低串扰的电容性键盘位置传感器的制造方法

低串扰的电容性键盘位置传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及电容性键盘位置传感器，其可以包括：键盘触摸面板，其具有设置在具有第一和第二正交的轴的平面中的定义的第一按键区域。第一和第二电极分别占据所定义的第一按键区域下面的第一和第二区域。每一电极包括沿第一轴延伸并且沿第二轴彼此分隔开的多个平行的行。所述多个行中的每一个具有沿第一轴的长度，其基本上等于所定义的第一按键区域沿第一轴的宽度，所述宽度是在与所述多个行中的相应的行对应的沿第二轴的位置处测量的。所述多个第一和第二行中的至少某些行彼此交错。
【专利说明】低串扰的电容性键盘位置传感器

【技术领域】
[0001]本发明针对电容性触摸传感器，并且更特别地，针对具有复用的电极的电容性键盘位置传感器，其减少或消除了不准确的触摸输入之间的干扰。

【背景技术】
[0002]近些年来，触摸面板已经变得盛行，尤其是在移动装置(诸如，蜂窝电话、平板电脑等)领域中。触摸面板可以采用电容性检测来确定输入。也就是说，触摸面板包括涂覆在具有一个或多个电极的表面上的绝缘材料(诸如，玻璃)。按压在绝缘体的未被涂覆的表面上的用户的手指与相邻的电极形成电容器，导致施加到该电极的电场中的扰动，该扰动被检测并登记作为用户触摸的面板上的位置。
[0003]常常，这样的触摸面板将包括一个或多个定义的按键区域，其可以表示字母数字字符(alphanumeric)或其它数据输入。如果在电极和所定义的按键区域之间存在--对应，则随着所定义的按键区域数目的增加，电极的数目并因此到微控制器或类似处理器的输入的数目也增加。这会增加复杂性和制造该装置的成本。
[0004]已经开发出来的一种解决方案是触摸按键复用，其允许电极的数目小于触摸面板上所定义的按键区域的数目。在复用配置中，每一个所定义的按键区域被分配两个电极的唯一组合，从而用户对所定义的按键区域的触摸同时改变两个电极的电场。微控制器基于该组合确定正确的输入。因此，电极可以用于多个定义的按键区域，并且可以减少需要的电极的数目。
[0005]图1示出了所定义的按键区域101-112的阵列100，其表示用户可选择的十二个按键1-按键12的序列。阵列100还包括十个电极E1-E10。对所定义的按键区域101-112中的每一个分配电极中的两个电极的唯一组合，每一个电极El-ElO占据相应所定义的按键区域101-112下面的区域的约一半。
[0006]不幸的是，这样的设计缺点在于，用户必须触摸接近期望的所定义的按键区域101-112的中心以驱动电极El-ElO的适当组合。如果用户的手指落着太远到期望的所定义的按键区域101-112的中心的一侧，则微控制器可能不能正确地登记输入。更坏的是，如图1中所示，通过错误的触摸82、84，与期望的输入不同的所定义的按键区域101-112可能被微控制器登记。这样的现象被称作按键间串扰。
[0007]例如，如果用户的手指82落着在按键4104和按键7107之间，则电极E5和E6将被驱动，并且微控制器基于接收的电极E5和E6的输入组合，将登记按键12112 (具有电极E5和E6的组合)被选择。类似地，如果用户的手指84落着在按键2102和按键3103之间，则电极El和E4被驱动，微控制器将把这理解作为选择了按键8108。
[0008]因此，期望提供一种触摸面板，其减少或消除了在用户的触摸不是精确地在期望的所定义的按键区域的中心时相邻按键之间的串扰的可能性。
[0009]概述
[0010]根据本公开的一个方面，提供了一种电容性键盘位置传感器，包括:键盘触摸面板，其具有设置在具有第一和第二正交的轴的平面中的定义的第一按键区域；第一电极，其占据所定义的第一按键区域下面的第一区域，所述第一电极包括第一多个大体平行的行，所述行沿所述第一轴延伸并且沿所述第二轴彼此分隔开，所述第一多个行中的每一行具有沿所述第一轴的长度，该长度基本上等于所定义的第一按键区域的沿所述第一轴的宽度，所述沿所述第一轴的宽度是在与所述第一多个行中的相应的一个对应的沿所述第二轴的位置处测量的；以及，第二电极，其占据所定义的第一按键区域下面的第二区域，所述第二电极包括第二多个大体平行的行，所述行沿所述第一轴延伸并且沿所述第二轴彼此分隔开，所述第二多个行中的每一行具有沿所述第一轴的长度，该长度基本上等于所定义的第一按键区域的沿所述第一轴的宽度，所述沿所述第一轴的宽度是在与所述多个第二行中的相应的一个对应的沿所述第二轴的位置处测量的；所述第一多个和第二多个行中的至少某些行彼此交错。
[0011]根据本公开另一方面，提供了一种电容性键盘位置传感器，包括:键盘触摸面板，其具有多个定义的按键区域，每一个都设置在具有第一和第二正交的轴的平面中；以及，多个电极，设置在所述多个定义的按键区域下面，电极的数目小于所定义的按键区域的数目，每一个所定义的按键区域下面的第一和第二区域分别被所述电极中的两个电极的唯一组合占据，其中:占据所述第一区域的电极包括第一多个大体平行的行，所述行沿所述第一轴延伸并且沿所述第二轴彼此分隔开，所述第一多个行中的每一行具有沿所述第一轴的长度，该长度基本上等于相应的所定义的第一按键区域沿所述第一轴的宽度，所述沿所述第一轴的宽度是在与所述第一多个行中的相应的一个对应的沿所述第二轴的位置处测量的，以及，占据所述第二区域的电极包括第二多个大体平行的行，所述行沿所述第一轴延伸并且沿所述第二轴彼此分隔开，所述第二多个行中的每一行具有沿所述第一轴的长度，该长度基本上等于相应的所定义的按键区域沿所述第一轴的宽度，所述沿所述第一轴的宽度是在与所述第二多个行中的相应的一个对应的沿所述第二轴的位置处测量的，所述第一多个和第二多个行中的至少某些行彼此交错。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]通过示例的方式示出本发明，并且本发明不受附图中示出的其实施例的限制，在附图中，相同的附图标记表示类似的元件。图中的元件出于简化和清楚的目的而示出，并且并不必然按比例绘制。
[0013]在附图中:
[0014]图1是根据现有技术的所定义的按键区域的阵列和相应的复用的电极的示意图；
[0015]图2是根据本发明优选实施例的利用键盘位置传感器的装置的示意图；
[0016]图3是根据优选实施例的所定义的按键区域的阵列和相应的复用的电极的示意图；
[0017]图4是设置在图3中的阵列中的所定义的按键区域下面的两个电极的放大顶部平面图；
[0018]图5是在用户触摸所定义的按键区域的中心时对于两个电极的电流级别相对于时间的图；
[0019]图6是在用户触摸所定义的按键区域的左侧一半时对于两个电极的电流级别相对于时间的图；
[0020]图7是在用户触摸所定义的按键区域的右侧一半时对于两个电极的电流级别相对于时间的图；
[0021]图8是在用户触摸所定义的按键区域的顶部一半时对于两个电极的电流级别相对于时间的图；
[0022]图9是在用户触摸所定义的按键区域的底部一半时对于两个电极的电流级别相对于时间的图；
[0023]图10是在用户在所定义的按键区域上从左向右移动手指时对于两个电极的电流级别相对于时间的图；以及
[0024]图11是在用户在所定义的按键区域上从顶部向底部移动手指时对于两个电极的电流级别相对于时间的图。

【具体实施方式】
[0025]参考附图，其中在若干附图中使用相同的附图标记来指定相同的部件，在图2中示出了具有微控制器单元(MCU) 12和键盘触摸面板14的电容性键盘位置传感器10。如上所述的，触摸面板14优选是绝缘材料，诸如玻璃或聚合物材料等，并且包括多个所定义的按键区域201 - 212的阵列200。所定义的按键区域201-212中的每一个优选设置在具有第一轴(例如，下文中称作“X轴”)以及正交的第二轴(例如，下文中称作“y轴”)的平面中。
[0026]在某些实施例中，触摸面板14是动态显示器的一部分，其可以可视地提供所定义的按键区域201-212的表示以供选择。在这样的实施例中，触摸面板14可以位于显示屏幕(未示出)的后面或前面，所述显示屏幕诸如液晶显示器等。替代地，触摸面板14可以自身作为显示屏幕。在其它实施例中，触摸面板14可以形成静态面板的一部分，诸如固定键盘等，其中触摸面板14可以包括向用户提供所定义的按键区域201-212的更永久性类型的可视表示的覆层或覆盖物。
[0027]在图2和3中，所定义的按键区域201-212被示出为大体圆形，但是也可以使用其他的椭圆形状，包括椭圆或跑道形状等。另外，对于所定义的按键区域201-212也可以使用多边形形状，包括但不限于矩形、三角形、五边形等。更优选的是，每一个所定义的按键区域201-212大小近似与所有其它按键区域201-212 —致，但是也构思了各个所定义的按键区域201-212之间变化。
[0028]触摸面板14经由电极El-ElO (图3)与MCU12电连通，电极El-ElO优选覆在触摸面板14的后表面上。如下面将详细解释的，电极El-ElO优选布置为与所定义的按键区域201-212对应。电极El-ElO优选由导电覆层材料形成，诸如，铟锡氧化物(ΙΤ0)等，根据期望的应用，其也可以是透明的。电极El-ElO可以经由迹线、导线、或其它连接器(未示出)耦接到MCU12。
[0029]图4是根据本发明的一个优选实施例的位于按键1201下面的电极E2、E7的放大视图。电极E2占据按键1201下面的第一区域，而电极E7占据按键1201下面的第二区域。所述第一和第二区域优选在总体面积方面近似相等。
[0030]电极E2被示出为包括多个平行的行270，每一个行沿x轴延伸，并且行沿y轴彼此分隔开。行270每一都具有沿I轴的高度，并且每一个行270的高度优选近似相等。然而，也构思了行270可以具有不同的闻度。
[0031]每一行270还优选具有沿X轴测量的长度，该长度基本上等于所定义的按键区域按键201的宽度，其也是沿X轴测量的。如果所定义的按键区域201-212是其中所定义的按键区域201-212的宽度不变而与沿y轴的位置无关的方形或某些其它形状，则行270可以每一都具有相同的长度。然而，在图4中，所定义的按键区域按键1201是圆形形状。因此，每一行270可以具有不同的长度。因此，对于任意形状的所定义的按键区域201-212，特定行270的长度优选基本上等于所定义的按键区域201-212在与相应行270对应的沿y轴的位置测量的宽度。
[0032]电极E7也被示出为包括多个平行的行272,每一个行沿x轴延伸，并且行沿y轴彼此分隔开。如同电极E2那样，电极E7的行272每一都具有沿y轴的高度，该高度可以与每一其它行272的高度相同或不同。另外，特定行272的长度优选基本上等于所定义的按键区域按键1201的在与相应行272对应的沿y轴的位置测量的宽度。电极E7的行272中的至少一部分，并且优选地，所有的行272，优选与电极E2的行270交错。结果是，电极E2、E7基本上在基本整个所定义的按键区域上彼此交迭，并且形成这样的图案，该图案增加了用户在所定义的按键区域内的任何位置处的触摸激活电极E2、E7两者的概率。
[0033]另外优选的是，电极E2、E7每一都分别包括与所定义的按键区域按键1201的中心接近的中心区域274、276。中心区域274、276优选具有比电极E2、E7形成的行270、272的高度大的沿I轴的高度。另外，电极E2、E7的每一中心区域274、276的长度优选小于所定义的按键区域按键1201的最大宽度(例如，图4中的圆的直径)的大约一半。中心区域274、276优选彼此相邻，但是其它取向也是可能的。每一电极E2、E7还可以包括一个或多个短的行278、280，其部分延伸到相对的电极E7、E2的中心区域276、274中。
[0034]电极E2、E7优选被绝缘材料281划分成第一和第二区域，绝缘材料281可以是硅石(silica)、氮化硅、或聚酰亚胺等。绝缘材料281也可以简单地是触摸面板14本身的材料，电极E2E7被分开地施敷以在它们之间至少留下小的空间。
[0035]再次参考图3，与图1中示出的布置类似，电极El-ElO被与所定义的按键区域201-212复用，但是每一所定义的按键区域利用图4中示出的配置。利用这样的配置，如果用户的手指82落着在按键4204和按键7207之间，则不仅电极E5和E6被驱动，电极E3和ES也被驱动，并且使得微控制器能够更好地确定用户的手指82的真实位置，并且将不读取不正确的按键输入。类似地，如果用户的手指84落着在按键2202和按键3203之间，则电极E1-E4全部被驱动，这允许微控制器将用户的手指理解为被放置在按键2202和按键3203之间。
[0036]图5-11示出了对于在所定义的按键区域(“按键”)之下如图4中所示地配置的两个电极(命名为TSI7、TSI11)的数据测量)。如下面说明的，不同的图表示不同的触摸位置。在图5中，按键在中心点处被触摸，这导致基本上同时的到两个电极的测量电流的改变。在图6和7中，该按键的左半和右半被分别触摸。再次地，在每一实例中，对于两个电极检测电流变化。类似地，在图8和9中，该按键的顶半和底半被分别触摸，并且每次对于两个电极测量电流变化。在图10中，用户的手指在该按键上从左向右移动。再次地，近乎同时地检测到两个电极中的电流变化。在图上时序中的稍许不同可归因于在形成电极时使用的1mil的迹线宽度。尽管1mil迹线宽度是最成本有效的，但是在使用较小的迹线宽度时得到更好的结果。然而，如这里的图所示的，即使使用1mil的迹线宽度，结果也比现有技术基本上得到改善，并且证明了非常有效的解决方案。图11与图10类似，不同之处在于用户的手指从该按键的顶部向底部移动。
[0037]在前述的说明中，已经参考本发明的实施例的具体示例说明了本发明。然而，将明白，其中可以进行多种修改和改变而不偏离如所附权利要求提出的本发明的宽泛的精神和范围。
[0038]本领域技术人员还将认识到，术语“耦接”可以意指元件之间的直接或间接的连接，以用于数据或其它信号的通信。例如，一个部件可以通过一个或更多个另外的部件(诸如交换器、或总线等)耦接到另一部件。此外，若干部件可以组合到单个功能单元中，而不是作为通过导线或迹线等连接的分立部件。
[0039]在权利要求中，词‘包括’或‘具有’并不排除权利要求中所列出的元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。另外，如在此所使用的术语“一”(“a”或“an”)被定义为一个或多于一个。此外，权利要求中引入性的短语诸如〃至少一个”和〃 一个或多个〃的使用不应当被认为暗示了通过不定冠词"a"或"an"(—)而对另一权利要求要素的引入将含有这样引入的权利要求要素的任何特定权利要求限制到仅包含一个这样的要素的发明，即使在同一权利要求包括引入性的短语〃 一个或多个〃或〃至少一个”以及不定冠词诸如"a〃或"an"(—)时也是如此。对于定冠词的使用也是如此。除非以另外的方式说明，否则诸如“第一”和“第二”的术语被用来任意地区分这样的术语描述的要素。因此，这些术语并不必然意图表示这些要素的时间上的或其它的优先级。在彼此不同的权利要求中引述了某些手段的事实并不表示这样的手段的组合不可以用来突出优点。
【权利要求】
1.一种电容性键盘位置传感器，包括: 键盘触摸面板，其具有设置在具有第一和第二正交的轴的平面中的定义的第一按键区域； 第一电极，其占据所定义的第一按键区域下面的第一区域，所述第一电极包括第一多个大体平行的行，所述行沿所述第一轴延伸并且沿所述第二轴彼此分隔开，所述第一多个行中的每一行具有沿所述第一轴的长度，该长度基本上等于所定义的第一按键区域的沿所述第一轴的宽度，所述沿所述第一轴的宽度是在与所述第一多个行中的相应的一个对应的沿所述第二轴的位置处测量的；以及 第二电极，其占据所定义的第一按键区域下面的第二区域，所述第二电极包括第二多个大体平行的行，所述行沿所述第一轴延伸并且沿所述第二轴彼此分隔开，所述第二多个行中的每一行具有沿所述第一轴的长度，该长度基本上等于所定义的第一按键区域的沿所述第一轴的宽度，所述沿所述第一轴的宽度是在与所述多个第二行中的相应的一个对应的沿所述第二轴的位置处测量的； 所述第一多个和第二多个行中的至少某些行彼此交错。
2.根据权利要求1的传感器，其中所述第一电极具有第一中心区域，而所述第二电极具有第二中心区域，所述第一中心区域和第二中心区域中的每一个具有沿所述第一轴的长度，该长度小于所定义的按键区域沿所述第一轴的最大宽度的大约一半。
3.根据权利要求2的传感器，其中所述第一中心区域和第二中心区域被设置为在接近所定义的第一按键区域的中心处彼此相邻。
4.根据权利要求1的传感器，其中所定义的第一按键区域是椭圆或多边形中的一种。
5.根据权利要求1的传感器，还包括:绝缘材料，其将所述第一和第二电极占据的所述第一和区域的至少一部分分开。
6.根据权利要求1的传感器，还包括:定义的第二按键区域，其中所述第一或第二电极中的一个还占据所定义的第二按键区域下面的区域。
7.一种电容性键盘位置传感器，包括: 键盘触摸面板，其具有多个定义的按键区域，每一个都设置在具有第一和第二正交的轴的平面中；以及 多个电极，设置在所述多个定义的按键区域下面，电极的数目小于所定义的按键区域的数目，每一个所定义的按键区域下面的第一和第二区域分别被所述电极中的两个电极的唯一组合占据，其中: 占据所述第一区域的电极包括第一多个大体平行的行，所述行沿所述第一轴延伸并且沿所述第二轴彼此分隔开，所述第一多个行中的每一行具有沿所述第一轴的长度，该长度基本上等于相应的所定义的第一按键区域沿所述第一轴的宽度，所述沿所述第一轴的宽度是在与所述第一多个行中的相应的一个对应的沿所述第二轴的位置处测量的，以及 占据所述第二区域的电极包括第二多个大体平行的行，所述行沿所述第一轴延伸并且沿所述第二轴彼此分隔开，所述第二多个行中的每一行具有沿所述第一轴的长度，该长度基本上等于相应的所定义的按键区域沿所述第一轴的宽度，所述沿所述第一轴的宽度是在与所述第二多个行中的相应的一个对应的沿所述第二轴的位置处测量的， 所述第一多个和第二多个行中的至少某些行彼此交错。
8.根据权利要求7的传感器，其中占据所述第一区域的电极具有第一中心区域，而占据所述第二区域的电极具有第二中心区域，所述第一中心区域和第二中心区域中的每一个具有沿所述第一轴的长度，该长度小于相应的所定义的按键区域沿所述第一轴的最大宽度的大约一半。
9.根据权利要求8的传感器，其中所述第一中心区域和第二中心区域被设置为在接近相应的所定义的按键区域的中心处彼此相邻。
10.根据权利要求7的传感器，其中所述电极中的一个或多个电极被设置在所定义的按键盘中的至少两个的下面，并且其中所定义的按键区域中的每一个是椭圆或多边形中的一种。
【文档编号】H03K17/96GK104242895SQ201310237859
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月17日 优先权日:2013年6月17日
【发明者】施长浩, 陈永刚, 王德昌 申请人:飞思卡尔半导体公司