专利名称：电感式触控传感器及其触摸点侦测方法
技术领域：
本发明涉及一种触控传感器，特别是涉及一种采用电感感应原理侦测触摸位置的触控传感器及其侦测触摸点的方法。
背景技术：
目前，触控技术已经普遍应用于日常工作和生活，例如自动柜员机(ATM)、笔记本电脑的轨迹板、娱乐播放器的滚轮。触控传感器将侦测手指或触控笔之类的物体在触控传感器表面的运动，并将其转化成电信号用于后续处理。触控感应原理主要有电阻式、电容式、声波式、光学式等等。其中，电阻式触控传感器包括两层连续电阻膜，该两层电阻膜相互层叠，以绝缘隔点隔开一定距离。当触控物体触摸触控传感器表面时，触摸位置的两层电阻膜相互接触，进而产生电流变化。触控传感器依此计算出触摸位置。但是，不能同时区分多个触摸位置。电容式触控传感器分为投射电容式和表面电容式，其中，投射电容式触控传感器具有网格状电极图形，而表面电容式触控传感器包括一个边缘分布有电极的连续导电膜。 当导电物体，例如金属物或人体，接近触控传感器表面时，触摸位置的电极或导电膜产生电容变化，触控传感器依此计算出触摸位置。然而，绝缘物体的触摸是不能被侦测的。声波式触控传感器包括声波发射元件和接受元件，使发射元件产生的声波在触控传感器表面传播。触控物体会阻挡并吸收触摸位置的声波能量，产生信号变化，触控传感器依此计算出触摸位置。光学式触控传感器的工作原理和声波式触控传感器类似，只是以光波代替声波做侦测介质，例如红外线。该两种触控传感器都需要安装相应波的发射和接受元件，而且传感器的传播表面上出现的任何脏污或缺陷，都会影响触控传感器的敏感度，甚至造成触控传感器的失效。综上所述，电阻式触控传感器侦测触摸位置的精度不高，尤其不能实现同时侦测多个触摸位置；而电容式触控传感器仅能侦测导电物体的触摸位置。另外，声波式和光学式触控传感器对触摸表面的光洁度和操作环境要求较高，需要定期维护和校正。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种电感式触控传感器，既能侦测导电物体也能侦测绝缘物体在触控传感器上的触摸位置，同时具有较高的精度和灵敏度。还提供一种电感式触控传感器的触摸点侦测方法。一种电感式触控传感器，其特征在于，包括用于产生磁场的驱动层，布设于所述驱动层一侧的用于产生电感变化的感应层，以及连接所述驱动层和所述感应层的电感电路， 所述电感电路利用所述感应层产生的电感变化侦测触摸点位置。本发明另提供的一种电感式触控传感器的触摸点侦测方法，包括以下步骤，步骤 a，通过电感电路给驱动层施加驱动电流，使所述驱动层周围产生磁场，所述磁场引起感应层产生电感；步骤b，当所述驱动层的外表面被触摸时，所述驱动层和所述感应层之间的距离发生变化，所述距离变化引起所述感应层上产生的电感发生变化；步骤C，所述感应电路输出所述电感变化，并依据所述电感变化计算触摸点位置。 采用上述电感式触控传感器及其触摸点侦测方法，可以侦测导电物体和绝缘物体的触摸点位置，同时克服上述利用其他触控感应原理的触控传感器的缺点。因此，利用电感原理侦测触摸位置时，不需要限定触控物体是否是导体，且侦测精度和灵敏度比较高，对环境的清洁度要求也不严格。
下面结合具体实施方式
及附图，对本发明作进一步详细说明。
图1为两条导线之间产生电感的原理示意图。
图加为本发明提供的电感式触控传感器的第一实施方式的侧面示意图。
图2b为图加的平面结构示意图。
图3为图2a、2b所示第一实施方式的电感式触控传感器的工作原理示意图。
图4a.4b.4c为第一实施方式的其他三种装配方式的侧面示意图。
图5为本发明提供的电感式触控传感器的第二实施方式的平面结构示意图。
图6为本发明提供的电感式触控传感器的第三实施方式的平面结构示意图。
图7a为本发明提供的电感式触控传感器的第四实施方式的侧面示意图。
图7b为图7a的平面结构示意图。
图8为本发明提供的电感式触控传感器的第五实施方式的平面结构示意图。
图9a为本发明提供的电感式触控传感器的第六实施方式的侧面示意图。
图9b为图9a的平面结构示意图。
具体实施例方式众所周知，当电流通过导体时，该导体周围会产生磁场。该导体产生的磁场强度由该导体的几何形状和通过电流强度的大小决定。当有另一导体靠近该导体时，被该导体周围的磁场激励产生电感。如图1所示，导线1和导线2相互靠近，电流4通过导线2，使得导线2周围产生磁场3。此时，导线1便置于磁场3中，被磁场3激励而产生电感。电感大小取决于两导线之间的距离等其他参数，也就是说，如果两导线之间的距离改变，则电感改变。该电感变化表现为电信号5而输出。该电信号可以是电流信号，也可以是电压信号等。 因此，侦测电感变化，就可以被用于确定引起距离变化的触摸点的位置。本发明提供的电感式触控传感器就是利用上述工作原理而产生的。如图加和2b所示为本发明第一实施方式的电感式触控传感器。电感式触控传感器100包括驱动层110、感应层120以及电感电路130。其中，驱动层110包括驱动电极111 和用于承载驱动电极111的驱动基板112，感应层120包括感应电极121和用于承载感应电极121的感应基板122。电感电路130包括驱动导线131、感应导线132和处理器133。驱动导线131在驱动基板内沿第一方向延伸，并连接驱动电极111至处理器133 ；同时，感应导线132在感应基板内沿第二方向延伸，并连接感应电极121至处理器133。第一方向与第二方向相互垂直设置。为使驱动电极111和感应电极121不相互接触，两者之间可以用绝缘介质(图未示)隔开，以保持一定距离，该绝缘介质可以为连续绝缘层，也可以为多个绝缘隔点。该绝缘介质的材料可以选择可变形的绝缘材料，例如绝缘塑料、绝缘性液态溶胶等，也可以为空气。处理器133通过驱动导线131对驱动电极111施加驱动电流，使得驱动电极111周围产生磁场。该磁场激励感应电极121产生电感。该电感受驱动电极111和感应电极121 之间的距离影响而变化。当驱动基板112的外表面被触摸时，该驱动基板112产生形变，并向感应基板122靠近，造成驱动基板112上的驱动电极111和感应基板122上的感应电极 121之间的距离减小。该距离的减小引起感应电极121上产生的电感发生变化。该电感变化以电信号方式通过感应导线132输出至处理器133，以计算出触摸位置。如图3所示，驱动电极IllaUllb和Illc分布在驱动导线131a上；驱动电极 IllcUllle和Illf分布在驱动导线131b上；驱动电极IllgUllh和Illi分布在驱动导线 131c上。同时，感应电极121a、121d、121g分布在感应导线132a ± ；感应电极121b、121e、 121h分布在感应导线132b上；感应电极121c、121f、121i分布在感应导线132c上。每条驱动导线131a、131b、131c依次通过驱动电流，同时检测感应导线132aU32bU32c0例如， 当驱动导线131a通过驱动电流时，驱动电极11 la、11 lb、11 Ic周围产生磁场，激励感应电极 131a、121b、121c产生电感。如果驱动电极Illa被触摸，则驱动电极Illa向感应电极121a 靠近，进而驱动电电极Illa和感应电极121a之间的距离减小，引起感应电极121a产生的电感发生变化。该电感变化将在检测感应导线13 时被检测到，并输出至处理器133。因此，处理器133依据驱动导线131a和感应导线13 在电感式触控传感器上的位置，计算得出触摸点的对应位置。上述第一实施方式之电感式触控传感器100中，图示的驱动电极111和感应电极 121的数量分别为9个，但是实际应用中可以分别为至少一个驱动电极和至少一个感应电极。同理，图示的驱动导线131和感应导线132的数量分别为3条，但是实际应用中可以分别为至少一条驱动导线和至少一条感应导线。同时，驱动导线131延伸的第一方向和感应导线132延伸的第二方向不限于相互垂直，只要第一方向与第二方向相互交叉分布即可。驱动电极111可以分布于驱动基板112的内表面或外表面，同理，感应电极121可以分布于感应基板122的内表面或外表面。如图如所示，驱动电极111分布于驱动基板112 的外表面，同时感应电极121分布于感应基板122的内表面；如图4b所示，驱动电极111分布于驱动基板112的外表面，同时感应电极121分布于感应基板122的外表面；如图如所示，驱动电极111分布于驱动基板112的内表面，同时感应电极121分布于感应基板122的外表面。若驱动电极111分布于驱动基板112外表面，或感应电极121分布于感应基板122 外表面时，则该驱动电极111或该感应电极121表面设置至少一个保护层(图未示)，以防止电极被划伤。如图5所示之本发明第二实施方式之电感式触控传感器200。电感式触控传感器 200包括驱动层210、感应层220和电感电路230。其中，驱动层210包括驱动电极211和用于承载驱动电极211的驱动基板212。感应层220包括感应电极221和用于承载感应电极221的感应基板222。电感电路230包括驱动导线231、感应导线232及处理器233。驱动导线231以驱动基板212内表面的任意一角为起点，在驱动基板212内表面上沿不同方向延伸，以覆盖整个驱动基板212内表面，同时，驱动导线231连接驱动电极211至处理器 233。感应导线232在感应基板222内表面上延伸形成同心圆弧，以覆盖整个感应基板222，同时感应导线232连接感应电极211至处理器233。第二实施方式的触摸点侦测方法同第一实施方式。鉴于驱动导线231和感应导线232分布方式，触摸点位置通过极坐标计算得出，该极坐标由驱动导线231的角度和感应导线232的弧半径定义。上述第二实施方式之电感式触控传感器200中，图示的驱动电极211和感应电极 221的数量分别为13个，但实际应用中可以分别为至少一个驱动电极和至少一个感应电极。同理，图示的驱动导线231和感应导线232的数量分别为3条和5条，但实际应用中可以分别为至少一条驱动导线和至少一条感应导线。驱动导线231的延伸起点不局限于驱动基板212内表面的一角，可以是驱动基板 212内表面上的任意一点。例如，与上述第二实施方式类似的第三实施方式，运用极坐标计算触摸点，驱动导线的延伸起点位于驱动基板内表面的中心位置，如图6所示，其中，电感式触控传感器300包括驱动层310、感应层320及电感电路330。驱动层310包括驱动电极 311 (以20个驱动电极为例)和用于承载驱动电极311的驱动基板312，感应层320包括感应电极321 (以20个感应电极为例)和用于承载感应电极321的感应基板322。电感电路 330包括驱动导线331 (以4条驱动导线为例)、感应导线332 (以3条驱动导线为例)及处理器333。与第二实施方式不同，驱动导线331在驱动基板312内表面上沿不同方向延伸， 且均在驱动基板312内表面的中心位置交叉。在上述驱动导线331的交叉处，设置有多个绝缘片340，用于使每条驱动导线331之间相互绝缘。同时，感应导线332在感应基板322 内表面上，以感应基板322内表面的中心位置为圆点形成同心圆。其他元件的连接方式同第一实施方式。上述第三实施方式之电感式触控传感器300中，图示的驱动电极311和感应电极 321的数量分别为20个，但实际应用中可以分别为至少一个驱动电极和至少一个感应电极。同理，图示的驱动导线331和感应导线332的数量分别为4条和3条，但实际应用中可以分别为至少一条驱动导线和至少一条感应导线。同理，驱动导线可以同心圆或同心圆弧的形式分布，同时，感应导线沿不同方向延伸，且在感应基板内表面任意一点处交叉。因此，驱动导线和感应导线不局限为直线，可以是弧线等。以上实施方式中，沿第一方向分布的驱动导线和沿第二方向分布的感应导线同时用于计算触摸点位置。然而，若驱动电极为平面连续结构，用于驱动产生磁场，则感应电极将分为不同方向的两组感应电极，以确定触摸点位置。如图7a和7b所示，为本发明第四实施方式之电感式触控传感器。电感式触控传感器400包括驱动层410、感应层420和电感电路430。驱动层410包括驱动电极411和用于承载驱动电极411的驱动基板412，其中驱动电极411为平面连续结构。感应层420包括感应基板422、分布于感应基板422内表面的第一感应电极421 (以9个第一感应电极为例)及分布于感应基板422外表面的第二感应电极423(以9个第二感应电极为例)。电感电路430包括处理器433、驱动导线431、第一感应导线432 (以3条第一感应导线为例)及第二感应导线434(以3条第二感应导线为例)。驱动导线431连接驱动电极411至处理器 433，以提供驱动电流。第一感应导线432在感应基板422内表面上沿第一方向连接第一感应电极421至处理器433，同时，第二感应导线434在感应基板422外表面上沿第二方向连接第二感应电极423至处理器433。该第一方向和该第二方向相互垂直设置。
当驱动电流通过驱动电极411时，感应层420周围产生磁场，引起第一感应电极 421和第二感应电极423产生分别产生电感。若驱动基板412外表面被触摸，则在触摸点处，驱动电极411和第一感应电极421之间的距离将减小，引起第一感应电极421产生的电感发生变化。处理器433接收该电感变化的电信号，以计算出触摸点在第一方向的位置。 同时，驱动电极411和位于感应基板422外表面的第二感应电极423之间的距离也会减小。 同理，处理器433可计算出触摸点在第二方向的位置。上述第四实施方式之电感式触控传感器400中，图示的第一感应电极421和第二感应电极423的数量分别为9个，但实际应用中可以分别为至少一个第一感应电极和至少一个第二感应电极。同理，图示的第一感应导线432和第二感应导线434的数量分别为3 条，但实际应用中可以分别为至少一条第一感应导线和至少一条第二感应导线。同时，第一感应导线432延伸的第一方向和第二感应导线434延伸的第二方向不限于相互垂直，只要第一方向与第二方相互交叉分布即可。分布于感应基板两面的第一感应电极和第二感应电极也可以同时分布于感应基板的同一面。如图8所示，同上述第四实施方式类似，第五实施方式之电感式触控传感器500包括具有平面连续驱动电极511和驱动基板512的驱动层510、具有第一感应电极 521 (以9个第一感应电极为例)、第二感应电极523 (以9个第二感应电极为例)和感应基板522的感应层520及电感电路530。其中，第一感应电极521和第二感应电极523均分布于感应基板522的内表面。电感电路530包括驱动导线531、第一感应导线532 (以3条第一感应导线为例)、第二感应导线(以3条第二感应导线为例)534及处理器533。第一感应导线532在感应基板522内沿第一方向连接第一感应电极521至处理器533，同时，第二感应导线534在感应基板522内沿第二方向连接第二感应电极523至处理器533，且第一感应导线532和第二感应导线534在感应基板522内表面上相互垂直。为使第一感应导线 532和第二感应导线534相互绝缘，在两者交叉处设置绝缘片M0，使其夹在第一感应导线 532和第二感应导线534之间。触摸点侦测方法同上述第四实施方式。上述第五实施方式之电感式触控传感器500中，图示的第一感应电极521和第二感应电极523的数量分别为9个，但实际应用中可以分别为至少一个第一感应电极和至少一个第二感应电极。同理，图示的第一感应导线532和第二感应导线534的数量分别为3 条，但实际应用中可以分别为至少一条第一感应导线和至少一条第二感应导线。同时，第一感应导线532延伸的第一方向和第二感应导线534延伸的第二方向不限于相互垂直，只要第一方向与第二方向相互交叉分布即可。上述第四实施方式和第五实施方式中第一感应导线和第二感应导线，可以采用第二实施方式和第三实施方式中驱动导线的感应导线的分布方式，以利用极坐标来计算触摸点位置。上述实施方式中，触摸点是通过分布于两个不同方向的电极和导线计算得出的。 若每个电极可独自定义一个唯一的坐标位置，则仅需要一层用于定位的电极即能确定触摸点位置。如图9a和9b所示，本发明第六实施方式之电感式触控传感器600包括彼此相对的驱动层610和感应层620，及电感电路630。驱动层610包括平面连续的驱动电极611和驱动基板612 ；感应层620包括感应电极621(以9个感应电极为例)和感应基板622 ；电感电路630包括驱动导线631、感应导线632和处理器633。驱动电极611通过驱动导线631连接至处理器633，而每个感应电极621则各自独立地通过感应导线632连接至处理器633。同上述实施方式类似，驱动电极611产生的磁场引起感应电极621上产生电感，触摸引起的相应感应电极621产生的电感变化，通过相应感应电极621相连接的感应导线632 输出至处理器633，以计算触摸点位置。因为每个感应电极621各自独立地连接至处理器 633的，所以每个独立的感应电极621可以直接定义唯一的位置。因此，触摸点位置可以由产生电感变化的感应电极621的位置直接确定。上述第六实施方式之电感式触控传感器600中，图示的感应电极621的数量为9 个，但实际应用中可以为至少一个感应电极。感应导线632的数量同感应电极621的数量， 且彼此之间不相互接触。本发明提供的电感式触控传感器中，驱动电极和感应电极不相互接触，两者之间可以用绝缘介质(图未示)隔开，以保持一定距离，该绝缘介质可以为连续绝缘层，也可以为多个绝缘隔点。该绝缘介质的材料可以选择可变形的绝缘材料，例如绝缘塑料、绝缘性液态溶胶等，也可以为空气。此外，驱动电极可以分布于驱动基板的内表面，也可以分布于驱动基板的外表面；同理，感应电极可以分布于感应基板的内表面，也可以分布于感应基板的外表面，甚至可以同时分布于感应基板的内外表面。若驱动电极分布于驱动基板的外表面， 或感应电极分布于感应基板的外表面，则该驱动电极或该感应电极表面设置至少一个保护层，以防止电极被划伤。在不同的操作情形下，驱动层的外表面或感应层的外表面都可以用于触摸，以使驱动电极和感应电极之间的距离发生变化。本发明提供的电感式触控传感器于不同设备结合时，可以由透明材料制成，例如运用于显示器的触控屏幕；也可以由不透明材料制成，例如运用于笔记本电脑的触控板。凭借电感式触控感应原理，导电物体和绝缘物体在各种环境下，都能被精确灵敏地侦测触摸点位置。本发明中驱动电极和感应电极各自包括至少一个电极。驱动电极和感应电极的数目主要由电感式触控传感器的尺寸和解析度决定。通常，解析度要求越高，或尺寸要求越大，则电极数目也越多。驱动导线和感应导线的数目由驱动电极和感应电极的数目决定。此外，电感电路的数目由实际设计需要决定。以上，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种电感式触控传感器，其特征在于，所述电感式触控传感器包括用于产生磁场的驱动层，布设于所述磁场中的用于当所述电感式触控传感器被触摸时产生电感变化的感应层，以及连接所述驱动层和所述感应层的电感电路，所述电感电路利用所述感应层产生的电感变化侦测触摸点位置。
2.根据权利要求1所述的电感式触控传感器，其特征在于所述驱动层位于所述感应层的一侧。
3.根据权利要求1所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述感应层包括至少一感应电极及用于承载所述感应电极的感应基板。
4.根据权利要求3所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述驱动层包括至少一驱动电极及用于承载所述驱动电极的驱动基板。
5.根据权利要求4所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述电感电路包括处理器，用于连接所述驱动电极至所述处理器的驱动导线，及用于连接所述感应电极至所述处理器的感应导线。
6.根据权利要求5所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述驱动导线沿第一方向分布，所述感应导线沿第二方向分布。
7.根据权利要求5所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述驱动导线沿不同方向延伸，所述感应导线形成同心圆，所述驱动导线的交点位于所述驱动基板表面，所述感应导线的圆心位于所述感应基板表面，且所述交点与所述圆心相互对应。
8.根据权利要求7所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述同心圆包括同心圆弧。
9.根据权利要求7所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述驱动导线的交点处布设有用于使所述驱动导线彼此之间相互绝缘的绝缘片。
10.根据权利要求5所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述感应导线沿不同方向延伸，所述驱动导线形成同心圆，所述感应导线的交点位于所述感应基板表面，所述驱动导线的圆心位于所述驱动基板表面，且所述交点与所述圆心相互对应。
11.根据权利要求10所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述同心圆包括同心圆弧。
12.根据权利要求10所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述感应导线的交点处布设有用于使所述感应导线彼此之间相互绝缘的绝缘片。
13.根据权利要求5所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述感应电极各自独立地通过所述感应导线连接至所述处理器。
14.根据权利要求5所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述感应电极包括第一感应电极和第二感应电极。
15.根据权利要求14所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述感应导线包括用于连接所述第一感应电极至所述处理器的第一感应导线，和用于连接所述第二感应电极至所述处理器的第二感应导线。
16.根据权利要求15所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述第一感应导线分布于所述感应基板的内表面，所述第二感应导线分布于所述感应基板的外表面。
17.根据权利要求15所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述感应层包括绝缘片布设于所述第一感应导线和所述第二感应导线的交叉处，且夹在所述第一感应导线和所述第二感应导线之间。
18.根据权利要求1所述的电感式触控传感器，其特征在于，所述驱动层和所述感应层之间用绝缘介质隔开。
19.一种电感式触控传感器的触摸点侦测方法，包括下列步骤，步骤a:通过电感电路给驱动层施加驱动电流，使所述驱动层周围产生磁场，所述磁场引起感应层产生电感；步骤b:当所述驱动层的外表面被触摸时，所述驱动层和所述感应层之间的距离发生变化，所述距离变化引起所述感应层上产生的电感发生变化；步骤c 所述感应电路输出所述电感变化，并依据所述电感变化计算触摸点位置。
20.根据权利要求19所述的电感式触控传感器的触摸点侦测方法，其特征在于，所述驱动层包括多条驱动电极，所述驱动电流依次通过每条驱动电极。
21.根据权利要求19所述的电感式触控传感器的触摸点侦测方法，其特征在于，所述步骤b中，所述感应层的外表面被触摸。
全文摘要
本发明公开一种电感式触控传感器及其触摸点侦测方法，使其既能侦测导电物体也能侦测绝缘物体的触摸位置，同时具有较高的精度和灵敏度。本发明提供的一种电感式触控传感器包括用于产生磁场的驱动层，布设于所述驱动层一侧的用于产生电感变化的感应层，以及连接所述驱动层和所述感应层的电感电路。所述电感电路利用所述感应层产生的电感变化侦测触摸点位置。
文档编号G06F3/046GK102253787SQ201010187689
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者戈卡尔普·贝拉默戈鲁 申请人:宸鸿科技(厦门)有限公司