用于手势检测及跟踪的电极布置制造技术

本发明专利技术涉及一种电极布置，其具有矩阵，所述矩阵具有布置于单层中的电容式触摸传感器的行及列，其中每一触摸传感器具有第一电极及相关联的第二电极，其中连接所述矩阵的每一行中的所述第一电极且连接所述矩阵的每一列中的所述第二电极，且其中所述电极5布置进一步具有电容耦合件，其可经操作以将交变发射信号仅馈送到经连接的第一电极的顶行及底行且馈送到经连接的第二电极的最左列及最右列。

Electrode arrangement for hand gesture detection and tracking

The invention relates to an electrode arrangement, its matrix, rows and columns of the matrix has a capacitive touch sensor arranged in monolayer, in which each touch sensor has a first electrode and a second electrode associated, which in each row of the first electrode connected to the matrix and connected to the each column of the matrix in the second electrode, wherein the electrode 5 is arranged further with capacitive coupling, which is operable to transmit signals only by alternating fed to the top line connected to the first electrode and the bottom line and the fed to the left column of the second electrode connection and right column.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请案本申请案主张2014年8月20日申请的共同拥有的第62/039,734号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案出于所有目的特此以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及电容式感测系统及其操作方法，特定来说，本专利技术涉及使用电场效应的电容式感测系统的电极布置。
技术介绍
集成电路(也被称为由本申请案的受让人制造的MGC3130)为可用于三维无触摸手势检测及跟踪(使用准静态交变近场电场，例如大约100到200kHz)的高度敏感电容式感测技术。此系统通常使用发射电极，所述发射电极接收例如正弦波或方波信号的交变信号以产生所述电场。多个接收电极以类似框架的方式布置于(例如)发射电极上方，且可在集成电路装置内通过信号处理而从所接收的信号重建对象的三维位置。使用此集成电路装置的人机接口装置(HID)需要通常形成于导电材料的层(例如，印刷电路板层(PCB)的铜条)中的传感器电极。这些电极电连接到集成电路中的检测单元。在检测系统中，常规电极布置可形成于多层印刷电路板上，其中底层的全部或大部分通常用作为发射器且较小接收电极及补偿电极可形成于顶层上。可设置两个以上的层以建立还可增加此类电极布置的制造成本的电极。手势检测单元的测量值尤其取决于传感器电极周边的目标对象(手指/手)的影响电极与目标之间的电容耦合的位置，从而产生取决于交变电场的失真的目标测量信号。所述手势在检测区域上方执行且无需触摸相应装置的任何区域。此外，触摸检测还可需要执行/起始所述装置的特定功能。工业设计的平整度及制造成本正驱动消费及其它行业中的投影电容式触摸显示器。现今，消费显示应用中越来越多的触摸面板是单层电极设计，其更易于制造、能获取更高产率、更薄且显著降低成本。此外，单层设计可提供更好的光学特性(更高透明度)。现今的两层电极设计是进入利用3D手位置跟踪及手势识别的此早期批量市场的障碍。
技术实现思路
因此，需要较便宜的电极布置。根据实施例，一种电极布置可包括矩阵，所述矩阵具有布置于单层中的电容式触摸传感器的行及列，其中每一触摸传感器包括第一电极及相关联的第二电极，其中连接所述矩阵的每一行中的所述第一电极且连接所述矩阵的每一列中的所述第二电极，且其中所述电极布置进一步包括电容耦合件，所述电容耦合件可经操作以将交变发射信号仅馈送到经连接的第一电极的顶行及底行且馈送到经连接的第二电极的最左列及最右列。根据另一实施例，电容耦合件可包括第一电容器、第二电容器、第三电容器及第四电容器，其中所述第一电容器的第一端子连接到顶行电极，所述第二电容器的第一端子连接到底行电极，所述第三电容器的第一端子连接到最左列电极，且所述第四电容器的第一端子连接到最右列电极，且其中第一电容器、第二电容器、第三电容器及第四电容器的第二端子经共同连接且接收交变发射信号。根据另一实施例，电极布置可进一步包括接触区域，所述接触区域包括经配置以将电连接提供到行及列的电连接的多个馈线。根据另一实施例，电极布置可进一步包括位衬底，在所述衬底的顶侧上布置第一电极及第二电极。根据另一实施例，所述衬底可为柔性衬底。根据另一实施例，电极布置可进一步包括切换电路，所述切换电路在第一操作模式中将行及列与触摸检测装置耦合且在第二操作模式中将顶行、底行、最左列及最右列分别与非触摸手势检测装置的相应输入耦合。根据另一实施例，第一电极及第二电极可操作为第一操作模式中的投影电容式触摸传感器。根据另一实施例，四个电极可由顶行、底行、最左列及最右列形成，在第二操作模式期间通过电容耦合件接收连续交变发射信号且通过确定所述四个电极中的每一者的负载而经评估。根据另一实施例，在第二操作模式中，未经使用的电极经共同切换以接收所述交变发射信号。根据另一实施例，第一电极及第二电极各自为梳子状且以交叉指形的形式经布置。根据另一实施例，传感器布置可包括如以上所描述的电极布置，其中所述电极布置进一步布置于衬底的顶部上且包括连接区域，所述连接区域包括经配置以将行电极及列电极与连接器连接的多个馈线。根据另一实施例，传感器布置可进一步包括与馈线连接的控制器，其中所述控制器经配置以以第一模式或第二模式操作，其中所述第一模式将由顶行、底行、最右列及最左列形成的电极用于无触摸手势检测且第二模式将第一电极及第二电极用作为投影电容式触摸传感器以用于基于触摸的检测模式。根据另一实施例，其描述一种用于操作传感器布置的方法，所述传感器布置包括矩阵，所述矩阵具有布置于单层中的电容式触摸传感器的行及列，其中每一触摸传感器包括第一电极及相关联的第二电极，其中连接所述矩阵的每一行中的所述第一电极且连接所述矩阵的每一列中的所述第二电极，所述方法可包括以下步骤：在第一操作模式中，在测量循环期间将连续交变发射信号通过电容耦合件仅馈送到由经连接的第一电极的顶行及底行及经连接的第二电极的最左列及最右列形成的手势检测电极，且通过处理手势检测电极中的信号以评估所述手势检测电极的负载而确定进入由所述手势检测电极产生的电场的对象的三维位置；且在第二操作模式中，关闭交变发射信号且测量每一电容式触摸传感器的电容以确定是否已触摸电容式触摸传感器。根据以上方法的另一实施例，在第一模式中还将交变发射信号电容馈送到矩阵的每一另外未经使用的第一电极及第二电极。附图说明图1及2展示用于电容式三维手势检测的常规传感器布置。图3展示根据图1或2的传感器布置的简化等效电路。图4展示具有栅格状中心电极的一层传感器布置的第一实施例。图5展示具有发射中心电极的一层传感器布置的第二实施例。图6展示具有多个投影电容式触摸传感器电极的一层传感器布置的第三实施例。图7展示具有多个投影电容式触摸传感器电极的一层传感器布置的第四实施例。图8展示使用具有多个投影电容式触摸传感器电极的一层传感器布置的传感器电路的第一实施例。图9展示使用具有多个投影电容式触摸传感器电极的一层传感器布置的传感器电路的第二实施例。图10展示使用具有多个投影电容式触摸传感器电极的一层传感器布置的传感器电路的第三实施例。具体实施方式根据各种实施例，可设计传感器布置，特定来说，可设计使用准静态交变近场电场的效应的用于非触摸三维手势检测系统的传感器布置，所述传感器布置提供较低材料及制造成本、较薄传感器设计及透明设计的较好光学性能。如上文所提及，三维电容式非触摸检测系统产生准静态电场，其中评估由进入所述电场的对象引起的所述电场中的扰动。所述评估允许电场确定所述对象(例如用户的手指)的三维位置，且跟踪所述对象的位置以进一步确定是否已执行预定手势池中的手势。此系统还可操作为三维无触摸鼠标或控制任何种类的适合操作。此系统通常使用接收例如正弦波或方波信号(例如具有100到200kHz的频率)的交变信号以产生准静态交变电场的发射电极。与(例如)互电容或自电容测量相反，发射电极经永久供应有产生器信号且当在测量期间永久支撑电场时，测量产生的电场中的扰动。系统不评估单个脉冲、由单个或多重脉冲产生的电压及传感器电极的相关联的电荷变化，这是由于(例如)电容式分压器或用于互电容或自电容测量的电荷时间测量单元在电容测量系统中是常见的。在一些实施例中，多个接收电极(例如)以框架方式经布置以评估由发射电极产生的准静态电场，且可在集成电路装置内通过信号处理而自所接收的信号重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极布置，其包括：矩阵，所述矩阵具有布置于单层中的电容式触摸传感器的行及列，其中每一触摸传感器包括第一电极及相关联的第二电极，其中连接所述矩阵的每一行中的所述第一电极且连接所述矩阵的每一列中的所述第二电极，且其中所述电极布置进一步包括电容耦合件，其可经操作以将交变发射信号仅馈送到经连接的第一电极的顶行及底行且馈送到经连接的第二电极的最左列及最右列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.20 US 62/039,734;2015.08.19 US 14/830,3551.一种电极布置，其包括：矩阵，所述矩阵具有布置于单层中的电容式触摸传感器的行及列，其中每一触摸传感器包括第一电极及相关联的第二电极，其中连接所述矩阵的每一行中的所述第一电极且连接所述矩阵的每一列中的所述第二电极，且其中所述电极布置进一步包括电容耦合件，其可经操作以将交变发射信号仅馈送到经连接的第一电极的顶行及底行且馈送到经连接的第二电极的最左列及最右列。2.根据权利要求1所述的电极布置，其中所述电容耦合件包括第一电容器、第二电容器、第三电容器及第四电容器，其中所述第一电容器的第一端子连接到所述顶行电极，所述第二电容器的第一端子连接到所述底行电极，所述第三电容器的第一端子连接到所述最左列电极，且所述第四电容器的第一端子连接到所述最右列电极，且其中所述第一电容器、所述第二电容器、所述第三电容器及所述第四电容器的第二端子连接在一起且接收所述交变发射信号。3.根据权利要求1所述的电极布置，其进一步包括接触区域，所述接触区域包括经配置以提供到所述行及列的电连接的多个馈线。4.根据权利要求1所述的电极布置，其进一步包括衬底，在所述衬底的顶侧上布置所述第一电极及所述第二电极。5.根据权利要求4所述的电极布置，其中所述衬底为柔性衬底。6.根据权利要求4所述的电极布置，其进一步包括切换电路，所述切换电路在第一操作模式中将所述行及列与触摸检测装置耦合且在第二操作模式中将所述顶行、底行、最左列及最右列分别与非触摸手势检测装置的相应输入耦合。7.根据权利要求6所述的电极布置，其中所述第一电极及所述第二电极操作为所述第一操作模式中的投影电容式触摸传感器。8.根据权利要求7所述的电极布置，其中四个电极由所述顶行、底行、最左列及最右列形成，在所述第二操作模式期间通过所述电容耦合件接收连续交变发射信号且通过确定所述四个电极中的每一者的负载而经评估。9.根据权利要求6所述的电极布置，其中在所述第二操作模式中，未经使用的电极经共同切换以接收所述交变发射信号。10.根据权利要求1所述的电极布置，其中所述第一电极及所述第二电极各自为梳子状且以交叉指形的形式经布置。11.一种传感器布置，其包括根据权利要求1所述的电极布置，其中所述电极布置进一步布置于衬底的顶部上且包括连接区域，所述连接区域包括经配置以将所述行电极及所述列电极与连接器连接的多个馈线。12.根据权利要求11所述的传感器布置，其进一步包括与所述馈线连接的控制器，其中所述控制器经配置以以第一模式或第二模式操作，其中所述第一模式将由所述顶行、底行、最右列及最左列形成的电极用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰·奥鲍尔，安德烈亚斯·多夫纳，
申请(专利权)人：微晶片科技德国公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE