CN106030477A - 具有力检测的投射式电容触摸 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种力感测触摸传感器，其包括：衬底，在所述衬底的表面上具有多个导电电极行及大体上垂直于所述多个导电电极行且位于其上方的多个导电电极列；及力传感器，其位于所述衬底的每一拐角处。当将触摸施加到所述触摸传感器的表面时，由接近于对所述触摸传感器的所述表面的所述触摸的位置的电极行与列的相交点形成的电容器的电容值将改变。这些力传感器检测所述触摸传感器衬底上的总计且成比例的力。接着将此力信息与先前所确定的所述触摸位置组合，且接着可以足以用于三维3D手势应用的分辨率对所述个别触摸力进行内插。

Description

具有力检测的投射式电容触摸
技术领域
本发明涉及触摸传感器，且更特定来说，涉及一种触摸传感器，所述触摸传感器在触摸及/或手势期间感测触摸位置及施加于所述触摸传感器处的压力(力)两者。
背景技术
包括具有区域的触摸检测衬底的触摸传感器通常可仅确定对所述衬底区域的表面的触摸的位置，例如，二维X-Y坐标。期望第三感测输入以允许可与X-Y触摸位置输入组合使用的额外信息。能够不仅确定触摸的X-Y坐标位置而且确定对触摸传感器衬底的表面的触摸的力赋予可与具有带这些特征的触摸传感器的装置一起使用的另一控制选项。
发明内容
因此，需要一种触摸传感器，所述触摸传感器可用于检测对其的触摸的位置及所述位置上的力两者。
根据一实施例，一种用于确定触摸感测表面上对其的触摸的位置及所述触摸的力的设备可包括：第一多个电极，其沿具有第一轴的平行定向布置，其中所述第一多个电极中的每一者可包括自电容；第二多个电极，其沿具有大体上垂直于所述第一轴的第二轴的平行定向布置，所述第一多个电极可定位于所述第二多个电极上方且形成多个节点，所述多个节点可包括所述第一多个电极与所述第二多个电极的重叠相交点，其中所述多个节点中的每一者可包括互电容；衬底，其上安置有所述第一多个电极及所述第二多个电极，其中所述衬底可具有多个拐角；及多个力传感器，其中所述衬底的每一拐角可耦合到所述多个力传感器中的相应一者；借此所述多个力传感器中的每一者在对其的触摸期间测量施加到所述衬底的力的部分。
根据另一实施例，所述衬底可为大体上透光的且所述第一多个电极及所述第二多个电极可包括氧化铟锡(ITO)。根据另一实施例，所述衬底可为大体上透光的且所述第一多个电极及所述第二多个电极可包括氧化锑锡(ATO)。根据另一实施例，所述衬底可包括四个拐角。
根据又一实施例，一种用于确定触摸感测表面上对其的触摸的位置及所述触摸的力的方法可包括以下步骤：提供沿具有第一轴的平行定向布置的第一多个电极，其中所述第一多个电极中的每一者可包括自电容；提供沿具有大体上垂直于所述第一轴的第二轴的平行定向布置的第二多个电极，所述第一多个电极可定位于所述第二多个电极上方且形成多个节点，所述多个节点可包括所述第一多个电极与所述第二多个电极的重叠相交点，其中所述多个节点中的每一者可包括互电容；提供其上安置有所述第一多个电极及所述第二多个电极的衬底，其中所述衬底可具有多个拐角；提供多个力传感器，其中所述衬底的每一拐角可耦合到所述多个力传感器中的相应一者；扫描所述第一多个电极以确定其所述自电容的值；比较所述所扫描自电容的所述值以确定所述第一多个电极中的哪一个电极可具有最大自电容值；扫描所述第一多个电极中具有所述最大自电容值的所述一个电极的所述节点以确定所述相应多个节点的所述互电容的值；比较具有所述最大自电容值的所述第一电极上的所述相应多个节点的所述所扫描互电容的所述值，其中具有所述最大互电容值的所述节点可为所述触摸感测表面上的触摸的位置；及依据由所述多个力传感器测量的力值来确定所述触摸感测表面上的所述触摸的力。
根据所述方法的另一实施例，可用模拟前端及模/数转换器(ADC)来测量所述自电容值及互电容值。根据所述方法的另一实施例，可将所述自电容值及互电容值存储于数字装置的存储器中。根据所述方法的另一实施例，所述数字装置中的数字处理器可使用所述所存储自电容值及互电容值来确定所述触摸的所述触摸位置及由所述触摸在所述触摸位置处施加到所述触摸感测表面的所述力。根据所述方法的另一实施例，所述确定所述触摸感测表面上的所述触摸的力的步骤可包括下步骤：通过将由所述多个力传感器测量的所述力值加在一起而确定所计算力点(CFP)。
根据又一实施例，一种用于确定触摸感测表面上对其的多个触摸的位置及所述触摸的组合力的方法可包括以下步骤：提供沿具有第一轴的平行定向布置的第一多个电极，其中所述第一多个电极中的每一者可包括自电容；提供沿具有大体上垂直于所述第一轴的第二轴的平行定向布置的第二多个电极，所述第一多个电极可定位于所述第二多个电极上方且形成多个节点，所述多个节点可包括所述第一多个电极与所述第二多个电极的重叠相交点，其中所述多个节点中的每一者可包括互电容；提供其上安置有所述第一多个电极及所述第二多个电极的衬底，其中所述衬底可具有多个拐角；提供多个力传感器，其中所述衬底的每一拐角可耦合到所述多个力传感器中的相应一者；扫描所述第一多个电极以确定其所述自电容的值；比较所述所扫描自电容的所述值以确定所述第一多个电极中的哪些电极可具有最大自电容值；扫描所述第一多个电极中具有所述最大自电容值的所述电极的所述节点以确定所述相应多个节点的所述互电容的值；比较具有所述最大自电容值的所述第一电极上的所述相应多个节点的所述所扫描互电容的所述值，其中具有最大互电容值的所述节点可为所述触摸感测表面上的触摸的位置；及依据由所述多个力传感器测量的力值来确定所述触摸感测表面上的所述触摸的组合力。
根据所述方法的另一实施例，可用模拟前端及模/数转换器(ADC)来测量所述自电容值及互电容值。根据所述方法的另一实施例，可将所述自电容值及互电容值存储于数字装置的存储器中。根据所述方法的另一实施例，所述数字装置中的数字处理器可使用所述所存储自电容值及互电容值来确定所述触摸的所述触摸位置及由所述触摸在所述触摸位置处施加到所述触摸感测表面的所述相应力。
根据所述方法的另一实施例，所述确定所述触摸感测表面上的所述触摸的组合力的步骤可包括以下步骤：通过将由所述多个力传感器测量的所述力值加在一起来确定所计算力点(CFP)；及通过使用所述触摸位置及由所述多个力传感器测量的所述力值而确定质心(CM)。
根据所述方法的另一实施例，所述确定所述CM的步骤可包括以下步骤：确定所述CFP的X偏移XR；及确定所述CFP的Y偏移YR。根据所述方法的另一实施例，所述确定所述X偏移XR的步骤可包括以下步骤：对XR＝(((F1+F3)*(-W/2))+((F2+F4)*(W/2))/FR求解，其中W可为所述触摸感测表面的面的宽度，且XR可为从所述CM到所述CFP的X偏移。根据所述方法的另一实施例，所述确定所述Y偏移YR的步骤可包括以下步骤：对YR＝(((F1+F2)*(-H/2))+((F3+F4)*(H/2))/FR求解，其中H可为所述触摸感测表面的面的高度，且YR可为从所述CM到所述CFP的Y偏移。
根据仍又一实施例，一种用于确定触摸感测表面上对其的触摸的位置及所述触摸的组合力的***可包括：第一多个电极，其沿具有第一轴的平行定向布置，其中所述第一多个电极中的每一者可包括自电容；第二多个电极，其沿具有大体上垂直于所述第一轴的第二轴的平行定向布置，所述第一多个电极可定位于所述第二多个电极上方且形成多个节点，所述多个节点可包括所述第一多个电极与所述第二多个电极的重叠相交点，其中所述多个节点中的每一者可包括互电容；衬底，其上安置有所述第一多个电极及所述第二多个电极，其中所述衬底可具有多个拐角；多个力传感器，其中所述衬底的每一拐角可耦合到所述多个力传感器中的相应一者；数字处理器与存储器，其中所述数字处理器的数字输出可耦合到所述第一多个电极及所述第二多个电极；模拟前端，其耦合到所述第一多个电极及所述第二多个电极以及所述多个力传感器；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到数字处理器的至少一个数字输出；其中可通过所述模拟前端而对所述第一多个电极中的每一者测量所述自电容的值，可将所述所测量自电容的所述值存储于所述存储器中；可通过所述模拟前端测量所述第一电极中具有最大自电容值中的至少一者的至少一个第一电极的所述节点的所述互电容的值；可将所述所测量互电容的所述值存储于所述存储器中；可将由所述多个力传感器测量的力的值存储于所述存储器中；且所述数字处理器可使用所述所存储自电容值及互电容值来确定所述触摸的位置，且依据由所述多个力传感器测量的所述力值来计算所述触摸感测表面上的力点(CFP)及质心(CM)。
根据另一实施例，所述数字处理器、所述存储器、所述模拟前端及所述ADC可由数字装置提供。根据另一实施例，所述数字处理器、所述存储器、所述模拟前端及所述ADC可由至少一个数字装置提供。根据另一实施例，所述数字装置可包括微控制器。根据另一实施例，所述数字装置可选自由以下各项组成的群组：微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)及可编程逻辑阵列(PLA)。
根据另一实施例，所述衬底可为大体上透光的且所述第一多个电极及所述第二多个电极可包括氧化铟锡(ITO)。根据另一实施例，所述衬底可为大体上透光的且所述第一多个电极及所述第二多个电极可包括氧化锑锡(ATO)。根据另一实施例，所述衬底可包括四个拐角。
附图说明
结合附图参考以下描述可获得对本发明的更全面理解，在附图中：
图1图解说明根据本发明的实施例的具有电容触摸及力传感器、电容触摸模拟前端及数字处理器的电子***的示意性框图；
图2A到2D图解说明根据本发明的教示的具有各种电容触摸传感器配置的触摸传感器的示意性平面图；
图3及4图解说明根据本发明的教示的对触摸传感器的单个触摸的自电容及互电容触摸检测的示意性平面图；
图5到9图解说明根据本发明的教示的对触摸传感器的两个触摸的自电容及互电容触摸检测的示意性平面图；
图10图解说明根据本发明的实施例的触摸传感器的示意性透视图，所述触摸传感器能够检测所述触摸传感器的表面上对其的触摸的位置及所述触摸的力两者；
图11图解说明根据本发明的实施例的触摸传感器的示意性立面图，所述触摸传感器能够检测所述触摸传感器的表面上对其的触摸的位置及所述触摸的力两者；
图12图解说明根据本发明的教示的触摸传感器的示意性平面及立面图，展示对触摸传感器面的两个同时触摸点、其所得几何中心及合力。
图13图解说明根据本发明的教示的触摸感测面的示意性平面图，展示对所述触摸传感器面的单个触摸点及合力；
图14图解说明根据本发明的教示的触摸传感器面的示意性平面图，展示对所述触摸传感器面的两个同时触摸点及所得组合力；
图15图解说明根据本发明的教示的触摸传感器面的示意性平面图，展示对所述触摸传感器面的三个同时触摸点及所得组合力；且
图16图解说明根据本发明的教示的触摸传感器面的示意性平面图，展示对所述触摸传感器面的四个同时触摸点及所得组合力。
尽管本发明易于做出各种修改及替代形式，但在图式中显示并在本文中详细描述其特定实例性实施例。然而，应理解，本文中对特定实例性实施例的描述并非打算将本发明限制于本文中所揭示的特定形式，而是相反，本发明将涵盖由所附权利要求书界定的所有修改及等效形式。
具体实施方式
根据各种实施例，触摸传感器可包括：衬底，其在所述衬底的表面上具有多个导电电极行及大体上垂直于所述多个导电电极行且位于其上方的多个导电电极列；及力或压力传感器，其位于所述衬底的每一拐角处。术语“力”及“压力”在本文中可互换使用。当将触摸施加到触摸传感器的表面时，由接近于对所述触摸传感器的所述表面的触摸的位置的电极行与列的相交点形成的电容器的电容值将改变。确定对触摸传感器的表面的触摸的此方法称作“投射式电容(PCAP)触摸”且更全面地描述于Todd O'Connor的标题为“mTouchTM投射式电容触摸屏感测操作理论(mTouchTM Projected Capacitive Touch Screen SensingTheory of Operation)”的技术通报TB3064(可在www.microchip.com处获得)以及JerryHanauer的标题为“使用自电容及互电容两者的电容触摸***(Capacitive Touch SystemUsing Both Self and Mutual Capacitance)”的共同拥有的美国专利申请公开案第US2012/0113047号中，其中所述技术通报及所述美国专利申请公开案两者出于所有目的特此以引用方式并入本文中。触摸传感器可并入到用于以下各项中的触摸屏显示器中：智能电话、平板计算机、计算机显示器、汽车、飞机及轮船信息及控制显示器等。
力或压力传感器可定位于触摸传感器衬底的每一拐角处。这些力传感器检测触摸传感器衬底上的总计且成比例的力。接着将此力信息与先前所确定的触摸位置组合，且接着可以足以用于三维(3D)手势应用的分辨率对个别触摸力进行内插。举例来说，针对正方形或矩形触摸传感器衬底，每当存在对触摸传感器衬底的表面进行一或多个触摸时，将力施加到四个力传感器(衬底的每一拐角处定位一个力传感器)。每一力传感器处的力取决于一或多个触摸在触摸传感器的表面上的位置。当将单个触摸施加到触摸传感器的表面时，来自四个触摸传感器的力信息可用于确定所述单个触摸的力。当将两个触摸施加到触摸传感器衬底的表面时，来自四个触摸传感器的力信息可用于对基于两个触摸的已知位置所施加的力进行内插。当将三个或三个以上触摸施加到触摸传感器衬底的表面时，来自四个触摸传感器的力信息可用于确定触摸位置之间的压力偏置。
来自一或多个触摸的合力信息可用于确定并利用信息的第三维度，此可有利地用于仅使用二维触摸屏或面板结合四个触摸传感器(触摸屏或面板的每一拐角处一个触摸传感器)提供关于三维(3D)手势辨识的信息及特征。此允许在不影响触摸屏或面板的显示部分的视觉清晰度的情况下触摸屏或面板上的手势命令的带宽、复杂性及功能性的增加。
现在参考图式，示意性地图解说明特定实例性实施例的细节。图式中，将由相同编号表示相同元件，且将由带有不同小写字母后缀的相同编号表示相似元件。
参考图1，其描绘根据本发明的教示的具有电容触摸传感器、电容触摸模拟前端及数字处理器的电子***的示意性框图。数字装置112可包括数字处理器与存储器106、模/数转换器(ADC)控制器108及电容触摸模拟前端(AFE)110。数字装置112可耦合到触摸传感器102，所述触摸传感器由以下各项构成：衬底101，其具有在其上布置成矩阵的多个传导性列104及行105；及四个力传感器103，衬底101的每一拐角处一个传感器103。预期且在本发明的范围内，传导性行105及/或传导性列104可为(举例来说但不限于)印刷电路板导体、导线、透明衬底(例如，显示器/触摸屏等)上的氧化铟锡(ITO)、氧化锑锡(ATO)涂层或其任何组合。数字装置112可包括微控制器、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)等，且可进一步包括一或多个集成电路(未展示)(经封装或未经封装)。
参考图2A到2D，其描绘根据本发明的教示的具有各种电容触摸传感器配置的触摸传感器的示意性平面图。图2A展示传导性列104及传导性行105。传导性列104中的每一者具有在处于静态状态中时可个别测量的“自电容”，或所有传导性行105可在传导性列104中的每一者已对其进行自电容测量时被主动激发。全部传导性行105的主动激发可为传导性列104的个别电容测量提供较强测量信号。
举例来说，如果在自电容扫描期间在传导性列104中的一者上检测到触摸，那么在其互电容扫描期间仅需要进一步测量其上检测到触摸的所述传导性列104。自电容扫描可仅确定传导性列104中的哪一个传导性列已被触摸，而非在沿着所述传导性列104的轴的何位置处其被触摸。互电容扫描可通过一次一个地个别激发(驱动)传导性行105且测量与传导性行105相交(交叉)的所述传导性列104上的位置中的每一者的互电容值而确定沿着所述传导性列104的轴的触摸位置。绝缘非传导性电介质(未展示)可存在于传导性列104与传导性行105之间并将其分离。在传导性列104与传导性行105相交(交叉)的情况下，借此形成互电容器120。在上文自电容扫描期间，所有传导性行105可接地(例如，VSS)或利用逻辑信号驱动到一电压(例如，VDD)，借此形成与传导性列104中的每一者相关联的个别列电容器。
图2B及2C展示传导性列104及传导性行105的菱形形状图案的交错。此配置可使每轴向传导性列及/或行到触摸的暴露最大化(例如，较好敏感性)，其中传导性列104与传导性行105之间具有较小重叠。图1D展示构成梳状咬合指状件的接收器(顶部)传导性行(例如，电极)105a及发射器(底部)传导性列104a。传导性列104a及传导性行105a以并排平面图展示，但通常顶部传导性行105a将在底部传导性列104a上方。
参考图3及4，其描绘根据本发明的教示的对触摸传感器的单个触摸的自电容及互电容触摸检测的示意性平面图。在图3中，触摸(由手指的部分的图片表示)位于大约X05,Y07的坐标处。在自电容触摸检测期间，可测量行Y01到Y09中的每一者以确定其电容值。应注意，已取得针对行Y01到Y09中的每一者的在无对其的触摸的情况下的基准电容值并将所述基准电容值存储于存储器(例如，存储器106(图1))中。行Y01到Y09的基准电容值的任何显著电容改变将为明显的且视为手指触摸。在图3中所展示的实例中，手指正触摸行Y07且所述行的电容值将改变，指示对所述行的触摸。然而，依据自电容测量仍无法得知此行上何处已发生触摸。
一旦已使用其自电容改变确定经触摸行(Y07)，便可使用互电容检测来确定经触摸行(Y07)上何处已发生触摸。此可通过一次一个地激发列X01到X12中的每一者(例如，将电压脉冲置于其上)同时在列X01到X12中的每一者经个别激发时测量行Y07的电容值而完成。致使行Y07的电容值的最大改变的列(X05)激发将为所述行上的对应于列X05与行Y07相交点的位置，因此单个触摸位于点或节点X05,Y07处。使用自电容及互电容触摸检测显著减少行及列扫描的数目以获得触摸传感器102上的X,Y触摸坐标。在此实例中，在自电容触摸检测期间扫描九(9)个行且在互电容触摸检测期间扫描十二(12)个列，总计9+12＝21个扫描。如果使用每一节点(位置)的个别x-y电容触摸传感器，那么将需要9×12＝108个扫描以找到此一个触摸(显著差异)。预期且在本发明的范围内，可首先确定列X01到X21的自电容，接着通过激发每一行Y01到Y09而确定选定列的互电容以找到选定列上的触摸位置。
参考图5到9，其描绘根据本发明的教示的对触摸传感器的两个触摸的自电容及互电容触摸检测的示意性平面图。在图5中，两个触摸(由两个手指的部分的图片表示)位于大约坐标X05,Y07(针对触摸#1)及X02,Y03(针对触摸#2)。在自电容触摸检测期间，可测量行Y01到Y09中的每一者以确定其电容值。应注意，已取得针对行Y01到Y09中的每一者的在无对其的触摸的情况下的基准电容值并将所述基准电容值存储于存储器(例如，存储器106(图1))中。行Y01到Y09的基准电容值的任何显著电容改变将为明显的且视为手指触摸。在图6中所展示的实例中，第一手指正触摸行Y07且第二手指正触摸行Y03，其中所述两个行的电容值将改变，指示对所述两个行的触摸。然而，依据自电容测量仍无法得知此两个行上何处已发生触摸。
一旦已使用其自电容改变确定经触摸行(Y07及Y03)，便可使用互电容检测来确定此两个经触摸行(Y07及Y03)上何处已发生触摸。参考图7，此可通过一次一个地激发列X01到X12中的每一者(例如，将电压脉冲置于其上)同时在列X01到X12中的每一者经个别激发时测量行Y07的电容值而完成。致使行Y07的电容值的最大改变的列(X05)激发将为所述行上的对应于列X05与行Y07相交点的位置。参考图8，同样地，在个别激发列X01到X12中的每一者时测量行Y03的电容值确定列Y03上何处已发生触摸#2。参考图9，两个触摸在点或节点(X05,Y07)及(X02,Y03)处。预期且在本发明的范围内，如果可同时测量选定行(例如，Y07及Y03)中的一者以上的电容，那么在确定对触摸传感器102的两个触摸时仅需要一组个别列X01到X12激发。
使用投射式电容(PCAP)触摸***的多点触摸检测及手势更全面地描述于JerryHanauer的标题为“使用自电容及互电容两者的电容触摸***”的共同拥有的美国专利申请公开案第US 2012/0113047号以及Lance Lamont与Jerry Hanauer的标题为“用于多点触摸解码的方法及***(Method And System For Multi-Touch Decoding)”于2013年3月14日提出申请的序列号为13/830,891的美国专利申请案中，其中所述申请案出于所有目的均特此以引用方式并入本文中。
参考图10及11，其分别描绘根据本发明的实施例的触摸传感器的示意性透视图及立面图，所述触摸传感器能够检测所述触摸传感器的表面上对其的触摸的位置及所述触摸的力两者。能够检测对其的触摸的位置及对其的所述触摸的力两者的触摸传感器(通常由编号102表示)可包括在衬底101上的多个传导性行105及列104，以及力传感器103(衬底101的每一拐角处定位一个力传感器103)。传导性列104及传导性行105用于确定触摸的位置，如上文中更全面地描述，且力传感器103用于检测施加到衬底101的力1142的量。衬底101可为透明、半透明或不透明的或者其任何组合。视觉位移可包含于衬底101中或投射穿过衬底101以用于将信息及图像供应给用户，且在触摸传感器102的触摸及/或手势操作期间提供视觉反馈。预期且在本发明的范围内，根据本发明的教示，可使用四个以上或四个以下力传感器103，其中衬底101的任何几何形状适于使用应用。
返回参考图1，微控制器112现在包含增强对此类电容值改变的检测及评估的周边装置。各种电容触摸***应用的更详细描述更全面地揭示于微芯片技术有限公司(Microchip Technology Incorporated)应用注解AN1298、AN1325及AN1334中，所述应用注解可在www.microchip.com处获得且出于所有目的而特此以引用方式并入本文中。一种此应用利用电容分压器(CVD)方法来确定电容值及/或评估电容值是否已改变。CVD方法更全面地描述于应用注解AN1208(可在www.microchip.com处获得)中；且对CVD方法的更详细阐释呈现于Dieter Peter的标题为“使用模/数转换器(ADC)的内部电容器及电压参考的电容触摸感测(Capacitive Touch Sensing using an Internal Capacitor of an Analog-To-Digital Converter(ADC)and a Voltage Reference)”的共同拥有的美国专利申请公开案第US 2010/0181180号中，其中所述应用注解及所述美国专利申请公开案两者出于所有目的特此以引用方式并入本文中。
充电时间测量单元(CTMU)可用于极其准确的电容测量。CTMU更全面地描述于微芯片应用注解AN1250及AN1375(可在www.microchip.com处获得)以及标题为“测量长时间周期(Measuring a long time period)”的共同拥有的美国专利第US 7,460,441B2号及标题为“电流时间数/模转换器(Current-time digital-to-analog converter)”的US 7,764,213 B2(两者皆由James E.Bartling做出)中；其中全部上述内容出于所有目的特此以引用方式并入本文中。
预期且在本发明的范围内，具有必需分辨率的任何类型的电容测量电路可用于确定多个传导性列104及/或行105的电容值，且电子领域并受益于本发明的技术人员可实施此电容测量电路。
参考图12，其描绘根据本发明的教示的触摸传感器的示意性平面图及立面图，展示对触摸传感器面的两个同时触摸点、其所得几何中心及合力。四个力传感器103a到103d(衬底101的每一拐角处定位一个力传感器)提供触摸传感器衬底101上的总计且成比例的力。触摸力偏置定义为触摸(触摸点)群集的几何中心与由个别手指压力级产生的合力(所计算力点)以及所述力的量值之间的偏移。举例来说，图12中展示两个手指触摸，其中左手指压力(触摸点1214)小于右手指压力(触摸点1216)。此两个手指触摸之间的几何中心可由定位于两个触摸点1214与1216之间的质心(CM)1210表示。
四个传感器103a到103d可用于确定合力(例如，由触摸点1214及1216处的两个触摸产生的所计算力点(CFP)1212)。可使用传感器103中的每一者处的压力(力)利用二维计算来确定合力(CFP 1212)。四个传感器103上的力提供由所有触摸位置处的用户的手指压力产生的总力。通过(举例来说但不限于)X及Y合力计算而确定位置。为计算合力(CFP1212)，X及Y坐标***可以屏幕的质心处为零而叠加于触摸传感器上。合力向量可接着用于以下方程式中。
可如下计算总合力FR(CFP 1212)：
FR＝F1+F2+F3+F4 (方程式1)。
其中F1、F2、F3及F4是由相应传感器103中的每一者测量的力。
可如下计算总合力FR(CFP 1212)的X偏移XR：
FR*XR＝((F1+F3)*(-W/2))+((F2+F4)*(W/2) (方程式2)。
其中W是触摸传感器102的面的宽度且XR是从质心(CM 1210)到合力(CFP 1212)的X偏移。
可如下计算总合力FR(CFP 1212)的Y偏移YR：
FR*YR＝((F1+F2)*(-H/2))+((F3+F4)*(H/2) (方程式3)。
其中H是触摸传感器102的面的高度且YR是从质心(CM 1210)到合力(CFP 1212)的Y偏移。
可接着通过使用相同X-Y坐标***而计算几何中心。当比较合力的位置对几何中心时，可产生两个偏置解决方案：
1.合力与几何中心匹配且按压可为垂直移动。向下推动可用于遍及多页文件搜寻、***页面或将物体固定于适当位置中。
2.合力从几何中心偏移且按压是围绕垂直于合力与几何中心之间的线的轴的旋转移动。旋转程度可由合力的量值确定。此针对使物体沿各种轴旋转而起作用。
这些偏置解决方案可接着与当前按压的历史(使压力随时间增加或触摸移动)组合以确定产生数个可能手势中的哪一个手势。其它偏置解决方案是可能的且涵盖于本文中。
参考图13，其描绘根据本发明的教示的触摸传感器面的示意性平面图，展示对所述触摸传感器面的单个触摸点及合力。四个力传感器103定位于触摸传感器衬底101的拐角处。力传感器103提供触摸传感器衬底101上的总计且成比例的力。来自触摸传感器103的力信息及触摸传感器上的先前所确定的触摸点(TP)用于确定所计算力点(CFP)。
参考图14，其描绘根据本发明的教示的触摸传感器面的示意性平面图，展示对触摸传感器面的两个同时触摸点及所得组合力。四个力传感器103定位于触摸传感器衬底101的拐角处。力传感器103提供触摸传感器衬底101上的总计且成比例的力。来自触摸传感器103的力信息及触摸传感器上的先前所确定的触摸点(TP)用于确定质心(CM)及所计算力点(CFP)。
参考图15，其描绘根据本发明的教示的触摸传感器面的示意性平面图，展示对触摸传感器面的三个同时触摸点及所得组合力。四个力传感器103定位于触摸传感器衬底101的拐角处。力传感器103提供触摸传感器衬底101上的总计且成比例的力。来自触摸传感器103的力信息及触摸传感器上的先前所确定的触摸点(TP)用于确定质心(CM)及所计算力点(CFP)。
参考图16，其描绘根据本发明的教示的触摸传感器面的示意性平面图，展示对触摸传感器面的四个同时触摸点及所得组合力。四个力传感器103定位于触摸传感器衬底101的拐角处。力传感器103提供触摸传感器衬底101上的总计且成比例的力。来自触摸传感器103的力信息及触摸传感器上的先前所确定的触摸点(TP)用于确定质心(CM)及所计算力点(CFP)。
预期且在本发明的范围内，使用四个以上或四个以下力传感器103可检测四个以上触摸位置且确定其CFP及CM。另外，力传感器衬底101可为适于使用应用的任何适当几何形状。
尽管已参考本发明的实例性实施例来描绘、描述及定义本发明的实施例，但此类参考并不意味着对本发明的限制，且不应推断出存在此限制。所揭示的标的物能够在形式及功能上具有大量修改、变更及等效形式，相关领域并受益于本发明的技术人员将会联想到这些修改、变更及等效形式。本发明的所描绘及所描述实施例仅作为实例，而并非是对本发明范围的穷尽性说明。

Claims (25)

1.一种用于确定触摸感测表面上对其的触摸的位置及所述触摸的力的设备，所述设备包括：
第一多个电极，其沿具有第一轴的平行定向布置，其中所述第一多个电极中的每一者包括自电容；
第二多个电极，其沿具有大体上垂直于所述第一轴的第二轴的平行定向布置，所述第一多个电极定位于所述第二多个电极上方且形成包括所述第一多个电极与所述第二多个电极的重叠相交点的多个节点，其中所述多个节点中的每一者包括互电容；
衬底，其上安置有所述第一多个电极及所述第二多个电极，其中所述衬底具有多个拐角；及
多个力传感器，其中所述衬底的每一拐角耦合到所述多个力传感器中的相应一者；
借此所述多个力传感器中的每一者在对其的触摸期间测量施加到所述衬底的力的部分。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述衬底是大体上透光的，且所述第一多个电极及所述第二多个电极包括氧化铟锡ITO。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述衬底是大体上透光的，且所述第一多个电极及所述第二多个电极包括氧化锑锡ATO。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述衬底包括四个拐角。
5.一种用于确定触摸感测表面上对其的触摸的位置及所述触摸的力的方法，所述方法包括以下步骤：
提供沿具有第一轴的平行定向布置的第一多个电极，其中所述第一多个电极中的每一者包括自电容；
提供沿具有大体上垂直于所述第一轴的第二轴的平行定向布置的第二多个电极，所述第一多个电极定位于所述第二多个电极上方且形成包括所述第一多个电极与所述第二多个电极的重叠相交点的多个节点，其中所述多个节点中的每一者包括互电容；
提供其上安置有所述第一多个电极及所述第二多个电极的衬底，其中所述衬底具有多个拐角；
提供多个力传感器，其中所述衬底的每一拐角耦合到所述多个力传感器中的相应一者；
扫描所述第一多个电极以确定其所述自电容的值；
比较所述所扫描自电容的所述值以确定所述第一多个电极中的哪一个电极具有最大自电容值；
扫描所述第一多个电极中具有所述最大自电容值的所述一个电极的所述节点以确定所述相应多个节点的所述互电容的值；
比较具有所述最大自电容值的所述第一电极上的所述相应多个节点的所述所扫描互电容的所述值，其中具有最大互电容值的所述节点是所述触摸感测表面上的触摸的位置；及
依据由所述多个力传感器测量的力值来确定所述触摸感测表面上的所述触摸的力。
6.根据权利要求5所述的方法，其中用模拟前端及模/数转换器ADC测量所述自电容值及互电容值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中将所述自电容值及互电容值存储于数字装置的存储器中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述数字装置中的数字处理器使用所述所存储自电容值及互电容值来确定所述触摸的所述触摸位置及由所述触摸在所述触摸位置处施加到所述触摸感测表面的所述力。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述确定所述触摸感测表面上的所述触摸的力的步骤包括以下步骤：通过将由所述多个力传感器测量的所述力值加在一起而确定所计算力点CFP。
10.一种用于确定触摸感测表面上对其的多个触摸的位置及所述触摸的组合力的方法，所述方法包括以下步骤：
提供沿具有第一轴的平行定向布置的第一多个电极，其中所述第一多个电极中的每一者包括自电容；
提供沿具有大体上垂直于所述第一轴的第二轴的平行定向布置的第二多个电极，所述第一多个电极定位于所述第二多个电极上方且形成包括所述第一多个电极与所述第二多个电极的重叠相交点的多个节点，其中所述多个节点中的每一者包括互电容；
提供其上安置有所述第一多个电极及所述第二多个电极的衬底，其中所述衬底具有多个拐角；
提供多个力传感器，其中所述衬底的每一拐角耦合到所述多个力传感器中的相应一者；
扫描所述第一多个电极以确定其所述自电容的值；
比较所述所扫描自电容的所述值以确定所述第一多个电极中的哪些电极具有最大自电容值；
扫描所述第一多个电极中具有所述最大自电容值的所述电极的所述节点以确定所述相应多个节点的所述互电容的值；
比较具有所述最大自电容值的所述第一电极上的所述相应多个节点的所述所扫描互电容的所述值，其中具有最大互电容值的所述节点是所述触摸感测表面上的触摸的位置；及
依据由所述多个力传感器测量的力值来确定所述触摸感测表面上的所述触摸的组合力。
11.根据权利要求10所述的方法，其中用模拟前端及模/数转换器ADC测量所述自电容值及互电容值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述自电容值及互电容值存储于数字装置的存储器中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述数字装置中的数字处理器使用所述所存储自电容值及互电容值来确定所述触摸的所述触摸位置及由所述触摸在所述触摸位置处施加到所述触摸感测表面的所述相应力。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述确定所述触摸感测表面上的所述触摸的组合力的步骤包括以下步骤：
通过将由所述多个力传感器测量的所述力值加在一起来确定所计算力点CFP；及
通过使用所述触摸位置及由所述多个力传感器测量的所述力值而确定质心CM。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述确定所述CM的步骤包括以下步骤：
确定所述CFP的X偏移XR；及
确定所述CFP的Y偏移YR。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述确定所述X偏移XR的步骤包括以下步骤：对XR＝(((F1+F3)*(-W/2))+((F2+F4)*(W/2))/FR求解，其中W是所述触摸感测表面的面的宽度，且XR是从所述CM到所述CFP的X偏移。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述确定所述Y偏移YR的步骤包括以下步骤：对YR＝(((F1+F2)*(-H/2))+((F3+F4)*(H/2))/FR求解，其中H是所述触摸感测表面的面的高度，且YR是从所述CM到所述CFP的Y偏移。
18.一种用于确定触摸感测表面上对其的触摸的位置及所述触摸的组合力的***，所述***包括：
第一多个电极，其沿具有第一轴的平行定向布置，其中所述第一多个电极中的每一者包括自电容；
第二多个电极，其沿具有大体上垂直于所述第一轴的第二轴的平行定向布置，所述第一多个电极定位于所述第二多个电极上方且形成包括所述第一多个电极与所述第二多个电极的重叠相交点的多个节点，其中所述多个节点中的每一者包括互电容；
衬底，其上安置有所述第一多个电极及所述第二多个电极，其中所述衬底具有多个拐角；
多个力传感器，其中所述衬底的每一拐角耦合到所述多个力传感器中的相应一者；
数字处理器与存储器，其中所述数字处理器的数字输出耦合到所述第一多个电极及所述第二多个电极；
模拟前端，其耦合到所述第一多个电极及所述第二多个电极以及所述多个力传感器；
模/数转换器ADC，其具有耦合到所述数字处理器的至少一个数字输出；
其中
通过所述模拟前端而对所述第一多个电极中的每一者测量所述自电容的值，
将所述所测量自电容的所述值存储于所述存储器中；
通过所述模拟前端而测量所述第一电极中具有最大自电容值中的至少一者的至少一个第一电极的所述节点的所述互电容的值，
将所述所测量互电容的所述值存储于所述存储器中；
将由所述多个力传感器测量的力的值存储于所述存储器中；且
所述数字处理器使用所述所存储自电容值及互电容值来确定所述触摸的位置，且依据由所述多个力传感器测量的所述力值来计算所述触摸感测表面上的力点CFP及质心CM。
19.根据权利要求18所述的***，其中所述数字处理器、所述存储器、所述模拟前端及所述ADC由数字装置提供。
20.根据权利要求18所述的***，其中所述数字处理器、所述存储器、所述模拟前端及所述ADC由至少一个数字装置提供。
21.根据权利要求19所述的***，其中所述数字装置包括微控制器。
22.根据权利要求19所述的***，其中所述数字装置选自由以下各项组成的群组：微处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC及可编程逻辑阵列PLA。
23.根据权利要求18所述的***，其中所述衬底是大体上透光的，且所述第一多个电极及所述第二多个电极包括氧化铟锡ITO。
24.根据权利要求18所述的***，其中所述衬底是大体上透光的，且所述第一多个电极及所述第二多个电极包括氧化锑锡ATO。
25.根据权利要求18所述的***，其中所述衬底包括四个拐角。
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