用于局部力和近距离感测的装置和方法
【专利说明】用于局部力和近距离感测的装置和方法
相关申请
[0001 ]本申请要求于2013年3月12日提交的序列号为13/797,669的美国非临时专利申请的优先权，并且其全部公开内容在此以引用的方式并入本文。
技术领域
[0002]本发明大致涉及电子装置，更具体地涉及传感器装置和使用传感器装置来产生用户界面输入。
【背景技术】
[0003]包括近距离传感器装置(通常也称为触摸板或触摸传感装置)的输入装置被广泛地应用在各种各样的电子系统中。近距离传感器装置典型地包括感测区域，通常由表面界定，在该区域中近距离传感器装置确定一个或多个输入物体的存在、位置和/或移动。近距离传感器装置可以被用于为电子系统提供界面。例如，近距离传感器装置经常被用作用于较大计算系统(诸如集成在或外接到笔记本或台式电脑的不透明触摸板)的输入装置。近距离传感器装置也经常被用在较小计算系统(诸如集成在便携式电话上的触摸屏幕)中。
[0004]近距离感测装置可用于使得能够控制相关联的电子系统。例如，近距离传感器装置通常被用作用于较大计算系统的输入装置，所述较大计算系统包括:笔记本电脑和台式电脑。近距离传感器装置也经常被用在较小系统中，所述较小系统包括:诸如个人数字助理(PDA)等手持系统、遥控器以及诸如无线电话和手机短信系统等通信系统。越来越多地，近距离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。近距离传感器装置可以被集成到或外接到与其交互的计算系统上。
[0005]—些输入装置除了确定与输入装置的感测区域交互的输入物体的位置信息之外，还具有检测所施加力的能力。然而，在当前已知的力/触摸输入装置中，发射和接收电极被布置在三层。在多层中设置发射器电极和接收器电极需要复杂的几何和电子配置来避免电极的欧姆连接(短路)。此外，力接收器和触摸接收器的交叉耦合使得难以准确地定位输入物体(例如，手指)，其中输入表面由于所施加的输入物体而发生偏转。这些因素限制了当前已知的力启用输入装置的灵活性和可用性。因此需要一种全跨(full transcapacitive)电容图像传感器，其中发射和接收电极设置在单层或两层中。
【发明内容】
[0006]本发明的实施例提供了一种有利于提高装置可用性的装置和方法。该装置和方法通过战略性地将发射器电极和接收器电极布置在单层或两层中来提供改进的用户界面功能。此外，通过在发射器电极与接收器电极之间放置地面跟踪电极，可从触摸信号中有效地去除输入表面偏转的影响。
[0007]具体而言，与图像传感器相关联的处理系统可构造为切换地面跟踪电极以选择性地充当接地电极和力接收器电极。当地面跟踪电极处于接地状态时，相邻的触摸接收器电极产生指示输入物体的位置的信号，其基本上无关于偏转(例如，输入表面的平移和/或弯曲)。当地面跟踪电极处于接收状态时，它产生包括偏转分量和触摸分量的信号。通过适当处理“触摸”信号和“偏转加接触”信号，可得出基本纯的触摸信号，其无关于偏转；也就是说，可获得至少一个输入物体的位置信息，其未受输入表面偏转的影响。此外，通过适当地处理“触摸”信号和“偏转加触摸”信号，可得出基本纯的偏转信号，其无关于触摸；也就是说，可以得到至少一个输入物体的力信息。
【附图说明】
[0008]在下文中将结合附图描述本发明的优选示例性实施例，其中同样的标记指示同样的元件，并且:
[0009]图1是根据本发明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；
[0010]图2是根据本发明实施例的示例性处理系统的示意图；
[0011]图3是根据本发明实施例的单层力和触摸传感器的俯视示意图；
[0012]图4是根据本发明实施例的沿着图3的线IV-1V截取的单层力和触摸传感器的一部分的截面图；
[0013]图5是根据本发明实施例的包括发射器电极和接收器电极的可压缩介电层的示意性截面图，可压缩介电层示出为夹在透镜与LCD层之间；
[0014]图6是根据本发明实施例的进一步包括地面跟踪电极的图5的示意性截面图；
[0015]图7是根据本发明选择性实施例的示出电极设置在两层中的力和触摸传感器的示意性截面图；
[0016]图8是根据本发明实施例的操作电子系统驱动和接收电极以确定力和触摸信息的方法的流程图；
[0017]图9是根据本发明实施例的压力成像传感器层叠结构的示意性透视图；
[0018]图10是根据本发明实施例的压力成像传感器层叠结构的另一实施例的示意性透视图；
[0019]图11是根据本发明实施例的输入装置的俯视图；以及
[0020]图12是根据本发明实施例的沿着图11的输入装置的线X1-XI截取的截面图。
【具体实施方式】
[0021]接下来的详细描述在本质上仅仅是示例性的，而非限制本发明或本发明的应用或者使用。此外，无意于通过前述技术领域、【背景技术】、
【发明内容】
或接下来的详细描述中所呈现的任何明示或暗示的理论限定本发明。
[0022]本发明的各种实施例提供了便于改进可用性的输入装置和方法。可以通过下述增强用户界面功能性:在单层(或两层)内布置发射器电极和接收器电极，并且提供地面跟踪电极，其允许接收到纯触摸信号，其基本上或完全无关于输入表面的偏转的电容影响；例如，输入表面和/或传感器电极的弯曲或平移。
[0023]现在转到附图，图1是根据本发明实施例的示例性输入装置100的框图。输入装置100可构造为向电子系统(未示出)提供输入。如本文档中所使用的那样，术语“电子系统”(或“电子装置”)广义上是指能够以电子方式处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制实例包括各种尺寸和形状的个人电脑，诸如台式计算机、便携式计算机、上网本、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器以及个人数字助理(PDA)等。另外的实例电子系统包括复合输入装置，诸如包括输入装置100和独立的操作杆或键盘开关的物理键盘。其他实例电子系统包括外围设备，诸如数据输入装置(包括遥控器和鼠标)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、自助服务终端和视频游戏机(例如，视频游戏控制器、便携式游戏装置等)。其他实例包括通信装置(包括蜂窝电话，诸如智能电话)和媒体设备(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、数码相框以及数码相机)。另外，电子系统可以是主机或输入装置的从属设备。
[0024]输入装置100可以被实施为电子系统的物理部分，或者可以与电子系统在物理上分离。视情况而定，输入装置100可以利用下述的任何一项或多项与电子系统的某些部分通信:总线、网络以及其他有线或无线互连。实例包括12(:、3?1、？3/2，通用串联总线(1^8)、蓝牙、RF以及IRDA。
[0025]在优选实施例中，输入装置100被实施为力启用触摸板系统，包括处理系统110和感测区域120。感测区域120(通常也称为“触摸板”)构造为感测在感测区域120中由一个或多个输入物体140提供的输入。输入物体实例包括手指、拇指、手掌以及触控笔。感测区域120被示意性地示出为矩形;然而，应当理解，感测区域可以具有任何方便的形式并且在触摸板的表面上和/或与触摸板集成的表面上具有任意期望的布置。
[0026]感测区域120包括用于检测力和接近度的传感器，如以下结合图2更详细描述的那样。感测区域120可包含输入装置100上方(例如，悬停)、周围、内部和/或附近的任何空间，在感测区域120中输入装置100能够检测用户输入(例如，由一个或多个输入物体140提供的用户输入)。特定感测区域的尺寸、形状和位置可随着实施例的不同而大不相同。在某些实施例中，感测区域120从输入装置100的表面沿一个或多个方向延伸到直到信噪比足够阻止精确物体检测的空间。在各种实施例中，此感测区域120沿特定方向延伸到的距离可以为小于毫米、数毫米、数厘米或更大的数量级，并且可以随着所应用的感测技术的类型和期望的精确度而显著变化。因此，某些实施例感测输入，该输入包括未与输入装置100的任何表面接触、与输入装置100的输入表面(例如，触摸表面)接触、与以某些量的作用力或压力耦合于输入装置100的输入表面接触和/或上述的组合。在各种实施例中，可以由安置传感器电极的壳体的表面、在传感器电极上施加的面板或任何壳体等提供输入表面。在某些实施例中，感测区域120当投射到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。
[0027]输入装置适于通过促进响应于被感测物体的位置和由这些物体施加的力的数据输入来提供用户界面功能。具体而言，处理系统构造为确定由传感器在感测区域中感测到的物体的位置信息。此位置信息然后可以被系统用于提供广泛的用户界面功能。此外，该处理系统构造为从由传感器在感测区域中确定的力的大小来确定物体的力信息。此力信息然后也可以被系统用于提供广泛的用户界面功能，例如，通过响应于物体在感测区域中施加的不同等级的力来提供不同的用户界面功能。此外，该处理系统可构造为对于在感测区域中感测到的多于一个的物体确定输入信息。输入信息可以基于下述的组合:力信息、位置信息、感测区域中和/或与输入表面接触的输入物体的数量以及一个或多个输入物体正触及或接近输入表面的持续时间。输入信息然后可以被系统用于提供广泛的用户界面功能。
[0028]输入装置对一个或多个输入物体(例如，手指、触控笔等)的输入，诸如感测区域内的输入物体的位置敏感。感测区域包含输入装置上方、周围、内部和/或附近的任何空间，在感测区域中输入装置能够检测用户输入(例如，由一个或多个输入物体提供的用户输入)。特定感测区域的尺寸、形状和位置可随着实施例的不同而大不相同。在某些实施例中，感测区域从输入装置的表面沿一个或多个方向延伸到直到信噪比足够阻止精确物体检测的空间。在各种实施例中，此感测区域沿特定方向延伸到的距离可以为小于毫米、数毫米、数厘米或更大的数量级，并且可以随着所应用的感测技术的类型和期望的精确度而显著变化。因此，某些实施例感测输入，该输入包括未与输入装置的任何表面接触、与输入装置的输入表面(例如，触摸表面)接触、与以某些量的作用力或压力耦合于输入装置的输入表面接触和/或上述的组合。在各种实施例中，可以由安置传感器电极的壳体的表面、在传感器电极上施加的面板或任何壳体等提供输入表面。
[0029]电子系统100可以利用传感器器件和感测技术的任意组合来检测感测区域120中或与触摸板相关联的用户输入(例如，力、接近度)。输入装置102包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干个非限制性的实例，输入装置100可以使用电容性的、介电性的、电阻性的、电感的、磁性的、声学的、超声的和/或光学的技术。