CN102163112A - 传感器、双模式触控模组及双模式触控电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种传感器、双模式触控模组及双模式触控电子装置，该传感器包括：多个U形第一方向导线和第二方向导线组合排列方式形成的第一方向导线组和第二方向导线组。第一方向导线组和第二方向导线组相互交叉构成电容耦合触控天线阵列；第一方向导线和第二方向导线开口部的第一连接端连接外部控制部件，第二连接端串接一模式切换电子开关，第二连接端经所述模式切换电子开关串接到外部控制部件；模式切换电子开关的控制端接外部控制部件。上述传感器通过模式切换基于同一天线阵列实现了电容耦合与电磁感应双触控模式，结构简单、可靠性高、成本低，其结合在电子设备显示屏上，满足了用户灵活地兼用电磁笔和手指触摸等两种触控输入的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器、双模式触控模组及双模式触控电子装置。
背景技术
目前，触控产品主要包括手指触控产品和笔写触控产品，该等触控产品的触控模式基本上是电容式触控模式和电阻式触控模式。
其中，电阻式触控主要是通过在显示屏的触控区域设置上下两层不接触的ITO导电薄膜，以实现对触控点的感测。其缺点主要是：上下两层ITO导电薄膜容易出现接触故障，进而使得电阻式触控的反应不灵敏，对手写或笔写的解析度较低。
相对于电阻式触控模式，电容式触控模式的触控产品的灵敏度有一定的提高。然而，电容式触控模式即电容耦合触控模式需要设置较密集排布的阵列结构，该阵列结构需要设置能够输出或输入电流信号的阵列，由此导致控制电路或芯片的I/O接口增加，使得触控产品的反应速度降低，进而导致无法较好地识别触控点的位置信息。
现有技术中还出现一种采用电磁感应触控模式的触控产品，该电磁感应触控模式采用感应电磁信号的方式获取电磁笔在电磁感应天线阵列的位置信息，以实现电磁笔触控点的定位。然而该类触控产品只能采用电磁笔书写，无法识别手写模式中触控点的识别，其适用范围比较受限。
为此，大多触控产品生产商将电容式触控模式和电磁感应触控模式叠加在一起以实现手写和笔写结合的触控模式；该电容式触控模式的触控区域需要设置在电磁式触控模式的触控区域之上；也就是说：需要在同一个需要触控的设备上设置两套相互独立的阵列结构，并使之相互叠加，以便能够实现两种模式的位置信息的识别。然而，每一阵列结构需要连接各自的处理电路，使得整个触控产品的结构复杂，体积庞大、制造成本高。并且在触控产品的使用过程中，还会出现电容式触控模式和电磁感应触控模式的相互干扰。因此，上述任一触控产品均无法较好地满足使用者的需求。
发明内容
本发明提供一种传感器，该传感器采用同一天线阵列识别电磁信号和磁感应电流信号，使得传感器的结构简单，成本降低，并且提高传感器的反应灵敏度。
本发明的传感器包括：U形第一方向导线；每根第一方向导线依次以组合排列的方式间隔交错平行设置，构成第一方向导线组，任意两根第一方向导线之间相互绝缘；U形第二方向导线，每根第二方向导线依次以组合排列的方式间隔交错平行设置，构成第二方向导线组，任意两根第二方向导线之间相互绝缘；任一根第一方向导线和第二方向导线均具有相互平行的第一导线和第二导线；
第一方向导线组的第一方向导线任一位置的第一导线和第二导线与相邻的前一导线或后一导线的组合与其他任何位置相邻两导线的组合不重复；第二方向导线组的第二方向导线任一位置的第一导线和第二导线与相邻的前一导线或后一导线的组合跟其他任何位置相邻两导线的组合不重复；
第一方向导线组和第二方向导线组相互交叉，构成电容耦合触控天线阵列；且第一方向导线组和第二方向导线组之间相互绝缘；所述第一方向导线组中至少一根第一方向导线上电性连接有第一电容耦合触控部件；所述第二方向导线组中至少一根第二方向导线上电性连接有第二电容耦合触控部件；
第一电容耦合触控部件和第二电容耦合触控部件在第一方向导线和第二方向导线相互交叉的区域交错叠设；
所述第一方向导线和第二方向导线开口部具有第一连接端和第二连接端，其中第一连接端用于连接外部控制部件；第二连接端串接一模式切换电子开关，所述第二连接端经所述模式切换电子开关串接到外部控制部件；所述模式切换电子开关的控制端接外部控制部件；模式切换电子开关闭合，所述第一方向导线和第二方向导线各自分别与所接外部控制部件形成电磁感应回路；模式切换电子开关断开，所述天线阵列构成的电容耦合触控阵列。
上述的传感器借助于模式切换电子开关将传感器中的天线阵列切换为电容耦合触控模式或者电磁感应触控模式，使天线阵列在任一时刻要么工作于电容耦合触控模式，要么工作于电磁感应触控模式，因此能够有效克服现有技术中电容式触控模式和电磁感应触控模式相互干扰的问题。进一步地，通过设置U形的第一方向导线和第二方向导线，能够有效减少传感器与外部控制部件之间的I/O接口，进而使得外围电路结构大幅简化、便于集成，使处理信号数据量减少、处理速度大幅度提高。I/O接口和要处理的数据量减少能够使得利用该传感器的触控产品的处理速度提高、结构简单、制造成本低，并能有效地满足使用者兼用电磁笔和手指触摸等两种触控输入的需求。
本发明还提供一种双模式触控模组，该双模式触控模组通过将本发明中任意所述的能够切换电容耦合触控模式或者电磁感应触控模式的天线阵列设置于基材上，以有效地降低具有双模式触控功能基板的制造成本，同时简化双模式触控基板制备工艺，可有效推广该双模式触控模组的适用范围。
本发明的双模式触控模组包括：第一基板和传感器，该传感器为前述的传感器，所述传感器的天线阵列设置在所述的基板上；所述天线阵列的第一方向导线、第二方向导线的材质为金属箔、导电银浆、碳浆或ITO导电膜，采用印刷、刻蚀的方式设置在基板上；或者于第一基板上以印刷、蚀刻方式制成。
上述双模式触控模组能有效地克服现有技术中电容式触控模式和电磁感应触控模式的相互干扰的问题，同时双模式触控天线阵列结构的复杂度降低，使得该双模式触控模组制造简单，成本低廉，集成度高，使得包含该双模式触控模组的触控产品更轻、更薄，有效地满足使用者的需求。
另外，本发明还提供一种双模式触控电子装置，包括电子装置本体，该本体上设有显示屏，和本发明中任意所述的双模式触控模组，以及所述的双模式触控模组可设置在电子装置显示屏的表面，或者所述电磁感应线圈环绕设置敷设电子装置显示屏周边等。由此，该些包含有双模式触控模组的双模式触控电子装置在提高反应灵敏度的同时可实现电容耦合触控模式和电磁感应触控模式兼容，此外，该双模式触控电子装置的结构简单、成本低，且维护方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显然，下面描述的各个附图仅是本发明的一些具体实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图进行变换而获得其他的附图。
图1A示出了本发明中传感器实施例的第一种结构示意图；
图1B示出了本发明传感器实施例中第一方向导线的第一结构示意图；
图1C示出了本发明中传感器实施例中第二方向导线的第一种结构示意图；
图2A至图2C为本发明的传感器实施例中的电磁感应触控模式的原理分析示意图；
图3A至图3H为本发明的传感器实施例中的电容耦合触控模式的原理分析示意图；
图4A至图4C为本发明的传感器实施例中天线阵列对应坐标系位置的分析示意图；
图5A和图5B为本发明中的传感器实施例的另一种结构示意图；
图6为本发明中传感器实施例的一种结构示意图；
图7A为本发明中传感器实施例的第一方向导线组的布线示意图；
图7B为本发明中传感器实施例的第二方向导线组的布线示意图；
图7C为本发明中图7A和图7B组成天线阵列的布线结构示意图；
图7D为本发明中传感器实施例的第一方向导线的结构示意图；
图8为本发明中双模式触控模组实施例的结构示意图；
图9为本发明中双模式触控模组实施例的另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例只是本发明一部分具体实施方式，而不是全部的实施方式。
本实施例中的传感器主要包括：U形第一方向导线；每根第一方向导线依次以组合排列的方式间隔交错平行设置，构成第一方向导线组，任意两根第一方向导线之间相互绝缘；
U形第二方向导线，每根第二方向导线依次以组合排列的方式间隔交错平行设置，构成第二方向导线组，任意两根第二方向导线之间相互绝缘；
任一根第一方向导线和第二方向导线均具有相互平行的第一导线和第二导线；
第一方向导线组的第一方向导线任一位置的第一导线和第二导线与相邻的前一导线或后一导线的组合与其他任何位置相邻两导线的组合不重复；
第二方向导线组的第二方向导线任一位置的第一导线和第二导线与相邻的前一导线或后一导线的组合跟其他任何位置相邻两导线的组合不重复；
第一方向导线组和第二方向导线组相互交叉，构成电容耦合触控天线阵列；且第一方向导线组和第二方向导线组之间相互绝缘；
所述第一方向导线组中至少一根第一方向导线上电性连接有第一电容耦合触控部件；
所述第二方向导线组中至少一根第二方向导线上电性连接有第二电容耦合触控部件；
第一电容耦合触控部件和第二电容耦合触控部件在第一方向导线和第二方向导线相互交叉的区域交错叠设；
所述第一方向导线和第二方向导线开口部具有第一连接端和第二连接端，其中第一连接端用于连接外部控制部件；第二连接端串接一模式切换电子开关，所述第二连接端经所述模式切换电子开关串接到外部控制部件；所述模式切换电子开关的控制端接外部控制部件；模式切换电子开关闭合，所述第一方向导线和第二方向导线各自分别与所接外部控制部件形成电磁感应回路；模式切换电子开关断开，所述天线阵列构成的电容耦合触控阵列。
具体地，参照图1A至图1C所示，图1A示出了本发明中传感器实施例的第一种结构示意图；图1B示出了本发明传感器实施例中第一方向导线的第一结构示意图，图1C示出了本发明中传感器实施例中第二方向导线的第一种结构示意图。在本实施例中，图1A中示出的传感器结构具体为虚线框中的结构。其中，第一方向导线组和第二方向导线组相互交叉，构成电容耦合触控天线阵列；且第一方向导线组和第二方向导线组之间相互绝缘。
第一方向导线组可包括如图1A中的U形第一方向导线201a、201b、201c，任意两根第一方向导线之间相互绝缘。其中该第一方向导线组中的各第一方向导线以数学公式中的组合排列方式进行分布，其组合公式为Cm n，n、m取大于等于4的自然数，且m＜＝n，例如，n可为5、6、8、7、9、10、19或32等等。也就是说，第一方向导线组的第一方向导线任一位置的第一导线和第二导线与相邻的前一导线或后一导线的组合与其他任何位置相邻两导线的组合不重复。
相应地，第二方向导线组可包括如图1A中的U形第一方向导线101a、101b、101c，任意两根第二方向导线之间相互绝缘。其中该第二方向导线组中的各第二方向导线以数学公式中的组合排列方式进行分布，其组合公式为Cm n，n、m取大于等于4的自然数，且m＜＝n，例如，n可为5、6、8、10、19或32等等。也就是说，第二方向导线组的第二方向导线任一位置的第一导线和第二导线与相邻的前一导线或后一导线的组合跟其他任何位置相邻两导线的组合不重复。
如图1A、1B所示，第一方向导线201a的开口部具有连接外部控制部件100的第一连接端204和第二连接端205。在本实施例中，第二连接端205串接有模式切换电子开关202，该第二连接端205经模式切换电子开关202能够被连接到外部控制部件100。第一方向导线的U形的两个边上(即第一导线和第二导线)电性连接有多个第一电容耦合触控部件203，或者第一方向导线的U形的任一边上(第一导线或者第二导线)电性连接有多个第一电容耦合触控部件203。该第一电容耦合触控部件203的数量、大小、形状依据实际电路结构的需求设定。通常，第一电容耦合触控部件203的数量与第一方向导线组和第二方向导线组的交叉点数量相同。当然，如图1C所示，图1C中示出的第二方向导线组的结构类同于第一方向导线组的结构。
在图1C中第二方向导线101a的开口部具有连接外部控制部件100的第一连接端104和第二连接端105。在本实施例中，第二连接端105串接有模式切换电子开关102，该第二连接端105经模式切换电子开关102能够被连接到外部控制部件100。第二方向导线的U形的两个边上(即第一导线和第二导线)电性连接有多个第二电容耦合触控部件103，或者第二方向导线的U形的任一边上(第一导线或者第二导线)电性连接有多个第二电容耦合触控部件103。该第二电容耦合触控部件103的数量、大小、形状依据实际的电路结构的需求设定。当然，第二电容耦合触控部件103的数量与第一方向导线组和第二方向导线组的交叉点数量相同。可以理解的是第二电容耦合触控部件103与第一电容耦合触控部件203的数量相同，且传感器中的第一电容耦合触控部件和第二电容耦合触控部件在第一方向导线和第二方向导线相互交叉的区域交错叠设。
当第一方向导线的模式切换电子开关202闭合时，该第一方向导线工作于电磁感应触控模式，用以感应电磁笔发出的电磁信号。当第一方向导线组的所有模式切换电子开关202均闭合时，电磁笔在第一方向导线组的竖向上下移动时，可以通过外部控制部件测量任一第一方向导线输出的交变信号，比较获取输出最大的交变信号在第一方向导线组所分布的导线位置即可直接获知并确定电磁笔竖向(即Y轴向)的准确位置。相应地，当第二方向导线的模式切换电子开关102闭合时，该第二方向导线工作于电磁感应触控模式，用以感应电磁笔发出的电磁信号。当第二方向导线组的所有模式切换电子开关102均闭合时，电磁笔在第二方向导线组的横向水平移动时，可以通过外部控制部件测量任一第二方向导线输出的交变信号，比较获取输出最大的交变信号在第二方向导线组所分布的导线位置即可直接获知并确定电磁笔横向(即X轴向)的准确位置。
由于第一方向导线组和第二方向导线组相互交叉放置(如图1A的虚线框中所示结构)，因此能够经由两个方向导线传递的电磁感应信号检测出电磁笔位于天线阵列的具体位置。
需要进一步说明的是，上述第一方向导线组和第二方向导线组相互交叉，同时构成电容耦合触控天线阵列；且第一方向导线组和第二方向导线组之间相互绝缘的。在图1A所示的传感器中，将所有的模式切换电子开关(102和202)断开，此时，第一方向导线和第二方向导线均工作于电容耦合触控模式。第一方向导线和第二方向导线中各自的第一连接端与外部连接控制部件电导通。外部控制部件接收到电容耦合信号后，经处理可获知手指的触控位置。应了解的是，在实际设置有本实施例传感器的电路结构中，可将传感器中的模式切换电子开关102和202设于外部控制部件100区域，以便于整个电路结构的集成控制。
上述实施例中的传感器通过模式切换电子开关将传感器中的天线阵列切换为电容耦合触控模式或者电磁感应触控模式，能够有效克服现有技术中同时具有电容、电感触控双模式产品中，电容耦合触控模式和电磁感应触控模式相互干扰的问题。特别地，上述实施例中采用数学中组合排列方式排布的U形的第一方向导线组和第二方向导线组相互交叉，使得每一相邻的第一方向导线或第二方向导线的组合是唯一的，进而最后形成的天线阵列的交叉点的位置是唯一的。
相对比现有电容耦合触控技术，上述实施例中，通过设置在U形第一方向导线和第二方向导线的第一导线和第二导线上的第一电容耦合触控部件103和第二电容耦合触控部件203与相邻电容耦合部件的组合排列，使相同第一导线数或第二导线数扩展了更大的触控区域，能够有效减少传感器与外部控制部件之间的I/O接口，进而使得外围电路结构大幅简化、便于集成，使处理信号数据量减少、处理速度大幅度提高。I/O接口和要处理的数据量减少能够使得包含该传感器的触控产品的处理速度提高，且使得包含本发明传感器的触控产品如手机、平板电脑等的结构简单，制造成本低，并能有效地满足使用者兼用电磁笔和手指触摸等两种触控输入的需求。
以下通过图2A至图2C详细说明本发明的传感器实施例中的天线阵列识别电磁信号的原理；其中，图2A为第一方向导线内识别电磁信号的强度变化的示意图，图2B为第一方向导线组内识别电磁信号的强度变化的示意图，图2C为天线阵列识别电磁信号的示意图。
图2A中线圈5通有交变电流，线圈5周围会产生交变磁场，交变磁场的磁力线穿过第一方向导线201a，第一方向导线201a则能够感应电磁信号并输出交变感应电压。当线圈5在第一方向导线201a的上下移动时，第一方向导线201a输出的交变感应电压是不同的，如图2A中，线圈5分别位于第一方向导线的位置14、中心位置13和位置15时，通过测量得知线圈5位于第一方向导线201a的竖向中心时，第一方向导线201a输出的交变感应电压是最大的。当然，基于电磁场原理可知，在同一高度，在导线201a内，水平移动线圈5时，第一方向导线201a输出的交变感应电压是不发生变化的。
另外，如图2B所示，第一方向导线组中的第一方向导线201a以相等间距组合排列，试验验证线圈5位于第一方向导线201a的竖向中心时，第一方向导线201a输出的交变感应电压U3最大；以及线圈5上移至偏向于第一方向导线201b的竖向中心时，第一方向导线201b输出的交变感应电压U2最大；进一步地，线圈5再上移至第一方向导线201c的竖向中心时，第一方向导线201c输出的交变感应电压U1最大。由上可在第一方向导线组中获取线圈5在竖向上的位置信息。也就是说，平行设置多个间距相等的第一方向导线，且使该多个平行设置的第一方向导线以组合排列的方式分布，进而在外部控制部件中通过比较该些第一方向导线输出的交变感应电压的大小，即可获取线圈5在竖向上的准确位置。故，上述实施例中传感器的天线阵列采用如图2B中排列的第一方向导线以便较好地识别线圈5在竖向(Y轴向)准确的位置信息。
同样原理，在图2C中，线圈5位于第二方向导线101a内的不同的水平位置，其第二方向导线101a输出的交变感应电压是不同的，以便获取线圈5在水平方向(X轴向)上的位置信息。
参照图2C所示，天线阵列包括垂直交叉排列的第一方向导线组和第二方向导线组。当线圈5在天线阵列的任一位置时，通过获取并比较天线阵列中第一方向导线和第二方向导线输出的交变感应电压，可确定线圈5在天线阵列中的具体位置。
参考图3A至图3H所示，图3A至图3H为本发明的传感器实施例中的电容耦合触控模式的原理分析示意图；其中，导体21可相当于触控的手指，导体23和导体24在相同层面并彼此独立绝缘。当导体21通过绝缘介质22贴合于彼此绝缘的导体23和导体24上时，导体21的左侧与导体23的贴合区等效为电容C1，导体21的右侧与导体24的贴合区等效为电容C2，由于导体21是一体结构，进而等效的电容C1和电容C2为串联连接，如图3C所示的等效电路。从3C所示的等效电路可知导体23与导体24间可相互传递交变电压。图3C示出了本发明中手指触控天线阵列中的交叉点的等效电路图，因手指与导体23和导体24间对一定频率的交流电压的交流阻抗(包括感抗、阻抗和/或容抗等)很大，相当于绝缘，而手指的直流阻抗较低，故手的触摸面等效为导体21，第一方向导线201a相当于导体23，第二方向导线101a相当于导体24。
如图3D所示(为后续方便说明，图3D中仅示意了一个第一方向导线和一个第二方向导线垂直交叉的示意图)，当第二方向导线的101a的第一连接端104通入交变信号8时，手指与交叉点1(图3D中的阴影部分)接触，以使交流信号8的回路被导通(也就是说，图3D中的触控点1之间的电容C7和C8导通)，由此可获取到第一方向导线201a的第一连接端204输出的交变信号9。当手指触控图3D中所示的交叉点2、3或4时，相对应的接触点2的C1和C2、接触点3的C3和C4、或接触点4的C6和C5被导通，进而可以检测到上述的交变信号9。由上所述，外部控制部件可以识别天线阵列中的电容耦合触控信号。
由于每一第一方向导线和第二方向导线均有四个交点，其输出交变信号9的位置也是相同的，上述图3D中示出的可能无法较好地判断手指位于交叉点(即触控点)1、2、3或4的具体位置，故以下结合3E至图3H详细说明外部控制部件获取电容耦合模式下的唯一位置信息。
参照图3E至图3H所示，图3E中导体21和导体23、导体21和24的贴合面相等，即C1和C2相等，图3F和图3G中导体21与导体23、导体24的贴合面不相等，进而C1在图3F和图3G中较大，由于导体21与导体23和24的贴合总面积一定，且C1和C2串联，故依据串联电容C＝C1*C2/(C1+C2)可知，只有C1和C2相等时，输出的交变信号是最强的，如图3H所示的各实验数据，其S1＞S2＞S3。当用手指取代导体21时，其产生的结果和上述模拟实验的结果是一致的。
故，由于实际的传感器至少包括3根以上U形第一方向导线和第二方向导线，故具体结构中，各交叉点分别由第一电容耦合触控部件203和第二电容耦合触控部件103交错叠设，且天线阵列中的各交叉点均匀分布(如下的图7C所示)，进而可保证手指触控的交叉点至少为两个或两个以上，以便使外部控制部件通过获取和比较相邻的各个方向导线的第一连接端输出的最大的交变信号的位置，以获知触控点的准确位置信息(也就是说，借助于相邻交叉点输出的交变信号在各个方向导线的第一连接端输出的分布，可以准确区分图3D中的触控点1、2、3和4)，由此，通过触控点包含的至少相邻的两个交叉点能够唯一确定电容耦合触控模式下触控点的位置信息。
需要说明的是，人体和手的大部位与天线阵列的交叉点之间的距离相对于手指与交叉点之间的距离要大很多，进而人体和手的大部位与天线阵列的交叉点产生的感抗、容抗、阻抗都是非常大的，故相对于手指在交叉点产生的容抗来说，身体其他部位可等效绝缘。
另外，为详细说明电容耦合触控模式下传感器的位置信息的准确获知，采用笛卡尔坐标系(XY坐标)中坐标点的方式举例说明，可将图4A所示的天线阵列中的各交叉点等效为坐标点，如图4B和图4C所示的X轴和Y轴的坐标点的位置信息说明。以下通过图4A中触控点1的上下移动举例说明每一触控点的位置信息是唯一的。
具体地，垂直交叉排列第一方向导线组和第二方向导线组，即将第二方向导线组放置于按X轴向，第一方向导线组放置于Y轴向。第二方向导线101a(A5，a5)与第一方向导线201a(B5，b5)的一交叉处有一触控点1，第二方向导线101a(A5，a5)上的交变电压8通过触控点1耦合到第一方向导线201a(B5，b5)输出交变电压9(Ub5)，以及触控点1还与第一方向导线201b(B8，b8)重合，第二方向导线101a(A5，a5)的交变电压8还会耦合到第一方向导线201b(B8，b8)，输出交变电压Ub8。
若触控点1与第一方向导线201a(B5，b5)的贴合面/重合面大于与第一方向导线201b(B8，b8)的贴合面/重合面，则第二方向导线101a(A5，a5)上的交变电压8通过触控点1耦合到第一方向导线201a(B5，b5)的交变电压Ub5大于耦合到第一方向导线201b(B8，b8)的交变电压Ub8，如图4A1所示，如将触控点1逐步沿Y轴上移，触控点1与第一方向导线201a(B5，b5)的贴合面会逐步减少，与第一方向导线201b(B8，b8)的贴合面会逐步变大，那么第二方向导线101a(A5，a5)上的交变电压8通过触控点1耦合到第一方向导线201a(B5，b5)的交变电压Ub5会逐步减小，耦合到第一方向导线201b(B8，b8)的交变电压Ub8会逐步增大，如图4A2所示，当触控点1沿Y轴上下移动时，第一方向导线组输出的交变电压会有规律的变化，这种电压变化规律是触控点1在Y轴的位置信息，以此可以准确判定出触控点1在Y轴的位置。
同理，可以获取触控点在X轴上的位置，如图4A3和图4A4所示，确定触控点1在X轴的位置信息。由上，可以准确判定出触控点1在X轴、Y轴上的位置即坐标点。根据X轴和Y轴天线阵列上耦合产生的交变电压数据可以准确的计算出触控点1在天线阵列有效区的任意坐标位置，同样原理可以准确的计算出触控点2、3、4在天线阵列有效区的任意坐标位置。
如图4B和图4C解析的触控点1上移的位置坐标点，图4A中的W1W2W3W4为电容耦合感应有效区，Y轴设置Y11-Y0位置，每个位置分别设置天线阵列B4b4、B1b1、B5b5、B2b2、B6b6、B3b3、B7b7、B4b4、B8b8、B5b5、B9b9、B6b6，如分别以字母A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L表示第一方向导线B1b1---B9b9，那么Y轴的第一方向导线对应位置的排列表为DAEBFCGDHEIF，排列表每个字母与相邻字母的组合不重复，如A在排列表中的组合有DAE、EAD、DEAB等，在排列表中的其它位置不会有与之一样的组合出现，E在排列表有两个位置，前一位置的组合有EB、AEB、EBF、BFEA等，后一位置的组合有HE、HEI、EIF、IFEH等，在排列表中的其它位置也不会有与之一样的组合出现，Y轴上每个位置的第一方向导线的设置也是以相邻组合不重复为原则排列，X轴和Y轴的每一方向导线的这种不重复排列组合，能保证天线阵列中的交叉点上的触控点精确判定和识别，也可以让具有天线阵列的传感器在电容耦合触控模式下实现多点触控操作。
在上述实施例的基础上，优选传感器还包括一电磁检测单元，该电磁检测单元用于控制模式切换电子开关202或102的控制端，以便检测天线阵列感应区域的电磁信号，本实施例中的电磁检测单元主要用于控制上述实施例中模式切换电子开关202或102的动作即断开或闭合。通常可将电磁检测单元设于外部控制部件中，进而可较好地控制模式切换电子开关202或102。
进一步地，电磁检测单元可设置在所述的天线阵列构成的触控区周边。
优选地，电磁检测单元由一电磁感应线圈连接放大、整形单元及逻辑控制部件构成。通常可将逻辑控制部件输出连接模式切换电子开关202或102的控制端，以便于检测天线阵列的触控区范围内的电磁信号，进而较好地控制模式切换电子开关断开或闭合；所述放大、整形单元及逻辑控制部件独立设置或集成于所述外部控制部件中。例如，放大、整形单元及逻辑控制部件可为位于CPU内部的电磁模拟切换处理单元，其可通过放大、整形单元连接电磁感应线圈，以便获取电磁感应线圈的电磁信号，使得CPU将电容耦合触控模式切换为电磁感应耦合模式。
参照图5A或图5B所示，图5A和图5B分别示出了本发明中的传感器实施例的第二种和第三种结构示意图，基于上述描述的传感器，图5A示出的电磁感应线圈111环设在所述天线阵列构成的触控区。也就是说，传感器的触控区设置电磁感应线圈围成的区域内。需要说明的是，图5A显示的天线阵列处于电容耦合触控模式下，天线阵列输出的是交变信号9，天线阵列电磁感应触控模式下，天线阵列输出的是信号10和11，此时电磁感应线圈111输出一个感应的电磁信号12，以便，该电磁信号12通过放大、整形输入至逻辑控制部件，进而可在有效地将切换天线阵列的触控区范围内的电容耦合触控模式切换为电磁感应触控模式。
图5B所示的电磁感应线圈111设于所述触控区的多侧，电磁感应线圈与天线阵列电气绝缘。当然，电磁感应线圈也可设于所述触控区的一侧，其保证电磁感应线圈与天线阵列电气绝缘，使得电磁感应线圈能够较好地感应触控区的电磁信号。
进一步地，上述实施例中所述的传感器的触控区不仅可以设置电磁感应线圈围成的区域内，还可以设置于电磁感应线圈的上方或下方，其保证电磁感应线圈与天线阵列电气绝缘即可。但需要注意的是，传感器的触控区的边缘可小于或等于电磁感应线圈的边缘，使得触控区中任意电磁笔的信号均能够被电磁感应线圈感应或识别。
另外，参照图6所示，图6示出了本发明中传感器实施例中的第二种结构示意图，本实施例中的传感器主要是在上一实施例的基础上增加短路电子开关110或210，以使天线阵列构成的电容耦合触控阵列时，该短路电子开关闭合；由此可以减少天线阵列对交变电压的传输阻抗，提高本实施例中传感器在电容耦合触控模式下的线性度。
特别地，该图6中所示的设有短路电子开关的天线阵列可以大幅度提高电容耦合触控模式的线性度，尤其针对使用该传感器的较大尺寸的触控屏，上述短路电子开关可大幅度缩短信号传输距离，降低了天线阵列中信号传输的阻抗，使得该些传感器的外部控制部件的处理速度进一步提高、线性度提升。
在图1A中所示天线阵列结构中至少一根第一方向导线201a和/或第二方向导线101a开口部第一连接端(如图1B和图1C中的第一连接端104、204)与第二连接端(如图1B和图1C中的第一连接端105、205)之间接设有短路电子开关(如图6中的短路电子开关110或210)。
通常可将该短路电子开关110或210的控制端连接外部控制部件；在模式切换电子开关断开，且天线阵列构成的电容耦合触控阵列时，该短路电子开关闭合(该处的闭合可以是短路电子开关110或210的部分闭合或全部闭合)；在模式切换电子开关全部闭合，第一方向导线201a和第二方向导线101a各自分别与所接外部控制部件100形成电磁感应回路时，该短路电子开关110和210全部断开。
参照图7A至图7D所示，图7A为本发明中传感器实施例的第一方向导线组的布线示意图，图7B为本发明中传感器实施例的第二方向导线组的布线示意图，图7C为本发明中图7A和图7B导线组相互交叉交错叠设的布线结构示意图，图7D为本发明中传感器实施例的第一方向导线的结构示意图。
其中，如图7A所示，第一方向导线组中的第一方向导线以组合排列方式分布，以及该第一方向导线组中任意相邻的两个第一方向导线间距相等，以及优选设置每一第一方向导线的U形开口部间距相等。图7A中示出的第一方向导线上部电性连接有多个电容耦合触控部件，任意两个第一电容耦合触控部件的形状相同。通常，所述的电容耦合触控部件形状为菱形、矩形、三角形或它们之间任意组合的形状，图7A中仅为实例说明。特别地，可将第一电容耦合触控部件与第一方向导线设为一体。
如图7B所示，第二方向导线组中的第二方向导线以组合排列方式分布，以及该第二方向导线组中任意相邻的两个第二方向导线间距相等，以及优选设置每一第二方向导线的U形开口部间距相等。图7B中示出的第二方向导线上电性连接有多个电容耦合触控部件，任意两个第二电容耦合触控部件的形状相同。通常，所述的电容耦合触控部件形状为菱形、矩形、三角形或它们之间任意组合的形状，图7B中仅为实例说明。特别地，可将第二电容耦合触控部件与第二方向导线设为一体。
如图7C所示的实际的传感器结构，其第一方向导线组和第二方向导线组设置为相互垂直交叉，任意相邻的两个第一方向导线和任意相邻的两个第二方向导线的间距均相等，以及第一方向导线与第二方向导线的U形开口部间距相等。特别地，任意两个第一电容耦合触控部件和第二电容耦合触控部件的形状相同。在图7C所示的传感器结构中，在第一方向导线和第二方向导线相互交叉的区域中，所述第一电容耦合触控部件与第二电容耦合触控部件之间的间距相等，以便使任意手指的触控点可包含两个或两个以上的第一电容耦合触控部件和/或第二电容耦合触控部件，进而使得每个方向的导线组中最少两个以上的电容耦合部件包含触控点的交变信息，这种组合能够较好地识别交变信息所对应触控点的位置。
优选地，参照图7D所示，在上述实施例的基础上，第一电容耦合触控部件还可设置为使第一方向导线的等效电磁与第一方向导线方向重叠或者平行的分布；以及第二电容耦合触控部件也可设置为使第二方向导线的等效电磁与第二方向导线方向重叠或者平行的分布。图7D中仅示出了第一方向导线的示意图，在此不限定。
通常，在实际的传感器结构中，第一导线和第二导线均设置为直线，且第一方向导线上的任一第一电容耦合触控部件在第一方向导线两侧分布的形状对称，或者具有一致的比例关系；以及，第二方向导线上的任一第二电容耦合触控部件在第二方向导线两侧分布的形状对称(即沿第一导线/第二导线的上下对称)，或者具有一致的比例关系，以便该实施例中第一方向导线的等效电磁和与第一方向导线方向重叠或者平行的分布，第二方向导线的等效电磁和与第二方向导线方向重叠或者平行的分布。该传感器中的天线阵列能够使第一方向导线组和第二方向导线组输出的信号与上述图7C中示出的天线阵列输出的信号等效一致，以便可准确获知电磁感应触控模式或电容耦合触控模式下的触控点的位置信息，且使连接天线阵列的外部控制部件的内部运算简单。举例来说，可能存在第一电容耦合触控部件在第一方向导线两侧分布的形状不对称，但获取的等效电磁不在一条直线上，其易导致外部控制部件识别的信号杂乱，进而使外部控制部件计算的复杂性提高，以及可能存在无法准确定位触控点的具体位置，故在本实施例中优选将第一导线和第二导线均设置为直线，以使第一方向导线和第二方向导线各自的第一导线和第二导线上的等效电磁在一直线上。
根据本发明的另一方面，本发明还提供一种双模式触控模组，其包括第一基板和传感器，该处的传感器可为还是本发明中任意实施例所述的传感器，所述传感器的天线阵列设置在所述的基板上。
如图8所示，图8示出了本发明中双模式触控模组实施例的结构示意图。其中，传感器的具体结构介绍参照图1A的描述，将传感器设于基板300上，以便实现双模式触控天线阵列结构的复杂度降低，使得该双模式触控模组制造简单，成本低廉，集成度高。当然，双模式触控模组能有效地克服现有技术中电容式触控模式和电磁感应触控模式的相互干扰的问题。图8中只是示意性显示双模式触控模组的结构，当然，该双模式触控模组的结构不限定为图中的结构。其基板和传感器的位置关系依据实际的产品需求设定。
优选地，传感器中天线阵列的第一方向导线(如图8中的201a)、第二方向导线(如图8中的101a)的材质为金属箔、导电银浆、碳浆、ITO导电膜或其它导体。其中第一方向导线和第二方向导线可采用印刷、刻蚀的方式设置在基板上；或者于第一基板上以蚀刻、印刷方式制成。
当然，基于上述传感器实施例的描述，该双模式触控模组的电磁检测单元也可由一电磁感应线圈连接放大、整形及逻辑控制部件构成，其中，电磁感应线圈与天线阵列电气绝缘，逻辑控制部件输出接模式切换电子开关控制端，用于检测天线阵列的触控区范围内的电磁信号，控制模式切换电子开关开闭。
本实施例中的电磁感应线圈也可环设天线阵列构成的触控区，或设于所述触控区的一侧或多侧。具体设置可参照上述图5A和图5B中示出的位置关系图。
优选地，电磁感应线圈环设所述天线阵列构成的触控区，触控区设置电磁感应线圈围成的区域内。在优选实施例中，电磁感应线圈还可设置在第一基板上，如上述的图5A所示，将电磁感应线圈和天线阵列通过刻蚀的方式设置在第一基板上。当然该处电磁感应线圈的具体位置依据实际的产品需求设定。
需要说明的是，本发明中的该双模式触控模组还可包括一第二基板，所述电磁感应线圈设置第二基板上，第二基板覆设或框设在第一基板上表面和/或下表面，第一基板与第二基板构成基板组。也就是说，天线阵列的触控区即有效区不仅可以设置电磁感应线圈围成的区域内，还可以设置于电磁感应线圈的上方或下方。
如图9所示，图9示出了本发明中双模式触控模组实施例的另一种结构示意图。其中，传感器可设置于图9中第一基板302中，该处的传感器结构参照上述传感器实施例中的任一描述。在本实施例中，将电磁感应线圈303设于第二基板301上，且该处的第二基板位于第一基板302的下方，可以在第二基板301上全部设置电磁感应线圈303，也可以将传感器中天线阵列的触控区对应的部位设置电磁感应线圈303。本实施例不对其限定。特别地，上述任意实施例中所述的电磁感应线圈可采用漆包线，或者为上述所述的通过蚀刻、印刷的导电体，例如金属箔、导电银浆、碳浆或ITO导电膜的等。
另外，上述任意实施例中所述的第一基板和/或第二基板均可为玻璃、塑料或其它硬质绝缘材料，当然第一基板和/或第二基板还可为柔性绝缘材料。
进一步地，本发明还提供一种双模式触控电子装置，包括电子装置本体，该本体上设有显示屏，以及还包括本发明中任意所述的双模式触控模组。在实际的结构中，双模式触控模组可设置在电子装置显示屏的表面。进一步地，该双模式触控模组设置在电子装置显示屏的表面时，所述电磁感应线圈可环绕设置敷设电子装置显示屏周边。
举例来说，上述双模式触控电子装置可为平板电脑、触控手机等，其采用上述双模式触控模组的双模式触控电子装置更轻、更薄。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (27)
1.一种传感器，其特征在于，包括：
U形第一方向导线；每根第一方向导线依次以组合排列的方式间隔交错平行设置，构成第一方向导线组，任意两根第一方向导线之间相互绝缘；
U形第二方向导线，每根第二方向导线依次以组合排列的方式间隔交错平行设置，构成第二方向导线组，任意两根第二方向导线之间相互绝缘；
任一根第一方向导线和第二方向导线均具有相互平行的第一导线和第二导线；
第一方向导线组的第一方向导线任一位置的第一导线和第二导线与相邻的前一导线或后一导线的组合与其他任何位置相邻两导线的组合不重复；
第二方向导线组的第二方向导线任一位置的第一导线和第二导线与相邻的前一导线或后一导线的组合跟其他任何位置相邻两导线的组合不重复；
第一方向导线组和第二方向导线组相互交叉，构成电容耦合触控天线阵列；且第一方向导线组和第二方向导线组之间相互绝缘；
所述第一方向导线组中至少一根第一方向导线上电性连接有第一电容耦合触控部件；
所述第二方向导线组中至少一根第二方向导线上电性连接有第二电容耦合触控部件；
第一电容耦合触控部件和第二电容耦合触控部件在第一方向导线和第二方向导线相互交叉的区域交错叠设；
所述第一方向导线和第二方向导线开口部具有第一连接端和第二连接端，其中第一连接端用于连接外部控制部件；第二连接端串接一模式切换电子开关，所述第二连接端经所述模式切换电子开关串接到外部控制部件；所述模式切换电子开关的控制端接外部控制部件；模式切换电子开关闭合，所述第一方向导线和第二方向导线各自分别与所接外部控制部件形成电磁感应回路；模式切换电子开关断开，所述天线阵列构成的电容耦合触控阵列。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括一电磁检测单元，该电磁检测单元控制模式切换电子开关的控制端，用于检测天线阵列感应区域的电磁信号，控制模式切换电子开关动作。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于：至少一根所述第一方向导线和/或第二方向导线开口部第一连接端与第二连接端之间接设有短路电子开关，该短路电子开关的控制端接外部控制部件；在模式切换电子开关断开，所述天线阵列构成的电容耦合触控阵列时，该短路电子开关闭合；在模式切换电子开关闭合，所述第一方向导线和第二方向导线各自分别与所接外部控制部件形成电磁感应回路时，该短路电子开关断开。
4.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于：所述第一方向导线组中任意相邻的两个第一方向导线间距相等，和/或所述第二方向导线组中任意相邻的两个第二方向导线间距相等；和/或所述第一方向导线与所述第二方向导线的U形开口部间距相等。
5.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，第一方向导线组和第二方向导线组设置为相互垂直交叉。
6.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述第一电容耦合触控部件为两个以上，任意两个第一电容耦合触控部件的形状相同；和/或所述第二电容耦合触控部件为两个以上，任意两个第二电容耦合触控部件的形状相同。
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述第一电容耦合触控部件与所述第二电容耦合触控部件形状相同。
8.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述的电容耦合触控部件形状为菱形、矩形、三角形或它们之间任意组合的形状。
9.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，在第一方向导线和第二方向导线相互交叉的区域中，所述第一电容耦合触控部件与第二电容耦合触控部件之间的间距相等。
10.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，第一电容耦合触控部件与第一方向导线设为一体，和/或第二电容耦合触控部件与第二方向导线设为一体。
11.根据权利要求7或8或9或10所述的传感器，其特征在于，所述第一电容耦合触控部件设置为使第一方向导线的等效电磁与第一方向导线方向重叠或者平行的分布；所述第二电容耦合触控部件设置为使第二方向导线的等效电磁与第二方向导线方向重叠或者平行的分布。
12.根据权利要求11所述的传感器，其特征在于，所述第一导线和第二导线均设置为直线，且第一方向导线上的任一第一电容耦合触控部件在第一方向导线两侧分布的形状对称，或者具有一致的比例关系；
第二方向导线上的任一第二电容耦合触控部件在第二方向导线两侧分布的形状对称，或者具有一致的比例关系。
13.根据权利要求2或3所述的传感器，其特征在于，电磁检测单元设置在所述的天线阵列构成的触控区周边。
14.根据权利要求13所述的传感器，其特征在于，电磁检测单元由一电磁感应线圈连接逻辑控制部件构成，逻辑控制部件输出连接模式切换电子开关控制端，用于检测天线阵列的触控区范围内的电磁信号，控制模式切换电子开关断开或闭合；所述逻辑控制部件独立设置或集成于所述外部控制部件中。
15.根据权利要求14所述的传感器，其特征在于，电磁感应线圈环设在所述天线阵列构成的触控区，或设于所述触控区的一侧或多侧，电磁感应线圈与天线阵列电气绝缘。
16.根据权利要求15所述的传感器，其特征在于，所述的触控区设置电磁感应线圈围成的区域内。
17.一种双模式触控模组，包括第一基板和传感器，其特征在于，所述的传感器为权利要求1-13任一传感器，所述传感器的天线阵列设置在所述的基板上；所述天线阵列的第一方向导线、第二方向导线的材质为金属箔、导电银浆、碳浆或ITO导电膜，采用印刷、刻蚀的方式设置在基板上；或者于第一基板上以印刷、蚀刻方式制成。
18.根据权利要求17所述的模组，其特征在于，所述传感器的电磁检测单元由一电磁感应线圈连接逻辑控制部件构成，电磁感应线圈与天线阵列电气绝缘，逻辑控制部件输出接模式切换电子开关控制端，用于检测天线阵列的触控区范围内的电磁信号，控制模式切换电子开关开闭。
19.根据权利要求18所述的模组，其特征在于，所述电磁感应线圈环设所述天线阵列构成的触控区，或设于所述触控区的一侧或多侧。
20.根据权利要求19所述的模组，其特征在于，所述电磁感应线圈环设所述天线阵列构成的触控区，触控区设置电磁感应线圈围成的区域内。
21.根据权利要求17或18或19或20所述的模组，其特征在于，所述传感器的电磁感应线圈设置在第一基板上。
22.根据权利要求17或18或19或20所述的模组，其特征在于，还包括一第二基板，所述传感器的电磁感应线圈设置第二基板上，第二基板覆设或框设在第一基板上表面和/或下表面，第一基板与第二基板构成基板组。
23.根据权利要求22所述的模组，其特征在于，所述第一基板和/或第二基板为玻璃、塑料。
24.根据权利要求22所述的模组，其特征在于，所述第一基板和/或第二基板为柔性绝缘材料。
25.根据权利要求17或18或19或20所述的模组，其特征在于，所述传感器的电磁感应线圈为漆包线、金属箔、导电银浆、碳浆或ITO导电膜。
26.一种双模式触控电子装置，包括电子装置本体，该本体上设有显示屏，其特征在于，还包括一如权利要求17-24任一权利要求所述的模组，所述的模组设置在电子装置显示屏的表面。
27.一种双模式触控电子装置，包括电子装置本体，该本体上设有显示屏，其特征在于，还包括一如权利要求25所述的模组，所述的模组设置在电子装置显示屏的表面，所述电磁感应线圈环绕设置敷设电子装置显示屏周边。
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