采用力成像的接近感測(cè)的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般來說，本發(fā)明涉及電子裝置，以及更具體來說，涉及傳感器裝置并且將傳感器裝置用于產(chǎn)生用戶界面輸入。
【背景技術(shù)】
[0002]包括接近傳感器裝置(通常又稱作觸摸板或觸摸傳感器裝置)的輸入裝置廣泛用于多種電子系統(tǒng)中。接近傳感器裝置通常包括常常通過表面來區(qū)分的感測(cè)區(qū)，在其中接近傳感器裝置確定一個(gè)或多個(gè)輸入物體的存在、位置和/或運(yùn)動(dòng)。接近傳感器裝置可用來提供電子系統(tǒng)的接口。例如，接近傳感器裝置常常用作較大計(jì)算系統(tǒng)的輸入裝置(例如筆記本或臺(tái)式計(jì)算機(jī)中集成的或者作為其外設(shè)的不透明觸摸板)。接近傳感器裝置還常常用于較小計(jì)算系統(tǒng)(例如蜂窩電話中集成的觸摸屏)中。
[0003]接近傳感器裝置能夠用來實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)的控制。例如，接近傳感器裝置常常用作較大計(jì)算系統(tǒng)的輸入裝置，較大計(jì)算系統(tǒng)包括:筆記本計(jì)算機(jī)和臺(tái)式計(jì)算機(jī)。接近傳感器裝置也常常用于較小系統(tǒng)中，包括:手持系統(tǒng)，例如個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、遙控器；以及通信系統(tǒng)，例如無線電話和文本消息傳遞系統(tǒng)。接近傳感器裝置越來越多地用于媒體系統(tǒng)中，例如CD、DVD, MP3、視頻或其他媒體記錄器或播放器。接近傳感器裝置能夠是它與其交互的計(jì)算系統(tǒng)的整體部分或者外設(shè)。
[0004]—些輸入裝置除了確定與輸入裝置的感測(cè)區(qū)進(jìn)行交互的輸入物體的“X-Y”坐標(biāo)信息之外，還具有檢測(cè)沿“Z”方向的外加力的能力。但是，在當(dāng)前已知的力/接近輸入裝置中，各種觸摸和力電極布置在兩個(gè)或更多襯底上，由此增加當(dāng)前已知的力使能的輸入裝置的成本和復(fù)雜度。因此需要一種具有降低制造成本和復(fù)雜度的接近傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實(shí)施例提供促進(jìn)改進(jìn)裝置可用性的裝置和方法。裝置和方法通過在戰(zhàn)略上將觸摸感測(cè)和力感測(cè)電極布置在單個(gè)柔順(pliable)襯底(或?qū)訅喊?上，來提供改進(jìn)的用戶界面功能性，其帶有將襯底與導(dǎo)電層分隔的順應(yīng)性組件(compliant component)。響應(yīng)外加力，觸摸和力電極向?qū)щ妼右苿?dòng)，按照可檢測(cè)方式來改變力電極與導(dǎo)電層之間的電容。其他實(shí)施例包括附加浮動(dòng)電極層，其布置在力電極與導(dǎo)電層之間，以增強(qiáng)力感測(cè)電極的可變電容以及因此改變壓力靈敏度?？芍脫Q空氣隙也可布置在力像素與導(dǎo)電襯底之間，并且配置成響應(yīng)外加壓力而增加力像素的電容率并且因此增加力響應(yīng)。
【附圖說明】
[0006]下面將結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施例，其中，相似的標(biāo)號(hào)表示相似的元件，以及附圖包括:
[0007]圖1是按照一實(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；
[0008]圖2是示出按照本發(fā)明的一實(shí)施例的觸摸傳感器和/或力傳感器像素的示例性電極陣列的示意圖；
[0009]圖3是按照一實(shí)施例的、包括柔順電極層、導(dǎo)電襯底以及布置在它們之間的順應(yīng)性組件的輸入傳感器層疊的示意截面圖；
[0010]圖4是按照一實(shí)施例的、圖3的輸入傳感器層疊的示意截面圖，示出響應(yīng)外加壓力的電極層的局部變形和順應(yīng)性組件的局部壓縮；
[0011]圖5是按照一實(shí)施例的、包括柔順電極層壓層(其包括力像素并且承載柔順面板)、與電極層相對(duì)的導(dǎo)電層和彈性層(布置在它們之間，具有隔離點(diǎn))的輸入傳感器層疊的示意截面圖；以及
[0012]圖6是按照一實(shí)施例的、還包括覆蓋力像素的浮動(dòng)電極層的、圖5的層疊的示意截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下詳細(xì)描述實(shí)際上只是示范性的，而不是要限制本發(fā)明或者本發(fā)明的應(yīng)用和使用。此外，并不是意在通過前面的技術(shù)領(lǐng)域、【背景技術(shù)】、
【發(fā)明內(nèi)容】
或者以下具體實(shí)施例中提供的任何明確表達(dá)或暗示的理論進(jìn)行限制。
[0014]本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例提供輸入裝置和方法，其促進(jìn)簡(jiǎn)單構(gòu)造、降低成本和增強(qiáng)力感測(cè)能力，從而產(chǎn)生改進(jìn)的可用性。通過將三個(gè)電極陣列(觸摸接收器、力接收器和公共發(fā)射器)布置在單個(gè)襯底或?qū)訅喊迳希山档脱b置成本和復(fù)雜度。響應(yīng)外加壓力，柔順電極襯底在外加力附近變形，使得全部三個(gè)電極陣列在沒有各自陣列之間的可感知相對(duì)移動(dòng)的情況下移動(dòng)。也就是說，觸摸像素和力像素一致地向?qū)щ娨r底移動(dòng)，由此促進(jìn)力像素與導(dǎo)電襯底之間的力感測(cè)，而無需損害觸摸(位置)感測(cè)。
[0015]通過為輸入裝置提供在外加力附近局部可壓縮的順應(yīng)性(例如彈性)層，從而減小力像素與導(dǎo)電襯底之間的距離，由此影響力像素與導(dǎo)電襯底之間的可變電容，可促進(jìn)力靈敏度。作為力像素與導(dǎo)電襯底之間的上述交互的補(bǔ)充或替代，空氣隙(例如通過隔離點(diǎn)或微結(jié)構(gòu)所形成)可配置成局部順應(yīng)在力像素周圍，由此響應(yīng)外加壓力而增加接近力像素的介電常數(shù)(電容率)。具體來說，由于空氣從包圍或接近力像素的體積被置換，所以局部介電常數(shù)變成通過與間隔結(jié)構(gòu)和/或彈性材料(其填充所置換空氣體積)關(guān)聯(lián)的相對(duì)較高介電常數(shù)來支配。介電常數(shù)的這個(gè)變化響應(yīng)在輸入表面的外加壓力而促進(jìn)增強(qiáng)的力成像。
[0016]在其他實(shí)施例中，浮動(dòng)電極層可放置在力像素與導(dǎo)電襯底之間。在一個(gè)實(shí)施例中，浮動(dòng)層包括歐姆隔離的浮動(dòng)孤島(每一個(gè)排在相應(yīng)的力像素之上)陣列。這樣，可減輕隔離點(diǎn)(其趨向于響應(yīng)外加壓力而增加與力像素關(guān)聯(lián)的可變電容)與力像素和導(dǎo)電襯底間的減小距離(其趨向于響應(yīng)外加壓力而降低與力像素關(guān)聯(lián)的可變電容)之間的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)。具體來說，覆蓋力像素的浮動(dòng)電極有效地掩蔽變化介電常數(shù)的電效應(yīng)免受與力像素關(guān)聯(lián)的可變電容影響。因此，浮動(dòng)電極的添加減輕上述競(jìng)爭(zhēng)行為，從而與沒有浮動(dòng)電極的相同層疊相比，引起響應(yīng)外加壓力的力像素的可變電容的較大變化。
[0017]現(xiàn)在來看附圖，圖1是按照本發(fā)明的實(shí)施例的示例性輸入裝置100的框圖。輸入裝置100可配置成向電子系統(tǒng)(未示出)提供輸入。如本文檔所使用的術(shù)語(yǔ)“電子系統(tǒng)”(或“電子裝置”)廣義地表示能夠電子地處理信息的任何系統(tǒng)。電子系統(tǒng)的一些非限制性示例包括所有尺寸和形狀的個(gè)人計(jì)算機(jī)，例如臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本計(jì)算機(jī)、平板電腦、網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、電子書閱讀器和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。附加示例電子系統(tǒng)包括復(fù)合輸入裝置，例如包括輸入裝置100和獨(dú)立操縱桿或按鍵開關(guān)的物理鍵盤。其他示例電子系統(tǒng)包括諸如數(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(包括顯示屏幕和打印機(jī))之類的外圍設(shè)備。其他示例包括遠(yuǎn)程終端、信息亭和視頻游戲機(jī)(例如視頻游戲控制臺(tái)、便攜式游戲裝置等)。其他示例包括通信裝置(包括蜂窩電話、例如智能電話)和媒體裝置(包括記錄器、編輯器和諸如電視機(jī)、機(jī)頂盒、音樂播放器的播放器、數(shù)碼相框和數(shù)碼相機(jī))。另夕卜，電子系統(tǒng)可以是輸入裝置的主機(jī)或從機(jī)。
[0018]輸入裝置100可以實(shí)現(xiàn)為電子系統(tǒng)的物理部分，或者可以與電子系統(tǒng)在物理上分隔。視情況而定，輸入裝置100可利用下述的任一項(xiàng)或多項(xiàng)與電子系統(tǒng)的部分進(jìn)行通信??總線、網(wǎng)絡(luò)和其他有線或無線互連。示例包括I2C、SP1、PS/2、通用串行總線(USB)、藍(lán)牙、RF和IRDA0
[0019]在一優(yōu)選實(shí)施例中，輸入裝置100實(shí)現(xiàn)為力使能觸摸板系統(tǒng)，其包括處理系統(tǒng)110和感測(cè)區(qū)120。感測(cè)區(qū)120 (又常常稱作“觸摸板”)配置成感測(cè)一個(gè)或多個(gè)輸入物體140在感測(cè)區(qū)120中提供的輸入。示例輸入物體包括手指、拇指、手掌和觸控筆。感測(cè)區(qū)120按圖示例示為矩形，但是，應(yīng)當(dāng)理解，感測(cè)區(qū)可在觸摸板的表面上具有任何便利形式并且按照任何預(yù)期布置，和/或以其他方式與觸摸板集成。
[0020]感測(cè)區(qū)120包括用于檢測(cè)力和接近性的傳感器，如以下結(jié)合圖2更詳細(xì)描述。感測(cè)區(qū)120可包含輸入裝置100之上(例如懸浮)、周圍、之中和/或附近的任何空間，其中輸入裝置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所提供的用戶輸入)。特定感測(cè)區(qū)的尺寸、形狀和位置可以逐個(gè)實(shí)施例極大地改變。在一些實(shí)施例中，感測(cè)區(qū)120沿一個(gè)或多個(gè)方向從輸入裝置100的表面延伸到空間中，直到信噪比阻止充分準(zhǔn)確的物體檢測(cè)。在各種實(shí)施例中，這個(gè)感測(cè)區(qū)120沿特定方向延伸的距離可以大約小于一毫米、數(shù)毫米、數(shù)厘米或更多，并且可隨所使用的感測(cè)技術(shù)的類型和預(yù)期的精度而極大地改變。因此，一些實(shí)施例感測(cè)輸入，其包括沒有與輸入裝置100的任何表面相接觸、與輸入裝置100的輸入表面(例如觸摸表面)相接觸、與耦合一定量的外加力或壓力的輸入裝置100的輸入表面相接觸和/或它們的組合。在各種實(shí)施例中，輸入表面可由傳感器電極位于其中的殼體的表面，由應(yīng)用在傳感器電極或者任何殼體之上的面板來提供等。在一些實(shí)施例中，感測(cè)區(qū)120在投射到輸入裝置100的輸入表面上時(shí)具有矩形形狀。
[0021]輸入裝置適合通過響應(yīng)所感測(cè)物體的位置以及這類物體所施加的力而促進(jìn)數(shù)據(jù)輸入，來提供用戶界面功能性。具體來說，處理系統(tǒng)配置成確定由感測(cè)區(qū)中的傳感器所感測(cè)的物體的位置信息。這個(gè)位置信息可隨后由系統(tǒng)使用來提供大范圍的用戶界面功能性。此夕卜，處理系統(tǒng)配置成從感測(cè)區(qū)中的傳感器所確定的力的量度來確定物體的力信息。這個(gè)力信息也可隨后由系統(tǒng)使用來提供大范圍的用戶界面功能性，例如通過響應(yīng)由物體在感測(cè)區(qū)