二維位置傳感器的製作方法

2023-11-10 04:46:57

專利名稱：二維位置傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及典型由人的手指或觸筆驅動的二維電容式位置傳感器。示例器件包括觸控螢幕和觸摸墊，特別是蒙在用於反饋控制用途的設備中的液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)和其他類型的顯示器、觸筆輸入書寫板、或編碼器之上的那些觸控螢幕和觸摸板。
背景技術：
對機器的觸筆或觸摸輸入的記述可以追溯到至少1908年，如在專利DE 203,719[1]中所體現的。
觸控螢幕和指點器越來越流行和普遍，不僅用於個人計算機，而且還用於諸如個人數字助理(PDA)、銷售點(POS)終端、電子信息和售票亭、廚房用具之類的各種其他設備。這些設備持續發展為價格更低的產品，結果就要求不斷在保持高的質量和穩定性水平的同時降低生產成本。
觸控螢幕通常分成電容式和電阻式這兩類。
對於電容式器件來說，術語「2維電容式傳感器」或者「2DCT」用來不做限制地通指具有能通過電容傳感機制報告與物體或人體部分的位置有關的至少二維坐標(笛卡爾坐標或其他坐標)的表面或體積，且對機械裝置或反饋系統進行位置傳感的觸控螢幕、觸摸傳感墊、接近傳感區；蒙在LCD、等離子屏、或CRT屏之類上的顯示屏覆蓋觸控螢幕；或其他類型的控制表面，等等。
對於電阻式器件來說，術語「2維電阻式傳感器」或「2DRT」用來通指基於純直流電(galvanic)原理的觸控螢幕或觸筆輸入器件。
術語「2DxT」是指2DCT或2DRT類型的元件。
術語「觸摸」意味著強度足以產生所需輸出的電容性信號的人體部分或機械部件的接觸或接近。在「接近」的意義上，在2DCT能對由於對象接近得足以引起適當反應而產生的電容進行響應的情況下，觸摸還可以意味著「指向」2DCT而沒有直接物理接觸。
術語「元件(element)」是指2DCT或2DRT的有源傳感元件。術語「電極」是指在元件外圍的連接點。
術語「條帶(stripe)」是指作為元件的組成部分並且具有兩個端的電線導體。條帶可以是導線。條帶可以具有有意安排的相當大的電流電阻(galvanic resistance)，而導線具有最小的電阻。如果它所屬的元件物理上是彎曲的，條帶也將是物理上彎曲的。
術語「枕形畸變(pin cushion)」是指來自2DCT的信號的任何畸變，無論是拋物線形、桶形還是其他形狀的2維變形。
許多類型的2DCT已知都遭受被刻畫為「枕形畸變」或「雙曲線形」或「拋物線形」的幾何畸變，從而所報告的接觸坐標由於傳感表面上的電效應而有誤差。這些效應在各個其他專利中，例如在列作參考予以引用的Pepper的US 4,198,539[2]中，有更深入的說明。在列作參考予以引用的Babb等人的US 5,940,065[3]和US 6,506,983[4]中可以看到對幾何畸變的已知原因、解決方案和解決方案的問題的傑出總結。US 5,940,065[3]簡要地說明了主要的兩類校正1)涉及傳感表面或連接電極的設計或修改的機電方法；2)用數學算法校正畸變的建模方法。
機電方法平面元件的邊緣處理Küpfmüller等人在US 2,338,949[5](1940年申請)中使用在X和Y上很長的矩形拖尾圍繞很小的可用區來解決在2DRT電子圖中的邊緣失真問題。Küpfmüller採取進一步措施將這四個拖尾槽切為各條帶；這些條帶不侵入用戶輸入區，但確實起著以非均勻方式沿著與電流平行的各邊提高對電流的電阻的作用。這個想法在幾乎50年後Yaniv等人的US 4,827,084[6]中以稍有不同的形式重新出現。Küpfmüller仍然是與本發明最類似的現有技術。
Becker在US 2,925,467[7]中首先描述了2DRT電子圖，從而通過使用電阻比元件固有的片電阻低許多的邊緣材料來消除非線性邊緣效應。這種方法也可以用來構成2DCT。
Pepper在專利US 4,198,539[2]、US 4,293,734[8]和US 4,371,746[9]中描述了通過控制元件的邊緣電阻結構使2DCT線性化的方法。
Talmage在US 4,822,957[10]中描述了一種結合2DRT元件和感測片(pick-off sheet)的與Pepper的類似的邊緣圖案。業已發表了眾多的其他這樣的專利，使用了各種方法，而這方面至今仍然是能產生新專利的沃土。業已發現，這些方法很難發展和復現，而且它們容易遭受差分加熱引起的誤差以及生產問題的影響。非常少量的局部性誤差或漂移可以導致坐標響應有相當大的改變。構圖的邊緣條帶的低電阻導致驅動電路的問題，迫使驅動電路消耗更多的功率，比別的措施昂貴得多。有很多的專利參考了Pepper的專利，而且這些專利聲稱做的是類似的事。Pepper等人所給出的改善並不一定大大超過Becker，因為至少Becker的方案對於生產來說比較容易而且重複性好一些。
具有導線元件的邊緣電阻Kable在US 4,678,869[11]中公開了一種用於觸筆輸入的2維陣列，在兩個軸上使用電阻分壓鏈，高導電性的電極連接到這些鏈上，用於檢測的電極具有某些非故意的電阻(uninteded resistance)，檢測信號根據在兩個相鄰電極之間產生的信號而進行內插。非故意的電阻導致響應中有少量枕形畸變。這個專利還描述了一種補償這種技術所引起的輕微枕形畸變的算法措施。除非使用所連接的觸筆，否則Kable方法無法工作，即它沒有描述可對人的手指進行響應。Kable的專利需要在導體之間跨接，因此需要至少三個結構層(導體層、絕緣層、導體層)。
多個有源邊緣電極Turner在US 3,699,439[12]中公開了一種具有有源探頭的均勻電阻式屏幕，該有源探頭在所有四邊具有多個電極連接，以對結果進行線性化。
Yoshikawa等人在US 4,680,430[13]中以及Wolfe在US5,438,168[14]中提出使用多個處於各邊(與角部相反)的電極點，以便有助於通過減小來自一個軸上的電極的電流與其他軸上的電極的相互作用來減小枕形畸變。雖然該元件是一個簡單的片電阻，但這個措施涉及在非常接近這個元件的每個連接點處的大量有源電子連接(諸如二極體或MOSFET的線性陣列之類)。
Nakamura在US 4,649,232[15]中所提出的與Yoshikawa和Wolfe的類似，但帶有電阻式的傳感觸筆。
被順序掃描的條帶元件Greanias等人在US 4,686,332[16]和US 5,149,919[17]中、Boie等人在US 5,463,388[18]中、以及Landmeier在US 5,381,160[19]中提出沿X和Y軸被交替獨立驅動和檢測的各條帶導體的元件傳感的方法，據此解釋出手指接觸或者用傳感器件、觸筆接觸的位置。這種結構涉及多層材料和特殊處理。Greanias提出使用條帶之間的內插來獲得兩個軸上的更高的解析度。這兩者都需要三個或以上的層，以允許元件內導體的跨接。這兩者都依賴於對每個條帶的電容的測量，而不依賴於從一個條帶到另一個條帶的交叉耦合量。Boie還提出了一種特殊的保護面。
Binstead在US 5,844,506[20]和US 6,137,427[21]中提出一種以與Kable、Allen、Gerpheide和Greanias所提出的類似的方式使用離散細導線的觸控螢幕。Binstead使用非常細的行和列導線來達到透明。這個專利還提出使用在電極導線之間內插的Greanias方法來獲得更高的解析度。掃描依賴於對每個條帶對地的電容的測量，而不依賴於從一個條帶到另一個條帶的交叉耦合量。
Evans在US 4,733,222[22]中還描述了一種沿X和Y軸順序驅動各條的系統，這種系統還使用一個外部的電容器陣列，以通過電容器分壓效應得出傳感信號。使用內插求得比單獨用條帶能得到的更高的解析度。
Volpe在US 3,921,166[23]中描述了一種離散鍵的機械鍵盤，這種鍵盤使用了電容式掃描方法。存在被順序驅動的輸入行和順序傳感的列。按壓鍵使從行到列的耦合增大，這樣就可以實現n鍵滾按(n-keyrollover)；而不需要內插。雖然不是2DCT，但Volpe預示了被掃描的條帶元件2DCT技術。本申請的申請人自己的US 6,452,514[24]也屬於這種類型的傳感器。
Itaya在US 5,181,030[25]中公開了一種具有電阻性條帶的2DRT，這些條帶在壓力下與讀出接觸點位置的電阻面相耦合。這些條帶，或者面，具有施加在其上的一維電壓梯度，使得接觸點在特定條帶上的位置可以很容易識別。每個條帶需要它專用的至少一個電極連接。
被循環掃描的條帶元件Gerpheide等人在US 5,305,017[26]中提出了一種基於接觸墊電容的計算機指點器，這種指點器使用多個由絕緣層隔開的交疊金屬條帶的正交陣列。掃描線排列成循環重複圖案，以最小化驅動電路的要求。該發明的布線的循環特徵防止了將這種2DCT用於絕對位置定位。該發明適用於用來代替滑鼠的不需要確定實際位置而重要的是相對運動傳感的觸摸墊。Gerpheide提出一種在接觸位置的兩個相位相反的信號之間的信號均衡方法。
並行讀取的條帶元件Allen等人在US 5,914,465[27]中提出了一種具有由模擬電路並行讀出的行和列的掃描條帶的元件。該專利宣稱比順序掃描的元件更低的噪聲和更快的響應時間。這種方法特別適合於代替滑鼠的觸摸墊，但對於較大的尺寸並不很合適。如同所有的條帶元件2DCT的情況，需要多個結構層。Allen方法需要大規模集成電路和大量的連接引線。它用內插來獲得比用這些數量的原始條帶可達到的更高的解析度。
在WO 04/040240[28]「電荷轉移電容式位置傳感器(ChargeTransfer Capacitive Position Sensor)」中Philipp結合圖12說明了一種使用一些單獨的電阻性的1維條帶來製作觸控螢幕的方法。這些條可以並行也可以順序讀取，因為向這些條帶的連接是相互獨立的。此外，還結合圖6說明了相鄰的集總電極元件和諸如手指之類的物體之間的內插的耦合。WO 04/040240[28]在這裡列為參考予以引用。
在WO 2005/020056[29]中Philipp描述了一種位置傳感器，這種位置傳感器具有第一和第二電阻性總線條(bus bar)，由一個處在它們之間的非均勻導電區隔開(見該申請的圖3)。非均勻導電區中由於接觸或接近而感應出的電流優先流向要由檢測電路檢測的總線條。由於感應電流，例如由驅動電路感應的那些感應電流，優先沿著一個方向流動，因此位置估計中的枕形畸變很大程度上被限制在這單個方向上。這樣的1維畸變可以通過應用標量校正因子非常簡單地加以校正，從而避免需要複雜的向量校正。這提供了用於感測在塑料或玻璃面板或其他介質背後的電容的導電材料的2維圖案，它可以用作2DxT，無論是呈現為觸控螢幕形式還是呈現為「觸摸墊」形式。導體可以是清澈的，例如用銦錫氧化物(ITO)形成，以便為顯示器或其他背面提供適當的透明覆蓋片。
這個措施對於適用於蜂窩電話的對角線直到大約2英寸(50毫米)的比較小的屏幕可以工作良好，但是對於諸如某些白色家用電器(例如微波爐)所需的較大的屏幕的情況，性能就要降低。此外，使用這種設計，手指陰影效應可能會產生一些問題。
在US 6,288,707[30]中Philipp描述了一種要用作計算機指點器件的一部分的電容式位置傳感器，這種位置傳感器採用了比率制(ratiometric)電容性傳感技術。在絕緣襯底層上布置了圖案化金屬電極的陣列，其中電極的幾何形狀被選擇成隨著用戶手指跨越電極陣列移動而產生變化的電容輸出。
附圖中的圖1複製了US 6,288,707[30]的圖4。在絕緣層上布置了圖案化金屬電極陣列，其中電極的幾何形狀被選擇成隨著用戶手指跨越電極陣列移動而產生變化的電容輸出。這個排列包括每個維度兩個的四個散布的電極組。x軸的組是三角形的，這容易看出和理解。第一組三角形1全部一起電連接到標為X1的輸出總線上。第二組2也一起連接到標為X2的輸出總線上。用戶的手相對x軸的位置可以根據來自X1和X2的信號之比確定。由於電容與表面面積直接成正比，以及由於連接到X1上的片合起來在左側具有比接到X2的片合起來的大的表面面積(反之亦然)，因此只要一個足夠大的手指面積以足以提供足夠的信號強度的接近距離處在圖案的上方就保證能取得X1/X2或X2/X1的比值的能力。相應組的片連接到Y1和Y2總線上。Y連接的組也是比率制的，雖然方式與X組的不同。Y組包括交替的Y1連接和Y2連接的矩形條帶，分別標為3和4，具有隨著部位改變的y軸尺寸，其方式使得產生隨著位置Y平滑改變的Y1與Y2之間的表面面積之比。使每對相鄰的y軸條帶3和4的和成為恆定，使得對於任何兩對條帶，電容的和是相同的，即對於每對條帶都有C(Y1)+C(Y2)＝C(Y)。於是，隨著用戶的手指沿著y軸移動，以與C(X1)/C(X2)比值相同的方式測量所檢測到的電容比，即最大的值成為分數的分子。
然而，這種設計為在x方向上的2DCT維度只提供了有限的能力。
數值方法Nakamura在US 4,650,926[31]中描述了使用查找表系統校正原始的2維坐標數據從而對諸如圖形輸入卡之類的電子圖系統進行數值校正的系統。
Drum在US 5,101,081[32]中描述了通過遙控裝置對諸如圖形輸入卡之類的電子圖系統進行數值校正的系統。
McDermott在US 5,157,227[33]中提出了使用所存儲的常數校正2DxT的數值方法，這些常數在操作期間用來控制一個或多個多項式，以校正通過區段或象限報告的接觸的位置。
Babb等人在US 5940,065[3]和6,506,983[4]中提出了使用在學習過程期間確定的係數對2DxT的均勻的片元件進行線性化的數值方法，不需要用區段或象限進行分段，並且基於單獨的單元，以便校正甚至是微小的過程變化。Babb所揭示的方法很複雜，涉及「80個係數」和四階多項式，這些方法的係數必須通過嚴格和費時的校準過程確定。在本發明的發明人所主持的測試中，已經發現在正常使用中需要用6階多項式才能得出可接受的精度，而且結果仍然非常容易受校準後由於熱漂移之類引起的極輕微的後續變化的影響。特別是，已經發現角部連接是長期坐標起伏的最大的原因，因為這些角部連接就連接尺寸和質量來說起著具有高增益因子的奇異點的作用。此外，這種數值校正的方法需要高解析度的數字轉換，以便產生甚至最樸素的解析度輸出。例如，業已發現為了提供質量為9比特的坐標結果需要用14比特的ADC。放大器系統和ADC的所需額外代價和功率在許多應用中可能是不允許的。
問題雖然在這個領域內先前已做了廣泛的工作，但仍然有必要開發出具有數量比較少的外部連接的低成本、單層、大面積、透明、小畸變的2DCT。

發明內容
本發明提供了一種二維位置傳感器，這種二維位置傳感器包括具有傳感區的基片，該傳感區由包括用於確定x位置的電極和用於確定y位置的電極的電極的圖案限定，其中x電極和y電極總體沿x方向延伸並且在y方向上交錯，以及其中x電極包括第一、第二和第三組的元件，所述元件形成為使得第一和第二組的元件的相鄰元件在傳感區的一部分上沿x方向共同延伸，而第二和第三組的元件的相鄰元件在傳感區的另一部分上沿x方向共同延伸，使得x電極提供沿x方向橫跨傳感區的相應比率制電容性信號。
x電極還可以包括第四組的元件，而第三和第四組的元件的相鄰元件在傳感區的又一部分內共同延伸，使得x電極提供沿x方向橫跨傳感區的相應比率制電容性信號。
這個原則可以擴展為增添第五和更多組的x電極。在拓撲上，這個原則可以無限擴展下去。然而，實際上，用於外部連接的在傳感區的外圍邊緣部位的電極饋線的厚度將越來越薄，因此到某個程度考慮到噪聲及其他有關因素的限制再增添x電極組就成為不實際的。
在本發明的各實施例中，配置了多根在傳感區的外圍與電極連接的外部電線線路，這些外部電線線路包括與每個x電極組的元件連接的相應各電線線路；以及與y電極連接的多條電線線路。
在一組實施例中，配置了從傳感區的外圍沿y方向延伸的中脊(central spine)，用來互連從中脊的兩側延伸的第三組x電極的元件，從而允許第三組x電極的元件可以從傳感區的外圍外部接觸。
優選的是，中脊連續從上到下跨越傳感區延伸，在這種情況下設置在傳感區最上面或最下面的單個外部觸點就足以滿足需要。作為替換，也可以將中脊分開，在這種情況下需要在傳感區的外圍有兩個外部觸點，一個在傳感區的最上面，一個在傳感區的最下面。
在配置有中脊時，中脊兩側處在相同高度(即相同y位置)上的相應y電極可以共同連接，以省去使用額外的外部連接線路。例如，單根外部連接線路可以通過圍繞傳感區的外圍布置的導電軌線與中脊任一側的y電極連接。
在具有中脊的實施例中，可以使用多條外部電線線路在傳感區的外圍與電極連接，這些外部電線線路包括與中脊連接從而也就與第三組x電極接觸的電線線路，中脊象徵性地將傳感區分成左側和右側；與第一組x電極中的處在中脊左側的元件連接的電線線路；與第一組x電極中的處在中脊右側的元件連接的電線線路；與第二組x電極中的處在中脊左側的元件連接的電線線路；與第二組x電極中的處在中脊右側的元件連接的電線線路；以及與y電極連接的多條電線線路。
x電極可以構造成多種拓撲形式，以便提供共同延伸。
例如，相應各x電極組的共同延伸的元件可以在它們共同延伸的距離上具有互補的斜削度，以提供比率制電容性信號。作為替換，各自x電極組的共同延伸的元件在它們沿x方向共同延伸的距離上具有一些面積改變的相鄰塊，以提供比率制電容性信號。
例如，參考具有中脊和第一、第二、和第三組x電極的實施例，第一和第三元件可以分別向或從外圍和中脊斜削，而第二元件具有與第一和第三元件的斜削相補的雙側斜削。作為可供選擇的替代方案，在同一個實施例的不同實現中，第一和第三元件可以採取面積分別向或從外圍和中脊降低的互連的塊的形式，而第二元件具有與第一和第三元件的塊互補的面積改變的塊。
y電極單獨地和/或成組地與相應各外部電線線路連接，從而提供在y方向上的位置信息。這是簡單而可靠的途徑，其中y位置信息簡單地從出現信號的線路來推斷。此外，如果在一根以上的電線線路上出現顯著的信號，就可以使用內插或某些其他近似方法。典型地，不會有足夠多的外部線路能使每個y電極對應一根外部線路。因此，必須例如使用引到外部線路的導電金屬軌線將相鄰的y電極組合在一起。例如，可以將y電極分組為兩個、三個或四個。
所述y電極可以由電阻性元件互連，使得通過與y電極的子集連接的外部電線線路輸出比率制電容性信號，從而提供在y方向上的位置信息。在這種實現中，連接y電極以形成如在WO 2004/040240[28]中所公開的所謂「滑動部(slider)」。具體地說，電阻性條帶覆蓋在y電極上的部分由於與導電電極並聯而被短路，而在相鄰的y電極之間延伸的部分提供了電阻性的互連，如WO 2004/040240[28]的圖6a所示。於是就能用最少兩根分別處在滑動部每一端的外部線路(一根與最上面的y電極連接，另一根與最下面的y電極連接)感測(pick off)比率制信號。可以通過增添中間感測(即向中間的y電極增添一根或多根附加外部線路)得到更高的精度。這個途徑是相當靈活的，因為通常可用的外部線路的數量是有限和受限制的，典型的數量是11根。如果採用滑動部途徑，一旦分配必需數量的外部線路以連接x電極，剩下的可用外部線路就可以全部用於y電極連接。
y電極可以排列成一些垂直相鄰的具有至少兩個y電極的組，每個組的y電極具有不同的垂直寬度，使得通過與每個組的不同的y電極連接的外部電線線路輸出比率制電容性信號，從而提供在y方向上的位置信息。優選的是，每個組的y電極直接垂直相鄰，即沒有x電極夾在它們之間。然而，如果x電極具有在y方向上比手指或其他所預料的執行件小的寬度，y電極組就可以具有插入的x電極。這種基於y電極的不同垂直寬度的比率制途徑在US 6,288,707[30]中公開，特別是其中的圖4實施例。
電極可以用諸如銦錫氧化物(ITO)之類的透明材料或任何其他適當的材料形成。基片也可以用透明材料形成，諸如玻璃或透明塑料材料之類，例如，諸如Perspex之類的有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)，或者諸如Zeonor(TM)或Topas(TM)之類的環烯共聚物(COP)。然而，在有些應用中，也有電極和/或基片不透明的情況。
應該理解，x和y方向是由適當的坐標系定義的，最普通的是x和y方向正交的笛卡爾坐標系，當然x和y方向也可以成非正交的角度。此外，為了方便起見在下面有時將x和y方向分別稱為水平和垂直方向，當然這並不意味著與特指的諸如以重力方向為準的現實的空間的對準。


為了更好地理解本發明以及說明怎樣可以實現本發明，下面將對附圖進行示例性說明，在這些附圖中圖1為示出現有技術的2DCT的電極圖案的示意平面圖。
圖2為示出本發明的第一實施例的2DCT的電極圖案的一些部分的示意平面圖。
圖3為根據第一實施例的2DCT原型的平面圖，示出了電極圖案和在電極圖案區的外圍的與y電極連接的第一連接層。
圖4為圖3的2DCT原型的平面圖，示出了電極圖案和在電極圖案區的外圍的與x電極連接的第二連接層，第二連接層還將y電極的外部饋線連接到圖3所示的y電極連接上。
圖5為第一實施例的驅動和數據採集電路的系統級示意圖。
圖6為示出本發明的第二實施例的2DCT的電極圖案和y連接的一些部分的示意平面圖。
圖7為與圖6類似的示出第二實施例的變型的電極圖案和y連接的一些部分的示意平面圖。
圖8為根據第二實施例的2DCT的原型的平面圖，示出了電極圖案和在電極圖案區的外圍的與y電極連接的第一連接層。
圖9為根據第二實施例的2DCT原型的平面圖，示出了將電阻性元件接在y電極之間的電阻性層。
圖10為圖8的2DCT原型的平面圖，示出了電極圖案和在電極圖案區的外圍與x電極連接的第二連接層，第二連接層還將y電極外部饋線連接到圖8所示的y電極連接上。
圖11為示出第三實施例的部分電極圖案的示意平面圖。
圖12為根據第三實施例的2DCT原型的示出電極圖案的平面圖。
圖13為示出第四實施例的電極圖案的一些部分的示意平面圖。
圖14為示出第五實施例的電極圖案的一些部分的示意平面圖。
圖15為示出第六實施例的電極圖案的一些部分的示意平面圖。以及圖16為包含體現本發明的2DCT的玻璃觸摸面板的示意平面圖。
具體實施例方式
圖2為示出第一實施例的2DCT的電極圖案的具有代表性的部分的示意平面圖，其中電極圖案限定了該器件的傳感區。這些電極排列在沒有明顯示出的但是具有處於圖紙平面上的上表面的基片上。基片可以適當地是柔性的透明塑料材料，諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)之類。基片通常是絕緣的。電極圖案用電阻率為幾百歐/平方的銦錫氧化物(ITO)形成。這是透明材料，因此適合顯示器應用或其他需要看得見底下的按鈕或其他模板的應用。
通常，電極圖案可以通過澱積或除去任何適當的導電材料來形成。澱積可以是例如通過氣相澱積或絲網印刷。除去可以是例如通過雷射或化學蝕刻。
電極圖案限定了用於確定y位置的y電極10、12和用於確定x位置的x電極14、16、18、20、22、24。如所示出的那樣，x電極和y電極總體都沿x方向延伸，而在y方向上是交錯的。y電極10、12形狀為簡單的直條，即細長的矩形，而x-電極14-24具有斜削的三角形形狀。
首先更加詳細地描述x電極，然後再描述y電極。
X電極可以分成三組。第一組是三角形的斜削電極14、24，排列在傳感區的左側和右側。第二組是雙側斜削的三角形電極16、22，排列成分別從傳感區的左側和右側向內朝中央延伸。第三組x電極18、20從整體形成的中脊26分別朝左側和右側向外延伸。第一和第二組的元件的相鄰元件14、16和24、22分別在傳感區的外側部分I和IV內沿x方向分別朝傳感區的左側和右側共同延伸。第二和第三組的元件的相鄰元件16、18和22、20分別在中脊兩側的傳感區的內側部分II和III內沿x方向共同延伸。
以這種方式，每對相鄰的共同延伸的第一和第二組的x電極或者第二和第三組的x電極各形成了一個如在參考文獻[28]內所說明的所謂滑動部。具體地說，該滑動部是在參考文獻[28]的圖15中所示出的這種類型，參考文獻[28]中描述這種滑動部的操作情況的相關內容在這裡列為參考予以引用。應該理解，這些電極元件的形狀和尺寸相對執行件(典型的是人的手指)被適當地進行設計，以便提供橫跨它們沿x方向共同延伸(即，在x方向上交疊)的長度的比率制電容性信號。
左側雙側斜削的x電極16通過在傳感區的左外圍接近x電極16的左邊緣處沿y方向布置的導電線路30共同連接到外部連接線路X1上。要指出的是，雙側斜削電極在它們的左端具有便於這種外部連接的焊盤區33。
左側斜削的x電極14通過在傳感區的左側外圍接近x電極14左邊緣處沿y方向布置的導電線路32共同接到外部連接線路X2上。
從中脊26伸出的斜削的x電極18和20當然由中脊26共同連接，並且通過中脊26與傳感區的外圍具有電接觸。外部連接線路X3通過與中脊26基底接觸的電線線路34與中脊連接。
右側斜削的x電極24通過在傳感區的右外圍接近x電極24右邊緣處沿y方向布置的導電線路36以與相應的左側x電極14類似的方式共同連接到外部連接線路X4上。
右側雙側斜削的x電極22通過在傳感區的右外圍接近x電極22的右邊緣處沿y方向布置的導電線路38以與相應的左側x電極16類似的方式藉助於擴大的焊盤區39共同接到外部連接線路X5上。
以這種方式，x電極14-24外部接觸5根用於讀出的外部連接線路X1-X5。
y電極分成兩個分別處於中脊26左側和右側的組10和12。如已經提到的那樣，它們具有簡單的直條形狀，並且排列在左側的各相鄰組x電極14、16、18之間和右側的各相鄰組x電極20、22、24之間。y電極10和12通過導電線路連接成一些垂直相鄰的組，因此傳感區的y解析度在這個實施例中就被限制在與這些相互連接的y電極的垂直範圍相應的垂直距離。這樣將y電極組合在一起降低了y解析度，但可以使y電極所需的外部連接線路的數量少一些。在所示的這個例子中，最下面的y電極組包括四對y電極，它們共同接到形成外部連接線路Y1的一部分的導電軌線50上。雖然圖中沒有明顯示出，處於相同高度的每對y電極由一條外周軌線共同連接。往上的這一組包括三對y電極，雖然圖中只示出了第一對，它們連接到軌線52上，以便再連接到外部線路Y2上。總共有7組y電極通過所關聯的導電軌線連接到各自的外部線路Y1-Y7上。在這個實施例中，y值是從這7根外部連接線路得出的，對於簡單的控制算法來說，這僅提供了7個單位的y解析度，雖然通過在相鄰的y線路之間進行內插可以達到可能額外的y解析度。
概括地說，這種2DCT通過排列在沿x方向橫跨傳感區寬度的四個覆蓋區I-IV的滑動部提供準連續的x解析度，組合以通過共同連接成垂直相鄰的3、4條一組的水平延伸的電極條而提供的階梯式的y解析度。總共使用了12條外部連接線路，5條用於X，7條用於Y。
中脊和兩側斜削的電極相組合，允許傳感區在x方向有較大的範圍以提供大的能做成透明的傳感區，而除了外圍之外不含外部連接。此外，這種電極圖案設計意味著手指陰影效應不顯著，因為由於手指的物理位置得到的電容性信號的任何質心漂移受到電極的橫向延伸的限制。例如，對於這種設計，可以製造出傳感區對角線為6英寸(150毫米)的器件。
圖3為根據第一實施例設計的2DCT原型的1∶1比例(即實際尺寸)的平面圖，示出了電極圖案和在電極圖案區外圍的與y電極連接的第一連接層。為了便於參考，被先前示意圖所覆蓋的區域在本圖的底部用虛線矩形示出。圖中還大致按比例地示出了手指的輪廓。
顯然，通常ITO的電極圖案覆蓋了基片40的主要部分。在這個例子中，圖案覆蓋了與觸控螢幕或其他設備需形成傳感部分的區域相匹配的矩形區域。圖中還標出了先前所描述的x電極的四個覆蓋區I-IV。大體呈矩形的基片40還具有一個在基片的左側中途突出的頸凸42。頸凸42用來進行外部接觸，如要結合下一個圖所說明的那樣。在基片40的左側，即與頸凸42相鄰的那一側，可以看到有7組導電軌線50-62，形成y電極的外部連接線路Y1-Y7，線路Y2-Y7通過軌線52-62各連接到三個y電極上，而Y1通過軌線50與四個y電極連接，在器件的這個左半部分(即中脊26的左半側)總共有22個y電極。在右側，有排列完全對應的22個y電極，除在底部的四個是成組接在一起之外，都是三個一組地接在一起。基片右側的外部連接線路Y1-Y7的軌線50-62繞過基片的頂端通到基片的左側，使得左側和右側的相應的y電極對和共同連接的y電極對的組由單根導電軌線接合。
圖4為圖3的2DCT原型的平面圖，示出了電極圖案和在電極圖案區的外圍與x電極連接的第二連接層，第二連接層還將y電極的外部饋線與圖3所示的y電極連接相連接。在圖3和4所示的第一和第二層之間插有一個絕緣層，用以提供防止第一與第二連接層的某些部分之間電接觸的絕緣區和保證第一與第二連接層的其他一些部分之間電接觸的開放區。
首先來描述y電極連接的情況。7根導電軌線44在x方向上沿著頸凸42的上部平行延伸到基片40的主區域的左側部分。然後，它們散開並與在圖3的第一連接層內用於各y電極連接Y1-Y7的軌線50-62的一部分正上方的擴大的接觸墊46端接，使得發給和來自每個y電極組的信號可以通過外部接觸軌線44饋入和饋出。在絕緣層內的各接觸墊46處具有開放區，以保證在第二連接層上的Y1-Y7軌線44中的每一個與第一連接層內的Y1-Y7電線軌線50-62中的每一個之間的電接觸。在絕緣層內還具有覆蓋處於ITO圖案上面的在基片的左側和右側與y電極接觸的Y1-Y7軌線中的每一個的絕緣區。
下面說明x電極連接的情況。用於外部連接X1-X5的5根電線線路30-38已經結合圖2作了說明，並且可以在圖5中原型的第二連接層內看到。如可以看到的那樣，x電極連接完全在第二連接層上提供，這與y電極連接分布在第一和第二連接層之間不同。也就是說，軌線30-38繞過基片40的底部然後會合成5根平行的軌線導向頸凸42，在該處與7根平行的y電極接線會合。要指出的是，垂直布置在ITO區域的每側上方的與x電極接觸的x電極連接軌線和焊盤通過絕緣層與y電極連接軌線隔離。
圖5為配合第一實施例的觸控螢幕使用的多通道傳感器電路140的系統級示意圖。在這個圖中，傳感器電路140被描繪為具有來自x電極的5個電容性電極輸入X1、X2、X3、X4、X5，和表示7個y電極輸入的單個電容性電極輸入Yn。實際上，會有7根這樣的線，每個y電極輸入對應一根，從而總共提供所需的12根線路。充電控制線路157使用連接到基準電壓線158的充電開關156，同時向全部電容性輸入端X1-X5和Y1-Y7充電。
在一個變型中，省掉了充電控制線路157，而充電開關156用恆定地將各個電極連接到電壓源上的上拉電阻器來代替。上拉電阻器的電阻值被選成使RC時間常數大於將層放電到電荷檢測器陣列所用的放電間隔。這個電阻值例如可以在15千歐到25千歐之間。
通道X1-X5和Y1-Y7在將電荷傳送給電荷檢測器時同時動作，如圖中所示，通過使用單個放電控制線路163驅動放電開關162使所有充了電的電極放電。在進行了電荷傳送或一連串電荷傳送後，模擬多路復用器182在微處理器168的控制下選擇電荷檢測器的電容器輸出中的哪一個輸出要被饋給放大器184和ADC 186，從而饋給外部控制和數據採集電路，典型地是一個PC。此外，受復位控制線190控制的復位開關陣列188在每個脈衝或脈衝串後激活，使電容性輸入端復位到已知的基準值(例如，復位到地電位)。本領域技術人員會清楚，為了清晰起見圖中已省略了每個通道傳感器的許多電路元件。就x通道X1-X5而言，這些通道需要得到驅動，而信號需要得到處理，以考慮到使用在Harald Philipp的現有技術的專利公開(諸如參考文獻[28]和[30])中所說明的「滑動部」途徑需要從這些信號中得到的比率制信息。傳感器電路和用脈衝串驅動傳感器電路的方法等更為詳細的情況可參見Harald Philipp的現有技術的專利公開，諸如參考文獻[28]、[30]和[34]。
對應第一實施例概括地說，現在可以看到的是，這種設計具有中心對稱的電極圖案，中脊將傳感器區域分成左右兩半。中脊形成「聖誕樹」的「樹幹」形式，樹的「樹枝」是從樹幹兩側伸出的單側斜削的電極，與外接到傳感器區域側的兩組雙側斜削的電極的第二斜削部分共同延伸，而這雙側斜削的第一斜削部分與也外接到傳感器區域側的另外兩個單側斜削的電極組共同延伸。這些電極都用於水平方向上的傳感，它們在垂直方向上與外接到傳感器區域側且形成垂直位置傳感電極的條交錯。傳感區域用12個外部連接進行操作，5個用於水平傳感，連接到各組斜削的電極上，而7個用於22個垂直電極行，這種減少是通過將相鄰的3或4個垂直電極行的垂直相鄰的組共同連接來達到的，從而以損失垂直解析度為代價減少外部連接的總數。此外，還說明了結構如何具有4層，兩層用於連接，一個絕緣層用來控制兩個連接層之間的連接，以及一個可以被省去而直接在其中一個連接層上形成的電極圖案層。
下面對本發明的第二實施例進行說明。在大多數方面，第二實施例與第一實施例相同。使用相同的ITO電極圖案。此外，x電極的外部連接完全相同，因此電極圖案層和第一導電層完全相同。第二實施例與第一實施例之間的差別在於y傳感。在第一實施例中，電極條提供離散y位置信息，其中解析度由y電極條的垂直間隔限定，或者在為了減少外部連接線路而將多個相鄰的y電極條共同連接的情況下解析度由共同連接的y電極條的組的垂直間隔限定。在第二實施例中，採用同樣的y電極排列，即水平條交插在x電極之間，但y電極條電阻性相互連接成所謂的「滑動部」排列[28]，以通過連接到適當的外部測量電路而可以得到在垂直方向上的準連續的位置信息。
圖6為示出本發明的第二實施例的2DCT的部分電極圖案和y連接的示意平面圖。圖中也大致按比例示出了人的手指。為了清晰起見，省略了x電極和它們的外部連接軌線。圖中示出了與第一實施例類似的具有若干垂直偏移的y電極條10(圖中例示了十三個)的傳感區域的左半側的中間部分。每個條通過串聯有分立電阻器72的導電即金屬線70與垂直相鄰的條連接。y電極條10通過引至用於Y傳感的外部連接線路的導電軌線進行外連接。圖中示出了連接到每第三個或第四個y電極上的4根這樣的外部連接線路54′-60′。
在電氣上，電阻72和它們的互連線70提供了相鄰的y電極條10之間的電阻性通路，這種電阻性通路在垂直相鄰的導電外部連接線路54′與56′、56′與58′等之間延伸。(在任何一對相鄰的線路(例如54′和56′)的情況下，這在電氣上與參考文獻[28]中的圖6a所示的實施例的滑動部相同。)如在參考文獻[28]中所說明的那樣，使用比率制分析來檢測y位置，例如使用如在參考文獻[28]中所說明的測量電路或其他在該技術領域內已知的為此所用的測量電路。
通常，在第二實施例中最少必須有兩根這樣的外部連接線，以形成滑動部的端部連接。這些端部連接優選的是應連接到最上面和最下面的y電極上，或者至少連接到上面和下面附近的y電極上。也有益的是，在這些兩個端部連接之間再設置一根或多根附加的外部連接，以通過有效地沿y方向形成多個滑動部來改善y位置傳感精度。通常由於成本的原因會希望將外部連接限制在固定的數量，在這種情況下由於可以提供許多y電極的外部連接，其數量可對應於在為x電極分配了足夠的線路後的空閒不用的外部連接。
圖7為與圖6類似的示意平面圖，示出了第二實施例的變型的電極圖案和y連接線的一些部分。y電極條10和外部連接線52′-60′起著與結合圖6所說明的相同的作用。在這個變型中，不是使用分立電阻來連接垂直相鄰的y電極，而是在各y電極條上面垂直延伸地布置了每單位長度電阻均勻(在y方向上)的電阻性條帶74。由於這些電極條基本上是金屬的，即導電的，因此電阻性條帶的疊在y電極上的部分在電氣上是無效的，因為從垂直方向來看這些部分實際上與y電極並聯，從而被短路掉。電阻性條帶的在各y電極條之間的部分因此以與圖6的分立電阻相同的方式形成了各y電極之間的電阻性通路。電阻性條帶74用高電阻膜(例如基於碳的厚膜)製成。
圖8為根據第二實施例設計的2DCT原型的平面圖，示出了電極圖案和在電極圖案區域外圍的與y電極連接的第一連接層。圖8可與第一實施例的圖3相比較。基本上，具有頸凸42的基片40載有相同的結構，僅有的區別是每第三或第四個y電極與外部連接線路50′-60′連接而省去了第一實施例的共同連接。例外的是最下面的兩個y電極，它們共同連接到電軌線50′上。此外，要指出的是，y電極配有總共6根外部連接線路Y1-Y6，而不是7根。
圖9為根據第二實施例設計的2DCT原型的平面圖，示出了將電阻性元件連接在y電極之間的電阻性層。這個層是第二實施例所特有的，並且提供在傳感區每一側在y電極條外端的端部上面垂直延伸的電阻性通路74。每個垂直延伸的電阻性通路74用電阻率適當的材料的單根軌線形成。要指出的是，這個層還局部覆蓋有高阻性材料75(灰色陰影)，它覆蓋了基片的外圍部位以及頸凸的與基片主體鄰接的部分。電阻性材料終止成有城牆狀或鋸齒狀的形狀74，在整個所關聯的電阻性材料通路75的範圍內來回交替，使得電阻性通路75與每個y電極條的外端部分直接連接，但在它跨過x電極的端部處被覆蓋，從而防止了不希望有的與x電極的電幹擾。一個可供選擇的替代方案是具有蜿蜒的通路74，例如遵循城牆狀或鋸齒狀的通路，以避免與x電極的端部交叉。
圖10為圖8的2DCT原型的平面圖，示出了電極圖案和第二連接層，第二連接層在電極圖案區的外圍提供與x電極的連接和將y電極外部饋線接到圖8所示的y電極連接線上的連接。這幾乎與第一實施例的圖4完全相同，只是Y線要少一些。也就是說，x電極外部連接X1-X5和所關聯的軌線30-38是相同的，而從頸凸42伸出以便與第一連接層的匹配軌線連接的Y外部連接Y1-Y6的外部連接線路44也是同樣(只是在第二實施例中少一根)。此外，絕緣層具有與在第一實施例中的類似的適當的開放區和絕緣區。
驅動和數據採集電路與上面對第一實施例所說明的類似，只是在這種情況下除了對x電極信號之外還需要對y電極信號進行「滑動部」型處理。如已經提到的那樣，適當的電路可以參見以Harald Philipp名義公開的先前專利出版物，諸如參考文獻[28]和參考文獻[30]和[34]。
圖11是示出第三實施例的電極圖案的各部分的示意平面圖。與第一和第二實施例不同，第三實施例沒有中脊。作為替代，傳感區域的中央部分由在器件的左側和右側外部接觸的雙側斜削電極的電極組共同延伸的區域所限定。由圖可見，在沒有中脊的情況下，y電極10是一些各從傳感區的一側延伸跨越到另一側的單個直條。y電極10可以僅從左側或右側、或者部分從左側或右側、或者冗餘地從兩側接觸。x電極排列在各對垂直相鄰的y電極10之間，並且由4組x電極80、82、84和86組成。x電極組80和86是分別從傳感區域的左側和右側延伸的單側斜削電極。x電極組82和84是也分別從傳感區的左側和右側延伸的雙側斜削電極。傳感區域的用於x解析度的敏感部分由不同的x電極組共同延伸的三個部分形成，即由x電極組80和82在x方向上共同延伸所限定的處於傳感區域左側的第一部分I，由雙側斜削x電極組82和84在x方向上共同延伸所限定的處於傳感區域中部的第二部分II，以及由x電極組84和86在x方向上共同延伸所限定的處於傳感區域右側的第三部分III。以這種方式，每個相鄰的共同延伸的第一和第二組的x電極對、或者第二和第三組的x電極對、或者第三和第四組的x電極對各形成了一個如在參考文獻[28]內所說明的所謂滑動部。外部連接與第一和第二實施例類似，因此在這裡不再示出。然而，應該注意到，對於x電極將需要有4根外部連接線路X1-X4。對於y電極來說，可以進行與對第一和第二實施例的相同的考慮。在這方面要指出的是，對於第三實施例來說y電極的尋址可以遵循第一或第二實施例。
圖12是根據第三實施例設計的2DCT原型的示出電極圖案的平面圖。這採用了圖12的圖案結構，具有15行x電極組和與x電極組交錯的16行y電極條。還要注意的是，基片40具有設置在底側的頸凸42，這對於這個實施例來說是更為方便的分配。最下面的4個y電極條共同連接(遵照第一實施例的途徑)，而其他的y電極條三個一組地共同連接，以提供被限制為5個離散行的y解析度，這5行通過5根線路Y1-Y5連接到外部測量電路。y解析度可以通過將原型修改成遵照第二實施例的途徑而加以改善。4個x電極組中的每一個分別有各自的外部連接線路X1-X4。因此總共有9根外部連接線路。為了簡明起見，對於這個實施例沒有示出原型的其他層，但應該理解，可以承襲與第一和第二實施例大體類似的途徑。
圖13為示出第四實施例的電極圖案的各部分的示意平面圖。x電極82、84、86、88以與第三實施例中相同的方式排列，以提供覆蓋I、II和III的三列x位置敏感的x電極。(在備選方案中，x電極可以按第一和第二實施例排列。)然而，在第四實施例中y電極的排列與上面這些實施例不同。也就是說，在第四實施例中，y電極遵循附圖中的圖1所示的現有技術的比率制配對途徑，即參考文獻[30]的圖4所示的y電極結構。
在這種排列中，對於電極圖案的每個單元來說，在每個相鄰的x電極82、84、86、88的行之間有著相鄰的具有不同面積的可獨立尋址的成對y電極，因此在用戶手指或其他執行件鄰近這些y電極時，兩個相鄰的可獨立尋址的y電極各自提供大小與它們的相對面積成比例的相應信號。通過改變每行內相鄰的可獨立尋址的y電極條對的相對面積，就可以使這些信號之比表徵每個y電極單元內的y位置。在所示的這個例子中，每個單元具有5個y電極行，面積比從上到下為1∶0、1∶2、1∶1、2∶1、0∶1，其中第一個值呈現為從共同連接的y電極92、94、96、98的第一組90得出的信號，而第二個值呈現為從共同連接的y電極102、104、106、108的第二組100得出的信號。零值表示，對於這一行來說y電極僅由來自另一組的y電極形成，在這個例子中這是每個單元的最上面和最下面的y電極行的情況。第一組90外部接到線路Y1上，而第二組100外部連接到線路Y2上。其他每個電極圖案單元將需要另外兩根外部Y連接線。例如，在使用圖13所示的電極圖案單元的傳感器中，如果有15行y電極和14行x電極，就要有3個單元，需要6個Y連接Y1-Y6和4個X連接X1-X4，即總共10根。
原則上，可以將任何數量的y電極行分組入一個單元，具有兩個共同尋址的y電極組。然而，實際上，這個數量將受精度約束的限制。每單元的y電極行的行數至少是3行，但也可以是4、5(如圖中所示)、6、7、8、9、10甚至更多個行。
應該理解，雖然在所示的這個例子中使用了y電極對，但原則上可以使用3個或以上的y電極以及使用它們的相對面積對位置進行編碼，在這種情況下，對於給定的噪聲電平，可以製做較大的單元，即其中可以通過單個外部y位置連接對從而尋址大量的行的單元。
此外，雖然處理電路如在所示的例子中那樣產生隨每個單元內的y位置平滑改變的表面面積之比是方便的，但原則上這種隨y的改變在採用適當的處理電路的情況下可以是任意的。
Y組包括交替的Y1連接和Y2連接的矩形條帶，分別標為3和4，具有隨著部位改變的Y軸寬度，該改變方式使得產生隨著位置Y平滑改變的Y1與Y2之間的表面面積之比。使每對相鄰的y軸條帶3和4的和成為恆定，因此對於任何兩對條帶，電容的和是相同的，即對於每對條帶都有C(Y1)+C(Y2)＝C(Y)。於是，隨著用戶的手指沿著y軸移動，較大的電容值就成為分數的分子。
圖14是示出第五實施例的部分電極圖案的示意平面圖。在此這個圖案與前面這些實施例不同，在於，雙側斜削x電極16′從「凸」形顛倒成「凹」形，其中斜削朝雙側斜削的中間進行斜削，而不是從中間朝兩側進行斜削。這個雙側斜削形狀是參照具有中脊26′的實施例示出的，但它也可以用於無中脊的設計。單側斜削的x電極14′、18′相應顛倒，以形成必要的與凹形雙側斜削電極16′的共同延伸。
圖15為示出第六實施例的電極圖案的各部分的平面示意圖。這個實施例可以通過與圖2所示的第一實施例相比較來理解。如在第一實施例中那樣，傳感區被中脊26″分成左右兩半。y傳感由左、右側y電極條10″、12″執行，它們分別與各行左、右側x電極14″、16″、18″和20″、22″、24″交錯。要指出的是，相同的附圖標記用來標註相應的電極，但對於第六實施例的加上了雙撇號。
雖然x和y電極的總體排列與第一實施例的相同，並且y電極的形狀也相同，但x電極的形狀是不同的。形成共同延伸的區域的x電極不是具有平滑三角形的斜削形狀，而是具有鋸齒形狀，其中x電極組14″與16″、16″與18″、20″與22″以及22″與24″的共同延伸由在y方向上的指狀交叉形成，從而由共同延伸的電極對引起的相鄰塊限定了對於x位置特定的面積比。從通過交指形狀在y方向上提供的面積比來看，只要驅動面積(例如手指接觸面積)具有適當的大小，如圖中示意性地以傳感區左半側上的虛線橢圓所示，仍然可以實現所希望的從x電極的共同延伸對得出的比率制信號的取決於x的改變。這種交指式的排列對於主要用於按鈕陣列的傳感器區域可能是更可取的，因為它提供了與每個交指單元的寬度(在圖中示為″w″)相對應的x位置信息的階梯式改變。以這種方式，可以為x和y位置信息給出對於按鈕陣列是優選實現的階梯式靈敏度。在所示的這個例子中，可以看到，在x位置比率制信號內將有14個階梯，中脊26″的兩側各7個階梯。
這種在水平和垂直兩個方向上將傳感區象徵性地細分成矩形柵格的階梯式靈敏度的實施例與其中由x和y電極的「滑動部」型配置提供的在水平和垂直兩個方向上的準連續靈敏度的第二或第四實施例相反。
圖16是裝有根據任何以上所說明的本發明的實施例設計的2DCT的玻璃觸摸面板器件的示意平面圖。基片40所承載的前面所說明的2DCT傳感器區域貼在玻璃面板116的下面，玻璃面板116例如為5毫米厚，帶有夾在玻璃面板116的下面與基片40之間的按鈕圖案片110。按鈕圖案片110是印刷好的靜態片，但在其他情況下可以用能夠在多個按鈕圖案之間動態改變的顯示器和/或具有諸如投影一個控制某個標量(諸如功率或時間)的細長條的連續特徵的顯示器代替，其與對裝有該2DCT的器件的控制相關。通常，面板116不必是玻璃，也可以是任何適當的電介質材料。通常它將是透明的，以便可以與靜態或動態的顯示器集成在一起。面板典型地將形成諸如微波爐的門、烹飪器的上面板或供維護人員現場使用的手提工作流程跟蹤裝置的機殼之類的較大設備的一部分。
例如，按鈕圖案片110例示為示出與5x6柵格一致的陣列，在右下角有一個兩倍大小的按鈕，從而提供總共30-1＝29個按鈕。從傳感器區接出的外部連接線路經由頸凸42提供給印刷電路板(PCB)112承載的測量電路。測量電路PCB接到頸凸42的端部，並且也固定在玻璃面板116的下面。電纜114將測量電路接到其他數字電子器件和電源上。
應該理解，體現本發明的2DCT可以具有許多其他特徵。例如，在有些應用中所希望的是具有「喚醒」功能，從而整個器件「休眠」或者處在某個不活動狀態或者處在後臺狀態。在這樣的情況下，經常所希望的是具有隻要人體部分處在某個距離範圍內就會引發喚醒信號的功能。元件可以作為單個大的電容性電極予以驅動而不用考慮定位，同時該單元處於後臺狀態。在這個狀態期間，電子驅動器邏輯尋找非常小的信號改變，不必大到可以作為2維坐標處理，但足以確定物體或人在鄰近。電子器件於是「喚醒」整個系統，元件受到驅動，從而再次成為真的2DCT。
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1.一種二維位置傳感器，包括具有傳感區的基片，該傳感區由包括用於確定x位置的電極和用於確定y位置的電極的電極的圖案限定，其中x電極和y電極總體沿x方向延伸並且在y方向上交錯，以及其中x電極包括第一、第二和第三組的元件，所述元件形成為使得第一和第二組的元件的相鄰元件在傳感區的一部分上沿x方向共同延伸，而第二和第三組的元件的相鄰元件在傳感區的另一部分上沿x方向共同延伸，使得x電極提供沿x方向橫跨傳感區的相應比率制電容性信號。
2.權利要求1的傳感器，其中x電極還包括第四組的元件，第三和第四組的元件的相鄰元件在傳感區的又一部分上共同延伸，使得x電極提供沿x方向橫跨傳感區的相應比率制電容性信號。
3.權利要求2的傳感器，還包括在傳感區的外圍與電極連接的多條外部電線線路，這些外部電線線路包括分別與每個x電極組的元件連接的相應各電線線路；以及與y電極連接的多條電線線路。
4.權利要求1的傳感器，還包括從傳感區的外圍沿y方向延伸的中脊，用來互連從中脊的兩側延伸的第三組x電極的元件，從而使第三組x電極的元件可以從傳感區的外圍外部接觸。
5.權利要求4的傳感器，還包括在傳感區的外圍與電極連接的多條外部電線線路，這些外部電線線路包括與中脊連接從而與第三組x電極的接觸的電線線路，中脊象徵性地將傳感區分成左側和右側；與第一組x電極中的處於中脊左側的元件連接的電線線路；與第一組x電極中的處於中脊右側的元件連接的電線線路；與第二組x電極中的處於中脊左側的元件連接的電線線路；與第二組x電極中的處於中脊右側的元件連接的電線線路；以及與y電極連接的多條電線線路。
6.權利要求1至5中的任何一個權利要求的傳感器，其中相應各x電極組的共同延伸的元件在它們共同延伸的距離上具有互補的斜削度，以提供比率制電容性信號。
7.權利要求1至5中的任何一個權利要求的傳感器，其中相應各x電極組的在x方向上共同延伸的元件在它們共同延伸的距離上具有面積改變的相鄰塊，以提供比率制電容性信號。
8.權利要求1至5中的任何一個權利要求的傳感器，其中y電極單獨地和/或成組地與相應的外部電線線路連接，從而提供在y方向上的位置信息。
9.權利要求1至5中的任何一個權利要求的傳感器，其中y電極由電阻性元件互連，使得通過與y電極的子集連接的外部電線線路輸出比率制電容性信號，從而提供在y方向上的位置信息。
10.權利要求1至5中的任何一個權利要求的傳感器，其中y電極排列成垂直相鄰的各具有至少兩個y電極的組，每個組的y電極具有不同的垂直寬度，使得通過與每個組的不同的y電極連接的外部電線線路輸出比率制電容性信號，從而提供在y方向上的位置信息。
11.權利要求1至5中的任何一個權利要求的傳感器，其中電極用透明材料製成。
12.權利要求1至5中的任何一個權利要求的傳感器，其中基片用透明材料製成。
全文摘要
本發明涉及一種二維位置傳感器，其包括具有傳感區的基片，該傳感區由包括用於確定x位置的電極和用於確定y位置的電極的電極的圖案限定。x電極和y電極總體上沿x方向延伸並且在y方向上交錯。x電極包括至少第一、第二和第三組的元件，形成為使得不同的x電極組的元件的相鄰元件沿x方向共同延伸，使得x電極可以提供比率制電容性信號，從而提供在整個傳感區內的準連續的x位置傳感。此外，可以將y電極電阻性地連接起來或者排列成比率制的對，以提供準連續的y位置傳感。作為替換，x電極組可以是交指形的，以形成面積不同的沿x方向相鄰的塊，以與y電極所提供的階梯式y位置傳感相組合，提供階梯式的x位置傳感。
文檔編號G06F3/044GK101089802SQ200710108809
公開日2007年12月19日 申請日期2007年5月31日 優先權日2006年5月31日
發明者哈拉爾德·菲利普, 魯本·赫裡斯託福 申請人:哈拉爾德·菲利普