用于局部力和近距離感測(cè)的裝置和方法
【專利說(shuō)明】用于局部力和近距離感測(cè)的裝置和方法
相關(guān)申請(qǐng)
[0001 ]本申請(qǐng)要求于2013年3月12日提交的序列號(hào)為13/797,669的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并且其全部公開(kāi)內(nèi)容在此以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大致涉及電子裝置，更具體地涉及傳感器裝置和使用傳感器裝置來(lái)產(chǎn)生用戶界面輸入。
【背景技術(shù)】
[0003]包括近距離傳感器裝置(通常也稱為觸摸板或觸摸傳感裝置)的輸入裝置被廣泛地應(yīng)用在各種各樣的電子系統(tǒng)中。近距離傳感器裝置典型地包括感測(cè)區(qū)域，通常由表面界定，在該區(qū)域中近距離傳感器裝置確定一個(gè)或多個(gè)輸入物體的存在、位置和/或移動(dòng)。近距離傳感器裝置可以被用于為電子系統(tǒng)提供界面。例如，近距離傳感器裝置經(jīng)常被用作用于較大計(jì)算系統(tǒng)(諸如集成在或外接到筆記本或臺(tái)式電腦的不透明觸摸板)的輸入裝置。近距離傳感器裝置也經(jīng)常被用在較小計(jì)算系統(tǒng)(諸如集成在便攜式電話上的觸摸屏幕)中。
[0004]近距離感測(cè)裝置可用于使得能夠控制相關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)。例如，近距離傳感器裝置通常被用作用于較大計(jì)算系統(tǒng)的輸入裝置，所述較大計(jì)算系統(tǒng)包括:筆記本電腦和臺(tái)式電腦。近距離傳感器裝置也經(jīng)常被用在較小系統(tǒng)中，所述較小系統(tǒng)包括:諸如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等手持系統(tǒng)、遙控器以及諸如無(wú)線電話和手機(jī)短信系統(tǒng)等通信系統(tǒng)。越來(lái)越多地，近距離傳感器裝置被用在媒體系統(tǒng)中，諸如⑶、DVD、MP3、視頻或其他媒體記錄器或播放器。近距離傳感器裝置可以被集成到或外接到與其交互的計(jì)算系統(tǒng)上。
[0005]—些輸入裝置除了確定與輸入裝置的感測(cè)區(qū)域交互的輸入物體的位置信息之外，還具有檢測(cè)所施加力的能力。然而，在當(dāng)前已知的力/觸摸輸入裝置中，發(fā)射和接收電極被布置在三層。在多層中設(shè)置發(fā)射器電極和接收器電極需要復(fù)雜的幾何和電子配置來(lái)避免電極的歐姆連接(短路)。此外，力接收器和觸摸接收器的交叉耦合使得難以準(zhǔn)確地定位輸入物體(例如，手指)，其中輸入表面由于所施加的輸入物體而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這些因素限制了當(dāng)前已知的力啟用輸入裝置的靈活性和可用性。因此需要一種全跨(full transcapacitive)電容圖像傳感器，其中發(fā)射和接收電極設(shè)置在單層或兩層中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種有利于提高裝置可用性的裝置和方法。該裝置和方法通過(guò)戰(zhàn)略性地將發(fā)射器電極和接收器電極布置在單層或兩層中來(lái)提供改進(jìn)的用戶界面功能。此外，通過(guò)在發(fā)射器電極與接收器電極之間放置地面跟蹤電極，可從觸摸信號(hào)中有效地去除輸入表面偏轉(zhuǎn)的影響。
[0007]具體而言，與圖像傳感器相關(guān)聯(lián)的處理系統(tǒng)可構(gòu)造為切換地面跟蹤電極以選擇性地充當(dāng)接地電極和力接收器電極。當(dāng)?shù)孛娓欕姌O處于接地狀態(tài)時(shí)，相鄰的觸摸接收器電極產(chǎn)生指示輸入物體的位置的信號(hào)，其基本上無(wú)關(guān)于偏轉(zhuǎn)(例如，輸入表面的平移和/或彎曲)。當(dāng)?shù)孛娓欕姌O處于接收狀態(tài)時(shí)，它產(chǎn)生包括偏轉(zhuǎn)分量和觸摸分量的信號(hào)。通過(guò)適當(dāng)處理“觸摸”信號(hào)和“偏轉(zhuǎn)加接觸”信號(hào)，可得出基本純的觸摸信號(hào)，其無(wú)關(guān)于偏轉(zhuǎn)；也就是說(shuō)，可獲得至少一個(gè)輸入物體的位置信息，其未受輸入表面偏轉(zhuǎn)的影響。此外，通過(guò)適當(dāng)?shù)靥幚怼坝|摸”信號(hào)和“偏轉(zhuǎn)加觸摸”信號(hào)，可得出基本純的偏轉(zhuǎn)信號(hào)，其無(wú)關(guān)于觸摸；也就是說(shuō)，可以得到至少一個(gè)輸入物體的力信息。
【附圖說(shuō)明】
[0008]在下文中將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施例，其中同樣的標(biāo)記指示同樣的元件，并且:
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括輸入裝置和處理系統(tǒng)的示例性電子系統(tǒng)的框圖；
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性處理系統(tǒng)的示意圖；
[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的單層力和觸摸傳感器的俯視示意圖；
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的沿著圖3的線IV-1V截取的單層力和觸摸傳感器的一部分的截面圖；
[0013]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括發(fā)射器電極和接收器電極的可壓縮介電層的示意性截面圖，可壓縮介電層示出為夾在透鏡與LCD層之間；
[0014]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步包括地面跟蹤電極的圖5的示意性截面圖；
[0015]圖7是根據(jù)本發(fā)明選擇性實(shí)施例的示出電極設(shè)置在兩層中的力和觸摸傳感器的示意性截面圖；
[0016]圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的操作電子系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和接收電極以確定力和觸摸信息的方法的流程圖；
[0017]圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓力成像傳感器層疊結(jié)構(gòu)的示意性透視圖；
[0018]圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓力成像傳感器層疊結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的示意性透視圖；
[0019]圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸入裝置的俯視圖；以及
[0020]圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的沿著圖11的輸入裝置的線X1-XI截取的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]接下來(lái)的詳細(xì)描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，而非限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用或者使用。此外，無(wú)意于通過(guò)前述技術(shù)領(lǐng)域、【背景技術(shù)】、
【發(fā)明內(nèi)容】
或接下來(lái)的詳細(xì)描述中所呈現(xiàn)的任何明示或暗示的理論限定本發(fā)明。
[0022]本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了便于改進(jìn)可用性的輸入裝置和方法?？梢酝ㄟ^(guò)下述增強(qiáng)用戶界面功能性:在單層(或兩層)內(nèi)布置發(fā)射器電極和接收器電極，并且提供地面跟蹤電極，其允許接收到純觸摸信號(hào)，其基本上或完全無(wú)關(guān)于輸入表面的偏轉(zhuǎn)的電容影響；例如，輸入表面和/或傳感器電極的彎曲或平移。
[0023]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示例性輸入裝置100的框圖。輸入裝置100可構(gòu)造為向電子系統(tǒng)(未示出)提供輸入。如本文檔中所使用的那樣，術(shù)語(yǔ)“電子系統(tǒng)”(或“電子裝置”)廣義上是指能夠以電子方式處理信息的任何系統(tǒng)。電子系統(tǒng)的一些非限制實(shí)例包括各種尺寸和形狀的個(gè)人電腦，諸如臺(tái)式計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本、平板電腦、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、電子書(shū)閱讀器以及個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等。另外的實(shí)例電子系統(tǒng)包括復(fù)合輸入裝置，諸如包括輸入裝置100和獨(dú)立的操作桿或鍵盤開(kāi)關(guān)的物理鍵盤。其他實(shí)例電子系統(tǒng)包括外圍設(shè)備，諸如數(shù)據(jù)輸入裝置(包括遙控器和鼠標(biāo))和數(shù)據(jù)輸出裝置(包括顯示屏和打印機(jī))。其他實(shí)例包括遠(yuǎn)程終端、自助服務(wù)終端和視頻游戲機(jī)(例如，視頻游戲控制器、便攜式游戲裝置等)。其他實(shí)例包括通信裝置(包括蜂窩電話，諸如智能電話)和媒體設(shè)備(包括記錄儀、編輯器和播放器諸如電視機(jī)、機(jī)頂盒、音樂(lè)播放器、數(shù)碼相框以及數(shù)碼相機(jī))。另外，電子系統(tǒng)可以是主機(jī)或輸入裝置的從屬設(shè)備。
[0024]輸入裝置100可以被實(shí)施為電子系統(tǒng)的物理部分，或者可以與電子系統(tǒng)在物理上分離。視情況而定，輸入裝置100可以利用下述的任何一項(xiàng)或多項(xiàng)與電子系統(tǒng)的某些部分通信:總線、網(wǎng)絡(luò)以及其他有線或無(wú)線互連。實(shí)例包括12(:、3?1、？3/2，通用串聯(lián)總線(1^8)、藍(lán)牙、RF以及IRDA。
[0025]在優(yōu)選實(shí)施例中，輸入裝置100被實(shí)施為力啟用觸摸板系統(tǒng)，包括處理系統(tǒng)110和感測(cè)區(qū)域120。感測(cè)區(qū)域120(通常也稱為“觸摸板”)構(gòu)造為感測(cè)在感測(cè)區(qū)域120中由一個(gè)或多個(gè)輸入物體140提供的輸入。輸入物體實(shí)例包括手指、拇指、手掌以及觸控筆。感測(cè)區(qū)域120被示意性地示出為矩形;然而，應(yīng)當(dāng)理解，感測(cè)區(qū)域可以具有任何方便的形式并且在觸摸板的表面上和/或與觸摸板集成的表面上具有任意期望的布置。
[0026]感測(cè)區(qū)域120包括用于檢測(cè)力和接近度的傳感器，如以下結(jié)合圖2更詳細(xì)描述的那樣。感測(cè)區(qū)域120可包含輸入裝置100上方(例如，懸停)、周圍、內(nèi)部和/或附近的任何空間，在感測(cè)區(qū)域120中輸入裝置100能夠檢測(cè)用戶輸入(例如，由一個(gè)或多個(gè)輸入物體140提供的用戶輸入)。特定感測(cè)區(qū)域的尺寸、形狀和位置可隨著實(shí)施例的不同而大不相同。在某些實(shí)施例中，感測(cè)區(qū)域120從輸入裝置100的表面沿一個(gè)或多個(gè)方向延伸到直到信噪比足夠阻止精確物體檢測(cè)的空間。在各種實(shí)施例中，此感測(cè)區(qū)域120沿特定方向延伸到的距離可以為小于毫米、數(shù)毫米、數(shù)厘米或更大的數(shù)量級(jí)，并且可以隨著所應(yīng)用的感測(cè)技術(shù)的類型和期望的精確度而顯著變化。因此，某些實(shí)施例感測(cè)輸入，該輸入包括未與輸入裝置100的任何表面接觸、與輸入裝置100的輸入表面(例如，觸摸表面)接觸、與以某些量的作用力或壓力耦合于輸入裝置100的輸入表面接觸和/或上述的組合。在各種實(shí)施例中，可以由安置傳感器電極的殼體的表面、在傳感器電極上施加的面板或任何殼體等提供輸入表面。在某些實(shí)施例中，感測(cè)區(qū)域120當(dāng)投射到輸入裝置100的輸入表面上時(shí)具有矩形形狀。
[0027]輸入裝置適于通過(guò)促進(jìn)響應(yīng)于被感測(cè)物體的位置和由這些物體施加的力的數(shù)據(jù)輸入來(lái)提供用戶界面功能。具體而言，處理系統(tǒng)構(gòu)造為確定由傳感器在感測(cè)區(qū)域中感測(cè)到的物體的位置信息。此位置信息然后可以被系統(tǒng)用于提供廣泛的用戶界面功能。此外，該處理系統(tǒng)構(gòu)造為從由傳感器在感測(cè)區(qū)域中確定的力的大小來(lái)確定物體的力信息。此力信息然后也可以被系統(tǒng)用于提供廣泛的用戶界面功能，例如，通過(guò)響應(yīng)于物體在感測(cè)區(qū)域中施加的不同等級(jí)的力來(lái)提供不同的用戶界面功能。此外，該處理系統(tǒng)可構(gòu)造為對(duì)于在感測(cè)區(qū)域中感測(cè)到的多于一個(gè)的物體確定輸入信息。輸入信息可以基于下述的組合:力信息、位置信息、感測(cè)區(qū)域中和/或與輸入表面接觸的輸入物體的數(shù)量以及一個(gè)或多個(gè)輸入物體正觸及或接近輸入表面的持續(xù)時(shí)間。輸入信息然后可以被系統(tǒng)用于提供廣泛的用戶界面功能。
[0028]輸入裝置對(duì)一個(gè)或多個(gè)輸入物體(例如，手指、觸控筆等)的輸入，諸如感測(cè)區(qū)域內(nèi)的輸入物體的位置敏感。感測(cè)區(qū)域包含輸入裝置上方、周圍、內(nèi)部和/或附近的任何空間，在感測(cè)區(qū)域中輸入裝置能夠檢測(cè)用戶輸入(例如，由一個(gè)或多個(gè)輸入物體提供的用戶輸入)。特定感測(cè)區(qū)域的尺寸、形狀和位置可隨著實(shí)施例的不同而大不相同。在某些實(shí)施例中，感測(cè)區(qū)域從輸入裝置的表面沿一個(gè)或多個(gè)方向延伸到直到信噪比足夠阻止精確物體檢測(cè)的空間。在各種實(shí)施例中，此感測(cè)區(qū)域沿特定方向延伸到的距離可以為小于毫米、數(shù)毫米、數(shù)厘米或更大的數(shù)量級(jí)，并且可以隨著所應(yīng)用的感測(cè)技術(shù)的類型和期望的精確度而顯著變化。因此，某些實(shí)施例感測(cè)輸入，該輸入包括未與輸入裝置的任何表面接觸、與輸入裝置的輸入表面(例如，觸摸表面)接觸、與以某些量的作用力或壓力耦合于輸入裝置的輸入表面接觸和/或上述的組合。在各種實(shí)施例中，可以由安置傳感器電極的殼體的表面、在傳感器電極上施加的面板或任何殼體等提供輸入表面。
[0029]電子系統(tǒng)100可以利用傳感器器件和感測(cè)技術(shù)的任意組合來(lái)檢測(cè)感測(cè)區(qū)域120中或與觸摸板相關(guān)聯(lián)的用戶輸入(例如，力、接近度)。輸入裝置102包括用于檢測(cè)用戶輸入的一個(gè)或多個(gè)感測(cè)元件。作為若干個(gè)非限制性的實(shí)例，輸入裝置100可以使用電容性的、介電性的、電阻性的、電感的、磁性的、聲學(xué)的、超聲的和/或光學(xué)的技術(shù)。