CN101681223A

CN101681223A - 二维位置传感器

Info

Publication number: CN101681223A
Application number: CN200880015136A
Authority: CN
Inventors: 哈拉尔德·菲利普; 萨米埃尔·布吕内; 马修·特伦德; 艾伦·鲍恩斯
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2010-03-24
Also published as: DE112008001245T5; US20110022351A1; WO2008135713A1; US7821274B2; US7986152B2; US20080278178A1

Abstract

本发明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。

Description

二维位置传感器

技术领域

无

背景技术

本发明涉及2维位置传感器。更特定来说，本发明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[1]和US 6,466,036[2]中。US 5,730,165和US6,466,036的内容作为描述本发明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，指向物体表现为虚拟接地。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和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。US6,452,514的内容作为描述本发明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、1B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交替地接触。采用沿着15行和15列导体的矩阵安置的感测垫的0.254cm中心到中心菱形图案。在垫图案中每一方向上的每隔一个感测垫22分别连接到衬底12的顶部表面16和底部表面20上的所述组的第一和第二导电迹线14和18。

图1A到1C所示的2DCT传感器因此可在有源模式中操作，其中图1A所示的经连接感测垫22的列14包括相应驱动电极，且图1B所示的经连接感测垫22的行18包括相应感测电极。这些可以如US 5,648,642中和US 6,452,514中描述的循序方式进行扫描。

因此，基于有源电容性接近度感测的2DCT传感器可提供在某些环境中可比2DCT无源传感器更可靠的传感器。此外，可采用例如图1A到1C所示的驱动电极和感测电极的矩阵阵列来代替离散的自含驱动电极与感测电极对的阵列。这具有的优点是减少了在构成2DCT传感器的电极与相关联驱动/感测电路之间需要做出的连接的数目。这不仅使得布线后勤更简单，而且减少了成本，因为需要更少的驱动/感测通道，例如，包括N×M个感测区域阵列的2DCT传感器需要呈矩阵配置的N个驱动通道和M个感测通道，但在离散感测区域配置中每一者所需为(N×M)。

当在集成电路(IC)芯片封装中实施US 6,452,514中描述的种类的驱动和感测通道电路时，每一驱动通道需要一个引出线，而每一感测通道需要两个引出线。因此，对于包括n×m感测区域阵列的2DCT传感器，矩阵化阵列需要N+2M个引出线(或M+2N个引出线，取决于哪些列和行是驱动或感测电极，即，哪些连接到驱动或感测通道)。然而，离散(非矩阵化阵列)需要3NM个引出线。IC芯片实施方案中电路连接且尤其是引出线在金钱方面以及在实施其所需的物体空间和复杂性方面都是昂贵的。

因此，需要提供一种基于有源电容性感测技术的2DCT传感器，其需要更少的连接，即，与基于矩阵化的阵列的已知2DCT传感器相比需要更少的外部连接。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供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。

通过提供在列和行中的驱动电极和在两个方向上延伸的感测电极，提供电容性耦合到列电极和行电极的单个感测电极。这意味着提供基于2D位置传感器的有源电容性感测技术，其可仅用于感测电路的一个通道，且不需要多路复用器来实现此技术。因此传感器可进一步包括控制器，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。由于感测通道比驱动通道一般实施起来更昂贵，因此可提供较便宜的传感器，其可采用在集成芯片中实施的控制器，从而需要比具有相当的定位解决方案的已知矩阵化有源电容性位置传感器少的引出线。

控制器可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，且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。在每一轴中的位置确定可包含进行内插以使得可在比列电极和行电极特征尺寸的精度更好的精度上确定位置。

所述第一驱动元件群组和所述第二驱动元件群组可位于所述衬底的相对侧上。

或者，所述第一驱动元件群组和所述第二驱动元件群组可位于所述衬底的同一侧上。

在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的实例中，用于将所述第一驱动元件群组连接为行电极的连接可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为列电极的连接可至少部分在所述传感器的所述敏感区域外(即，在传感器的无需为单层的区中)形成，以上形成例如使用常规的跨接线或电线。所述用于将所述第二驱动元件群组连接为列电极的连接可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。这允许将连接馈出敏感区域而不必与行电极交叉。

在一个配置中，在所述列电极中的至少一者中的驱动元件包含用以允许来自另一列电极中的驱动元件的连接到达所述列电极中的其它驱动元件的通路。在某些驱动元件由例如此的通路划分为两个部分的情况下，在通路的任一侧上的经划分驱动元件的部分可通过例如使用常规跨接线或电线至少部分在传感器的敏感区域外(即，在传感器的无需为单层的区中)形成的连接而连接在一起。

所述用于连接所述通路的任一侧上的驱动元件的所述部分的连接可包含所述传感器的所述敏感区域内的在与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的连接部分。这允许连接馈出敏感区域而不必与驱动电极行交叉。

感测元件群组还可与所述第一和第二驱动元件群组位于所述衬底的同一侧上。在此情况下，用于将所述感测元件连接为所述感测电极的连接可至少部分在所述传感器的所述敏感区域外形成。用于将所述感测元件连接为所述感测电极的连接可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感测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。这允许连接馈出敏感区域而不必与驱动电极行交叉。

所述感测元件中的至少一者可包含通路，所述通路用以允许来自列电极中的驱动元件的连接通过所述通路到达所述列电极中的其它驱动元件。所述通路的任一侧上的所述感测元件的部分可通过至少部分在所述传感器的所述敏感区域外形成的连接而连接在一起。用于连接所述通路的任一侧上的所述感测元件的所述部分的连接可包含所述传感器的所述敏感区域内的在与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的连接部分。

所述行电极和所述列电极可彼此正交。

电极可由例如氧化铟锡(ITO)等透明材料或任何其它合适材料制成。衬底也可由例如玻璃或透明塑料材料等透明材料制成，所述透明塑料材料例如为例如Perspex等聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，或例如Zeon的Zeonex、Ticona的Topas、Mitsui的APE或日本合成橡胶的Arton等环烯共聚物(COP)。然而在某些应用中，可能的情况是电极和/或衬底是不透明的。

将了解，行和列方向是由适当的坐标系界定，最常见的是其中所述方向正交的xy笛卡尔坐标系，但其可能处于非正交角度。而且，在下文中，为了方便，行和列有时分别称为x或水平以及y和垂直，但这不暗示与真实空间的特定对准，例如相对于重力的方向。

根据本发明的另一方面，提供一种包括根据本发明的第一方面的二维位置传感器的设备。

附图说明

为了更好理解本发明且展示其可如何实行，现在借助于实例参考附图。

图1A是已知物体位置传感器变换器的俯视图，且展示物体位置传感器表面层，其包含顶部导电迹线层和连接到底部迹线层的导电垫；

图1B是图1A的物体位置传感器变换器的仰视图，且展示底部导电迹线层；

图1C是图1A和1B的物体位置传感器变换器的合成视图，且展示顶部与底部导电迹线层两者；

图2是展示根据本发明实施例的位置传感器的示意性透视图；

图3A是展示根据本发明的实施例的位置传感器和相关联的驱动和感测电路的前侧的示意图；

图3B是展示图3B所示的位置传感器与相关联驱动电路的后侧的示意图；

图3C是展示图3A和3B所示的位置传感器和相关联的驱动和感测电路的两侧的合成视图的示意图；

图4是根据本发明另一实施例的位置传感器的示意平面图；

图5A示意性展示用于与根据本发明实施例的传感器一起使用的电路；

图5B示意性展示图6A所示的电路的某些元件之间的时序关系；

图6A和6B示意性展示图4所示的传感器的具有上覆电场线的部分的截面图；

图7A和7B示意性展示图3C所示的传感器的具有上覆电场线的部分的截面图；

图8A示意性展示施加于图4所示的传感器的行电极的驱动信号序列；

图8B示意性展示施加于图4所示的传感器的列电极的驱动信号序列；

图8C示意性展示图8A和8B中所示的相应驱动信号的分量的量值，所述分量在使用图4的传感器的测量循环期间耦合到感测电极；

图9示意性展示并入有根据本发明实施例的传感器的触敏显示器屏幕；

图10示意性展示并入有根据本发明实施例的传感器的洗衣机；以及

图11示意性展示并入有根据本发明实施例的传感器的蜂窝式电话。

具体实施方式

图2是展示根据本发明实施例的位置传感器2的示意性透视图。传感器2包括支承界定传感器的敏感区域的电极图案5的衬底4，以及控制器50。控制器通过连接52耦合到电极图案内的电极。在此实施例中，电极图案限于衬底的仅一侧(图2中所示的定向的上侧)。在其它实例中，电极图案5可分布在衬底的两侧上。在此透视图中高度示意性地展示电极图案5。图4中展示图2的传感器的电极图案的更具代表性的图，下文进一步描述。

可使用常规技术(例如，平版印刷、沉积或蚀刻技术)提供衬底4上的电极图案5。在此实例中衬底4是透明塑料材料，在此情况下是聚对苯二甲酸乙酯(PET)。构成电极图案的电极是透明导电材料，在此情况下是氧化铟锡(ITO)。因此，传感器的敏感区域整体上是透明的。这意味着可在无阴暗的情况下在下伏的显示器上使用传感器。然而，在其它实施例中，传感器可能是不透明的，例如包括常规的印刷电路板，或者具有铜电极图案的衬底，例如在移动电话小键盘中使用。

控制器50提供以下功能性：用于将驱动信号供应到电极图案5的部分的驱动单元6，用于感测来自电极图案5的其它部分的信号的感测单元8，以及用于基于针对施加于电极图案的不同部分的驱动信号所见的不同感测信号而计算位置的处理单元7，如下文进一步描述。控制器50因此控制驱动单元和感测单元的操作，以及在处理单元7中对来自感测单元8的响应的处理，以便确定邻近于传感器2的物体(例如，手指或触笔)的位置。驱动单元6、感测单元8和处理单元7在图2中示意性展示为控制器内的单独元件。然而，大体上所有这些元件的功能将由单个集成电路芯片提供，例如合适编程的通用微处理器，或现场可编程门阵列，或专用集成电路。

图3A和3B示意性展示根据本发明另一实施例的二维电容性位置传感器32的衬底的前表面和后表面上的电极图案化的透视图。图3A和3B中展示的传感器32广义上类似于图2所示的传感器。然而，其不同之处在于，所述电极图案化是在传感器衬底的两侧上散布。然而，这不显著影响传感器的其它方面。因此，图3A和3B所示的传感器32可包含较大程度上与图2所示的控制器相同的控制器。

应注意，图3A涉及前视图且图3B涉及后视图。然而将了解，术语“前”和“后”为了方便而用于指代传感器衬底的相对侧(面)。不希望所述术语暗示针对传感器或其衬底的任何特定空间定向。术语“前”将大体上用于识别当传感器处于正常使用中时传感器的通常面向待感测物体的侧。术语“后”将大体上用于识别相对的面(即，在正常使用中通常背对待感测物体的面)。即使如此，仍将了解，在许多(如果不是全部)情况下，传感器衬底将完反转，因为无论指向物体接近哪一侧(即，无论将哪一侧视为前侧且将哪一侧视为后侧)，传感器均将操作。

衬底(图3A)的前侧上的电极图案化包括多个互连的感测元件40(展示为黑色)和多个驱动元件42(展示为中灰色)。

感测元件40大体上为圆形形状且在传感器衬底上以规则的5乘7阵列布置。感测元件40由感测元件连接迹线41(图3A中也展示为黑色)的适当布置互连。这在此实例中是通过将每一感测元件直接连接到其在水平行中的相邻者来实现的。直接连接的感测元件的水平行随后由连接迹线连接在一起，所述连接迹线沿着图3A所示的电极图案化的左手侧行进。因此，所有感测元件被连接在一起以提供单个感测电极，其包括在传感器的2D敏感区域上在两个维度上分布的互连感测元件。感测电极经由感测电极布线耦合到传感器的控制器(例如，例如图2所示的控制器)内的感测单元中的感测通道S。感测通道S由控制器控制以确定耦合到感测元件的互连群组中的电荷量，如下文进一步描述。

在图3A所示的衬底的侧上的驱动元件42在传感器衬底上以规则的5乘6阵列布置。驱动元件中的相应者位于邻近于感测元件40中的相应者处且位于其之间。此布置因此提供交替的感测元件列与驱动元件列。驱动元件和感测元件彼此紧密地间隔开。驱动元件42大体上为六边形的(在此实例中为不规则的)，但在邻近于感测元件40的侧上具有向内弯曲的边缘以适应感测元件的圆形形状。每一行中的驱动元件由驱动元件连接迹线43(图3A中也展示为中灰色)的适当布置连接在一起。

因此，图3A中展示的传感器衬底的侧上的所述多个驱动元件42可视为布置为六行电极X¹、X²、X³、X⁴、X⁵和X⁶。对于图3A所示的定向，这些行电极水平行进且垂直地彼此间隔开。术语垂直和水平、顶部和底部等在本文将大体上用于指代如图中所示的传感器的定向，除非上下文另外要求。将了解，不希望所述术语指代当传感器处于正常使用中时其任何特定定向。此外将了解，术语列和行仅用作允许在两个不同任意方向之间(在此情况下，在垂直方向与水平方向之间)容易进行区分的标记，但大体上行和列无需正交。

每一行驱动元件(即，每一行电极)经由行驱动布线耦合到传感器的控制器的驱动单元内的相应驱动通道XD¹、XD²、XD³、XD⁴、XD⁵和XD⁶。在此实例中，为每一行电极提供单独的驱动通道。然而，也可使用具有适当多路复用的单个驱动通道。驱动通道由控制器控制以将驱动信号施加于驱动元件行(行电极)中的相应者，如下文进一步描述。

衬底(图3B)的后侧的电极图案化包括其它多个驱动元件44(图中再次展示为中灰色)。这些驱动元件44在传感器衬底上以规则的4乘7阵列布置。驱动元件44在衬底的此侧上相对于图3A所示的衬底的面上的电极图案化的位置可在图3B中从图3A中所示的电极图案化的浅灰色表示看见。因此，在衬底的后部上的驱动元件44位于(在投影平面图中)感测元件40之间，以便提供交替的感测元件行与驱动元件行。驱动元件44和感测元件(在投影中)不重叠。驱动元件44大体上为六边形的，但在邻近于感测元件40在衬底的后侧上的投影的隅角处具有向内弯曲的切口以适应感测元件的圆形形状(无重叠)。每一列中的驱动元件44由驱动元件列连接迹线45(图3A中也展示为中灰色)的适当布置连接在一起。

因此，图3B所示的传感器衬底的后侧上的所述多个驱动元件44可视为布置为四个列电极Y¹、Y²、Y³和Y⁴。这些列电极针对图3B所示的定向垂直行进且彼此水平间隔开。

每一列驱动元件44经由列驱动布线耦合到传感器控制器内的相应驱动通道YD¹、YD²、YD³和YD⁴。这些驱动通道可与耦合到行电极的驱动通道XD¹、XD²、XD³、XD⁴、XD⁵和XD⁶相同。在此实例中，为每一列电极提供单独的驱动通道。然而也可使用具有适当多路复用的单个驱动通道。驱动通道由控制器控制以将驱动信号施加于驱动元件44的列中的相应者，如下文进一步描述。(具有适当多路复用的单个驱动通道可提供所有驱动通道XD¹、XD²、XD³、XD⁴、XD⁵、XD⁶、YD¹、YD²、YD³和YD⁴的功能性。)

图3C示意性展示图3A和3B中所示的传感器32的正面平面图，其中一起展示前侧(图3A)和后侧(图3B)两者上的电极图案化。

因此，传感器32包括多个经驱动行电极、多个经驱动列电极，以及单个感测电极，所述感测电极包括在传感器的敏感区域上在经驱动行电极和列电极之间散布的互连感测元件网。每一相邻成对的驱动元件42、44以及感测元件40(如投影中所见，即，无论驱动和感测元件是否在衬底的同一侧上)可视为对应于可根据US 6,452,514[3]中描述的技术而操作的离散传感器区域。图3A到3C中所示的传感器32的操作的方式类似于操作图2所示的传感器2的方式的以下描述，且将从所述描述了解。

图4示意性展示图2所示的传感器2的平面图。如先前说明，此传感器类似于图3A到3C所示的传感器，且不同之处仅在于，图4所示的传感器2的电极图案化仅限于衬底的一侧。因此，传感器可称为单侧衬底。此所具有的优点是对制造商来说更廉价，因为仅需要处理单层电极图案化。

传感器2的类似于图3A到3C所示的传感器32且从其以上描述将了解的方面是由相同的参考符号识别。与单侧不同，图4所示的电极图案包含与图3C中的电极图案相同的基本元件。然而，这些元件中的一些经修改以允许传感器的敏感区域内的单层导电材料(电极)内的各种感测元件与驱动元件之间的连接的路由。

因此，图4所示的衬底上的电极图案化包括多个互连的感测元件60(浅灰色展示)、经连接以形成行电极的多个驱动元件62(中灰色展示)、以及经连接以形成列电极的多个驱动元件64(黑色展示)。

感测元件60大体上为圆形形状，除了在敏感区域的左边缘和右边缘处的那些感测元件60之外，其在此实例中为半圆形的，但这并不重要。感测元件再次在传感器衬底上以规则的5乘7阵列布置。感测元件60由感测元件连接迹线61(图4中也以浅灰色展示)的适当布置互连。因此所有感测元件连接在一起以提供单个感测电极，其包括分布在传感器的2D敏感区域上的两个维度上的互连的感测元件。感测电极经由感测电极布线耦合到传感器2的控制器50内的感测单元8中的感测通道S。感测通道S可操作以确定从经驱动行/列电极中的相应者耦合到感测元件60的互连群组中的电荷量，如下文进一步描述。

单侧传感器中的对应于图3A到3C所示的双侧传感器的行驱动元件42的驱动元件62在传感器衬底上以规则的5乘6阵列布置。驱动元件62的相应者位于邻近于感测元件60的相应者且在其之间。此布置因此提供交替的感测元件和驱动元件的列。如同之前，驱动元件和感测元件彼此紧密间隔开但不连接。驱动元件62再次大体上为六边形的，除了敏感区域的左边缘和右边缘处的那些驱动元件62之外，其在此实例中为半六边形的，但这并不重要，而在邻近于感测元件60的侧上具有向内弯曲的边缘以适应感测元件的圆形形状。每一行中的驱动元件由行驱动元件连接迹线63(图4中也以中灰色展示)的适当布置连接在一起。

因此图4中以中灰色展示的所述多个驱动元件62可视为布置为六个行电极X¹、X²、X³、X⁴、X⁵和X⁶。每一行驱动元件62(即，每一行电极)经由行驱动布线耦合到传感器的控制器50的驱动单元6内的相应驱动通道XD¹、XD²、XD³、XD⁴、XD⁵和XD⁶。这些驱动通道与图3A的对应标记的驱动通道相同且将从其进行了解。应注意，在图4所示的实施例中，行驱动通道XD¹、XD²、XD³、XD⁴、XD⁵和XD⁶针对图4所示的定向从传感器2的左手侧连接到其相应的行电极X¹、X²、X³、X⁴、X⁵和X⁶，而用于图3C所示的传感器32的对应驱动通道从右边连入。然而，这并不重要。

单侧传感器中的驱动元件64对应于图3A到3C所示的双侧传感器的列驱动元件44。这些驱动元件64因此再次在传感器衬底上以规则的4乘7阵列布置。驱动元件64的相应者位于感测元件60的相应者之间，以便提供交替的感测元件行和驱动元件行。驱动元件64和感测元件60彼此不接触但紧密地间隔开。驱动元件64大体上为六边形的，但在邻近于感测元件60的隅角处具有向内弯曲的切口以适应感测元件的圆形形状。每一列中的驱动元件64由驱动元件列连接迹线65(图4中也以黑色展示)的适当布置连接在一起。

因此所述多个驱动元件64可视为布置为四个列电极Y¹、Y²、Y³和Y⁴。每一列驱动元件64经由列驱动布线耦合到传感器控制器内的相应驱动通道YD¹、YD²、YD³和YD⁴。这些驱动通道可与耦合到行电极的驱动通道XD¹、XD²、XD³、XD⁴、XD⁵和XD⁶相同。这些驱动通道与图3B的对应标记的驱动通道相同且将从其进行了解。

因为感测元件60、经连接以形成行电极的驱动元件(所述元件可因此称为行驱动元件62)和经连接以形成列电极的驱动元件(列驱动元件64)全部位于衬底的一侧上，所以需要驱动元件与感测元件之间的不同连接布局。这是因为为了维持仅单层电极图案化，可不存在敏感区域内的连接迹线的交叉。这呈现与电极图案分布在衬底的两侧上的情况相比不同的拓扑问题。

因此，行驱动元件连接迹线63在相邻的行驱动元件62之间直接延伸，以用与图3A所示的两侧传感器相同的方式将其连接成行。用于将行电极连接到其相应驱动通道的行驱动布线以任何常规方式(例如，通过表面安装的连接或悬空引线连接)将每一行中的最左行驱动元件连接到对应的驱动通道。

然而，对于图3A所示的传感器32，感测元件直接连接到其在水平行中的邻近者，图4所示的传感器2并不这样，因为列驱动元件64妨碍此些连接。此外，图4所示的传感器的大体圆形的感测元件60中的一些由行对准的通路划分为两个部分。传感器元件中的通路是用于允许到达列驱动元件64的连接通过到传感器衬底/敏感区域的边缘，使得其可连接到其相应列中的其它驱动元件，如下文进一步描述。因此，位于列电极Y²和Y³中的列驱动元件之间的感测元件无需具备通路。位于列电极Y¹和Y²中的列驱动元件之间的感测元件具备通路，所述通路足够宽以用于到达列电极Y²中的列驱动元件的单个连接迹线通过。(同样，位于列电极Y³和Y⁴中的列驱动元件之间的感测元件具备通路，所述通路足够宽以用于到达列电极Y³中的列驱动元件的单个连接迹线通过。)位于敏感区域的左手边缘的感测元件具备通路，所述通路足够宽以用于三个连接迹线通过。即，到达列电极Y²中的列驱动元件的第一连接、以及到达列Y¹中的驱动元件的相应第一和第二部分的第二和第三迹线，这些驱动元件还由用于允许到达列电极Y²中的驱动元件的连接迹线传出到敏感区域的边缘的通路分割。位于敏感区域的右手边缘处的感测元件类似地具备足够宽以用于三个连接迹线通过的通路。

感测元件因此通过感测元件连接迹线成行连接到其相邻的感测元件，所述迹线在行驱动电极与列驱动电极的驱动元件之间的间隙中行进。每一感测元件因此通过两个连接迹线区段连接到其行相邻者中的每一者，一个区段连接每一相邻感测元件的上半部且一个区段连接下半部。通过每相邻对电极使用两个连接迹线区段，由通路分割的那些电极可适当互连以便形成单个感测电极。一行感测元件的下部部分与邻近行感测元件的上部部分之间的连接是在敏感区域的右手边缘处形成。因此所有感测元件连接在一起。不同行的感测元件由沿着敏感区域的右手侧形成的连接迹线连接，且具有通路的每一行中的传感器区域的上部和下部部分由每一行传感器元件中的未分割中心传感器元件连接。

此外，然而，对于图3B所示的传感器32，列驱动元件直接连接到其在列中的相邻者，图4所示的传感器2并不这样，因为行驱动元件的经连接行和感测元件的经连接行妨碍此直接连接。因此列驱动元件64通过包括传感器的敏感区域内的部分的平行于行对准而行进的列驱动连接迹线65且通过感测区域外的部分连接为列(例如，通过常规跨接线或悬空引线进行)。此外，且类似于某些传感器区域，图4所示的传感器的列驱动元件64中的一些由行对准的通路划分为两个部分。列驱动元件中的通路是用于允许到达列电极中的接近敏感区域中心的列驱动元件64的连接通过到传感器衬底/敏感区域的边缘，使得其可连接到其相应列中的其它驱动元件，如下文进一步描述。因此，位于列电极Y²和Y³中的列驱动元件无需具备通路。然而，列电极Y¹中的列驱动元件具备通路，所述通路足够宽以用于到达列电极Y²中的列驱动元件的单个连接迹线通过。(同样，位于列电极Y⁴中的列驱动元件具备通路，所述通路足够宽以用于到达列电极Y³中的列驱动元件的单个连接迹线通过。)

内部列电极Y²和Y³中的列驱动元件因此通过传感器衬底上的电极图案化内的连接迹线连接到其在同一列中的相邻元件，所述连接迹线平行于行且通过外部列电极中的传感器元件和驱动元件的通路到达传感器的边缘。驱动元件随后可使用敏感区域外部的常规悬空布线或跨接线而彼此连接。

外部列电极Y¹和Y⁴中的列驱动元件的上部和下部部分通过传感器衬底上的电极图案化内的连接迹线而彼此连接，所述连接迹线平行于行且通过外部传感器元件的通路。驱动元件的两个部分随后可使用敏感区域外部的常规悬空布线或跨接线彼此连接。此外，因为存在到达外部列电极中的每一列驱动元件的上部和下部部分两者的传出到敏感区域边缘的连接迹线，所以外部列电极Y¹和Y⁴中的列驱动元件可通过使用任何适当连接(即，不限于单个层)在单层敏感区域外部形成的连接迹线连接到其在同一列中的相邻元件。

因此对于图4所示的电极图案化，布线/连接迹线的所有交叉点是例如使用表面安装迹线和跨接线/悬空引线的任何适当组合或任何其它已知连接技术在敏感区域的外部形成。因此，界定传感器的敏感区域的列电极、驱动电极和感测电极可全部具备仅单层电极图案。

列驱动元件连接迹线应具有的厚度要使得其呈现相对低的电阻，但不应太厚，以便包括驱动信号可从其耦合到感测电极的显著区域。因此对于用于手持式装置应用的特征上典型尺寸的传感器(例如，大约5-10cm乘5-10cm)，个别驱动和感测元件可能具有大约几mm到1cm等的特征尺寸，且列驱动元件连接迹线的宽度可能为例如大约几百微米。然而，最适当的迹线宽度将取决于所使用的材料和所采用的特定图案。举例来说，铜迹线可大体上比ITO迹线薄，因为铜具有比ITO低的电阻率。此外将了解，根据本发明实施例的传感器可固有地缩放，且可使用较小或较大的传感器。

现在将描述操作图2和4所示的传感器2的方式。参看图4，假定指向物体(在此情况下为用户的手指)在图4中在由用户的手指纹轮廓70指示的位置处邻近于传感器。

在使用中，物体的位置是在测量获取循环中确定的，其中列和行电极由其相应驱动通道循序驱动，且由感测通道确定从每一经驱动行和列电极转移到感测电极的电荷量。

图5A示意性展示可用于测量从驱动电极(可为图2和4所示传感器的行或列电极中的任一者)中的经驱动一者转移到感测电极的电荷的电路。在给定时间正驱动的驱动电极和感测电极具有自身(相互)电容。这主要由其几何形状确定，尤其是在其最靠近的区中。因此，经驱动驱动电极示意性展示为电容器105的第一板100，且感测电极示意性展示为电容器105的第二板104。在US 6,452,514[3]中更完全描述图5A所示类型的电路。电路部分是基于US 5,730,165[1]中揭示的电荷转移(“QT”)设备和方法，其内容如上文所述以引用的方式并入本文。

与当前经驱动电极100相关联的驱动通道、与感测电极104相关联的感测通道以及传感器控制器的元件在图5A中展示为组合的处理电路400。处理电路400包括取样开关401、电荷积分器402(此处展示为简单的电容器)、放大器403和复位开关404，且还可包括任选的电荷消除构件405。在图5B中示意性展示来自驱动通道101的经驱动电极驱动信号与开关401的取样时序之间的时序关系。驱动通道101和取样开关401具备可为微处理器或其它数字控制器408的合适的同步构件以维持此关系。在所示的实施方案中，复位开关404起初闭合以便将电荷积分器402复位到已知的初始状态(例如，零伏)。复位开关404随后断开，且在随后的某个时间，取样开关401经由开关的端子1连接到电荷积分器402并持续驱动通道101发射正转变的间隔，且随后重新连接到端子0，端子0为电接地或其它合适的参考电位。驱动通道101随后返回到接地，且过程再次重复总共“n”个循环(其中n可为1(即，0个重复)、2(1重复)、3(2重复)等等)。如果在电荷积分器从感测电极断开之前驱动信号不返回到接地，那么其可为有帮助的，因为不这样的话，一相等且相反的电荷将在正向边和负向边期间流入/流出感测通道，因此导致没有进入电荷检测器的净转移或电荷。跟随所需的循环数目，取样开关401保持在位置0，而电荷积分器402上的电压由测量构件407测量，所述测量构件407可包括对于即将进行的应用可为适当的放大器、ADC或其它电路。在进行测量之后，复位开关404再次闭合，且循环重新开始，但下一驱动通道和经驱动电极依序替换驱动通道101和经驱动电极100，如图5A示意性展示。针对给定经驱动电极进行测量的过程此处被称作具有长度“n”的测量“突发”，其中“n”的范围可从1到任何有限数字。电路敏感度与“n”直接相关且与电荷积分器402的值成反比。

将了解，如402指定的电路元件提供其它构件也可完成的电荷积分功能，且此类型的电路不限于使用如402所示的接地参考电容器。还应自明，电荷积分器402可为基于运算放大器的积分器以对在感测电路中流过的电荷进行积分。此些积分器还使用电容器来存储电荷。可注意到，尽管积分器增加了电路复杂性，但其提供了用于感测电流的更理想的求和结点负载以及更动态的范围。如果采用低速积分器，那么可能必须在402的位置中使用单独电容器以在高速下临时存储电荷，直到积分器可按时地将其吸收，但此电容器的值与并入基于运算放大器的积分器中的积分电容器的值相比变得相对不关键。

对于取样开关401可为有帮助的是在具有选定极性(在此情况下为正向)的驱动信号改变期间在不连接到电荷积分器402时将传感器的感测电极连接到接地。这是因为这可产生人造接地平面，因此减少RF发射，且还如上所述，准许具有与电荷积分器402正感测的极性相反极性的耦合电荷适当耗散和中和。还可在感测电极上使用到接地的电阻器以实现驱动通道101的转变之间的相同效应。作为对单个SPDT开关401的替代方案，如果以适当方式定时，则可使用两个独立开关。

如US 5,730,165中描述，存在许多信号处理选择可用于信号振幅的检测或测量的操纵和确定。US 5,730,165还描述图5A中描绘的布置的增益关系，但是在单个电极系统中。当前情况的增益关系相同。信号消除构件405的实用性描述于US 4,879,461[5]以及US 5,730,165中。US 4,879,461的揭示内容以引用方式并入本文。信号消除的目的是在产生每一突发(驱动通道的正向转变)的同时减少电荷积分器402上的电压(即，电荷)累积，以便准许经驱动电极与接收的感测电极之间的较高耦合。此方法的一个益处是以相对低的成本允许大的感测区域，其对电极之间的耦合的小偏差敏感。此大的感测耦合存在于物理上相对大的电极中，例如人触摸感测垫中可能使用的电极中。电荷消除准许以更高的线性度进行耦合量的测量，因为线性度取决于从经驱动电极100到感测电极104的耦合电荷经由突发的过程被吸收到‘虚拟接地’节点中的能力。如果允许电荷积分器402上的电压在突发的过程期间相当多地上升，那么电压将以逆指数方式上升。此指数分量对线性度且因此对可用的动态范围具有不利影响。

图5A和5B仅展示可在本发明的实施例中使用的电路的一个实例。有源电极电容测量电路中使用的任何其它已知电路可同等地使用，例如US 5,648,642中描述的电路。在原理上，感测电路可为与电流计一样简单的事物，所述电流计经配置以测量从经驱动电极耦合到感测电极的信号的均方根(RMS)电流(例如，经配置以测量电阻上的RMS电压降的电压计)。

为概括图5A和5B所示的电路的操作，在激活时，电流驱动通道(其将为XD¹、XD²、XD³、XD⁴、XD⁵、XD⁶、YD¹、YD²、YD³或YD⁴中的一者，其取决于在测量序列中的位置)将时变驱动信号施加于相关联的列/行电极(将为X¹、X²、X³、X⁴、X⁵、X⁶、Y¹、Y²、Y³或Y⁴中的一者)。这里将假定驱动通道为XD¹，且因此经驱动电极为X¹。驱动通道XD¹可为简单的CMOS逻辑门，其由常规调节的电源供电且由传感器控制器50控制以提供具有选定持续时间的周期性多个电压脉冲(或在简单实施方案中，为从低到高或从高到底电压的单个转变，即一个脉冲的突发)。或者，驱动通道XD¹可包括正弦产生器或具有具另一合适波形的循环电压的产生器。因此在施加于经驱动电极X¹的电压循环串的上升沿和下降沿上产生改变的电场。假定经驱动电极X¹和感测电极充当具有电容C_E的电容器的相对板。因为感测电极电容性耦合到经驱动电极X¹，所以其接收或吸收由经驱动列电极产生的改变的电场。这导致感测电极中的通过改变的电场的电容性微分由经驱动电极X¹上的改变电压诱发的电流流动。电流将朝向感测单元8中的感测通道S(或从感测通道S，取决于极性)流动。如上所述，感测通道可包括电荷测量电路，其经配置以测量由感测电极中诱发的电流引起的电荷流入/流出(取决于极性)感测通道。

电容性微分通过支配流过电容器的电流的等式而发生，即：

I_{E} = C_{E} \times \frac{dV}{dt}

其中I_E是流动到感测通道S的瞬间电流，且dV/dt是施加到经驱动电极X¹的电压的改变速率。在边缘转变期间耦合到感测电极(且因此进入感测通道S/从感测通道S出来)的电荷量是以上等式随着时间的积分，即

Q_E＝C_E×V。

在每一转变时耦合的电荷Q_E与V(即，dV/dt)的上升时间无关且仅取决于经驱动电极处的电压摆动(可容易固定)和经驱动电极与感测电极之间的耦合电容C_E的量值。因此响应于施加到经驱动电极X¹的驱动信号的改变而对耦合进入包括感测信道S的电荷检测器/从其耦合出的电荷的确定是经驱动电极X¹与感测电极之间的耦合电容C_E的量度。

常规平行板电容器的电容几乎与板(至少针对与其间隔相比在范围上较大的板)之间的空间外的区的电性质无关。然而，对于在平面中包括相邻电极(即，在衬底的同一侧上的相邻驱动和感测元件，如同图4中的传感器的列电极和行电极两者，以及图3C中的传感器的行电极)的电容器，或对于衬底的相对侧上但彼此偏移(即，并非或仅略微在投影中重叠)的相邻驱动和感测元件，如同图3C中的传感器的列电极，情况并不是这样。这是因为连接在经驱动电极与感测电极之间的至少某些电场从衬底“溢出”。

这意味着经驱动电极与感测电极之间的电容性耦合(即，C_E的量值)在某种程度上对“溢出的”电场延伸到的电极附近的区的电性质敏感。

在不存在任何邻近物体的情况下，C_E的量值主要由电极的几何形状、以及传感器衬底的厚度和介电常数确定(尤其在例如图3C中的两侧传感器中)。然而，如果物体存在于电场溢出到衬底外部而进入的区中，那么此区中的电场可被物体的电性质修改。这致使电极之间的电容性耦合改变，且因此耦合进入包括感测通道的电荷检测器/从包括感测通道的电荷检测器耦合出的测得电荷改变。举例来说，如果用户将手指放置于由某些溢出电场占据的空间的区中，那么电极之间的电容性电荷耦合将减少，因为用户将具有相当大的到接地(或其它附近结构，其路径将完成到控制感测元件的电路的接地参考电位)的电容。此减少的耦合发生，因为通常耦合在经驱动列电极与感测行电极之间的溢出电场被部分偏转远离行电极而到达地面。这是因为邻近于传感器的物体用以将电场分路远离电极之间的直接耦合。

图6A和6B示意性展示图2和4所示的传感器2的区的截面图，其中示意性展示连接在实例驱动元件与感测元件之间的电场线。因此在图6A和6B中，衬底4的区段展示为具有一实例驱动元件62和两个相邻感测元件60。

图6A示意性展示当图中所示的包括驱动元件62的电极正被驱动时的电场，且不存在邻近于传感器的物体。图6B展示当存在邻近于传感器的物体(即，用户的手指，其具有到接地的电容C_x)时的电场。当没有邻近于传感器的物体时，所有的电场线连接在经驱动元件62与感测元件60中的一者或另一者之间。然而，当用户的手指邻近于传感器时，传到衬底外部的某些电场线通过手指耦合到接地。因此，较少场线连接在经驱动元件与感测元件之间，且其之间的电容性耦合相应减少。

因此，通过监视经驱动电极与感测电极之间耦合的电荷量，其之间耦合的电荷量的改变可被识别且用于确定是否物体邻近于传感器(即，溢出电场延伸到其中的区的电性质是否已改变)。

(为了完整起见，图7A和7B示意性展示图3A到3C所示的传感器32的区的截面图，其中示意性展示连接在传感器衬底的相对侧上的实例驱动元件与感测元件之间的电场线。因此在图7A和7B中，衬底4的区段展示为具有一实例驱动元件64和两个相邻感测元件60。图7A和7B的比较展示用户手指的存在如何减少驱动元件与感测元件之间的电容性耦合。)

因此在使用中，在监视感测通道同时又驱动驱动通道XD¹、XD²、XD³、XD⁴、XD⁵、XD⁶、YD¹、YD²、YD³和YD⁴。

在时间仓Δt₁中，在感测通道处看见相对大的信号。这是因为在此时间仓中正驱动的行电极X¹与邻近于此行电极的驱动元件的感测电极的感测元件之间的电容性耦合相对不受手指的存在的干扰。即，与图6B相比，耦合更类似于图6A所示。

另一方面，在时间仓Δt₂中，在感测通道处看见较弱的信号。这是因为行电极X²与邻近于此行电极的感测电极的感测元件之间的电容性耦合受手指的存在的较强干扰，因为手指靠近行电极X²。即，与图6A相比，耦合更类似于图6B所示。

在时间仓Δt₃中，与在时间仓Δt₂中所见相比，在感测通道处看见相当的但稍微较强的信号。这是因为行电极X³与邻近于此行电极的感测电极的感测元件之间的电容性耦合类似地受手指的存在的干扰，但这里认为手指质心与行X³相比更靠近行X²的中心，且因此行X³稍微较不受影响。

在时间仓Δt₄中，在感测通道处所见的信号与在时间仓Δt₁中所见相当。这是因为行电极X⁴与邻近于此行电极的感测电极的感测元件之间的电容性耦合类似地受针对行X¹和X⁴的手指的存在的干扰。

时间仓Δt₅和Δt₆中的感测通道信号仍较大，因为这些行足够远离手指位置使得其不受手指位置影响，且电容性耦合相对强，如图6A所示。

因此时间仓Δt₁到Δt₆(对应于循序激活的行电极X¹到X⁶)中所见的相对感测信号允许确定手指在正交于行的方向上的位置。可根据感测通道中所见的最小信号的位置确定手指的质心。举例来说，可依照沿着正交于行的范围的方向的行的中心位置，以及拟合于所述曲线图的曲线来绘制每一行的感测通道信号。最小值的位置对应于在正交于行的范围的方向(即，在行被视为在x方向上延伸的情况下，在y方向上)上计算出的物体的位置。此方法提供行之间的内插，使得可以比行的宽度的精度更好的精度来确定位置。因此在此情况下，可确定行X²与X³之间的中点附近的y位置(但稍微较靠近行X²的中点，因为行X²与稍微较低的信号相关联)。

在时间仓Δt₇到Δt₁₀(在此期间列电极Y¹到Y⁴被循序激活)中所见的感测信号的类似分析允许在正交于列电极的范围的方向上确定位置，即，在此实例中为x位置。因此在此实例中，可确定列Y²与Y³之间的中点附近的x位置(但稍微较靠近行Y³的中点，因为与行Y²相比，行Y³与稍微较低的信号相关联)。

在此实例中，确定单个触摸位置的位置。然而，也可识别存在两个触摸的情况(例如，用户使用两个单独手指指示两个位置)。举例来说，展示两个最小值的感测信号强度对驱动行的曲线图将指示在y方向上的相应最小值位置处的两个触摸位置。多触摸的x方向将从针对相同测试循环的感测信号强度对驱动列电极的曲线图中的对应最小值位置而为显而显见的(在此曲线图中仅一个最小值将表明两个触摸是在相同的x位置处(即，在同一列上))。

因此，通过在连续监视感测电极的同时循序地扫描行和列电极，可确定x位置和y位置(或多个x位置和y位置)。

将了解，图2到4所示的特定图案仅是此类型的电极图案化和基于例如圆形或正方形驱动元件和感测元件的类似图案的两个特定实例，且同样可使用许多其它配置。

图9示意性以平面图展示控制面板80，其并入有图4所示的所描述种类的触敏位置传感器82。控制面板80安装在正被控制的装置(在此情况下为洗衣机)的壁84中。位置传感器位于盖面板92下方且上覆在下伏的LCD显示器屏幕上。控制面板因此是触敏显示器。在此实例中LCD显示器在控制面板80的整个区域上延伸，其中由位置传感器占据的区在此实例中位于靠近控制面板的中部处。触敏显示器在图9中展示为一显示器，其展示标记为A到F的若干菜单按钮(例如对应于可选择的不同清洗程序)，用于界定可变参数(例如，清洗温度)的滑动标尺94，以及向用户显示信息的一些文本行96。因此，用户可例如通过在标记为A到F的菜单按钮的区中触摸控制面板来选择清洗程序。包括触敏显示器的传感器可经配置以使得菜单按钮A到F的位置对应于传感器中的虚拟“按键”的位置，借此可根据来自各个行电极和列电极的感测信号的内插来确定敏感区域内的触摸的位置，所述位置随后与所显示菜单按钮的位置进行比较以确定是否一菜单按钮已被选择。从向用户显示的滑动温度标尺82中选择温度可以相同方式进行。

除了触敏显示器82以外，控制面板还包含若干额外的按钮86和接通/断开开关88。这些可为触敏按键或常规机械按钮开关。在此实例中，其为触敏按键，其保留了控制面板的平坦且密封的外表面。因为在此情况下，额外的按钮无需透明，所以其不需要由ITO形成。因此，较廉价且较低电阻的铜电极可用于这些按钮。此外，单个传感器控制器集成电路芯片可便利地用于控制包括透明传感器和更习惯的铜电极触敏按钮86、88的位置传感器。这可例如通过以下方式实现：对单个控制器芯片的不同通道进行适当校准以考虑位置传感器2的ITO膜和其它按钮的铜电极的不同电阻和负载。

因此，在设计并入有触敏位置传感器的控制面板时设计者享有大量的自由度，且将了解，上文所述的原理适用于许多类型的装置/家电。举例来说，类似的传感器可用于炉、烤架、洗衣机、转筒式干燥机、洗碗机、微波炉、食物搅拌器、烤面包机、饮料机、计算机、家用视听设备、便携式媒体播放器、PDA、手机、计算机等等。举例来说，图10示意性展示并入根据本发明实施例的传感器93的洗衣机91，且图11示意性展示并入根据本发明实施例的传感器99和屏幕97的蜂窝式电话95。更一般地，本发明可结合具有人机界面的任何家电使用。还可能提供类似于上文所述种类的传感器，其是与可使用所述传感器进行控制的装置/家电分开提供的，举例来说，为了提供对预先存在的家电的升级。还可能提供可经配置以操作一定范围的不同家电的一般传感器。举例来说，具有给定范围的虚拟按键的传感器，装置/家电提供者可通过例如以再编程来适当配置控制器而按其希望来将设备的功能与所述传感器相关联。

将了解，体现本发明的2DCT可并入有多种额外特征。举例来说，在一些应用中，希望具有“唤醒”功能，借此整个装置“休眠”或在某些静态或背景状态中。在此些情况下，常需要具有来自距人体部位一定距离的接近度的唤醒信号。无论位置定位如何，元件均可被作为单个大电容性电极而驱动，同时单元处于背景状态。在此状态期间，电子驱动程序逻辑寻找非常小的信号改变，不一定足以作为2D坐标来处理，但足以确定物体或人的接近度。电子装置随后“唤醒”整个系统且驱动元件以便再次变为真实的2DCT。

因此已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。传感器包括具有由电极图案界定的敏感区域的衬底，其中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感测电极的第二驱动元件群组，以及经互连以形成沿着第一和第二方向延伸的感测电极的感测元件群组。传感器进一步包括控制器，所述控制器包括用于向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行电极和列电极的驱动信号到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。

参考文献

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[3]US 6,452,514(飞利浦)

[4]US 5,648,642(新思科技有限公司)

[5]US 4,879,461(飞利浦)

Claims

1.一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1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位置传感器，其中所述列电极中的至少一者中的驱动元件包含用以允许来自另一列电极中的驱动元件的连接通过的通路。

9.根据权利要求8所述的二维位置传感器，其中所述通路的任一侧上的驱动元件的部分通过至少部分在所述传感器的所述敏感区域外形成的连接而连接在一起。

10.根据权利要求9所述的二维位置传感器，其中所述用于连接所述通路的任一侧上的驱动元件的所述部分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。

11.根据权利要求5所述的二维位置传感器，其中所述感测元件群组与所述第一和第二驱动元件群组位于所述衬底的所述同一侧上。

12.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的二维位置传感器，其中用于将所述感测元件连接到所述感测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。

13.根据权利要求1到12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感测元件连接到所述感测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感测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。

14.根据权利要求1到13中任一权利要求所述的二维位置传感器，其中所述感测元件中的至少一者包含用以允许来自列电极中的驱动元件的连接通过的通路。

15.根据权利要求14所述的二维位置传感器，其中所述通路的任一侧上的所述感测元件中的所述至少一者的部分通过至少部分在所述传感器的所述敏感区域外形成的连接而连接在一起。

16.根据权利要求15所述的二维位置传感器，其中所述用于连接所述通路的任一侧上的所述感测元件中的所述至少一者的所述部分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。

17.根据权利要求1到16中任一权利要求所述的二维位置传感器，其中所述行电极和所述列电极彼此正交。

18.一种包括根据权利要求1到17中任一权利要求所述的二维位置传感器的设备。