二维位置传感器制造技术

本发明专利技术描述一种用于在两个维度上确定邻近物体的位置的传感器。所述传感器包括具有由电极图案界定的敏感区域的衬底，其中所述电极图案包含经互连以形成沿着第一方向延伸的多个行电极的第一驱动元件群组、经互连以形成沿着第二方向延伸的多个列电极的第二驱动元件群组，以及经互连以形成沿着所述第一和第二方向延伸的感测电极的感测元件群组。所述传感器进一步包括控制器，所述控制器包括用于向所述行电极和列电极施加驱动信号的驱动单元，以及用于测量表示施加于所述行电极和列电极的所述驱动信号到所述感测电极的耦合程度的感测信号的感测单元。因此提供仅需要单个感测通道的２Ｄ位置传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
无背景技水本专利技术涉及2维位置传感器。更特定来说，本专利技术涉及基于电容性接近度感测技术 的类型的2维位置传感器。此些传感器可称为2维电容性变换(2DCT)传感器。2DCT 传感器是基于检测由指向物体的接近引起的传感器电极与接地或另一电极的电容性耦 合的干扰。干扰的测得位置对应于指向物体的测得位置。2DCT传感器通常由人手指或触笔致动。实例装置包含例如用于控制消费者电子装 置/家用电器且可能结合下伏显示器(例如液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)) 使用的触摸屏幕和触敏键盘/小键盘。可并入2DCT传感器的其它装置包含例如用于在用 于反馈控制目的的机器中使用的笔输入的平板和编码器。采用2DCT传感器的装置不仅结合个人计算机而且在例如个人数字助理(PDA)、 销售点(POS)终端、电子信息和售票亭、厨房电器等所有方式的其它电器中均已变得 日益流行和常见。2DCT传感器因为若干原因常常称为机械开关。举例来说，2DCT传 感器无需移动零件，且因此与其机械对应物相比较不容易经受磨损。2DCT传感器也可 制作为尺寸相对小，使得可提供对应小的且紧密包装的小键盘阵列。此外，2DCT传感 器可提供于环境密封的外表面/覆盖面板下方。这使得其在潮湿环境中或在存在污物或流 体进入装置的危险的地方的使用变得受控地有吸引力。此外，制造商常在其产品中优选采用基于2DCT传感器的接口，因为此些接口常被 消费者视为比常规机械输入机构(例如，按钮)在美学上更让人愉悦。2DCT传感器可视为广义上属于两个类别。即，基于无源电容性感测技术的2DCT 传感器，和基于有源电容性感测技术的2DCT传感器。无源电容性感测装置依赖于测量感测电极到系统参考电位(地)的电容。此技术潜 在的原理描述于例如US 5， 730,165 [l]和US 6,466,036 [2〗中。US 5,730,165和US 6,466,036的内容作为描述本专利技术的背景材料的参考以全文并入本文。广义概述上，无源 电容性传感器采用耦合到电容测量电路的感测电极。每一电容测量电路测量其相关联感 测电极到系统接地的电容(电容性耦合)。当不存在靠近感测电极的指向物体时，测得5的电容具有背景/静止值。此值取决于感测电极和到达其的连接引线的几何形状和布局 等，以及相邻物体(例如，接近于接地平面附近的感测电极)的性质和位置。当指向物 体(例如，用户的手指)接近感测电极时，指向物体表现为虛拟接地。这用以增加感测 电极到接地的测得电容。因此，采用测得电容的增加来指示指向物体的存在。US 5，730，165禾Q US 6,466,036主要是针对离散(单个按钮)测量，而不是针对2D 位置传感器应用。然而，US 5,730,165和US 6，466，036中描述的原理容易例如通过提供 电极以界定2D离散感测区域阵列或呈矩阵配置的电极行和列而应用于2DCT传感器。已发现无源感测技术在若干应用中非常有用且可靠。然而，存在一些缺陷。举例来 说，无源2DCT传感器对外部接地负载强烈敏感。也就是说，此些传感器的敏感度可因 附近的到接地的低阻抗连接的存在而显著减小。这可限制其可应用性。举例来说， 一些 类型的显示器屏幕技术提供穿过可见屏幕的到接地的低阻抗耦合。这意味着覆盖显示器 屏幕的无源2DCT将常表现不佳，因为穿过屏幕本身的相对强的到接地的耦合减小了 2DCT对由接近的指向物体引起的任何到接地的额外耦合的敏感度。类似的效应意味着 2DCT可对其环境中的改变相对敏感，例如，2DCT传感器可能根据其位置而不同地表 现，原因是到外部物体的电容性耦合(接地负载)的差异。2DCT传感器还对环境条件 (例如，温度、湿度、累积污物和溢出流体等)相对敏感。所有这些影响了传感器的可 靠性和敏感度。此外，与无源2DCT感测相关联的测量电路大体上具有高输入阻抗。这 使得无源传感器容易经受电噪声拾取，例如射频(RF)噪声。这可减少传感器的可靠新 /敏感度，且还对传感器设计施加约束，例如，在感测电极与相关联电路之间使用相对长 的连接引线/迹线存在有限的自由度。另一方面，有源2DCT传感器较不容易经受上文提到的与无源2DCT传感器相关联 的效应。有源2DCT传感器是基于测量两个电极之间(而不是单个感测电极与系统接地 之间)的电容性耦合。有源电容性感测技术潜在的原理描述于US 6，452，514 [3]中。US 6,452,514的内容作为描述本专利技术的背景材料的参考以全文并入本文。在有源型传感器 中， 一个电极(所谓的驱动电极)被供应振荡驱动信号。驱动信号与感测电极的电容性 耦合的程度是通过测量由振荡驱动信号转移到感测电极的电荷量而确定。转移的电荷量 (即，在感测电极处所见的信号的强度)是电极之间的电容性耦合的指标。当不存在靠 近电极的指向物体时，感测电极上的测得信号具有背景/静态值。然而，当指向物体(例 如，用户的手指)接近电极(或更特定来说，接近使电极分离的区)时，指向物体充当 虚拟接地，且从驱动电极吸收驱动信号(电荷)的某部分。这用以减少驱动信号的耦合 到感测电极的分量的强度。因此，采用感测电极上的测得信号的减小来指示指向物体的存在。US 6,452,514中描述的2DCT有源传感器包括在衬底的一侧上成行延伸的驱动电极 和在衬底的另一侧上成列延伸的感测电极，以便界定N乘M触摸键的阵列。每一键对 应于驱动电极与感测电极之间的交叉点。因此US 6,452,514中描述的键阵列可称为矩阵 化阵列，其具有与给定列中的所有键相关联的单个驱动电极(即，连接到单个驱动通道 的单个导电元件)和与给定行中的键相关联的单个感测电极(即，连接到单个感测通道 的单个导电元件)。这减少了所需的驱动通道和感测通道的数目，因为单个驱动通道同 时驱动给定列中的所有键且单个感测通道感测给定行中的所有键。在不同键的位置处的 电极之间的电容性耦合可通过驱动适当的列且感测适当的行来确定。举例来说，为确定 与在列2与行3的交叉点处的键相关联的电极之间的电容性耦合，在与行3的感测电极 相关联的感测通道有效时将驱动信号施加于列2的驱动电极。来自有源感测通道的输出 反映了与研究中的键相关联的电极之间的电容性耦合。可通过定序通过驱动通道和感测 通道的不同组合来扫描不同的键。在一种模式中，可在全部连续监视感测电极的同时循 序驱动驱动电极。感测电极中的一者(或一者以上)上的信号改变指示指向物体的存在。 上面出现改变的感测电极界定一个维度上的位置，当出现改变时正驱动的驱动电极界定 另一维度上的位置。US 5,648,642 [4]还揭示基于有源电容性感测的2DCT传感器。此传感器根据广义上 与US 6,452,514中描述的相同基本原理而操作。US 5,648,642的传感器在图1A、 IB和 1C中示意性展示。这些图分别展示传感器的俯视图、仰视图和合成视图。传感器10包 括衬底12，其包含安置在其顶部表面16上且在第一方向上行进以构成传感器10的列电 极的一组第一导电迹线14。 一组第二导电迹线18安置在其底部表面20上，且在正交的 第二方向上行进以形成传感器阵列10的行电极。所述组第一和第二导电迹线14和18 与构成放大区域(展示为菱形)的周期性感测垫22交替本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在两个维度上确定物体的位置的传感器，所述传感器包括具有由电极图案界定的敏感区域的衬底，其中所述电极图案包含经互连以形成沿着第一方向延伸的多个行电极的第一驱动元件群组、经互连以形成沿着第二方向延伸的多个列电极的第二驱动元件群组，以及经互连以形成沿着所述第一和第二方向延伸的感测电极的感测元件群组。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-7 60/916,3161.一种用于在两个维度上确定物体的位置的传感器，所述传感器包括具有由电极图案界定的敏感区域的衬底，其中所述电极图案包含经互连以形成沿着第一方向延伸的多个行电极的第一驱动元件群组、经互连以形成沿着第二方向延伸的多个列电极的第二驱动元件群组，以及经互连以形成沿着所述第一和第二方向延伸的感测电极的感测元件群组。2. 根据权利要求l所述的二维位置传感器，其中所述传感器进一步包括控制器，所述 控制器包括用于向所述行电极和列电极施加驱动信号的驱动单元，以及用于测量表 示施加于所述行电极和列电极的所述驱动信号到所述感测电极的耦合程度的感测 信号的感测单元。3. 根据权利要求2所述的二维位置传感器，其中所述控制器进一步包括处理单元，所 述处理单元用于根据对通过向所述行电极中的不同者施加驱动信号而获得的所述 感测信号的分析来计算所述物体在一个方向上的位置，以及根据对通过向所述列电 极中的不同者施加驱动信号而获得的所述感测信号的分析来计算所述物体在另一 方向上的位置。4. 根据权利要求1到3中任一权利要求所述的二维位置传感器，其中所述第一驱动元 件群组和所述第二驱动元件群组位于所述衬底的相对侧上。5. 根据权利要求1到3中任一权利要求所述的二维位置传感器，其中所述第一驱动元 件群组和所述第二驱动元件群组位于所述衬底的同一侧上。6. 根据权利要求1到5中任一权利要求所述的二维位置传感器，其中用于将所述第一 驱动元件群组连接到所述行电极中的连接是在所述传感器的所述敏感区域内形成， 且用于将所述第二驱动元件群组连接到所述列电极中的连接是至少部分在所述传 感器的所述敏感区域外形成。7. 根据权利要求1到6中任一权利要求所述的二维位置传感器，其中所述用于将所述 第二驱动元件群组连接到所述列电极中的连接包含所述传感器的所述敏感区域内的连接部分，所述连接部分在与来自所述驱动元件中的相应者的所述行电极相同的 方向上延伸到所述传感器的所述敏感区域的周边。8. 根据权利要求1到7中任一权利要求所述的二维...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉尔德菲利普，萨米埃尔布吕内，马修特伦德，艾伦鲍恩斯，
申请(专利权)人：爱特梅尔公司，
类型：发明
国别省市：US[]