CN107102764B - 输入设备中的跨电容触摸和力感测 - Google Patents

Abstract

用于力和接近感测的示例性输入设备包括：包括触摸发射器电极和触摸接收器电极的多个触摸电极、以及包括多个力电极的力电极层。输入设备还包括设置在多个触摸电极和力电极层之间的弹性材料层。输入设备还包括耦合到多个触摸电极和多个力电极的处理***，该处理***配置成：利用触摸发射器信号驱动发射器电极，并从触摸接收器电极获取跨电容接近测量结果；以及利用力发射器信号驱动多个力电极，并从触摸发射器电极或触摸接收器电极获取跨电容力测量结果。

Description

输入设备中的跨电容触摸和力感测

技术领域

本公开的实施例一般涉及电容传感器，并且更具体地涉及输入设备中的跨电容触摸和力感测。

背景技术

包括接近传感器设备（通常也称为触摸板或触摸传感器设备）的输入设备被广泛地用在多种电子***中。接近传感器设备典型地包括常常通过表面来区分的感测区，在其中接近传感器设备确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器设备可以被用于为电子***提供界面。例如，接近传感器设备常常被用作用于较大计算***的输入设备（诸如集成在笔记本或台式计算机中或者在其***的不透明触摸板）。接近传感器设备也常常被用在较小计算***中（诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏）。

发明内容

描述了用于输入设备中的跨电容触摸和力感测的技术。在实施例中，用于力和接近感测的输入设备包括：包括触摸发射器电极和触摸接收器电极的多个触摸电极、以及包括多个力电极的力电极层。输入设备还包括设置在多个触摸电极和力电极层之间的弹性材料层。输入设备还包括耦合到多个触摸电极和多个力电极的处理***，该处理***配置成：利用触摸发射器信号驱动发射器电极，并从触摸接收器电极获取跨电容接近测量结果；以及利用力发射器信号驱动多个力电极，并从触摸发射器电极或触摸接收器电极获取跨电容力测量结果。

在另一实施例中，公开了一种用于输入设备处的力和接近感测的处理***。输入设备包括通过弹性材料层与力电极层分离的多个触摸电极。处理***包括配置成耦合到：多个触摸电极的触摸发射器电极和触摸接收器电极的传感器电路；以及设置在力电极层上的多个力电极。传感器电路配置成：利用触摸发射器信号驱动触摸发射器电极，并从触摸接收器电极获取触摸结果所得信号；并且利用力发射器信号驱动多个力电极并从触摸发射器电极或触摸接收器电极获取力结果所得信号。该处理***包括耦合到传感器电路的确定模块，其配置成：基于触摸结果所得信号确定跨电容接近测量结果；并从力结果所得信号确定跨电容力测量结果。

在另一实施例中，公开了一种输入设备处的力和接近感测的方法。输入设备包括通过弹性材料层与力电极层分离的多个触摸电极。该方法包括利用触摸发射器信号驱动多个触摸电极的触摸发射器电极并从多个触摸电极的触摸接收器电极获取触摸结果所得信号。该方法还包括利用力发射器信号驱动设置在力电极层上的多个力电极并从触摸发射器电极或触摸接收器电极获取力结果所得信号。该方法还包括基于触摸结果所得信号确定跨电容接近测量结果，以及从力结果所得信号确定跨电容力测量结果。

附图说明

为了可以详细地理解本发明的上述特征所采用的方式，可以通过参考实施例来进行上面简要概述的本发明的更具体的描述，所述实施例中的一些在附图中图示。然而，应当注意，附图仅图示了本发明的典型实施例，并且因此不应被认为是限制其范围，因为本发明可以允许其它同样有效的实施例。

图1是根据本文描述的一个实施例的示例性输入设备的框图。

图2是描绘根据一些实施例的电容性感测设备的框图。

图3A是描绘根据实施例的显示面板的横截面的框图。

图3B是描绘根据另一实施例的显示面板的横截面的框图。

图4是描绘根据实施例的由输入对象施加到输入设备的力的示意性横截面。

图5是描绘根据实施例的输入设备处的力和接近感测的方法的流程图。

图6是描绘根据实施例的输入设备处的力感测的方法的流程图。

为了促进理解，在可能的情况下使用相同的附图标记来表示附图所共同的相同元件。预期在一个实施例中公开的元件可以在没有具体叙述的情况下有益地用在其它实施例上。本文提到的附图不应被理解为按比例绘制，除非特别指出。此外，为了呈现和解释的清楚，附图经常被简化并且细节或组件被省略。附图和讨论用于解释下面讨论的原理，其中相同的标号表示相同的元件。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的示例性输入设备100的框图。输入设备100可以配置成向电子***提供输入。如在本文档中所使用的那样，术语“电子***”（或“电子设备”）宽泛地指能够电子地处理信息的任何***。电子***的一些非限制性示例包括所有大小和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器和个人数字助理（PDA）。附加示例电子***包括复合输入设备，诸如包括输入设备100和分离的操纵杆或按键开关的物理键盘。另外的示例电子***包括***设备，诸如数据输入设备（包括遥控装置和鼠标）、以及数据输出设备（包括显示屏和打印机）。其它示例包括远程终端、信息站和视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏设备等）。其它示例包括通信设备（包括蜂窝电话，诸如智能电话）、以及媒体设备（包括记录器、编辑器和播放器，诸如电视、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。另外，电子***可以是输入设备的主设备或从设备。

输入设备100可以被实现为电子***的物理部分，或者可以与电子***在物理上分离。在适当的情况下，输入设备100可以使用以下各项中的任何一项或多项来与电子***的部分通信：总线、网络和其它有线或无线互连件。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF和IRDA。

在图1中，将输入设备100示出为配置成在感测区120中感测由一个或多个输入对象140提供的输入的接近传感器设备（常常也称为“触摸板”或“触摸传感器设备”）。示例输入对象包括手指和触针，如图1中所示。

感测区120包括输入设备100上方、周围、其中和/或附近的任何空间，在其中输入设备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）。特定感测区的大小、形状和位置可以因实施例而很大地不同。在一些实施例中，感测区120从输入设备100的表面沿一个或多个方向延伸到空间中，直到信噪比阻碍充分精确的对象检测。在各种实施例中，该感测区120沿特定方向延伸到的距离可以在小于一毫米、数毫米、数厘米或更大的数量级上，并且可以随所使用的感测技术的类型和所期望的精度而显著地变化。因而，一些实施例感测输入，其包括没有与输入设备100的任何表面的接触、与输入设备100的输入表面（例如，触摸表面）的接触、以某个量的施加力或压力耦合的与输入设备100的输入表面的接触、和/或其组合。在各种实施例中，输入表面可以由传感器电极位于其中的壳体的表面、由应用在传感器电极或任何壳体之上的面板等提供。在一些实施例中，感测区120在被投影到输入设备100的输入表面上时具有矩形形状。

输入设备100可以利用传感器部件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。输入设备100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为非限制性示例，输入设备100可以使用电容性、倒电容性（elastive）、电感性、磁性、声学、超声和/或光学技术。

一些实现方式配置成提供横跨一维、二维、三维或更高维空间的图像。一些实现方式配置成提供输入沿特定轴或平面的投影。

在输入设备100的一些电容性实现方式中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入对象引起电场的改变，并且产生电容性耦合的可检测改变，其可以作为电压、电流等的改变而被检测。

一些电容性实现方式利用电容性感测元件的阵列或其它规则或非规则图案来创建电场。在一些电容性实现方式中，分离感测元件可以欧姆地短接在一起以形成更大的传感器电极。一些电容性实现方式利用电阻片，其可以是均匀电阻性的。

一些电容性实现方式利用基于传感器电极与输入对象之间的电容性耦合的改变的“自电容”（或“绝对电容”）感测方法。在各种实施例中，靠近传感器电极的输入对象更改靠近传感器电极的电场，因而改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，绝对电容感测方法通过关于参考电压（例如，***接地）调制传感器电极和通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合来进行操作。

一些电容性实现方式利用基于传感器电极之间的电容性耦合的改变的“互电容”（或“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，靠近传感器电极的输入对象更改传感器电极之间的电场，因而改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，跨电容感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极（也就是“发射器电极”或“发射器”）与一个或多个接收器传感器电极（也就是“接收器电极”或“接收器”）之间的电容性耦合来进行操作。发射器传感器点击可以相对于参考电压（例如，***接地）被调制以发射发射器信号。接收器传感器电极可以相对于参考电压被保持基本上恒定以促进结果所得的信号的接收。结果所得的信号可以包括对应于一个或多个发射器信号和/或对应于一个或多个环境干扰源（例如，其它电磁信号）的（一种或多种）影响。传感器电极可以是专用的发射器或接收器，或者可以配置成既发射又接收。

在图1中，处理***110被示出为输入设备100的部分。处理***110配置成操作输入设备100的硬件以检测感测区120中的输入。处理***110包括一个或多个集成电路（IC）和/或其它电路部件中的部分或全部。例如，用于互电容传感器设备的处理***可以包括配置成利用发射器传感器电极发射信号的发射器电路和/或配置成利用接收器传感器电极接收信号的接收器电路。在一些实施例中，处理***110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等等。在一些实施例中，将构成处理***110的部件定位在一起，诸如靠近输入设备100的（一个或多个）感测元件。在其它实施例中，处理***110的部件与接近于输入设备100的（一个或多个）感测元件的一个或多个部件和在其它位置处的一个或多个部件在物理上分离。例如，输入设备100可以是耦合到台式计算机的***设备，并且处理***110可以包括配置成在台式计算机的中央处理单元上运行的软件以及与该中央处理单元分离的一个或多个IC（可能具有关联的固件）。作为另一示例，输入设备100可以在物理上集成在电话中，并且处理***110可以包括作为电话的主处理器的部分的电路和固件。在一些实施例中，处理***110专用于实现输入设备100。在其它实施例中，处理***110也执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等。

处理***110可以被实现为对处理***110的不同功能进行处理的模块集合。每一个模块可以包括作为处理***110的一部分的电路、固件、软件或其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作诸如传感器电极和显示屏之类的硬件的硬件操作模块、用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据的数据处理模块、以及用于报告信息的报告模块。另外的示例模块包括配置成操作（一个或多个）感测元件以检测输入的传感器操作模块、配置成识别诸如模式改变姿势之类的姿势的识别模块、以及用于改变操作模式的模式改变模块。

在一些实施例中，处理***110通过引起一个或多个动作而直接响应于感测区120中的用户输入（或没有用户输入）。示例动作包括改变操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能之类的GUI动作。在一些实施例中，处理***110向电子***的某个部分（例如，向与处理***110分离的电子***的中央处理***，如果这样的分离中央处理***存在的话）提供关于输入（或没有输入）的信息。在一些实施例中，电子***的某个部分处理从处理***110接收的信息以作用于用户输入，诸如以促进完整范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。

例如，在一些实施例中，处理***110操作输入设备100的（一个或多个）感测元件以产生指示感测区120中的输入（或没有输入）的电信号。处理***110可以在产生提供给电子***的信息时对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理***110可以对从传感器电极获得的模拟电信号进行数字化。作为另一示例，处理***110可以执行滤波或其它信号调整。作为又一示例，处理***110可以减去或以其它方式计及基线，使得信息反映电信号与基线之间的差。作为又另外的示例，处理***110可以确定位置信息、辨识作为命令的输入、辨识笔迹等。

如本文中所使用的“位置信息”宽泛地包括绝对位置、相对位置、速度、加速度和其它类型的空间信息。示例性“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示例性“一维”位置信息包括沿轴的位置。示例性“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。另外的示例包括空间信息的其它表示。也可以确定和/或存储关于一个或多个类型的位置信息的历史数据，包括例如随时间追踪位置、运动或瞬时速度的历史数据。

在一些实施例中，利用由处理***110或由某个其它处理***操作的附加输入部件来实现输入设备100。这些附加输入部件可以提供用于感测区120中的输入的冗余功能性或某个其它功能性。图1示出了可以被用于促进使用输入设备100来选择项目的靠近感测区120的按钮130。其它类型的附加输入部件包括滑块、球、轮、开关等。相反地，在一些实施例中，可以不利用其它输入部件来实现输入设备100。

在一些实施例中，输入设备100可以是触摸屏界面，并且感测区120重叠显示屏的激活区域的至少一部分。例如，输入设备100可以包括覆盖显示屏的基本上透明的传感器电极并且为关联的电子***提供触摸屏界面。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以包括任何类型的发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子体、电致发光（EL）或其它显示技术。输入设备100和显示屏可以共享物理元件。例如，一些实施例可以利用相同的电学部件中的一些以用于显示和感测。作为另一示例，显示屏可以由处理***110部分地或全部地操作。

应当理解的是，尽管在完全发挥作用的装置的上下文中描述了本发明的许多实施例，但是本发明的机制能够以多种形式作为程序产品（例如，软件）被分发。例如，本发明的机制可以被实现和分发为可被电子处理器读取的信息承载介质（例如，可被处理***110读取的非瞬态计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质）上的软件程序。另外，本发明的实施例同样地适用，不管被用于执行该分发的介质的特定类型如何。非瞬态、电子可读介质的示例包括各种盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可以基于闪速存储技术、光学存储技术、磁性存储技术、全息存储技术、或任何其它存储技术。

图2是描绘根据一些实施例的输入设备100的电容性感测设备200的框图。为了说明和描述的清楚，图2以简单矩形的图案示出了电容性感测设备200的感测元件，并且不示出诸如感测元件和处理***110之间的各种互连件之类的各种部件。电极图案250包括第一多个传感器电极260（260-1、260-2、260-3、...、260-n）、第二多个传感器电极270（270-1、270-2、270-3、...、270-m）、以及第三多个传感器电极240（240-1、240-2、240-3、...、240-k）。在所示的示例中，n=m=k=4，但是一般，n、m和k每一个都是正整数，并且不一定彼此相等。电极图案250通过路由迹线234耦合到处理***110。电极图案250的范围可以与输入设备100（图1）的感测区120的范围相同、大于或小于输入设备100的感测区120的范围。

在所示的示例中，传感器电极260中的每一个具有沿图案250的X轴延伸的长边。多个传感器电极260沿图案250的Y轴设置。传感器电极270中的每一个具有沿图案250的Y轴延伸的长边。多个传感器电极270沿图案250的X轴设置。每一个传感器电极240具有沿图案250的Y轴延伸的长边。多个传感器电极240沿图案250的X轴设置。一般，传感器电极260与传感器电极270交叉。在实施例中，传感器电极260与传感器电极270正交或基本上正交。一般，传感器电极240与传感器电极260和270中的任一者或两者交叉。在实施例中，传感器电极240与传感器电极260或传感器电极270正交或基本上正交。在所示的示例中，传感器电极240与传感器电极260正交。尽管电极图案250被示出为正方形，但是电极图案250通常可以符合其它形状（例如，电极图案250在移动设备应用中可以是矩形）。

虽然传感器电极240、260和270被示出为矩形，但是应当理解，传感器电极240、260和270可以具有其它形状。在一些实施例中，每一个传感器电极240、260和/或270由多个电连接的子电极形成，其中每一个子电极具有限定的形状（例如，每一个子电极可以是多边形）。图2中所示的传感器电极240、260和270的相对大小是示例性的。一般，任何传感器电极240、260和270与任何其它传感器电极相比可以更大、更小或者是相同大小。尽管为了便于说明而示出为不同，但是每一个多个传感器电极240、260和270在图案250的X-Y平面中的范围可以相同或基本上相同。此外，任何多个传感器电极240、260和270的间距（即，电极之间的间隔）与任何其它多个传感器电极相比可以更大、更小或是相同大小。

传感器电极260和传感器电极270典型地彼此欧姆地隔离。在实施例中，一个或多个绝缘体将传感器电极260和传感器电极270分离，并防止它们彼此电短接。在一些实施例中，传感器电极260和传感器电极270通过在交叉区域处设置在它们之间的电介质材料分离；在这样的构造中，传感器电极260和/或传感器电极270可以形成有连接同一电极的不同部分的跨接线。可替代地，传感器电极260和270可以以其中它们在不使用跨接线的情况下欧姆地隔离的布置而布局在层上。在一些实施例中，传感器电极260和传感器电极270通过一层或多层电介质材料分离。在这样的实施例中，传感器电极260和传感器电极270可以设置在公共衬底的分离的层上。在一些其它实施例中，传感器电极260和传感器电极270通过一个或多个衬底分离；例如，传感器电极260和传感器电极270可以设置在同一衬底的相对侧上，或者设置在层压在一起的不同衬底上。在一些实施例中，传感器电极260和传感器电极270可以设置在单个衬底的同一侧上。传感器电极240通过包括弹性层的一个或多个电介质层与传感器电极260、270分离。传感器电极层的示例性布置在图3A和3B中示出，图3A和3B在下面描述。

传感器电极260与传感器电极270交叉以形成称为跨电容的局部电容耦合的区域。传感器电极260和270之间的跨电容形成“电容性像素”。在跨电容接近感测期间，处理***110测量电容性像素以在图案250的X-Y平面内生成“电容性图像”（也称为“电容性帧”）。第一多个传感器电极260和第二多个传感器电极270之间的跨电容随着感测区120中的输入对象的接近和运动而改变（即，电容性像素从一个电容性图像改变为下一个）。

同样，传感器电极240与传感器电极260或传感器电极270交叉。在跨电容力感测期间，处理***110测量传感器电极240和传感器电极260或270之间的跨电容，以在图案250的X-Y平面内生成“力图像”（也称为“力帧”）。由第三多个传感器电极240和第一多个传感器电极260或第二多个传感器电极270形成的电容性像素随着由感测区120中的输入对象施加到输入设备100的力而改变（即，电容性像素从一个力图像改变为下一个）。

在实施例中，处理***110包括传感器模块208和确定模块220。传感器模块208包括操作电极图案250以使用电容性感测信号从传感器电极接收结果所得信号的传感器电路204。确定模块220耦合到传感器电路204。确定模块220配置成根据从传感器电路204接收的结果所得信号确定电容测量结果。确定模块220还可以根据电容测量结果确定位置信息。在实施例中，确定模块220包括处理器电路226，诸如数字信号处理器（DSP）、微处理器等。确定模块220可以包括配置成存储被配置用于由处理器电路226执行以实现各种功能的软件和/或固件（SW/FW 230）的存储器228，所述各种功能诸如对结果所得信号进行滤波、处理结果所得信号以确定电容测量结果、根据电容测量结果确定对象位置等。可替代地，确定模块220的一些或所有功能可以完全以硬件（例如，使用电路232）实现。处理***110可以包括其它模块化配置，并且由传感器模块208和确定模块220执行的功能一般可以由处理***110中的一个或多个模块或电路执行。

在实施例中，处理***110包括具有传感器模块208、确定模块220以及任何其它（一个或多个）模块和/或（一个或多个）电路的单个集成控制器，诸如专用集成电路（ASIC）。在另一实施例中，处理***110可以包括多个集成电路，其中传感器模块208、确定模块220和任何其它（一个或多个）模块和/或（一个或多个）电路可以在集成电路之间划分。例如，传感器模块208可以在一个集成电路上，并且确定模块220和任何其它（一个或多个）模块和/或（一个或多个）电路可以为一个或多个其它集成电路。在一些实施例中，传感器模块208的第一部分可以在一个集成电路上，并且传感器模块208的第二部分可以在第二集成电路上。在这样的实施例中，第一集成电路和第二集成电路中的至少一个包括其它模块的至少部分，诸如显示驱动器模块。

处理***110执行力感测和/或接近感测（也称为“触摸感测”）。处理***110在力感测时段中执行力感测并且在接近感测时段中执行接近感测。力感测时段和接近感测时段可以与其它时段交错，诸如显示更新时段。在实施例中，处理***110与接近感测依次（insequence）执行力感测（例如，力感测的（一个或多个）时段跟在接近感测的（一个或多个）时段之后）。在另一实施例中，处理***110与接近感测同时地执行力感测（例如，力感测时段和接近感测时段是单个感测时段）。处理***110可以执行跨电容接近感测或绝对电容接近感测中的任一者或两者。在各种实施例中，处理***110执行跨电容力感测。如本文所使用的术语“跨电容感测”包括跨电容接近感测和跨电容力感测二者。

处理***110使用电极图案250的一个或多个“触摸电极”执行接近感测。触摸电极包括传感器电极260和传感器电极270。对于跨电容接近感测，触摸电极包括“触摸发射器电极”和“触摸接收器电极”。在实施例中，传感器电极260是触摸发射器电极，并且传感器电极270是触摸接收器电极。在另一实施例中，传感器电极260是触摸接收器电极，并且传感器电极270是触摸发射器电极。

处理***110使用电极图案250的一个或多个“力电极”执行力感测。力电极包括传感器电极240以及多个传感器电极260或多个传感器电极270，这取决于传感器电极240的布置。在所示的示例中，传感器电极240与传感器电极260交叉，并且因而力电极包括传感器电极240、260。在另一实施例中，传感器电极240与传感器电极270交叉，并且因而力电极包括传感器电极240、270。对于跨电容力感测，力电极包括力发射器电极和力接收器电极。在实施例中，传感器电极240是力发射器电极，并且其它力电极是力接收器电极。在另一实施例中，传感器电极240是力接收器电极，并且力电极是力发射器电极。

传感器电路204包括模拟前端（AFE）206和发射器（TX）210。每一个AFE 206配置成测量传感器电极上的电压、电流或电荷，并生成结果所得信号。每一个AFE 206可以包括各种电路，包括积分放大器或电流输送器、采样器、解调器、一个或多个滤波器、模数转换器（ADC）等的任何组合。每一个发射器210配置成利用发射器信号驱动传感器电极。发射器信号可以是时变信号（例如，正弦信号、方波信号、三角波信号等）或恒定信号。例如，发射器信号可以是相对于参考电压（例如，***接地）的时变电压或相对于参考电压的恒定电压。时变发射器信号可以具有固定的振幅、频率和相位。可替代地，可以调制时变发射器信号的振幅、频率和相位中的至少一个。每一个发射器210可以包括配置成生成具有所选择的特性的发射器信号的信号发生器电路。

在跨电容感测中，利用发射器信号驱动的传感器电极是“发射器电极”，并且从其接收结果所得信号的传感器电极是“接收器电极”。在实施例中，电极图案250中的一些电极仅能够为接收器电极，而其它电极仅能够为发射器电极。可替代地，电极图案250中的一些电极能够在一种模式下为接收器电极，并且在另一模式下为发射器电极。AFE 206耦合到接收器电极，并且发射器210耦合到发射器电极。传感器电路204可以包括用于电极图案250中的每一个接收器电极的至少一个AFE 206。可替代地，传感器电路204可以包括比接收器电极少的AFE 206，并且处理***110可以包括复用逻辑，以在操作期间选择性地将（一个或多个）AFE 206耦合到每一个接收器电极。同样，传感器电路204可以包括用于电极图案250中的每一个发射器电极的至少一个发射器210。可替代地，传感器电路204可以包括比发射器电极少的发射器210，并且处理***110可以包括复用逻辑，以在操作期间选择性地将（一个或多个）发射器210耦合到每一个发射器电极。在绝对电容感测中，AFE 206使用电极图案250的传感器电极来生成结果所得信号，因为没有“发射器”或“接收器”的概念。

在绝对电容接近感测中，传感器电路204中的AFE 206相对于参考信号测量触摸电极上的电压、电流或电荷，以生成结果所得信号。每一个参考信号可以是时变或恒定的（例如，时变电压信号或恒定电压信号）。对于每一个接近感测时段，确定模块220根据结果所得信号生成绝对电容值（统称为“绝对电容接近测量结果”）。确定模块220可以在多个接近感测时段上确定多个绝对电容接近测量结果，以检测感测区120中的（一个或多个）输入对象。

在跨电容接近感测中，传感器电路204中的发射器210利用发射器信号驱动触摸发射器电极。传感器电路204中的AFE 206测量触摸接收器电极上的电压、电流或电荷以生成结果所得信号。结果所得信号包括感测区120中的（一个或多个）输入对象和发射器信号的影响。对于每一个接近感测时段，确定模块220根据结果所得信号生成跨电容值（统称为“跨电容接近测量结果”）。确定模块220可以在多个接近感测时段上确定多个跨电容接近测量结果，以检测感测区120中的（一个或多个）输入对象。

在跨电容力感测模式下，传感器电路204中的发射器210利用发射器信号驱动力发射器电极。传感器电路204中的AFE 206测量力接收器电极上的电压、电流或电荷以生成结果所得信号。结果所得信号包括输入设备100上的（一个或多个）输入对象所施加的力和发射器信号的影响。对于每一个力感测时段，确定模块220根据结果所得信号生成跨电容值（统称为“跨电容力测量结果”）。确定模块220可以在多个力感测时段上确定多个跨电容力测量结果，以检测输入设备100上的（一个或多个）输入对象所施加的力。

处理***110可以根据在力感测期间确定的一个或多个跨电容力测量结果确定力信息。跨电容力测量结果可以是力图像或标量力值，这取决于传感器电极340的布置。如果存在多个传感器电极340，则跨电容力测量结果可以是力图像，其捕获力的幅度以及所施加的力在电极图案250的X-Y平面内的定位二者。如果存在单个传感器电极304，则跨电容力测量结果可以是指示所施加的力的幅度的标量力值，或者指示所施加的力沿电极图案250的单个轴的幅度的力分布图（profile）。力信息可以与位置信息组合以确定输入对象的位置和由输入对象所施加的力二者。在另一实施例中，可以测量力的幅度以确定标量力值。标量力值可以与位置信息组合以生成力图像或力分布图。

在一些实施例中，处理***110“扫描”电极图案250以确定电容测量结果。在任何跨电容模式下，处理***110利用发射器信号驱动发射器电极。处理***110可以操作发射器电极，使得一次一个发射器电极进行发射，或多个发射器电极同时发射。在多个发射器电极同时发射的情况下，这些多个发射器电极可以发射相同的发射器信号且有效地产生较大的发射器电极，或这些多个发射器电极可以发射不同的发射器信号。例如，多个发射器电极可以根据一种或多种编码方案来发射不同的发射器信号，所述编码方案使得能够独立地确定它们对从接收器电极获得的结果所得信号的组合影响。处理***110可以单独地或共同地操作接收器电极以获取结果所得信号。

在绝对接近感测模式下，处理***110可以一次从一个触摸电极接收结果所得信号，或者一次从多个触摸电极接收结果所得信号。处理***110可以同时驱动沿一个或多个轴的所有触摸电极。在一些示例中，处理***110可以驱动沿一个轴（例如，X轴）的触摸电极，而利用屏蔽信号、保护信号等驱动沿另一个轴（例如，Y轴）的触摸电极。在一些示例中，处理***110驱动沿一个轴的一些触摸电极，并且同时驱动沿另一个轴的一些触摸电极。

输入设备100的基线电容是在感测区120中没有输入对象的情况下的电容测量结果。基线电容随着环境和操作条件而改变，并且处理***110可以以各种方式估计基线电容。例如，在一些实施例中，当没有输入对象存在时，处理***110进行基线电容测量结果（例如，跨电容接近测量结果、绝对电容接近测量结果、跨电容力测量结果），并且使用那些基线测量结果作为基线电容的估量。确定模块220可以计及电容测量结果中的基线电容，并且因而电容测量结果可以被称为“增量电容测量结果”。因而，如本文所使用的术语“电容测量结果”包括相对于所确定的基线的增量测量结果。

在一些触摸屏实施例中，第一多个传感器电极260和第二多个传感器电极270中的至少一个包括被用在更新显示的显示面板280的一个或多个显示电极，诸如“Vcom”电极（公共电极）、栅电极、源电极、阳极电极和/或阴极电极的一个或多个段。这些显示电极可以设置在适当的显示屏衬底上。例如，显示电极可以设置在一些显示屏（例如，平面切换（IPS）或平面到线切换（PLS）有机发光二极管（OLED））中的透明衬底（玻璃衬底、TFT玻璃或任何其它透明材料）上、在一些显示屏（例如，图案化垂直对齐（PVA）或多域垂直对齐（MVA））的滤色玻璃的底部上、在发射层（OLED）之上等。显示电极也可以称为“公共电极”，因为显示电极执行显示更新和电容性感测的功能。在各种实施例中，第一多个传感器电极260和/或第二多个传感器电极270的每一个传感器电极包括一个或多个公共电极。在其它实施例中，第一多个传感器电极260的至少两个传感器电极或第二多个传感器电极270的至少两个传感器电极可以共享至少一个公共电极。此外，在一个实施例中，第一多个传感器电极260和第二多个电极270二者都设置在显示面板280的显示器内。下面关于图3A-3B描述示例性显示面板堆叠。另外，显示堆叠中的传感器电极260、270中的至少一个可以包括公共电极。然而，在其它实施例中，仅第一多个传感器电极260或第二多个传感器电极270（但不是两者都）设置在显示堆叠内，而其它传感器电极在显示器外部（例如，设置在滤色玻璃的相对侧上）。传感器电极240可以设置在显示堆叠中或显示堆叠外部。

图3A是描绘根据实施例的显示面板280A的横截面的框图。显示面板280A是上述显示面板280的具体实现方式。在实施例中，显示面板280A包括形成在显示器315上的多个层，其包括透镜302（例如，玻璃层或其它透明层）、触摸电极层304和弹性层306。显示器315包括偏光器层308、力电极层310、显示单元312和其它显示层314。一般，触摸电极层304设置在弹性层306上方，并且力电极层310设置在弹性层306下方。

触摸电极层304包括触摸发射器电极和触摸接收器电极。例如，触摸电极层304可以包括上述电极图案250的传感器电极260、270。在本示例中，触摸电极层304的触摸电极直接安置在透镜302上。弹性层306包括具有特定弹性模量的弹性材料。弹性层306可以响应于施加到透镜302的力而暂时变形，并且在力从透镜302移除之后恢复到其原始形状。力电极层310包括力电极。例如，力电极层310可以包括上述电极图案250的传感器电极240。在本示例中，力电极层310的力电极被安置在显示单元312的顶部上，诸如在显示单元312的滤色玻璃的顶部上。显示单元312可以取决于显示器的类型而包括各种层，诸如用于LCD显示器的层或用于OLED显示器的层。其它显示层314可以包括例如偏光器和背光。

图3B是描绘根据实施例的显示面板280B的横截面的框图。显示面板280B是上述显示面板280的具体实现方式。在实施例中，显示面板280B包括形成在显示器324上的多个层，其包括透镜302、清澈（clear）粘合剂层316、第一触摸电极层304-1、电介质层318、第二触摸电极层304-2、弹性层306、电介质层320和清澈粘合剂层322。一般，第一触摸电极层304-1通过电介质层318与第二触摸电极层304-2分离。第一和第二触摸电极层304-1和304-2设置在力电极层310上方。弹性层306将第二触摸电极层304-2与力电极层310分离。

触摸电极层304-1包括触摸接收器电极或触摸发射器电极。例如，触摸电极层304-1可以包括上述电极图案250的传感器电极260或270。在本示例中，触摸电极层304-1的触摸电极被安置在电介质层318的顶部上。电介质层318可以是塑料层，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。电介质层318通过清澈粘合剂层316固定到透镜302。触摸电极层304-2可以包括不是触摸电极层304-1的一部分的其它多个传感器电极260或270。在本示例中，触摸电极层304-2的触摸电极被被安置在电介质层318的底部上。在本示例中，力电极层310的力电极被安置在电介质层320的顶部上。电介质层320可以是塑料层，诸如PET。电介质层320通过清澈粘合剂层322固定到显示器324。显示器324可以是LCD、OLED等显示器。

图3A和3B中所示的显示面板堆叠仅仅是其中可以采用本文描述的触摸和力电极的两个示例性堆叠。一般，显示面板280包括设置在输入表面下方的一个或多个触摸电极层。（一个或多个）触摸电极层通过弹性层与力电极层分离。

在实施例中，力电极层310包括单个力电极，诸如单个导电板。在实施例中，力电极层310包括显示器的导电层，诸如抗静电层。

图4是描绘根据实施例的由输入对象施加到输入设备100的力的示意性横截面。输入对象（例如，手指）向输入表面（例如，透镜302）施加力，所述输入表面继而使具有（一个或多个）触摸电极层304的衬底402弯曲。衬底402在透镜302和弹性层306之间包括这些层。衬底402的弯曲使弹性材料306变形，并使触摸电极的至少一部分朝向力电极层310的力电极偏转。由于一些触摸电极移动得更靠近力电极，所以所测量的电容相对于基线力电容而改变。当力从输入表面移除时，弹性层306恢复到其原始形状，并且触摸电极相对于力电极返回到其原始位置。

当输入对象触摸或接近输入表面时，触摸电极检测到输入对象的存在。也就是说，输入对象影响触摸发射器电极和触摸接收器电极之间的跨电容。当输入对象向输入表面施加力时，力电极检测到所施加的力。也就是说，力影响力发射器电极和力接收器电极之间的跨电容。力感测和接近感测不相互作用，因为力发射器信号被设计为在时间、频率和/或编码方面是正交的或基本上正交的，如下面进一步描述的。此外，输入对象通过触摸电极从力发射器信号屏蔽。屏蔽的有效性取决于触摸电极的布置。由触摸电极所消耗的电极图案250的X-Y区域越多，屏蔽越好。此外，弹性层306的压缩不引起触摸跨电容测量结果的可察觉改变。例如，弹性层306可以比触摸电极的间距更薄，使得触摸发射器电极和触摸接收器电极之间的电场的大部分形成在输入表面上方。

在实施例中，如果触摸电极被用于绝对感测，则力电极层310中的传感器电极240可以利用保护触摸电极的保护信号来驱动。以这种方式，弹性层306的压缩不影响绝对电容测量结果并提供低背景电容。

图5是描绘根据实施例的输入设备处的力和接近感测的方法500的流程图。方法500开始于步骤502处，其中传感器电路204利用触摸发射器信号驱动触摸发射器电极。在实施例中，力发射器电极是传感器电极240，并且当利用触摸发射器信号驱动触摸发射器电极时，传感器电路204利用保护信号驱动传感器电极240。例如，处理***110可以与接近感测时段依次执行力感测时段。在这样的情况下，在接近感测期间，传感器电极240可以保持浮动或利用恒定电压驱动。可替代地，在步骤504处，可以利用与触摸发射器信号相同或类似的保护信号来驱动传感器电极240。

在步骤506处，确定模块220从触摸接收器电极获取跨电容接近测量结果。在实施例中，在步骤508处，传感器电路204从触摸接收器电极接收触摸结果所得信号。在步骤510处，确定模块220确定触摸接收器电极和触摸发射器电极之间的跨电容的改变。处理***110可以在每一个接近感测时段期间执行步骤502和506。

在步骤512处，传感器电路204利用力发射器信号驱动力发射器电极。在实施例中，在步骤514处，传感器电路204依次驱动力发射器电极和触摸发射器电极。也就是说，处理***110与接近感测时段依次执行力感测时段。也就是说，力发射器信号和触摸发射器信号在时间上是正交的。在另一实施例中，在步骤516处，传感器电路204使用正交发射器信号同时地驱动力发射器电极和触摸发射器电极。也就是说，处理***110与接近感测时段同时地执行力感测时段。在这样的情况下，力发射器信号可以在频率或编码中的至少一个方面与触摸发射器信号正交。也就是说，力发射器信号和触摸发射器信号可以使用例如正交频分复用（OFDM）、码分复用（CDM）、或者导致在数学上可分离的信号的其它调制技术而基本上是正交的。

在实施例中，力发射器信号和触摸发射器信号的频率可以相互正交或基本上正交。在另一实施例中，可以使用不同的、调制发射器信号的CDM码，使得发射器信号相互正交（例如，力和发射器信号之间的内积为零[正交]或接近零[基本上正交]）。触摸结果所得信号和力结果所得信号通过基于正交频率的解调和滤波或者基于正交CDM码的解扩而分离。

在步骤518处，确定模块220从力接收器电极获取跨电容力测量结果。力接收器电极可以是触摸接收器电极或触摸发射器电极，这取决于触摸电极相对于传感器电极240的布置，如上面所讨论的。在实施例中，在步骤520处，传感器电路204从力接收器电极接收力结果所得信号。在步骤522处，确定模块220确定力发射器电极和力接收器电极之间的跨电容的改变。

处理***110可以在每一个力感测时段期间执行步骤512和518。如上所述，力感测时段可以与接近感测时段挨次或与接近感测时段同时。因而，步骤512和518可以与步骤502和506同时地执行。步骤512和518是力感测的过程500的部分，其中传感器电极240是力发射器电极并且一组传感器电极260、270是力接收器电极。

图6是描绘根据另一实施例的用于力感测的方法550A的流程图。在方法550A中，传感器电极240是力接收器电极，并且一组传感器电极260、270是力发射器电极。方法550A可以被用于代替图5中所示的过程550。方法550A开始于步骤602处，其中传感器电路204利用力发射器信号驱动触摸发射器电极。在实施例中，传感器电路204依次发射触摸发射器信号和力发射器信号。也就是说，传感器电路204首先在接近感测时段期间利用触摸发射器信号驱动触摸发射器电极，然后在力感测时段期间利用力发射器信号驱动触摸发射器电极。可替代地，在步骤606处，传感器电路204在组合感测时段期间同时地发射触摸发射器信号和力发射器信号的正交组合。

在步骤608处，确定模块220从力接收器电极（例如，传感器电极240）获取跨电容力测量结果。在实施例中，在步骤610处，传感器电路204从力接收器电极接收力结果所得信号。在步骤612处，确定模块220确定触摸发射器电极和力接收器电极之间的跨电容的改变。

呈现了本文中所阐述的实施例和示例以便最佳地解释根据本技术的实施例及其特定应用，并且以由此使得本领域技术人员能够做出和使用本发明。然而，本领域技术人员将认识到的是，仅仅出于说明和示例的目的，呈现了前面的描述和示例。如所阐述的描述不意在是详尽的或者将本发明限制于所公开的确切形式。

鉴于前述内容，本公开的范围由跟在其后的权利要求书确定。

Claims (19)

1.一种用于力和接近感测的输入设备，包括：

多个触摸电极，其包括触摸发射器电极和触摸接收器电极；

力电极层，其包括多个力电极；

弹性材料层，其设置在多个触摸电极和力电极层之间；以及

处理***，其耦合到多个触摸电极和多个力电极，所述处理***配置成：

利用触摸发射器信号驱动触摸发射器电极，并从触摸接收器电极获取跨电容接近测量结果；以及

利用独立于所述触摸发射器信号的力发射器信号驱动多个力电极，并从触摸发射器电极或触摸接收器电极获取跨电容力测量结果，

其中，所述弹性材料层的厚度小于所述触摸发射器电极与所述触摸接收器电极之间的间距。

2.根据权利要求1所述的输入设备，其中触摸发射器电极设置在第一层上，并且触摸接收器电极设置在与第一层不同的第二层上。

3.根据权利要求1所述的输入设备，其中触摸发射器电极和触摸接收器电极设置在单个层上。

4.根据权利要求1所述的输入设备，其中多个力电极沿一轴定向。

5.根据权利要求4所述的输入设备，其中多个力电极沿其定向的轴与触摸发射器电极或触摸接收器电极的轴正交。

6.根据权利要求1所述的输入设备，其中力发射器信号在时间、频率和编码中的至少一个方面与触摸发射器信号正交。

7.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述处理***还配置成在利用触摸发射器信号驱动触摸发射器电极时利用保护信号驱动多个力电极。

8.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述处理***配置成通过从触摸接收器电极接收触摸结果所得信号而从触摸接收器电极获取跨电容接近测量结果，所述触摸结果所得信号包括接近多个触摸电极的输入对象的影响。

9.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述处理***配置成通过从触摸发射器电极或触摸接收器电极接收力结果所得信号而从触摸发射器电极或触摸接收器电极获取跨电容力测量结果，所述力结果所得信号包括响应于弹性层的压缩的、多个触摸电极中的至少一个相对于力电极层的位移的影响。

10.一种用于输入设备处的力和接近感测的处理***，所述输入设备包括通过弹性材料层与力电极层分离的多个触摸电极，所述处理***包括：

传感器电路，其配置成耦合到：多个触摸电极的触摸发射器电极和触摸接收器电极；以及设置在力电极层上的多个力电极，所述传感器电路配置成：

利用触摸发射器信号驱动触摸发射器电极，并从触摸接收器电极获取触摸结果所得信号；

利用独立于所述触摸发射器信号的力发射器信号驱动多个力电极，并从触摸发射器电极或触摸接收器电极获取力结果所得信号；

确定模块，其耦合到所述传感器电路，其配置成：

基于所述触摸结果所得信号确定跨电容接近测量结果；以及

由所述力结果所得信号确定跨电容力测量结果，

其中，所述弹性材料层的厚度小于所述触摸发射器电极与所述触摸接收器电极之间的间距。

11.根据权利要求10所述的处理***，其中力发射器信号在时间、频率和编码中的至少一个方面与触摸发射器信号正交。

12.根据权利要求10所述的处理***，其中所述传感器电路还配置成在利用触摸发射器信号驱动触摸发射器电极时，利用保护信号驱动多个力电极。

13.根据权利要求10所述的处理***，其中触摸结果所得信号包括接近多个触摸电极的输入对象的影响。

14.根据权利要求10所述的处理***，其中力结果所得信号包括响应于弹性材料层的压缩的、多个触摸电极中的至少一个相对于力电极层的位移的影响。

15.一种输入设备处的力和接近感测的方法，所述输入设备包括通过弹性材料层与力电极层分离的多个触摸电极，所述方法包括：

利用触摸发射器信号驱动多个触摸电极的触摸发射器电极，并从多个触摸电极的触摸接收器电极获取触摸结果所得信号；

利用独立于所述触摸发射器信号的力发射器信号驱动设置在力电极层上的多个力电极，并从触摸发射器电极或触摸接收器电极获取力结果所得信号；

基于所述触摸结果所得信号确定跨电容接近测量结果；以及

由所述力结果所得信号确定跨电容力测量结果，

其中，所述弹性材料层的厚度小于所述触摸发射器电极与所述触摸接收器电极之间的间距。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

在利用触摸发射器信号驱动触摸发射器电极时利用保护信号驱动多个力电极。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述力发射器信号在时间、频率和编码中的至少一个方面与触摸发射器信号正交。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述触摸结果所得信号包括接近多个触摸电极的输入对象的影响。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述力结果所得信号包括响应于弹性材料层的压缩的、多个触摸电极中的至少一个相对于力电极层的位移的影响。

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