者能够响应于施加的压力而变形以产生电容器的电容变化；并且其中保护材料包括：沿着电容传感器的外边缘设置的柔性部分；以及由柔性部分形成的内部区域内的刚性部分；并且其中刚性部分和柔性部分彼此共面；测量电路，该测量电路耦接到电容传感器并且被配置为：测量电容器的电容；并且根据所测量的电容输出数字值；以及逻辑单元，该逻辑单元耦接到测量电路并且被配置为：将数字值与以下阈值进行比较：第一阈值；和第二阈值；并且根据该比较输出信号。根据上述系统的一个实施方案，第一阈值对应于第一衬底和第二衬底中的一者上的触摸；并且第二阈值对应于第一衬底和第二衬底中的一者的变形。根据一个实施方案，上述系统还包括设置在第一衬底和第二衬底之间的间隙；并且其中：第一衬底在对第一衬底的第二表面施加的压力下变形并且减小第一衬底和第二衬底之间的间隙的至少一部分；并且第二衬底在施加的压力下保持其形状。根据一个实施方案，上述系统还包括设置在第一衬底和第二衬底之间的间隙；并且其中：第二衬底在对第二衬底的第二表面施加的压力下变形并且减小第一衬底和第二衬底之间的间隙的至少一部分；并且第一衬底在施加的压力下保持其形状。根据上述系统的一个实施方案，第一衬底的第一表面邻接第二衬底的第一表面；第一衬底和第二衬底中的每一者包括与相应第一表面相反的第二表面；并且第一衬底和第二衬底两者响应于施加的压力而变形以形成位于第一衬底和第二衬底的至少一部分之间的间隙。本技术所实现的技术效果是提供电容传感器和对应系统以在没有附加传感器的情况下同时检测接近度、触摸和压力。附图说明当结合以下示例性附图考虑时，可参照具体实施方式更全面地了解本技术。在以下附图中，通篇以类似附图标记指代各附图当中的类似元件和步骤。图1代表性地示出了根据本技术的示例性实施方案的以触摸系统为特征的电子设备；图2代表性地示出了根据本技术的示例性实施方案的电容传感器的顶视图；图3代表性地示出了根据本技术的示例性实施方案的图2的电容传感器的剖视图；图4A和图4B代表性地示出了根据本技术的一个实施方案的电容传感器；图5以图形方式示出了图4A和图4B的电容传感器的输出值；图6A和图6B代表性地示出了根据本技术的替代实施方案的电容传感器；图7以图形方式示出了图6A和图6B的电容传感器的输出值；图8A是用于操作图4A和图4B的电容传感器的流程图；图8B以图形方式示出了根据图8A的流程图的操作阈值。图9A是用于操作图6A和图6B的电容传感器的流程图；图9B以图形方式示出了根据图9A的流程图的操作阈值；图10代表性地示出了根据本技术的示例性实施方案的图2的电容传感器的替代剖视图；图11A和图11B代表性地示出了处于替代位置的图4的电容传感器；并且图12A和图12B代表性地示出了处于替代位置的图6的电容传感器。具体实施方式本技术可在功能块部件和各种加工步骤方面进行描述。此类功能块可通过被配置成执行指定功能并且实现各种结果的任何数量的部件来实现。例如，本技术可采用可执行多种功能的各种控制器、放大器、信号转换器、驱动器、切换设备、电流源、逻辑门、半导体器件，诸如晶体管、电容器等。此外，本技术可集成在任何数量的电子系统(诸如机动车、航空、“智能设备”、便携式设备、“白色家电”和消费类电子产品)中，并且所描述的系统仅为本技术的示例性应用。此外，本技术可采用任何数量的常规技术进行电压-时间转换和时间-数字转换。参见图1、图2和图3，电子设备100(诸如蜂窝电话、个人计算机等)可检测在该设备的接近度内的物体120(诸如人指尖、笔尖等)，该物体触摸该设备，并且检测设备100的感测表面130上的压力(或力或重量)。例如，电子设备100可包括多个电容传感器105，其中每个电容传感器被配置为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容传感器，其特征在于包括：第一衬底，所述第一衬底具有第一表面，并且包括保护材料；和第二衬底，所述第二衬底具有与所述第一衬底的所述第一表面相邻的第一表面，并且包括：电容器，所述电容器包括：第一电极；和第二电极，所述第二电极被定位成与所述第二电极基本上共面；其中所述第一衬底和所述第二衬底中的至少一者能够响应于施加的压力而变形以产生所述电容器的电容变化。

【技术特征摘要】
2017.07.12 US 15/647,4381.一种电容传感器，其特征在于包括：第一衬底，所述第一衬底具有第一表面，并且包括保护材料；和第二衬底，所述第二衬底具有与所述第一衬底的所述第一表面相邻的第一表面，并且包括：电容器，所述电容器包括：第一电极；和第二电极，所述第二电极被定位成与所述第二电极基本上共面；其中所述第一衬底和所述第二衬底中的至少一者能够响应于施加的压力而变形以产生所述电容器的电容变化。2.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征还在于包括设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间的间隙；并且其中：所述第一衬底在对所述第一衬底的第二表面所施加的压力下变形并且减小所述第一衬底和所述第二衬底之间的所述间隙的至少一部分；并且所述第二衬底在所施加的压力下保持其形状。3.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征还在于包括设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间的间隙；并且其中：所述第二衬底在对所述第二衬底的第二表面所施加的压力下变形并且减小所述第一衬底和所述第二衬底之间的所述间隙的至少一部分；并且所述第一衬底在所施加的压力下保持其形状。4.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征在于：所述第一衬底的所述第一表面邻接所述第二衬底的所述第一表面；所述第一衬底和所述第二衬底中的每一者包括与相应的第一表面相反的第二表面；并且所述第一衬底和所述第二衬底两者响应于所施加的压力而变形以形成位于所述第一衬底和所述第二衬底的至少一部分之间的间隙。5.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征在于所述保护材料包括：沿着所述电容传感器的外边缘设置的柔性部分；以及由所述柔性部分形成的内部区域内的刚性部分；并且其中所述刚性部分和所述柔性部分彼此共面。6.一种用于检测接近度、触摸和压力的系统，其特征在于包括：电容传感器，所述电容传感器包括：第一衬底，所述第一衬底具有第一表面并且包括保护材料；和第二衬底，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：太田垣贵康，后藤贤介，
申请(专利权)人：半导体组件工业公司，
类型：新型
国别省市：美国,US