适于实施高电阻性测量电极的电容式控制界面设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于控制至少一个感兴趣的对象的动作的界面设备，包括：(i)检测表面(4)，其设置有多个电容式测量电极(5)；(ii)电子器件和处理装置，其包括能够极化所述测量电极(5)到交流激励电势的激励装置和能够测量至少一个测量电极(5)与至少一个感兴趣的对象之间的电容耦合的测量装置；(iii)由导电材料制成的防护元件(6)，其被极化至与所述激励电势基本上相同的交流防护电势；(iv)电连接轨迹(7)，其被至少部分地设置在所述检测表面(4)上，在该设备中，激励装置被布置成生成激励电势的方式，所述激励电势具有足够低的激励频率，使得电容耦合到至少一个感兴趣的对象的所述测量电极(5)及其连接轨迹(7)具有在所述激励频率下其电阻部分远低于电抗部分的模量的电阻抗。本发明专利技术还涉及一种装备以及在该设备或该装备中实现的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适于实施具有高电阻性连接轨迹的测量电极的电容式控制界面设备。其还涉及具有包括此类设备的控制界面的装置，以及在所述设备或所述装置中实施的方法。更具体地，本专利技术的范围包括但不限于用于智能电话、平板电脑或触摸屏的触觉控制界面和/或手势控制界面。
技术介绍
触觉控制界面和/或手势控制界面(即，能够在不接触的情况下确定控制对象存在于其附近的那些控制界面)通常尤其用于智能电话、平板电脑和触摸屏。它们然后是透明的并且叠加在显示屏上。这些界面中的许多界面利用电容技术。触觉表面配备有连接到电子装置的导电电极，该电子装置使得可测量出现在电极和待检测对象(诸如手指)之间的电容的变化以执行控制。当前在触觉界面中实施的电容技术最通常以行和列的形式利用两层导电电极。电子器件测量存在于行和列之间的耦合电容。当手指非常接近有效表面时，手指附近的耦合电容被改变并且电子器件可因此将位置定位在有效表面的平面中的2D(XY)中。这些技术通常称为“互电容”。它们使得手指的存在和位置能够通过薄型电介质材料被检测到。特别地，它们具有允许很好地解决在触敏表面的平面(XY)中定位一个或多个手指的优点。在具有适当的软件处理的情况下，它们还使得如果界面的表面足够大则可管理大量的手指。还有已知技术使得可测量出现在电极和待检测对象之间的绝对电容。这些技术还被称为“自电容”。电极还可为类似于“互电容”类型技术的行和列的形式。还有被称为矩阵的电极结构，该矩阵具有通常以规则形式分布在触觉表面上方的独立电极。例如已知的是Rozière的文档FR2949007，其描述了一种电容式接近探测器，该电容式接近探测器包括多个独立电极，并且其使得可测量电极和附近的一个或多个对象之间的电容和距离。所实施的技术使用防护装置以便消除任何寄生电容。全部电极处于相同的电势下，因此电极之间不存在可能降低电容的测量的性能的耦合电容。该技术很好地顺应了小尺寸的触觉和手势(3-D)透明板形式(诸如，便携式计算机触摸板或智能电话的屏幕)的电容式控制界面的产生。这些技术通常利用频率相对较高的激励信号(针对“互电容”类型的技术在发送行或列上以及针对“自电容”类型的技术在所有电极上)。实际上，待检测的电容的测量一般利用使用具有电容式开关或负载放大器的负载传输电路的电容-电压转换器来完成。由此获得的模拟测量信号(其处于激励信号的频率下)然后被解调并进行数字化处理。用于这些系统的解调和数字处理解决方案通常需要处理大量的模拟测量信号周期，以便获得可用的电容测量。在实施过程中，至少10个周期的激励信号被用于获取一个电容测量。此外，高频率的利用率使得能够顺序地处理大量的电极或测量点。例如，为了获得在包括100个电极的整个界面上方的100个图像每秒的测量速率(或者换句话说每秒测量100个电极100次)，使用约10个周期的激励信号以获得每个电容测量，这需要至少100kHz的激励频率。利用约100kHz频率的另一个优点是使其可在相对远离最常见的电磁干扰(尤其包括50Hz-60Hz的工频以及约1MHz的频率和超过数字电路和射频电路的频率的频率)的频率窗口内工作。最终，在这些频率下获得的电容阻抗(1/ωC)相对较弱并且因此更易于处理。因此，在实施过程中当前所使用的激励频率落在50kHz和500kHz之间。透明矩阵电极结构的一个缺陷是它们需要在触觉表面上存在将每个独立电极连接到电子器件的连接轨迹。实际上，如用于印刷电路一样，用于产生透明电容板的技术不允许使用具有金属化孔的多层解决方案，其中连接轨迹可嵌在电极下方。连接轨迹和透明电极通常由ITO(氧化铟锡)制得。该材料是相对电阻性的(每平方100欧姆到200欧姆)，并且该轨迹可做的相对宽以便限制这些轨迹的总电阻。这个缺陷是透明触摸板的制造商们已知的。它可与基于为行和列形式的电极的解决方案容易地兼容。实际上，所述行和列通常具有几毫米的宽度，这使得针对对角线尺寸最高至10英寸(250mm)的板可获得小于约10千欧姆的总电阻。连接轨迹在支撑用于在“自电容”模式中进行测量的透明电极的矩阵结构的表面上的存在具有强效降低检测质量(尤其是几个手指)的缺点。实际上，所述轨迹产生一定程度的寄生电极，其中它们对对象的存在就像对它们连接到的电极一样敏感。此外，越宽的连接轨迹在该效果中越显著。一个可能的解决方案是大大降低所述轨迹的宽度，以便相比于独立电极其表面积尽可能可以忽略不计。但是在这种情况下，它们的电阻大大增加，这使得必需限制它们的长度以保留与已知检测电子器件兼容的总电阻。因此，在该操作中该技术被限制于最大尺寸约4英寸(100mm)的透明板。本专利技术的一个目的是提出一种电容式控制界面设备和方法，该电容式控制界面设备和方法比现有技术的设备和方法对元件诸如电极、连接轨迹和防护元件的电阻率更加不敏感，并且其能够在即使具有高电阻性元件的情况下产生精确测量。本专利技术的另一个目的是提出一种电容式控制界面设备和方法，该电容式控制界面设备和方法允许在大尺寸面板上实施透明电极的矩阵结构。本专利技术的另一个目的是提出一种电容式控制界面设备和方法，该电容式控制界面设备和方法允许实施透明电极的矩阵结构，该透明电极的矩阵结构在与该透明电极的相同层上具有连接轨迹，并且该连接轨迹被布置成使得对控制对象的检测不受所述连接轨迹的存在的干扰。
技术实现思路
利用用于监测在测量区内的能够以电容方式检测的至少一个感兴趣的对象的动作的界面设备来实施该目标，该界面设备包括：-设置有多个电容式测量电极的检测表面，-电子器件和处理装置，该电子器件和处理装置包括能够在交流激励电势下极化所述测量电极的激励装置，以及能够测量所述测量电极与至少一个感兴趣的对象之间的电容耦合的测量装置，-由导电材料制成的防护元件，至少沿着测量电极的与测量区相对的面将该防护元件设置在所述测量电极附近，并且在基本上与所述激励电势相同的交流防护电势下被极化，-电连接轨迹，该电连接轨迹被至少部分地设置在测量电极之间的检测表面上方并且被布置成使得将所述测量电极连接到所述电子器件和处理装置。其特征在于激励装置被布置成使得生成激励电势，该激励电势具有足够低的激励频率，使得电容耦合到至少一个感兴趣的对象的测量电极及其连接轨迹具有在所述激励频率下其电阻部分远低于电抗部分的模量的电阻抗。所述电阻抗是电极的复阻抗z和例如被电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制测量区中的能够以电容方式检测的至少一个感兴趣的对象(1)的动作的界面设备，包括：‑检测表面(4)，所述检测表面设置有多个电容式测量电极(5)，‑电子器件和处理装置(17,18)，所述电子器件和处理装置包括能够在交流激励电势下极化所述测量电极(5)的激励装置(14)和能够测量所述测量电极(5)与至少一个感兴趣的对象(1)之间的电容耦合的测量装置(16)，‑由导电材料制成的防护元件(6)，至少沿着所述测量电极的与所述测量区相对的面将所述防护元件设置在所述测量电极(5)附近，并将所述防护元件极化至与所述激励电势基本上相同的交流防护电势，‑电连接轨迹(7)，所述电连接轨迹被至少部分地设置在所述测量电极(5)之间的所述检测表面(4)上，并被布置成将所述测量电极(5)连接到所述电子器件和处理装置(17,18)的方式，其特征在于所述激励装置(14)被布置成生成激励电势的方式，所述激励电势具有足够低的激励频率，使得电容耦合到至少一个感兴趣的对象(1)的所述测量电极(5)及其连接轨迹(7)具有在所述激励频率下其电阻部分远低于电抗部分的模量的电阻抗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.17 FR 13544721.一种用于控制测量区中的能够以电容方式检测的至少一个感兴趣的
对象(1)的动作的界面设备，包括：
-检测表面(4)，所述检测表面设置有多个电容式测量电极(5)，
-电子器件和处理装置(17,18)，所述电子器件和处理装置包括能够在
交流激励电势下极化所述测量电极(5)的激励装置(14)和能够测量
所述测量电极(5)与至少一个感兴趣的对象(1)之间的电容耦合的测
量装置(16)，
-由导电材料制成的防护元件(6)，至少沿着所述测量电极的与所述测
量区相对的面将所述防护元件设置在所述测量电极(5)附近，并将所
述防护元件极化至与所述激励电势基本上相同的交流防护电势，
-电连接轨迹(7)，所述电连接轨迹被至少部分地设置在所述测量电
极(5)之间的所述检测表面(4)上，并被布置成将所述测量电极(5)连
接到所述电子器件和处理装置(17,18)的方式，
其特征在于所述激励装置(14)被布置成生成激励电势的方式，所述激
励电势具有足够低的激励频率，使得电容耦合到至少一个感兴趣的对
象(1)的所述测量电极(5)及其连接轨迹(7)具有在所述激励频率下其电
阻部分远低于电抗部分的模量的电阻抗。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述激励频率小于或等于以下值中
的至少一个值：20kHz、4kHz。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其进一步包括能够将所述测量电极
(5)选择性地连接到所述测量装置(16)的开关装置(10)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其包括基本上透明的测量电
极(5)和连接轨迹(7)。
5.根据权利要求4所述的设备，其包括由ITO制成的测量电极(5)和连接
轨迹(7)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其包括连接轨迹(7)，所述连
接轨迹以使得所述测量电极(5)电连接到被设置在所述检测表面(4)的
周边处的连接装置(8)的方式被设置在所述检测表面(4)上。
7.根据权利要求6所述的设备，其包括以矩阵布置分布在所述检测表面
(4)上的测量电极(5)和被布置成使得每个测量电极(5)单独连接到所述
连接装置(8)的方式的连接轨迹(7)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其包括连接轨迹(7)，所述连
接轨迹的存在于所述检测表面(4)上的一部分具有足够窄的宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·罗齐埃，
申请(专利权)人：快步科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US