[发明专利]包括穿孔电极的电容式感测器件

说明书

本发明涉及一种电容式感测器件，所述电容式感测器件包括：(i)至少一个电容式电极(12)，所述电容式电极具有布置成形成导电表面(51)的实质上导电的材料；(ii)靠近所述至少一个电容式电极(12)放置的至少一个防护部件；所述电容式电极(12)包括至少一个开口(52)，所述开口没有布置在所述导电表面(51)的边缘内或所述边缘上的导电材料，以减小所述电容式电极(12)与所述防护部件之间的耦合电容。本发明还涉及实现所述器件的装置。

技术领域

本发明涉及用于测量和感测应用或用于获得触摸和非接触式接口的电容式感测器件。

本发明的领域更具体地但不限于电容式测量系统。

背景技术

电容式感测技术广泛用于各种应用中，例如在工业测量、碰撞感测系统或触摸和非接触式人机接口领域。

用于执行接近度测量(例如在碰撞感测应用中)的电容式传感器以及在多数情况下用于执行触摸和非接触式人机接口的电容式传感器通常实现直接测量耦合能力的原理(“自”模式)。该测量原理基于测量在构成传感器的每个电极与要感测的关注对象之间产生的电容。

在早期或远程感测方面，性能最好的传感器配备有被称为有源防护装置的防护装置，其防止由于电极及其环境之间的寄生耦合而引起的杂散电容。该有源防护装置的偏置电压为与测量电极相同的电压。因此，可以测量电极和关注对象之间的绝对电容(不受杂散电容干扰)，以及以最佳灵敏度推断传感器-对象绝对距离。

将测量能力转换为电信号常常使用诸如电荷放大器或电容-电压互感器之类的布置进行。实际上，这种类型的布置是在测量和电路简单性方面的高性能解决方案。

已知WO2004/023067公开了一种接近传感器，其旨在为例如医学成像设备配备用于检测患者的存在和位置的移动部件，并因此适应设备的移动。敏感部件由电容式电极的阵列组成，这些电容式电极的背面受到防护平面保护。

还已知WO2011/015794公开了一种控制接口器件，其用作检测接触和远距离移动的人机接口。该器件包括由电容式电极阵列组成的敏感表面，这些电容式电极的背面受到防护平面保护。电极和防护装置可以是透明的并且叠加在显示屏上，以提供能够同样感测附近手势的触摸屏。

在上述示例中，电极以交变激励电压通电，并且防护装置被偏置到实质上与该激励电压相同的防护电压。由于要感测的对象处于接地电压，因此可以测量在电极和这些对象之间建立的电容。处于电极电压的防护平面防止测量电极与处于接地电压的其他部件之间发生杂散电容。

此外，在这两个示例中，电子感测部件部分地使用防护电压作为参考(至少在用于测量的敏感部件的情况下)也能消除部件级的杂散电容。

还已知WO2011/015795公开了一种具有有源防护装置的电容式感测器件，其中防护原理被扩展到靠近电极放置的电子装置，并被设计成执行不同的功能。因此，这些其他电子装置不会产生杂散电容。

在上述示例中，感测输入级可以由具有基于运算放大器的电荷放大器的等效电路表示。测量电极连接到所述运算放大器的(-)端子，而防护部件连接到所述运算放大器的(+)端子。

即使这些部件处于相同电压，它们彼此也会发生电容式耦合。可通过放置在电荷放大器的(+)和(-)端子之间的寄生耦合电容Cp来模拟这种耦合。

该寄生耦合电容Cp影响电荷放大器的噪声性能及其能耗。具体地讲，它产生放大器的固有电压噪声增益并降低其开环增益。过高的寄生耦合电容Cp可对电荷放大器造成饱和问题。

然而，在诸如接近传感器的应用中，需要使用大尺寸的电极以具有数十厘米的感测距离。因此，面向防护装置的电极表面区域相当大，并且所产生的寄生耦合电容可能造成问题。