專利名稱：二維電容傳感器的結(jié)構(gòu)及定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器的結(jié)構(gòu)，尤其是指一種二維電容傳感器的結(jié)構(gòu)及定位方法。
背景技術(shù)：
所述傳感器是一種物理裝置，其能夠探測、感受外界的信號、物理條件(如光、熱、 濕度)或化學(xué)組成(如煙霧)，并將探知的信息傳遞給其他裝置。目前在觸控領(lǐng)域常見的有電阻傳感器和電容傳感器，所謂電阻傳感器是根據(jù)電阻值的變化轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號輸出的裝置，其結(jié)構(gòu)一般是通過設(shè)置兩層ITO實現(xiàn)的，其中，所述兩層ITO分別代表兩個方向，且每層ITO上均設(shè)有兩個相對的電極，從而利用分壓的原理求出觸碰點的具體位置坐標(biāo)。利用上述電阻式傳感器雖然可以偵測出觸碰點的具體位置，但是需要兩層ΙΤ0，而且抗干擾性能差，所以無論是傳感器的結(jié)構(gòu)還是定位方法都較復(fù)雜。而對于電容傳感器，其利用電容的原理傳遞X方向和Y方向上信號的一種器件或者裝置，可以是ITO (銦錫氧化物)層、PCB板、鍵盤或者觸摸屏等，通常由人的手指或者觸控筆致動。與電阻式傳感器相比較，電容傳感器的靈敏度更高，用戶只需要觸碰就可以操作； 再者，電容傳感器的抗干擾、穩(wěn)定性能更高，即使在高溫、低溫、強磁場、強輻射下也可以長期工作。而現(xiàn)階段，電容傳感器也是采用雙層ITO的布線結(jié)構(gòu)，雖然比起電阻式傳感器而言有了更多的改進，產(chǎn)生了更多的優(yōu)點，但是由于其仍舊是利用兩層ITO通過蝕刻的方式來布設(shè)電極最終偵測出觸碰點的位置，所以其結(jié)構(gòu)和工藝上還是較復(fù)雜；再者，利用雙層ITO 計算觸碰點的算法也較復(fù)雜，從而會影響偵測速度。所以如果能夠利用具有單層ITO的電容傳感器的話，不但結(jié)構(gòu)上更加簡單，而且抗干擾性能高、偵測結(jié)果也更加快速、穩(wěn)定。因此需要為廣大用戶提供一種更加簡便的二維電容傳感器的結(jié)構(gòu)及定位方法來解決以上問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實際所要解決的技術(shù)問題是如何提供一種結(jié)構(gòu)和工藝簡單、抗干擾性能高、能夠快速判斷出觸碰點的二維電容傳感器的結(jié)構(gòu)及定位方法。為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種二維電容傳感器的結(jié)構(gòu)，其由單層ITO組成，中間區(qū)域為觸控操作區(qū)域，所述傳感器的四個周圍邊緣處均設(shè)有條形電極塊。本發(fā)明還公開了一種利用上述二維電容傳感器結(jié)構(gòu)的定位方法，其步驟如下首先，從所述傳感器的一側(cè)電極塊施加一個激勵信號；其次，偵測與上述電極塊在同一方向上相對的另一側(cè)電極塊輸出波形圖的峰值；最后，根據(jù)上述波形圖中的峰值與無觸摸狀態(tài)下輸出波形圖的峰值的差值判斷觸碰點在上述方向上的位置坐標(biāo)，從而最終得到觸碰點的二維坐標(biāo)。本發(fā)明所述的二維電容傳感器的結(jié)構(gòu)和定位方法，利用了單層ITO偵測觸碰點的位置坐標(biāo)，不但結(jié)構(gòu)和工藝上更加簡單，而且能夠大大減少芯片引腳的個數(shù)，降低封裝尺寸和成本；同時本發(fā)明所述的二位電容傳感器還具有抗干擾性能高、能夠快速判斷出觸碰點位置等優(yōu)點。


圖1是根據(jù)本發(fā)明所述傳感器的結(jié)構(gòu)分布圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明所述傳感器信號輸入、輸出后的波形圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明是所述傳感器在無觸碰和觸碰后的信號輸出對比圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。本發(fā)明所涉及一種二維電容傳感器的結(jié)構(gòu)，請參考圖1所示，所述電容傳感器1由單層ITO組成，所述單層ITO可以是正方形或者長方形。所述單層ITO的中間區(qū)域11為觸控操作區(qū)域，如圖1中的虛線框；而在其上、下、左、右四個周圍邊緣處均設(shè)有電極塊10，其均連接到芯片3的相應(yīng)引腳的電極上，可以做驅(qū)動電極和探測電極，所述電極塊10呈長條狀，為了保證線形驅(qū)動的均勻性，將其長度分別設(shè)置為與相應(yīng)觸控區(qū)域的長度相同。即無論是在橫向上還是縱向上，所述電極塊10的長度均與所述單層ITO的中間區(qū)域11的長度相同。所述電極塊10是探測電極。其中，利用左、右位置處即橫向方向的一對電極塊10可以判斷觸碰點在X方向的位置，利用上、下位置處即縱向方向的一對電極塊10可以判斷觸碰點在Y方向的位置。采用上述結(jié)構(gòu)偵測觸碰點的具體位置方法如下
請參考圖2所示，當(dāng)偵測一個方向上的觸碰點位置坐標(biāo)時，由于所述ITO本身具有電阻，所以單層ITO可以等效成N個串聯(lián)的電阻。因此，所述傳感器1上的ITO就相當(dāng)于若干個等效電阻12，所以首先可以從所述傳感器1的一側(cè)橫向電極塊10施加一個激勵信號2 ； 其中所述激勵信號2是占空比可調(diào)的方波。其次，偵測與上述電極塊10在橫向方向上相對的另一側(cè)電極塊10輸出波形圖的峰值；由于只要電極塊10的一端輸入了一個激勵信號2， 那么經(jīng)過與ITO等效的若干電阻12后，就可以偵測出呈波浪狀的輸出電壓波形圖20。上述由于單層ITO可以等效成若干個電阻，所以所述傳感器中的單層ITO的電阻模型相當(dāng)于連續(xù)的若干個等效電阻的串聯(lián)。所以當(dāng)某一位置處觸碰后，該位置處相當(dāng)于連接了一個接地的電容Cf?，F(xiàn)假設(shè)A點被觸碰，那么所述激勵信號2在橫向方向上從所述最左端的電極塊 10傳遞時，經(jīng)過第一個電阻12到達觸碰點A的位置處就會形成一個RC振蕩回路。即所述 RC振蕩電路是由所述激勵信號的電極和觸碰點的電阻以及觸控對象到大地的電容構(gòu)成。由于傳輸時電阻的影響，所以輸出波形的峰值會有一定的衰減。而此時后面的電阻11對整個電路不會產(chǎn)生影響，所以觸碰點A的電壓值U就可以通過由偵測電極等效的電壓表而得出。請再參考圖3所示，由于在沒有觸控對象觸碰的情況下，所述激勵信號2在橫向方向上穿越上述ITO層時，若不考慮電阻的影響，那么輸出信號應(yīng)該沒有衰減，即輸出后的信號值應(yīng)該是一個穩(wěn)定的電壓波形圖W1，也就是說，所述輸出信號隨時間變化的電壓峰值是一個固定值，現(xiàn)設(shè)為Ul ；但是實際情況中，若觸碰點的位置離激勵信號2越遠，那么所述激勵信號2在傳遞時，隨著橫向方向上經(jīng)過的電阻越多，輸出信號的衰減度會越大越大，導(dǎo)致電壓峰值越來越小，設(shè)A點處波形圖W2的峰值為U2 ；比較在無觸碰狀態(tài)下輸出信號的電壓峰值Ul與衰減后的電壓峰值U2的差值，即AU= U1-U2，然后根據(jù)所述電壓差值A(chǔ)U就可以判斷出觸碰點在橫向方向上的具體位置。 判斷出觸碰點在橫向即X方向上的位置坐標(biāo)后，利用同樣原理和方法可以求出在縱向即Y方向上的位置坐標(biāo)，由于方法和原理相同，所以這里不再一一累述，如此以來就可以確定出觸碰點最終的二維位置坐標(biāo)。由于本發(fā)明利用傳感器上四個周圍邊緣處的電極塊 10就可以判斷出觸碰點的位置點坐標(biāo)，所以在單層ITO上即使不需要傳統(tǒng)刻蝕ITO的技術(shù)也一樣偵測出觸碰點的具體位置坐標(biāo)，因此不但減低了工藝、材料成本，也降低了芯片封裝等成本；再者，整個傳感器也更加簡單、輕薄。
權(quán)利要求
1.一種二維電容傳感器的結(jié)構(gòu)，其由單層ITO組成，中間區(qū)域為觸控操作區(qū)域，其特征在于所述傳感器的四個周圍邊緣處均設(shè)有條形電極塊。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述周圍邊緣是指所述傳感器的上、下、左、 右四個位置。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電極塊連接到芯片引腳的電極上，可以做驅(qū)動電極和探測電極。
4.如權(quán)利要求1或3所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電極塊呈長條狀，其長度分別與同一方向上相應(yīng)觸控操作區(qū)域的長度相同。
5.如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于利用所述左、右位置處即橫向方向的一對電極塊可以判斷觸碰點在X方向的位置。
6.如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于利用所述上、下位置處即縱向方向的一對電極塊可以判斷觸碰點在Y方向的位置。
7.一種利用所述權(quán)利要求1中二維電容傳感器結(jié)構(gòu)的定位方法，其步驟如下首先，從所述傳感器的一側(cè)電極塊施加一個激勵信號；其次，偵測與上述電極塊在同一方向上相對的另一側(cè)電極塊輸出波形圖的峰值；最后，根據(jù)上述波形圖中的峰值與無觸碰狀態(tài)下輸出波形圖的峰值的差值判斷觸碰點在上述方向上的位置坐標(biāo)，從而最終得到觸碰點的二維坐標(biāo)。
8.如權(quán)利要求7所述的定位方法，其特征在于所述傳感器中的單層ITO的電阻模型相當(dāng)于連續(xù)的若干個等效電阻的串聯(lián)。
9.如權(quán)利要求7所述的定位方法，其特征在于所述激勵信號從所述傳感器的一側(cè)電極塊向另一側(cè)傳遞時，若有觸碰，則所述激勵信號會經(jīng)過一 RC振蕩電路，輸出波形的峰值會有一定的衰減。
10.如權(quán)利要求9所述的定位方法，其特征在于所述RC振蕩電路是由所述激勵信號的電極和觸碰點的電阻以及觸控對象到大地的電容構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二維電容傳感器的結(jié)構(gòu)，其由單層ITO組成，中間區(qū)域為觸控操作區(qū)域，所述傳感器的四個周圍邊緣處均設(shè)有條形電極塊。本發(fā)明所述的二維電容傳感器的結(jié)構(gòu)和定位方法，利用了單層ITO偵測觸碰點的位置坐標(biāo)，不但結(jié)構(gòu)和工藝上更加簡單，而且能夠大大減少芯片引腳的個數(shù)，降低封裝尺寸和成本。
文檔編號G06F3/044GK102368192SQ20111029670
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者李海, 陳奇 申請人:蘇州瀚瑞微電子有限公司