用于利用力成像的接近感测的装置和方法
【专利说明】用于利用力成像的接近感测的装置和方法
[0001]相关申请本申请要求2013年6月28日提交的美国非临时专利申请N0.13/930，749的优先权。
技术领域
[0002]本发明一般涉及电子装置，并且更特别地涉及传感器装置和使用传感器装置用于产生用户接口输入。
【背景技术】
[0003]包括接近传感器装置(通常也被称为触摸板或触摸传感器装置)的输入装置被广泛地使用在各种各样的电子系统中。接近传感器装置典型地包括感测区域，常常由表面界定，在该感测区域中，所述接近传感器装置确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可以被用于为所述电子系统提供接口。例如，接近传感器装置常常被用作用于较大的计算系统(诸如被集成在笔记本或台式计算机中或外接至笔记本或台式计算机的不透明触摸板)的输入装置。接近传感器装置也常常被用在较小的计算系统(诸如被集成在蜂窝式电话中的触摸屏)中。
[0004]所述接近传感器装置能够被用于使得相关联的电子系统能够被控制。例如，接近传感器装置常常被用作用于较大的计算系统的输入装置，所述较大的计算系统包括:笔记本计算机和台式计算机。接近传感器装置也常常被用在较小的系统中，包括:诸如个人数字助理(PDAs)的手持系统，远程控制器，以及诸如无线电话和文本消息传递系统的通信系统。越来越多地，接近传感器装置被用在媒体系统中，诸如⑶、DVD、MP3、视频或其他媒体记录器或播放器。所述接近传感器装置可以被集成或外接至其与之交互的计算系统。
[0005]—些输入装置除了确定针对与所述输入装置的感测区域交互的输入对象的“X-Y”坐标信息之外也具有检测“Z”方向上的作用力的能力。然而，在目前已知的力/接近输入装置中，所述力传感器的灵敏度和精确度的局限限制了目前已知的力使能的输入装置的灵活性和可用性。因此，需要具有增强的力感测灵敏度的接近传感器。
【发明内容】
[0006]本发明的实施例提供了有助于改进的装置可用性的装置和方法。所述装置和方法通过在力发射器电极和力接收器电极之间战略性地布置弹性体层和一层刚性间隔点来提供改进的用户接口功能性。响应于作用力，所述发射器电极和接收器电极被推压得更靠近在一起，以可检测的方式改变其之间的电容。同样地响应于作用力，所述弹性体填充所述间隔点之间的体积，随作用力而变地改变所述发射器电极和接收器电极之间的有效介电常数。
[0007]与所述接近传感器相关联的处理系统可以被配置为检测由下列引起的电容的变化:i)所述发射器电极和接收器电极之间的距离的变化以及ii)所述发射器电极和接收器电极之间的有效介电常数的变化。以此方式，可以获得针对一个或多个输入对象的力信息。
【附图说明】
[0008]在下文中将结合附图描述本发明的优选的示例性实施例，其中同样的标记指示同样的元件，并且:
图1是根据实施例的包括输入装置和处理系统的示例性电子系统的框图；
图2是根据实施例的示例性处理系统的示意图；
图3是根据实施例的包括被布置在力发射器电极层和力接收器电极层之间的弹性体层和一层间隔点的输入传感器层叠的分解图；
图4是根据实施例的具有被夹在力发射器电极层和力接收器电极层之间的可压缩介电层并且显示了被布置在所述刚性力传感器基底层上的间隔点的示例性输入传感器的横截面视图；
图5是根据实施例的图4的输入传感器的横截面视图，但是具有被布置在柔韧的基底层上的间隔点；
图6是根据实施例的力发射器电极层和力接收器电极层之间的距离对作用力的图，示出了当空气被弹性体替代时有效介电常数与电容之间的反向关系；
图7是根据实施例的输入传感器层叠的一部分的示意性横截面视图，显示了在没有作用力的情况下的围绕示例性间隔点和弹性体层的局部化的区域;以及
图8是根据实施例的图7的层叠的示意性横截面视图，显示了响应于作用力填充所述间隔点周围的体积的弹性体。
【具体实施方式】
[0009]下面详细的描述在本质上仅仅是示例性的，并且不是意在限制本发明或本发明的应用和使用。此外，没有意在通过在前述的技术领域、【背景技术】、
【发明内容】
或下面的详细描述中呈现的任何明示的或暗示的理论约束本发明。
[0010]本发明的各种实施例提供了输入装置和方法，其有助于增强的力感测能力，以及因此改进的可用性。可以通过提供具有柔性的(或柔韧的)顶层和弹性体层的输入装置来增强力灵敏度，该弹性体层响应于作用压力而局部地贴合在所述间隔点周围。随着所述弹性体层贴合在所述间隔点周围并且使空气离开围绕所述间隔点的体域，所述发射器电极和接收器电极之间的区域中的介电常数变得被所述弹性体支配。此介电常数的改变(被耦合于所述发射器电极和接收器电极之间的距离的改变)有助于响应于输入表面的弯曲或平移的增强的力成像。
[0011]现在转至附图，图1是根据本发明的实施例的示例性输入装置100的框图。所述输入装置100可以被配置为向电子系统(未示出)提供输入。如本文档中所使用的，术语“电子系统”(或“电子装置”)广义上指的是能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性实例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如台式计算机、便携式计算机、上网本计算机、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器以及个人数字助理(PDAs)。附加的实例电子系统包括复合输入装置，诸如包括输入装置100和独立的操纵杆或键盘开关的物理键盘。另外的实例电子系统包括外围设备，诸如数据输入装置(包括远程控制器和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏和打印机)。其他实例包括远程终端、信息站和视频游戏机(例如，视频游戏控制台、便携式赌博装置等等)。其他实例包括通信装置(包括蜂窝式电话，诸如智能电话)和媒体装置(包括记录仪、编辑器和播放器，诸如电视机、机顶盒、音乐播放器、数字相框以及数字照相机)。此外，所述电子系统可以是主机或对所述输入装置的从属设备。
[0012]所述输入装置100可以被实现为所述电子系统的物理部分，或者可以与所述电子系统在物理上分离。视情况而定，所述输入装置100可以使用下列中的任何一个或多个与所述电子系统的一些部分通信:总线、网络以及其他有线或无线互连。实例包括I2C、SP1、PS/2，通用串行总线(USB)、蓝牙、RF以及IRDA。
[0013]在优选的实施例中，所述输入装置100被实现为力使能的触摸板系统，包括处理系统110和感测区域120。感测区域120(也常常被称为“触摸板”)被配置为感测在所述感测区域120中由一个或多个输入对象140提供的输入。实例输入对象包括手指、拇指、手掌以及触笔。所述感测区域120被示意性地示出为矩形;然而，应被理解的是:所述感测区域可以具有任何方便的形式并且以在所述触摸板的表面上和/或否则与所述触摸板集成的任何期望的布置。
[0014]感测区域120包括用于检测力和接近的传感器，如下面结合图2更详细地描述的。感测区域120可以包含在所述输入装置100上方(例如，悬停)、周围、内部和/或附近的任何空间，在其中所述输入装置100能够检测用户输入(例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入)。特定的感测区域的尺寸、形状和位置可以随实施例的不同而相差大地变化。在一些实施例中，所述感测区域120从所述输入装置100的表面沿一个或多个方向延伸到直至信号噪声比足够阻止精确的对象检测的空间中。在各种实施例中，此感测区域120沿特定方向延伸至其的距离可以是小于毫米、若干毫米、若干厘米或更大的数量级，并且可以随所使用的感测技术的类型和所期望的精确度而显著地变化。因此，一些实施例感测输入，该输入包括未与所述输入装置100的任何表面接触、与所述输入装置100的输入表面(例如，触摸表面)接触、与和一些量的作用力或压力相耦合的所述输入装置100的输入表面接触、和/或其组合。在各种实施例中，可以由所述传感器电极驻留于其内的壳体的表面、由在所述传感器电极或任何壳体之上施加的面板等等提供输入表面。在一些实施例中，所述感测区域120当被投射到所述输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。
[0015]所述输入装置适合于通过促进响应于被感测的对象的位置和由这样的对象施加的力的数据输入来提供用户接口功能性。特别地，所述处理系统被配置为确定由传感器在所述感测区域中感测到的针对对象的位置信息。此位置信息随后可以被所述系统使用以提供宽范围的用户接口功能性。此外，该处理系统被配置为从由所述传感器在所述感测区域中确定的力的测量值来确定针对对象的力信息。此力信息随后也可以被所述系统使用以提供宽范围的用户接口功能性，例如，通过响应于由对象在所述感测区域中施加的力的不同等级来提供不同的用户接口功能。此外，该处理系统可以被配置为确定针对在所述感测区域中感测到的多于一个的对象的输入信息。输入信息