用于确定触摸输入刺激的装置制造方法及图纸

用于检测刺激的电容传感器。电容传感器包括限定电容耦合的第一和第二电极以及电耦合到第一和第二电极以基于电容耦合的变化率来确定刺激的存在的处理单元。基片被定位成相邻于第一第二电极，其中刺激对应于抵靠基片的物体的放置。处理单元可操作来基于电容耦合的连续测量并响应于电容耦合大于预先确定阈值而确定时间变化率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定触摸输入刺激的装置
本专利技术涉及用于检测刺激的装置和方法，且更具体地涉及用于检测触摸输入和手写笔输入的装置和方法。
技术介绍
现今存在设计成感测人触摸的存在的人机接口（HMI）设备。在一些情况下，这些HMI接口包括用于向机器接口提供来自人的输入的手写笔。手写笔可完全代替直接的人接口或可补充人接口。这些HMI设备可使用光、声、机电（开关）磁场、电场、电磁场或这些刺激的组合。今天存在的以及使用电场的三个现有和当前触摸技术通常被称为投影式电容、电容式和差分感测。投影式电容通常与结合相同的大概尺寸的显示器使用的透明触摸屏相关，并与这样的显示器组装在一起以便允许来自显示器的光通过投影式电容触摸屏感测元件的感测元件。投影式电容通常被实现有高分辨率能力，其中触摸区域的选择可以比手指的实际尺寸小得多。投影式电容广泛用在个人电子设备例如蜂窝电话、个人数字助理（PDA）、智能电话、笔记本计算机、膝上型计算机、桌上型监视器和具有显示器的其它用户设备上。与投影式电容相反，电容感测通常被应用在处理通常响应于比投影式电容低得多的分辨率的单个输入的应用中，例如按钮或低分辨率滑块。这些较低分辨率输入感测应用使用被设计成对手指大小的输入做出响应的电极结构。然而，电容检测可代替投影式电容来使用，且在原理上投影式电容通常是电容的子集实现。差分感测技术使用电场、低阻抗感测技术和特有的感测电极，其结合特定的电子感测电路来允许对人触摸的准确、鲁棒的感测，而不使用软件。电容、投影式电容和差分检测具有至少两个共同属性：1）它们都使用电场作为刺激用于测量人机交互，以及2）它们依赖于由工程师确定的预先确定阈值，该预先确定阈值对应于当特定刺激变化由于人机交互而出现时的触摸。图1和2示出用于使用多电极和单电极电容感测的基本单输入传感器配置。图2示出具有用于通过电介质基片102进行感测的单个电极100的简单电容传感器。触摸刺激被插在单个电极100所位于的电介质102的相对侧上。图1示出具有电介质基片102和至少两个电极100、104的多电极电容传感器。类似于图2，触摸刺激将被插在多个电极100、104所位于的电介质102的相对侧上。与上面的图1和2中的结构有关的这些电容感测技术从单个或多个电极感测电容中的变化，使得在刺激信号被处理之后，将有当手指或手写笔接近感测电极时将改变的输出信号。输出信号被处理，使得当特定值（预先确定阈值）被达到时，触摸响应将出现。这个预先确定阈值将对应于位于触摸表面之上的触摸区内的触摸位置。被制造容差、介电常数、电介质厚度、电极面积和电子感测电路变化影响的变化将使在传感器电极之上的实际触摸位置也改变。参考图3到7。图3示出如图2所示的单电极电容传感器的电气示意图和方框图，以及在图4到7中示出的时序图、用于利用单个电极来检测和处理触摸输入的基本技术。Ce代表在图2中示出的单电极感测元件的有效净电容。Ce将根据所存在的电容来改变，即，在“无触摸”的情况下Ce将具有比当“触摸”存在时低的电容值，在触摸存在时，Ce将具有更高的电容值。Cs代表模数转换器106、预先确定阈值电路108和输出响应110的采样电容器。控制设备A、B和C代表电子开关，其中当它们被接通时将在最小电阻模式（理想地，零欧姆）中以及当被断开时在高电阻模式（理想地，无限电阻）中。图4、5、6和7是用于描述用于使用单个电极Ce感测触摸输出的感测技术的基本操作的时序图。图4示出控制设备A的控制信号的时序图。当控制信号在3.00的值处时，控制设备接通，且当控制信号在0.00的值处时，控制设备断开。同样的道理也适用于在图5和6中的控制设备B和C的控制信号。在图6中的时间t1，控制信号C变高，使控制设备接通，将Ce连接到Cs。也在时间t1，控制信号A和B如所示是低的，使控制设备A和B断开。在时间t2，控制设备A接通，释放存在于Ce和Cs上的任何电荷到地，如在图7中的从1.00的电压值下降到0.00的电压Vs所指示的。在时间t3，控制设备A断开。在时间t4，控制设备C断开，使Ce与Cs隔离。在时间t5，控制设备B接通，将采样电容器Cs充电到Vdd。图7示出从0.00的值充电到3.00的Vdd值的电压Vs。在时间t7，控制设备C接通，将Cs连接到Ce，使Cs上的电荷重新分布到Cs和Ce且因此电压Vs与Ce上的电容的量成比例地下降。Cs的电容是恒定的。较低的电压将根据下面的方程来下降：Vs=Vdd*(Cs/(Cs+Ce))在时间t7，在图7中示出1.00的“无触摸”值。如果存在触摸事件，则电容Ce将在比“无触摸”电容值高的值处。基于上面陈述的方程，Vs在图7中被示为.500的较低值。在时间t8，控制设备C断开，使传感器电容器Ce从采样电容器Cs分离。Vs的值将保持在与触摸条件成比例的采样值——“无触摸”条件的较高值和“触摸”条件的较低值——处。在这里描述了利用多个电极的替代的电容检测技术。参考图1、8到12。图8示出如图1所示的多电极电容传感器的电气示意图和方框图以及在图9到12中示出的时序图、用于利用多个电极来检测和处理触摸输入的基本技术。Ce代表在图1中示出的多（双）电极感测元件的有效净电容。Ce将根据所存在的电容来改变，即，在“无触摸”的情况下Ce将较高的电容值，在触摸存在时，Ce将具有较低的电容值。Cs代表模数转换器的采样电容器。控制设备A和C代表电子开关，其中当它们被接通时将在最小电阻模式（理想地，零欧姆）中以及当被断开时在高电阻模式（理想地，无限电阻）中。控制设备B被表示为用于在控制设备B的输出上产生驱动信号的MOSFET电路。图9、10、11和12是用于描述用于使用多电极电容传感器Ce来感测触摸输出的感测技术的基本操作的时序图。图11示出控制设备C的控制信号的时序图。当控制信号在3.00的值处时，控制设备接通，且当控制信号在0.00的值处时，控制设备断开。同样的道理也适用于在图9中的控制设备A的控制信号。图10示出从0.00的值改变到3.00的值的输出驱动信号B的时序图。在图11中的时间t1，控制信号C变高，引起控制设备C接通，将Ce连接到Cs。也在时间t1，控制信号A是低的，使控制设备A断开，且输出B是低的，这两个状态分别在图11和10中示出。在时间t2，控制设备A接通，将可能存储在Ce和Cs上的任何电荷释放到地，如在图12中的从1.00的电压值下降到0.00的电压Vs所指示的。在时间t3，控制设备A断开。在时间t4，输出设备B接通，使施加到传感器电极结构的电压从0.00的值改变到3.00。电压刺激将使Vs的值上升到与Ce的电容成比例的值，如由对于“无触摸”条件从0.00上升到1.00的值的电压所示的。如果手指/附件或其它触摸输入设备接近或接触触摸表面，则Ce的电容将在“触摸条件”的较低有效电容处，使在Vs处的电压稳定在如在“触摸条件”处的.500的值所指示的较低值处。这两个条件都在图12中示出。在时间t5，控制设备C断开，使Ce与Cs隔离。在时间t6，控制设备B变低，将刺激从电极结构Ce移除。Cs的电容是恒定的。较低的电压将根据下面的方程来下降：Vs=Vdd*(Cs/(Cs+Ce))在时间t6，在图12中示出1.00的“无触摸”值。如果存在触摸事件，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容传感器，包括：电容感测电路，其限定输出；基片，其覆在所述电容感测电路上面以用于接收在其上的物体；以及处理单元，其电耦合到所述电容感测电路并配置成基于所述电容感测电路输出的变化率来检测抵靠所述基片的所述物体的放置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.27 US 61/6393731.一种电容传感器，包括：包括自电容的电极；覆在电极上的触摸基片；以及处理单元，其电耦合到电极并配置成响应于接近电极的物体来登记第一触摸事件，第一触摸事件发生在第一实质上恒定的自电容与第二实质上恒定的自电容之间的总时域(T)上，其中，基于总时域(T)期间的电极自电容的变化率(ds/dt)，结合第一触摸事件的以下参数中的至少一个参数，检测第一触摸事件：在总时域(T)期间自电容中的间隔变化(ds)，其中自电容中的间隔变化(ds)小于用于第一触摸事件的自电容(S)中的总变化，对应于自电容中的间隔变化(ds)的间隔时域(dt)，其中间隔时域(dt)小于用于触摸事件的总时域(T)。2.如权利要求1所述的电容传感器，其中，基于总时域(T)期间的自电容(S)中的总变化来进一步检测第一触摸事件。3.如权利要求1所述的电容传感器，其中，自电容中的间隔变化(ds)是自电容中的增加。4.如权利要求1所述的电容传感器，其中，自电容中的间隔变化(ds)是自电容中的减少。5.如权利要求1所述的电容传感器，其中，电极自电容中的变化率(ds/dt)在间隔时域(dt)期间实质上为零。6.如权利要求1所述的电容传感器，其中，处理单元被配置成响应于所述物体离开电极来登记第二触摸事件。7.一种电容传感器，包括：具有互电容的第一电极和第二电极；覆在第一电极和第二电极上的触摸基片；以及处理单元，其电耦合到第一电极和第二电极并配置成响应于接近所述第一电极和第二电极的物体来登记第一触摸事件，第一触摸事件发生在第一实质上恒定的互电容与第二实质上恒定的互电容之间的总时域(T)上，其中，基于互电容的变化率(ds/dt)，结合第一触摸事件的以下参数中的至少一个参数，检测第一触摸事件：在总时域(T)期间互电容中的间隔变化(ds)，其中互电容中的间隔变化(ds)小于用于第一触摸事件的互电容(S)中的总变化，对应于互电容中的间隔变化(ds)的间隔时域(dt)，其中间隔时域(dt)小于用于触摸事件的总时域(T)。8.如权利要求7所述的电容传感器，其中，基于总时域(T)期间的互电容(S)中的总变化来进一步检...

【专利技术属性】
技术研发人员：DW考德威尔，WD谢菲尔，RG波斯，SG库雷克，
申请(专利权)人：阿尔申蒂斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US