CN116761991A

CN116761991A - 力输入定位

Info

Publication number: CN116761991A
Application number: CN202280009476.4A
Authority: CN
Inventors: 康斯坦丁诺斯·仓加里德斯; 迈克尔·阿斯特莱; 里卡尔多·密炁; 李嘉浩
Original assignee: Cambridge Touch Technologies Ltd
Current assignee: Cambridge Touch Technologies Ltd
Priority date: 2021-01-22
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2023-09-15
Also published as: EP4281847A1; US20240102871A1; WO2022157478A8; GB2602988A; WO2022157478A1; GB202100870D0

Abstract

公开了一种装置(15)，所述装置包括压电传感器(16)。所述压电传感器(16)包括压电材料层(7)，所述压电材料层设置在多个感测电极(4、12、13)与至少一个对电极(3)之间。所述装置(15)还包括控制器(17)，所述控制器连接到所述压电传感器(16)。所述感测电极(4、12、13)被布置为形成一个或多个有源区(19)。每个有源区(19)包括一个或多个初级感测电极(4、12)和一个或多个次级感测电极(4、13)。所述次级感测电极(4、13)通过周边(14)与所述初级感测电极(4、12)分开。所述控制器(17)被配置为对于每个有源区(19)，监测在每个初级感测电极(4、12)上感应的初级压电电荷，以及监测在每个次级感测电极(4、13)上感应的次级压电电荷。所述控制器(17)还被配置为响应于检测到一个或多个初级压电电荷和/或次级压电电荷，基于将所述初级压电电荷与所述次级压电电荷进行比较来确定对应的施加力是否具有在所述周边(14)内的质心。

Description

力输入定位

技术领域

本发明涉及用于压电力传感器的传感器和对来自这种传感器的信号的处理。特别地，本发明涉及将施加力定位到压电力传感器的一个或一组感测电极。

背景技术

人机界面面板是用户与多种装备通信的常见交互方法。示例包括智能电话、平板计算机、膝上型电脑、一体机型个人计算机(PC)、销售点支付装置(自动化收银机/出纳机)、消费电子产品、白色家电(洗衣机、滚筒式烘干机)、汽车应用(例如，仪表板)、对工业机械的控制、医疗装置等。

全屏显示触控屏面板通常是用于可能接收广泛多种输入类型的高端产品(例如，智能电话、平板计算机、膝上型电脑、一体机型个人计算机(PC)等)的有吸引力的解决方案。然而，对于不要求接收如此丰富的输入数据的能力的固定用途面板，高分辨率触控屏面板可能是过于昂贵的并通常是不必要的。固定用途面板可应用于例如消费电子产品、白色家电(例如，洗衣机)、汽车应用(例如，仪表板控件)、对工业机械的控制、医疗装置等。对于这种应用，限定固定按钮、按钮阵列(例如，数字小键盘)、滑块控件、拨盘控件等可能更直接。

这种用户输入控件先前已经使用机械开关、滑块(例如，电位器)和类似的机械致动的输入控件来实现。机械致动的输入控件可能与成本增加、装置的外壳/面板的复杂性增加、缺乏机械稳健性和/或水/颗粒侵入装置中的可能性增加中的一者或多者相关联。电容感测电极已经被视为机械致动的用户控件的可能代替，有时被称为“无按钮”输入面板(就缺少机械按钮而论)。使用电容感测实现的这种“无按钮”面板具有限制，这些限制可能限制合适应用的范围。当在感测电极上或其上方存在液体时，电容感测方法可能变得不准确。另外，要求电容耦合到用户的手指，这在用户戴着较厚的手套(例如，为了操作工业装备)的情况下可能是不可能的。基于电容感测的用户输入控件也可能容易意外地触发，因为无需压力就能触发响应(任何接地导体都可能触发这种控件)。对于电场能够从电容感测电极扩展以与用户的手指进行交互的要求将用于保护电容输入控件的壳或盖的可能材料限制为绝缘材料。

US 2010/0079384 A1中描述了投射电容触控面板的示例。WO 2016/102975A2和WO2017/109455 A1描述了能够将投射电容触摸感测和压电压力感测结合在单个触控面板中的触控面板。WO 2019/145674 A1描述了一种处理来自用于组合的电容感测和力感测的触控面板的信号的方法。该方法包括基于电容信号来确定用户交互时段，在该用户交互时段期间，发生与触控面板的用户交互。该信息用作用于压电信号的有条件集成的过程的输入。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种装置，该装置包括压电传感器。压电传感器包括压电材料层，该压电材料层设置在多个感测电极与至少一个对电极之间。装置还包括控制器，该控制器连接到压电传感器。感测电极被布置为形成一个或多个有源区。每个有源区包括一个或多个初级感测电极和一个或多个次级感测电极。次级感测电极通过周边与初级感测电极分开。控制器被配置为对于每个有源区，监测在每个初级感测电极上感应的初级压电电荷，以及监测在每个次级感测电极上感应的次级压电电荷。控制器还被配置为响应于检测到一个或多个初级压电电荷和/或次级压电电荷，基于将初级压电电荷与次级压电电荷进行比较来确定对应的施加力是否具有在周边内的质心。

初级压电电荷可对应于在相应的初级感测电极上感应(或由其收集)的电荷。次级压电电荷可对应于在相应的次级感测电极上感应(或由其收集)的电荷。

每个有源区内的初级感测电极和次级感测电极的相对面积和相对位置可被配置为能够区分质心在周边内的施加力和质心在周边外的施加力。

周边可对应于在初级感测电极与次级感测电极之间等距的位置的轨迹。周边可被限定为闭合曲线，使得所有对应的初级感测电极在闭合曲线内并且所有对应的次级感测电极在闭合曲线外。周边可被限定在初级感测电极的线性阵列的一端或两端处。周边可以是连续的。周边可以是不连续的。

每个次级感测电极可至少部分地围绕相应的有源区的周边延伸。每个次级感测电极可围绕周边的长度的至少20％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或超过95％延伸。

初级感测电极可替代地被称为有源电极。次级感测电极可替代地被称为定位电极。初级感测电极和/或次级感测电极可以是共面的。初级感测电极和/或次级感测电极可全部由材料的可能是平坦的(平面的)或弯曲的单个面支撑。

次级感测电极可属于两个相邻的有源区。例如，次级感测电极可用于区分质心在两个相邻的有源区之间的边界上的施加力。

一个或多个有源区中的第一有源区的一个或多个次级感测电极可包括沿第一方向设置在第一有源区的相对侧上的第一导电材料区和第二导电材料区，并且可包括沿不同于第一方向的第二方向设置在第一有源区的相对侧上的第三导电材料区和第四导电材料区。

第一方向和第二方向可以是垂直的。第一导电材料区、第二导电材料区、第三导电材料区和第四导电材料区可总共围绕周边的长度的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或超过95％延伸。

第一导电材料区和第二导电材料区可电连接在一起以提供第一次级感测电极。第一导电材料区和第二导电材料区可使用一个或多个导电迹线来电连接在一起。第一导电材料区可电连接到第一导电迹线。第二导电材料区可电连接到第二导电迹线。第一导电迹线和第二导电迹线可直接地或间接地连接在一起。第一导电材料区和第二导电材料区可在压电传感器内部电连接在一起。换句话说，电连接可作为压电传感器的结构的部分提供。第一导电材料区和第二导电材料区可在压电传感器外部电连接在一起。第一导电材料区和第二导电材料区可在放大器(例如，电荷放大器)的输入处电连接在一起。

电连接是指欧姆或电阻耦合，而不是电容和/或电感耦合。换句话说，电连接是指在导电材料之间的物理连接。可经由任何数量的不同的导电材料进行电连接，例如，可将由第一导电材料形成的一对导电迹线焊接到由第二导电材料形成的导线的相对端(焊料是第三导电材料)。

第三导电材料区和第四导电材料区可电连接在一起以提供第二次级感测电极。第三导电材料区和第四导电材料区可使用一个或多个导电迹线来电连接在一起。第三导电材料区可电连接到第三导电迹线。第四导电材料区可电连接到第四导电迹线。第三导电迹线和第四导电迹线可直接地或间接地连接在一起。第三导电材料区和第四导电材料区可在压电传感器内部电连接在一起。换句话说，电连接可作为压电传感器的结构的部分提供。第三导电材料区和第四导电材料区可在压电传感器外部电连接在一起。第三导电材料区和第四导电材料区可在放大器(例如，电荷放大器)的输入处电连接在一起。

第一导电材料区、第二导电材料区、第三导电材料区和第四导电材料区可全部电连接在一起以提供第三次级感测电极。第一导电材料区、第二导电材料区、第三导电材料区和第四导电材料区可使用一个或多个导电迹线来电连接在一起。第一导电材料区可电连接到第一导电迹线。第二导电材料区可电连接到第二导电迹线。第三导电材料区可电连接到第三导电迹线。第四导电材料区可电连接到第四导电迹线。第一导电材料区、第二导电材料区、第三导电材料区和第四导电材料区可直接地或间接地连接在一起。所有或任一对第一导电材料区、第二导电材料区、第三导电材料区和第四导电材料区可在压电传感器内部电连接在一起。换句话说，电连接可作为压电传感器的结构的部分提供。所有或任一对第一导电材料区、第二导电材料区、第三导电材料区和第四导电材料区可在压电传感器外部电连接在一起。第一导电材料区、第二导电材料区、第三导电材料区和第四导电材料区可在放大器(例如，电荷放大器)的输入处电连接在一起。

第一导电材料区、第二导电材料区、第三导电材料区和第四导电材料区中的每一者可提供单独的次级感测电极。每个次级感测电极可通过相应的导电迹线电连接。

控制器可被配置为对来自第一导电材料区和第二导电材料区的压电电荷求和以确定对应于第一导电材料区和第二导电材料区的第一次级压电电荷。

控制器可被配置为对来自第三导电材料区和第四导电材料区的压电电荷求和以确定对应于第三导电材料区和第四导电材料区的第二次级压电电荷。

一个或多个有源区中的第二有源区可包括以围绕第二有源区的周边的全部或大部分延伸的第五导电材料区的形式的次级感测电极。

第五导电材料区可完全地围绕除大小设定为允许连接到第二有源区的一个或多个初级感测电极的一个或多个导电迹线通过的一个或多个间隙之外的周边延伸。第五导电材料区可完全地围绕周边延伸，并且连接到一个或多个初级感测电极的一个或多个导电迹线可各自通过相应的跳线、多层印刷电路板(PCB)的内部连接或等效结构布线在第五导电材料区上方或下方。大部分可对应于第二有源区的周边的长度的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或至少95％。

一个或多个有源区中的第三有源区可包括沿路径间隔开的初级感测电极阵列，以及在路径上布置在初级感测电极阵列的任一端处的一对次级感测电极。

第三有源区的周边可采取将初级感测电极与在阵列的第一端处的第一次级感测电极分开的第一线的形式，以及将初级感测电极与在阵列的相对的第二端处的第二次级感测电极分开的第二线的形式。路径可以是直线。路径可以是弯曲路径。压电传感器可被支撑在装置的一侧上。压电传感器可形成或提供装置的一侧的全部或部分。压电传感器可在装置的一侧下面。压电传感器可与装置的一侧集成。第三有源区的每个感测电极可在与路径成一定角度的方向上基本上跨越装置的侧。角度可以是垂直的。

压电传感器可包括所有多个感测电极共用的单个对电极。单个对电极可延伸以覆盖压电材料层的区域，该区域部分地或完全地与初级感测电极中的每一者重叠并部分地或完全地与次级感测电极中的每一者重叠。

单个对电极可由形成装置的壳的至少部分的金属片提供。压电材料层可由金属片支撑。金属片可以是基本上平坦的或平面的。金属片可包括一个或多个弯曲和/或成型部分。金属片可由钢形成。金属片可由铝合金形成。

压电传感器可包括对应于多个感测电极中的每一者的单独的对电极。每个对电极可部分地或完全地与相应的初级感测电极或次级感测电极重叠。每个对电极可与相应的初级感测电极或次级感测电极共延伸。

一个或多个有源区中的有源区的所有次级感测电极可与对应于该有源区的共用次级对电极跨压电材料层相对。每个共用次级对电极的形状和尺寸可设定为部分地或完全地与相应的有源区的次级感测电极中的每一者重叠。每个共用次级对电极的形状和尺寸可设定为部分地或完全地包围(或围住)相应的有源区的周边。共用次级对电极可采取电连接在一起的两个或更多个导电区的形式。在形成共用次级对电极的导电区之间的电连接可在压电传感器内部和/或外部。

所有次级感测电极可与单个共用次级对电极跨压电材料层相对。单个共用次级对电极的形状和尺寸可设定为部分地或完全地与次级感测电极中的每一者重叠。单个共用次级对电极可采取电连接在一起的两个或更多个导电区的形式。在形成单个共用次级对电极的导电区之间的电连接可在压电传感器内部和/或外部。

一个或多个有源区中的有源区的每个初级感测电极可与相应的初级对电极跨压电材料层相对。每一初级感测电极可与相应的初级对电极跨压电材料层相对。每个初级对电极可部分地或完全地与相应的初级感测电极重叠。每个初级对电极可与相应的初级感测电极共延伸。

该装置可被配置用于使用对应于有源区的初级感测电极的电容触摸测量。该装置可被配置用于使用对应于有源区的初级对电极的电容触摸测量。

一个或多个有源区中的有源区的所有初级感测电极可与对应于该有源区的共用初级对电极跨压电材料层相对。每个共用初级对电极的形状和尺寸可设定为部分地或完全地与对应的有源区的所有初级感测电极重叠。每个共用初级对电极的形状和尺寸可设定为与对应的有源区的周边共延伸。每一有源区的初级感测电极可与相应的共用初级对电极相对。共用初级对电极可采取电连接在一起的两个或更多个导电区的形式。在形成共用初级对电极的导电区之间的电连接可在压电传感器内部和/或外部。

该装置可被配置用于使用对应于有源区的初级感测电极的电容触摸测量。

一个或多个有源区中的有源区的初级感测电极可与不同于一定数量的初级对电极跨压电材料层相对，该初级对电极的数量与属于该有源区的初级感测电极的数量不同。每个初级对电极可部分地或完全地与对应于该有源区的初级感测电极中的一者或多者重叠。

对于每个有源区，对应的初级感测电极和次级感测电极可被配置有相对面积和相对位置，使得可限定对应于有源区的每个次级感测电极的阈值乘数。有源区的阈值乘数可满足：响应于质心在周边内的力的施加，由每个次级感测电极收集的次级压电电荷小于相应的阈值乘数与由所有初级感测电极收集的总初级压电电荷的乘积。有源区的阈值乘数可满足：响应于质心在周边外的力的施加，由至少一个次级感测电极收集的次级压电电荷大于相应的阈值乘数与由所有初级感测电极收集的总初级压电电荷的乘积。控制器可被配置为存储对应于每个次级感测电极的预校准阈值乘数。控制器可被配置为对于每个有源区，通过将每个次级压电电荷与相应的阈值乘数与初级压电电荷的和的乘积进行比较来确定施加力是否具有在周边内的质心。

可使用响应于具有已知质心位置的已知施加力而获得的实验测量来预校准阈值乘数的值。附加地或替代地，可使用利用模型(例如，有限元模型)获得的理论电荷值来预校准阈值乘数的值。对应于初级感测电极和次级感测电极的相同布局的一对有源区可具有不同的阈值乘数，这取决于属于该对的每个有源区在包括或结合有压电传感器的装置的壳上的相对位置。

至少一个有源区的初级感测电极可提供一个或多个按钮。提供一个或多个按钮的有源区可包括单个初级电极。提供一个或多个按钮的有源区可包括多个初级感测电极，每个初级感测电极提供相应的按钮。

至少一个有源区的初级感测电极可提供滑块控件。提供滑块控件的有源区可包括三个或更多个初级电极，该三个或更多个初级电极被布置为沿平直或弯曲路径间隔开。

至少一个有源区的初级感测电极可提供拨盘控件。提供拨盘控件的有源区可包括三个或更多个初级电极，该三个或更多个初级电极被布置为沿圆形或椭圆形路径间隔开。

至少一个有源区的初级感测电极可提供轻扫手势控件。提供轻扫手势控件的有源区可包括第一初级感测电极和第二初级感测电极，该第一初级感测电极和该第二初级感测电极被布置为使得沿轻扫方向，第一初级感测电极垂直于轻扫方向的宽度减小，并且第二初级感测电极垂直于轻扫方向的宽度增大。

至少一个有源区的初级感测电极可提供按钮板。提供按钮板的有源区可包括N个初级感测电极。N个初级感测电极可被布置为行列阵列以形成网格。N个初级感测电极可被布置为和/或其尺寸可设定为对应于形成或印刷到装置或包括该装置的设备的外壳上的标记。N个初级感测电极的大小可相等。N个初级感测电极的大小可不等。

至少一个有源区的初级感测电极可提供触控板。提供触控板的有源区可包括被布置为形成网格的N个初级感测电极。提供触控板的有源区可包括在第一方向上延伸并在不同的第二方向上间隔开布置的第一数量N1个初级感测电极，以及在第二方向上延伸并在第一方向上间隔开的第二数量N2个初级感测电极。第一方向和第二方向可以是垂直的。

根据本发明的第二方面，提供了一种压电传感器，该压电传感器包括压电材料层，该压电材料层设置在多个感测电极与至少一个对电极之间。感测电极被布置为形成一个或多个有源区。每个有源区包括一个或多个初级感测电极和一个或多个次级感测电极。次级感测电极通过周边与初级感测电极分开。至少一个有源区的一个或多个次级感测电极包括沿第一方向设置在该有源区的相对侧上的第一导电材料区和第二导电材料区，以及沿不同于第一方向的第二方向设置在该有源区的相对侧上的第三导电材料区和第四导电材料区。至少一对第一导电材料区、第二导电材料区、第三导电材料区和第四导电材料区电连接在一起以提供一个或该次级感测电极。

根据第二方面的压电传感器可包括对应于根据第一方面的装置的任何特征的特征。

根据本发明的第三方面，提供了一种压电传感器，该压电传感器包括压电材料层，该压电材料层设置在多个感测电极与至少一个对电极之间。感测电极被布置为形成一个或多个有源区。每个有源区包括一个或多个初级感测电极和一个或多个次级感测电极。次级感测电极通过周边与初级感测电极分开。至少一个有源区的一个或多个次级感测电极包括以围绕该有源区的周边的全部或大部分延伸的导电材料区的形式的次级感测电极。

根据第三方面的压电传感器可包括对应于第一方面的装置和/或第二方面的压电传感器的任何特征的特征。

根据本发明的第四方面，提供了一种监测压电传感器的方法。压电传感器包括压电材料层，该压电材料层设置在多个感测电极与至少一个对电极之间。感测电极被布置为形成一个或多个有源区。每个有源区包括一个或多个初级感测电极和一个或多个次级感测电极。次级感测电极通过周边与初级感测电极分开。该方法包括监测在每个初级感测电极上感应的初级压电电荷。该方法还包括监测在每个次级感测电极上感应的次级压电电荷。该方法还包括响应于检测到一个或多个第一电荷和/或第二电荷，基于将初级压电电荷与次级压电电荷进行比较来确定对应的施加力是否具有在周边内的质心。

该方法还包括对应于第一方面的装置、第二方面的压电传感器和/或第三方面的压电传感器的任何特征的特征。

附图说明

现在将参考附图以举例方式描述本发明的某些实施方案，在附图中：

图1是第一压电传感器的示意性横截面；

图2是第一感测电极布局的示意性平面图；

图3绘出了针对图2的第一感测电极布局模拟的压电电荷；

图4是第二感测电极布局的示意性平面图；

图5A和图5B是响应于在两个位置处施加的力而针对图4的第二感测电极布局感应的电荷的示意图；

图6是针对在与图5B相同的位置处施加的力而针对第三感测电极布局感应的电荷的示意图；

图7是包括压电传感器的装置的示意性框图；

图8示意性地示出了有源区的第一配置；

图9示意性地示出了有源区的第二配置；

图10示意性地示出了有源区的第三配置；

图11示意性地示出了有源区的第四配置；

图12示意性地示出了有源区的第五配置；

图13是支撑压电传感器的装置的金属壳的示意性横截面图；

图14是第二压电传感器的示意性横截面；

图15示意性地示出了对电极布局的第一示例；

图16示意性地示出了对电极布局的第二示例；

图17示意性地示出了对电极布局的第三示例；

图18示意性地示出了对电极布局的第四示例；

图19示意性地示出了对电极布局的第五示例；

图20示意性地示出了对电极布局的第六示例；

图21示意性地示出了对电极布局的第七示例；

图22示意性地示出了第一按钮控件；

图23示意性地示出了第二按钮控件；

图24示意性地示出了第三按钮控件；

图25示意性地示出了第四按钮控件；

图26示意性地示出了第一滑块控件；

图27示意性地示出了第二滑块控件；

图28示意性地示出了第三滑块控件；

图29示意性地示出了第一按钮板控件；

图30示意性地示出了第一触控板控件；

图31示意性地示出了第一拨盘控件；

图32示意性地示出了第二拨盘控件；

图33示意性地示出了第一轻扫控件；

图34示意性地示出了第二轻扫控件；

图35是用于获得图36A至图38H所绘的模拟数据的模型压电传感器的平面图；

图36A绘出了用横穿离散按钮区的质心坐标建模的力的归一化次级压电电荷；

图36B绘出了用沿垂直于图36A的轴线的轴线的横穿离散按钮区的质心坐标建模的力的归一化次级压电电荷；

图37A绘出了用横穿轻扫控件区的质心坐标建模的力的归一化次级压电电荷；

图37B绘出了用沿垂直于图37A的轴线的轴线的横穿轻扫控件区的质心坐标建模的力的归一化次级压电电荷；

图37C至图37E是与对应于图37A所绘的数据的三个位置相对应的等高线图；

图37F至图37H是与对应于图37B所绘的数据的三个位置相对应的等高线图；

图38A绘出了用横穿滑块控件区的质心坐标建模的力的归一化次级压电电荷；

图38B绘出了用沿垂直于图38A的轴线的轴线的横穿滑块控件区的质心坐标建模的力的归一化次级压电电荷；

图38C至图38E是与对应于图38A所绘的数据的三个位置相对应的等高线图；并且

图38F至图38H是与对应于图37B所绘的数据的三个位置相对应的等高线图。

具体实施方式

在以下描述中，相似的部分由相似的附图标记表示。

鉴于上文描述的在将电容感测用于“无按钮”输入面板时可能遇到的问题，本说明书的发明人开发了允许使用压电传感器来代替机械开关和其他机械致动的控件(例如，拨盘、滑块等)的方法。描述了压电传感器，该压电传感器可通过引入压电膜层并使用压电传感器的感测电极提供控制元件(诸如按钮、滑块、拨盘等)来提供“无按钮”力感测用户输入面板/控件。

然而，使用压电传感器来提供“无按钮”力感测用户输入控件并非易事，并且仅添加具有直接地对应于机械致动的控件和/或电容触摸传感器的感测电极的压电传感器典型地将是不够的。当向面板、壳或支撑一个或多个压电传感器的其他结构施加力时，应变典型地不局限于包围施加点的小区域。相反，整个面板将通常发生一定程度的变形，从而导致在压电传感器的距施加力的质心有相当大的距离的感测电极中生成不可忽略的信号。

仅假设压电传感器的提供最大输出信号的感测电极对应于用户正在与之交互的控件是不够的。当考虑到例如平坦触控面板基本上占据整个表面时，仅选择最大信号可能是实用的。然而，当考虑到无需是平面的和/或可支撑多个间隔开的控件的输入表面时，取得最大信号可能导致错误输入。例如，用户按压装置壳的远离任何预期输入控件的部分仍可在压电传感器的侧向地间隔几厘米远的感测电极中生成可检测信号。需要区分压电传感器的感测电极上的轻按压与实际上不对应于该感测电极的更重按压。本说明书涉及可用于实现对使用限定用户输入控件的压电传感器接收的输入进行正确定位的方法和设备。

参考图1，示出了用于限定输入控件的第一压电传感器1的简化横截面。

压电传感器1可仅用于力测量。下文描述的其他压电传感器18(图14)可用于组合的力和电容测量。

压电传感器1包括层结构2、对电极3和多个感测电极4。感测电极4的数量、形状、大小和位置限定压电传感器1可提供的用户输入控件的数量和类型。

层结构2具有第一面5和相对的第二面6。层结构2包括一个或多个层，该一个或多个层至少包括压电材料层7。层结构2中包括的每个层是大体上平面的并且在垂直于厚度方向z的第一方向x和第二方向y上延伸。层结构2的一个或多个层布置在第一面5与第二面6之间，使得层结构2的每个层的厚度方向z垂直于第一面5和第二面6。感测电极4设置在层结构2的第一面5上或上方，或者第一面5可结合到感测电极4(该感测电极可以是独立的或被支撑在未示出的另外的基板上)。对电极3设置在层结构2的第二面6上或上方。替代地，第二面6可结合到对电极3(该对电极可以是独立的或被支撑在未示出的另外的基板上)。

优选地，压电层7由压电聚合物形成，该压电聚合物例如合适的含氟聚合物，诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)。然而，压电层可替代地由压电陶瓷(诸如锆钛酸铅(PZT))层形成。与触控屏应用不同，不要求压电层7的透明度。然而，在一些应用中，透明压电层7可用于允许下面的显示器、一个或多个发光二极管或用于向用户提供关于装置的状态的视觉信息的其他元件的可见性。另一种选择是压电层7可以是半透明的(部分透明的)，例如以用作下面的发光二极管(LED)的光学漫射层。

第一压电传感器1的层结构2可仅包括压电材料层7，使得第一面5和相对的第二面6是压电层7的面。在一些示例中，层结构可任选地包括在压电层7与第一面5之间的一个或多个介电层8和/或在压电层7与第二面6之间的一个或多个介电层8。当被包括在内时，每个介电层8是大体上平面的并且在垂直于厚度方向z的第一方向x和第二方向y上延伸。介电层8可包括聚合物介电材料(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))层或压敏粘合剂(PSA)材料层。然而，介电层8可包括陶瓷绝缘材料(诸如氧化铝)层。介电层8可以是透明的、不透明的或半透明的，这取决于预期应用。

对电极3和/或感测电极4可由任何导电材料形成，所述导电材料例如导电氧化物(诸如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO))、导电聚合物(诸如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯或聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT/PSS))、金属(诸如铝、铜、银或适合于沉积和/或图案化的其他金属)等。对电极3和/或感测电极4可由金属网、纳米线(任选地，银纳米线)、石墨烯或碳纳米管形成。当第一压电传感器1预期覆盖在显示器上面，或者出于任何其他原因而要求是完全或部分透明的时，所选择的材料应是透明的。在其他示例中，第一压电传感器1可以是不透明的或半透明的，如上文所提及。

尽管在一些示例中，对电极3可以是由层结构2机械地支撑的薄电极，但也无需是这种情况。在一些第一压电传感器1中，对电极3可以是独立导体，诸如金属箔、金属片或用于装置或器具的金属壳。例如，对电极3可由使用第一压电传感器1获得输入的装置的钢(或其他金属)壳提供。例如，具有被图案化在第一表面5上的感测电极4的压电层7可结合或以其他方式牢固地附接到提供对电极3的钢壳的内表面。用户输入控件可由印刷、刻划、压印、附接或以其他方式限定在覆盖于感测电极4上面的壳的外表面上的标记指示。使用装置的钢壳作为输入控件的部分在电容感测的情况下(至少在需要多于单个输入的情况下)是不可能的，因为金属导电壳将会屏蔽使用感测电极生成的电场以免与用户交互。

还参考图2，示出了第一感测电极布局9的平面图。

第一感测电极布局9包括沿直线均匀地间隔的四个感测电极4₁、4₂、4₃、4₄。感测电极4₁、4₂、4₃、4₄被支撑在层结构2的第一面5上，如关于图1所述。感测电极4₁、4₂、4₃、4₄可提供对应于一排离散按钮的用户输入控件，或者可一起操作以通过基于来自感测电极4₁、4₂、4₃、4₄的相关信号插置滑块控件被按下的位置来提供滑块控件。

当用户按压第一压电传感器1时，该第一压电传感器将变形，并且压电层7的对应的应变将产生极化并致使在每个感测电极4与对电极3之间感应电荷。可使用测量前端10(图7)来检测和放大在感测电极4₁、4₂、4₃、4₄上感应的压电电荷Q。可针对四个感测电极4₁、4₂、4₃、4₄中的每一者测量独立的压电电荷Q₁、Q₂、Q₃、Q₄。

虽然第一压电传感器1包括单个对电极3，但在压电传感器16、18(图14至图21)的其他示例中，对电极3可分成两个或更多个对电极3，每个对电极的形状和尺寸设定为与一个或一组感测电极4跨过压电材料层相对。

还参考图3，对应于第一感测电极布局9的压电电荷Q₁、Q₂、Q₃、Q₄的有限元模拟被示出为施加力的质心的位置的函数。

每个感测电极4₁、4₂、4₃、4₄的大致范围在图3上使用虚线指示以供参考。这些数据是使用利用COMSOL(RTM)Multiphysics 5.5软件进行的有限元模拟获得的。建模的压电传感器(未示出)是第一压电传感器1的示例，其中感测电极4由常规的4层印刷电路板(PCB)(未示出)的顶部导体层限定，并且对电极3由常规的2层PCB(未示出)的底部导体层提供。建模的层结构2包括使用相应的压敏粘合剂(PSA)层夹在4层PCB与2层PCB之间的压电材料层7。建模的压电传感器(未示出)被建模为矩形形状并具有以六个弹性体半球体形式的支撑件83₁、……、83₆(图35)，每个拐角处定位有一个，并且每个长边缘的中间定位有一个。施加力为1克力(gf)或0.980665N。对电极3在零伏(接地)下建模，但使用任何固定电位都将会预期到类似的结果。用于有限元模拟的材料参数为

(表1)：

(出于各向异性模量值的目的，压电材料被建模为在x-y平面中的膜，具有沿z轴的厚度。弹性体半球形支撑件未耦合到电场模型。)

可观察到由施加力造成的应变侧向地散布，使得无论直接地按压感测电极4₁、4₂、4₃、4₄中的哪一者，都可观察到压电电荷Q₁、Q₂、Q₃、Q₄。例如，如果平面的第一压电传感器1在其边缘处被支撑并能够在中间挠曲(提供强信号的布置)，则信号扩散可以是几十毫米。可观察到，质心施加在第二感测电极4₂中间的力产生电荷Q₂≈25pC。相邻的第一感测电极4₁和第三感测电极4₃具有大约相等的电荷Q₁≈Q₃≈20pC，并且第四感测电极4₄仍具有电荷Q₄≈14pC，该电荷是被直接地按压的第二感测电极4₂的电荷的约一半。

压电电荷的侧向散布意味着很难或不可能区分直接地按压在提供离散用户输入按钮的感测电极4上的软触摸按压和距该感测电极4一定距离的重按压。因此，施加力的定位将是不准确的。除提供单独的离散按钮的感测电极之外，该问题一直存在。在第一感测电极布局9的示例中，从图3可观察到，确定感测电极4₁、4₂、4₃、4₄中的哪一者可仅基于哪一者具有最大电荷信号Q₁、Q₂、Q₃、Q₄来进行，而施加力的质心在感测电极4₁、4₂、4₃、4₄上方或之间。然而，一旦施加力不再施加到感测电极4₁、4₂、4₃、4₄中的任一者，例如从图3中大约40mm的位置开始，对于所有电极4₁、4₂、4₃、4₄，信号Q₁、Q₂、Q₃、Q₄降低，而维持信号Q₁、Q₂、Q₃、Q₄的每对之间的比率近似恒定。对于这种输入，不可能区分对阵列的第四感测电极4₄的轻按压和往一侧的重按压。这可能造成例如因为用户将其重量支撑在装置壳的未被限定为输入控件(不对应于任何感测电极4)的部分上而检测到输入的错误(误报)。当力在任何方向上移动到感测电极4₁、4₂、4₃、4₄的紧邻区域外时，输入定位也出现相同的问题。

第一感测电极布局9仅是一个示例，并且本说明书中描述和示出了其他示例。然而，压电传感器1上的感测电极4的任何可能布局都将遇到类似的问题，因为施加力的质心移动超出含有感测电极4的区域。

本说明书的技术、方法和设备可有助于减轻解和/或克服这些定位问题。这可通过添加附加感测电极4来实现，这些附加感测电极不直接地对应于预期用户输入控件，而是围绕(或等效地围绕)包围预期限定一个或多个用户输入控件的感测电极4的周边的一个或多个边缘布置。

还参考图4，示出了第二感测电极布局11。

与第一感测电极布局9类似，第二感测电极布局11包括以被布置为沿直线均匀地间隔的第一初级感测电极至第四初级感测电极12₁、12₂、12₃、12₄的形式的四个感测电极4。第二感测电极布局11还包括布置在任一端处以包住线性初级感测电极12₁、12₂、12₃、12₄阵列的第一次级感测电极13₁和第二次级感测电极13₂。周边14将初级感测电极12₁、12₂、12₃、12₄与次级感测电极13₁、13₂分开。第二感测电极布局11以与第一感测电极布局9相同的方式设置、支撑或结合在层结构2上或上方。

出于该示例的目的，应将考虑限制于使施加力的质心的位置沿平行于感测电极12、13的线性阵列的第一轴线x变化，使得周边14采取沿第二方向y取向的一对线的形式。如下文所述，一般来讲，周边14可采取任何线、一组两条或多条线、闭合曲线等的形式，其将初级感测电极12与次级感测电极13分开。例如，周边14通常可被视为在一组初级感测电极12与包围或包住初级感测电极12的一组对应的次级感测电极13之间等距的点的轨迹。

还参考图5A，示出了在第二感测电极布局11的初级感测电极12和次级感测电极13上感应的压电电荷Q的示意图。

测量前端10(图7)监测和测量对应于每个初级感测电极12₁、12₂、12₃、12₄的初级压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄和对应于每个次级感测电极13₁、13₂的次级压电电荷Qs₁、Qs₂。图5A示出了质心施加在第三初级感测电极12₃的中心的施加力F。由于力F的质心位置x_F施加在一组初级感测电极12₁、12₂、12₃、12₄内(即，在周边14内)，因此被直接地按压的初级感测电极12₃具有最大压电电荷Qp₃。这使得当第二感测电极布局11对应于一行按钮控件时可直接确定初级感测电极12₁、12₂、12₃、12₄中的哪一者正被致动和/或当第二感测电极布局11对应于滑块控件时可直接确定力F的质心的位置x_F。

在本文中，提到的是施加力F的质心的位置而不是施加点，因为实际上，任何力都施加在有限接触区域上。由用户的手指施加的力典型地施加在接触区域上，在该接触区域内，用户的手指变形以接触输入表面，并且该接触区域可以是不规则的和/或可随施加力的大小而变化。为了合理近似，在接触区域上方的压力可被认为是恒定的，使得力F的有效施加点与对应的接触区域的质心重合。

还参考图5B，示出了对于与图5A所示的质心位置不同的质心位置x_F，在第二感测电极布局11的初级感测电极12和次级感测电极13上感应的压电电荷Q的示意图。

图5B示出了具有质心位置x_F的施加力F，该质心位置沿第一轴线x布置在第二次级感测电极13₂之外。如关于图3所解释，仅依靠初级压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄，将不可能区分这些电荷是对应于施加到第四初级感测电极12₄的轻按压还是沿第一轴线x位移的更强按压(后者是所示的情况)。然而，用由次级压电电荷Qs₁、Qs₂提供的附加信息，可观察到第二次级压电电荷Qs₂是最大的。这允许推断出施加力F的质心位置x_F偏离初级感测电极12而在周边14外。

可使用简单条件来生成标志，该标志指示用户是否正在与由第二感测电极布局11提供的用户输入控件交互。确定压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄、Qs₁、Qs₂的最大值。如果最大的是初级压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄中的一者，则标志指示正在与对应的输入控件进行交互，并且初级压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄被处理以确定哪一者被按下和/或力F的质心位置x_F。然而，如果最大值是次级压电电荷Qs₁、Qs₂中的一者，则标志可改为指示应忽略初级压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄。这仅是使用压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄、Qs₁、Qs₂来进行定位的示例，并且下文描述了替代方法。

以这种方式，通过围绕被布置成提供第一压电传感器1的一个或多个用户输入控件的一组初级感测电极12的周边放置次级感测电极13，可实现被施加来与用户输入控件交互的力的定位。次级感测电极13对于第一压电传感器1的用户可以是不可见的或隐藏的。例如，装置的壳(其也可提供对电极3)可包括印刷、刻划、压印或以其他方式限定的覆盖在初级感测电极12上面的标记，以向用户指示输入控件已经被限定在哪里和/或它们提供什么功能。次级感测电极13可没有对应的标记，或者可对应于包围对应于初级感测电极12的标记设置的边界。

由感测电极12、13收集的压电电荷Qp、Qs取决于在附近的压电材料层7的极化的组合，并且还取决于该感测电极12、13的面积。对于相同的力F，更大的感测电极12、13通常可收集更大的压电电荷Qp、Qs。由于次级感测电极13₁、13₂仅用于定位，因此来自这些电极的信噪比要求可小于限定一个或多个用户输入控件的初级感测电极12₁、12₂、12₃、12₄的要求。因此，次级感测电极13的形状和/或面积可与对应的初级感测电极的形状和/或面积不同。一个或多个加权因子α(在本文中也称为“缩放因子”)可用于解决初级感测电极12与次级感测电极13之间的形状和/或面积的差异。

例如，还参考图6，示出了对于图5B所示的相同的质心位置x_F，在第三感测电极布局14的初级感测电极12和次级感测电极13上感应的电荷Q的示意图。

第三感测电极布局14与第二感测电极布局11相同，除了次级感测电极13₁、13₂中的每一者具有初级感测电极12₁、12₂、12₃、12₄中的一者的面积的一半。为了解决这一情况，次级压电电荷Qs₁和Qs₂乘以二，并且该经调整的值在图6的曲线图中使用虚线轮廓示出。通过相对面积的校正，使用第三感测电极布局14获得的电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄和经调整的电荷2Qs₁、2Qs₂可以与使用第二感测电极布局11获得的电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄、Qs₁、Qs₂相同的方式用于定位。减小与一组初级感测电极12相关联的一个或多个次级感测电极13的相对面积可有助于减小用于接收输入的压电面板1的总面积(或占用面积)。

在一般情况下，初级感测电极12可具有彼此不同或与次级感测电极13不同的形状和/或面积。形状和面积相同但位于压电面板1上的不同位置的感测电极12、13仍可能由于第一压电传感器1的弯曲响应而对相同的力F(集中地施加到每个电极)产生不同的响应(考虑到机械边界条件等)。任何这种变化都可通过将每个压电电荷Qp和Qs乘以适当校准的加权因子来解决。对于数量N个初级感测电极12₁、……、12_n、……、12_N中的第n初级感测电极，对应的经调整的电荷Ap_n可被定义为：

Ap_n ＝ β_nQp_n (1)

其中β_n是对应于第n初级感测电极12_n的加权因子。类似地，对于围绕围住N个初级感测电极12₁、……、12_N的周边14布置的数量M个次级感测电极13_m中的第m次级感测电极，经调整的电荷As_m可被定义为：

As_m ＝ α_mQs_m (2)

其中α_m是对应于第m初级感测电极13_m的加权因子。经调整的电荷Ap₁、……、Ap_N、As₁、……、As_M然后可使用本说明书中描述的任何方法进行比较以用于定位的目的。

确定哪个感测电极12、13具有最大压电电荷Qp、Qs或经调整的电荷Ap、As的简单测试已经关于第二感测电极布局11和第三感测电极布局14进行描述，这些示例实际上是一维的，其中质心坐标x_F被限于沿第一轴线x移动。这种配置实际上可能与一些装置有关，例如，以在移动电话、平板计算机或在一个维度上相对薄的任何其他类似装置的一侧上实现一个或多个按钮和/或滑块控件。这些配置在感测电极4沿第一轴线x形成线性阵列并沿第二轴线y基本上或完全地跨越压电面板的面时也可能是有用的。

对于力F的质心坐标(x_F，y_F)可在两个侧向方向(例如，x和y)上从一组初级感测电极12位移的示例，次级感测电极13可能需要围绕以闭合曲线的形式的周边14放置。这种示例实际上是二维的，因为力F可相对于表面上的初级感测电极12而不是沿线位移。确定哪个感测电极12、13具有最大压电电荷Qp、Qs或经调整的电荷Ap、As的简单测试对于一些实际上二维的情况可能是有用的，但可能需要其他条件。结合图7至图38H描述具体示例。

装置包括压电输入控件

还参考图7，示出了示意性地示出包括压电输入控件的装置15(或简称为“装置”)的框图。

装置15包括压电传感器16，该压电传感器连接到控制器17。压电传感器16包括压电材料层7，该压电材料层设置在多个感测电极4、12、13与至少一个对电极3之间。例如，压电传感器16可采取第一压电传感器1或第二压电传感器18(图14)的形式。压电传感器16的感测电极4、12、13被布置为形成一个或多个有源区19。压电传感器16包括至少第一有源区19₁，并且任选地可包括任何数量K个另外的有源区19₂、……、19_K。

每个有源区19包括一个或多个初级感测电极12和一个或多个次级感测电极13。在每个有源区19内，周边14将初级感测电极12与次级感测电极13分开。第一有源区19₁包括至少一个初级感测电极12和一个次级感测电极13，在图7和下文中表示为P₁和S₁。任选地，第一有源区19₁可包括多达任何数量N1个初级感测电极12(在图7和下文中表示为P₂、……、P_n1、……、P_N1)和/或多达任何数量M1个次级感测电极13(在图7和下文中表示为S₂、……、S_m1、……、S_M1)。周边14₁将初级感测电极12(即，P₁、……、P_N1)与次级感测电极13(即，S₁、……、S_M1)分开。当包括另外的有源区19₂、……、19_K时，K个有源区中的第k有源区19_k可包括数量Nk个初级感测电极12(表示为P₁、……、P_n、……、P_Nk)，这些初级感测电极通过对应的周边14_k与数量Mk个次级感测电极13(表示为S₁、……、S_m、……、S_Mk)分开。在下文中，提及一般有源区19可被认为还指数量K个有源区19₁、……、19_K中的第k有源区19_k。

每个有源区19的初级感测电极12(即，P_n)和次级感测电极13(即，S_m)在图7中未以实际形状和位置示出。仅示出了表示每个初级感测电极12(即，P_n)和次级感测电极13(即，S_m)的示意性框图。可在图8至图12中找到有源区19的次级感测电极13(即，S_m)的相对形状和位置的示例，并且可在图8至图35中找到有源区19布局的示例，包括初级感测电极12(即，P_n)和/或次级感测电极13(即，S_m)的相对形状和位置。

尽管在图7的示意性表示中被示为单个竖直线，但任何特定有源区19的周边14可采取适合于将初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)与次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_M)分开的任何形状。优选地，有源区19的周边14对应于在该有源区19的初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)与次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_M)之间等距的位置的轨迹。例如，周边14可被限定为闭合曲线，使得所有对应的初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)在该闭合曲线内，并且所有对应的次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_M)在该闭合曲线外。替代地，对于感测电极12、13的线性阵列，诸如第二感测电极布局11和/或第三感测电极布局14，可在初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)的线性阵列的一端或两端处限定对应的周边14。在一般情况下，有源区19的周边14可以是连续的或不连续的。例如，一些有源区19可具有连续周边14，而其他有源区19可具有不连续周边14。

每个次级感测电极13(即，S_n)可至少部分地围绕相应的有源区19的周边14延伸。例如，每个次级感测电极13(即，S_n)可围绕对应的周边14的至少20％延伸。在一些有源区19中，单个次级感测电极13(即，S1)可完全地(或几乎完全地)围绕周边14延伸。

控制器17连接到压电传感器16，并且接收对应于每个有源区19₁、……、19_k、……、19_K的压电信号20₁、……、20_k、……、20_K。基于压电信号，控制器17被配置为对于每个有源区19₁、……、19_K，监测在每个初级感测电极12(即，P_n)上感应(或收集)的初级压电电荷Qp，以及监测在每个次级感测电极13(即，S_m)上感应(或收集)的次级压电电荷Qs。例如，可测量第一有源区19₁的压电电荷Qp₁、……、Qp_N1、Qs₁、……、Qs_M1。

响应于从给定的有源区19检测到一个或多个初级压电电荷Qp和/或次级压电电荷Qs，控制器17被配置为基于将初级压电电荷Qp与次级压电电荷Qs进行比较来确定对应的施加力是否具有在对应于该有源区19的周边14内的质心。每个有源区19内的初级感测电极12(即，P_n)和次级感测电极13(即，S_m)的相对面积和相对位置被配置为能够区分质心在对应的周边14_k内的施加力F和质心在周边14_k外的施加力F。

使用阈值乘数的方法

对于具有初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)和次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_M)的有源区19，测量(使用测量前端10)对应的初级压电电荷Qp₁、……、Qp_n、……、Qp_N和次级压电电荷Qs₁、……、Qs_m、……、Qs_M。对于M个次级感测电极S₁、……、S_m、……、S_M中的每一者，校准对应的阈值乘数Th₁、……、Th_m、……、Th_M，并且对以下条件进行测试：

公式(3)是针对M个次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_Mk)中的第m次级感测电极编写的，并且应针对M个次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_M)中的每一者(即，对于1≤m≤M)单独地评估。

如果针对M个次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_M)中的每一者，公式(3)评估为真，则产生压电电荷Qp_n、Qs_m的施加力F的质心坐标(x_F，y_F)在考虑的有源区19(例如，K个有源区19₁、……、19_K中的第k有源区19_k)的对应周边14内。

然而，如果针对M个次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_M)中的每一者，公式(3)评估为假，则产生压电电荷Qp_n、Qs_m的施加力F的质心坐标(x_F，y_F)在有源区19的对应周边14外。

为了使关于公式(3)解释的方法提供准确定位，每个有源区19_k的初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)和次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_M)需要被配置相对面积和位置，使得可取决于施加力F具有在对应的周边14内或外的质心坐标(x_F，y_F)来校准满足上文解释的条件的阈值乘数Th₁、……、Th_m、……、Th_M。校准合适的阈值乘数Th₁、……、Th_m、……、Th_M应是可能的，前提是次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_M)围绕周边14的足够部分(优选地大部分或全部)延伸。

可使用响应于具有已知质心坐标(x_F，y_F)的已知施加力F而获得的实验测量来预校准阈值乘数Th₁、……、Th_m、……、Th_M的值。附加地或替代地，可使用利用模型(例如，有限元分析(FEA)模型)获得的理论电荷值来预校准阈值乘数Th₁、……、Th_m、……、Th_M的值。基于来自有限元分析模拟的数据来校准阈值乘数Th₁、……、Th_m、……、Th_M的示例在下文中关于图35至图38H进行描述，并且相同的过程应适用于实验获得的数据。

例如由于边界条件、压电传感器16的形状等，对应于初级感测电极12和次级感测电极13的相同布局的一对有源区19可具有不同的阈值乘数Th₁、……、Th_m、……、Th_M的值，这取决于这些有源区19在压电传感器16上的相对位置。

关于公式(3)描述的阈值乘数Th_m的方法可适于通过对以下替代条件进行测试来使用根据公式(1)和(2)计算的经调整的电荷Ap_n、As_m而不是测量的压电电荷Qp_n、Qs_m：

替代地，无需确定次级感测电极13(即，S₁、……、S_M)的加权因子α_m，并且可在阈值乘数的校准中通过对以下条件进行测试来直接地考虑次级压电电荷Qs_m的相对加权：

使用最大信号的方法

尽管主要是对实际上一维的线性阵列有用，例如如关于第二感测电极布局11和第三感测电极布局14所述，但简单确定压电电荷Qp、Qs的最大值对于一些实际上二维的有源区19可能仍是有用的。例如，可确定从有源区19测量的所有压电电荷的集{Qp₁，……，Qp_n，……，Qp_N，Qs₁，……，Qs_m，……，Qs_M}的最大值。如果最大值对应于初级压电电荷Qp₁、……、Qp_n、……、Qp_N中的一者，则对应的施加力F的质心坐标(x_F，y_F)在周边14内。相比之下，如果最大值对应于次级压电电荷Qs₁、……、Qs_n、……、Qs_M中的一者，则对应的施加力F的质心坐标(x_F，y_F)在周边14外。

由于诸如边界条件、压电传感器16的形状以及电极12(即，P_n)、13(即，S_m)在压电传感器16上的相对位置等因素，最大信号的方法可能不如阈值乘数Th_m方法对感测电极12(即，P_n)、13(即，S_m)的不均匀响应敏感。可针对特定压电传感器16的给定有源区19基于响应于具有已知质心坐标(x_F，y_F)的已知施加力F而获得的实验测量和/或使用利用模型(诸如有限元模型)获得的理论电荷值来确定最大信号方法的适用性。

最大信号的方法可改为基于经调整的电荷Ap₁、……、Ap_Nk、As₁、……、As_M来应用。对于许多压电传感器16，例如由于在大多数实际情况下压电层7的不均匀应变，使用经调整的电荷Ap₁、……、Ap_Nk、As₁、……、As_M可能预期具有比使用压电电荷Qp₁、……、Qp_Nk、Qs₁、……、Qs_M中的最大值优异的性能。

一般来讲，可独立地处理压电传感器16的每个有源区19。虽然压电传感器16的所有有源区19₁、……、19_k、……、19_K可使用上文描述的方法中的一者进行分析，但在一些示例中，不同的方法可应用于不同的有源区19。例如，有源区19_k可使用最大信号方法来实现充分定位，而其他有源区19_h(h≠k)可使用阈值乘数Th_m方法来获得更准确定位。

图7所示的控制器17包括测量前端10、一个或多个数字电子处理器21、存储器22和非易失性存储设备23。非易失性存储设备23利用存储器22存储可由一个或多个处理器21执行的程序代码以进行上文描述的方法和功能中的任一者。非易失性存储设备23还存储有源区信息24，该有源区信息定义接收压电信号20的哪些通道对应于初级感测电极12(即，P_n)，哪些通道对应于次级感测电极13(即，S_m)，以及每个感测电极12(即，P_n)、13(即，S_m)与哪个有源区19₁、……、19_K相关联。

任选地，装置15可以是组合的力和电容感测装置并可附加地包括电容触摸控制器25。当包括电容触摸控制器25时，该电容触摸控制器可与测量前端10或控制器17分开。替代地，电容触摸控制器25可与测量前端10和/或控制器17集成为单个封装集成电路(IC)或芯片。

测量前端10检测压电层7响应于施加到压电传感器16的一个或多个力F的应变。取决于配置，测量前端10可通过压电材料层7的应变引起的极化来直接地检测在对电极3与每个感测电极12(即，P_n)、13(即，S_m)之间感应的电位。替代地，测量前端10可响应于压电材料层7的应变引起的极化而检测电荷或电流。基于电荷的测量是优选的，但上文描述的用于定位施加力F的方法可适于电流或电压的测量，而不是使用在电荷Q、电流I＝dQ/dt和电压V＝Q/C之间的寻常转换(其中C是寻址的感测电极12(即，P_n)、13(即，S_m)与对电极3之间的电容)。测量前端10可具有对应于每个感测电极12(即，P_n)、13(即，S_m)的单独的输入通道。替代地，测量前端可具有比感测电极12(即，P_n)、13(即，S_m)的总数更少的输入通道，并且测量前端10可根据序列(例如，使用时分复用)来寻址感测电极12(即，P_n)、13(即，S_m)。

测量前端10可包括低频截止滤波器，该低频截止滤波器被配置为拒绝压电材料层7的热电响应。低频截止可取1Hz与7Hz之间的值。测量前端10可包括陷波滤波器，该陷波滤波器被配置为拒绝市电配电频率，例如50Hz或60Hz。

当包括任选的电容触摸控制器25时，可直接地从压电传感器16或经由测量前端10来进行对一些或所有初级感测电极12(即，P_n)和/或对电极3的互电容或自电容的测量。例如，测量前端10可如WO 2017/109455 A1所述的那样或如WO 2016/102975 A2所述的那样同时地测量压电力信号和电容，并且这两个文件的全部内容以引用方式并入本文。特别地，使用以触控面板的形式的压电传感器16的合适的组合的力和电容装置15在WO 2017/109455A1的图4至图23中示出并参考其进行了描述。另外，使用以触控面板的形式的压电传感器16的合适的组合的力和电容装置15在WO 2016/102975 A2的图15至图29中示出并参考其进行了描述。

当包括任选的电容触摸控制器25时，测量前端10还可中继和/或修改电容触摸控制器25与一个或多个初级感测电极12(即，P_n)和/或对电极3之间的电容测量信号26。电容信号处理模块25可以与常规的电容触摸控制器相同的方式起作用，并且可由常规的电容触摸控制器提供。在一些示例中，电容触摸控制器25可向测量前端10提供用于电容测量的驱动信号。一些或所有初级感测电极12(即，P_n)和/或对电极3的互电容或自电容可由电容触摸控制器25根据已知方法测量。

虽然本说明书仅涉及用于基于压电测量来定位用户输入的方法，但包括任选的电容触摸控制器25的示例不排除对力F位置(x_F，y_F)的基于压电的定位的需要。包括电容触摸控制器25并被配置用于组合的压电和电容测量的装置15可使它们的操作适应普遍的输入条件。例如，当压电传感器16和用户未戴手套的手指都干燥时，可使用来自电容测量的高度局限的信号。然而，当用户戴着手套和/或压电传感器16和/或用户的手指上存在水时，或者当非导电对象用于输入时，压电测量和本文描述的定位输入的方法可用于增强或完全地替代电容测量。

一旦已经确定了正在按压哪个或哪些有源区19，控制器17就输出用户输入数据27，包括哪些由初级感测电极12(即，P_n)限定的用户输入控件(例如，按钮、滑块、触控板)已经被致动的细节、以及任选地针对每一者检测到的力F的水平。将压电电荷Q_p、Q_s或经调整的电荷A_p、A_s转换为力值F将要求附加校准，因为施加到压电传感器16的不同位置的相同力F可能导致不同量的应变，这取决于压电传感器16的形状、机械边界条件等。使用在已知坐标(x_F，y_F)处施加的已知力F校准的查找表或其他模型可用于将压电电荷Q_p、Q_s或经调整的电荷A_p、A_s转换为力值F，

对WO 2017/109455 A1和WO 2016/102975 A2的参考是出于提高对本说明书的理解的目的而提供的，然而本说明书不限于这些文件中描述的方法或设备。

控制器17可以能够提供本文描述的功能的任何方式实现，例如，适当编程的微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。尽管图7中示出为集成控制器17内的单独元件，但测量前端10、处理器21、存储器(22)、非易失性存储设备23以及任选地电容触摸控制器25可被实现为单独的部件，或者任何组都可集成为单个部件。例如，测量前端10可作为耦合到提供处理器21、存储器22和非易失性存储设备23的功能的微控制器的单独装置来提供。

初级感测电极12(即，P_n)可替代地被称为“有源”电极。次级感测电极13(即，S_m)可替代地被称为“定位”“周边”或“周长”电极。一般来讲，初级感测电极12(即，P_n)和/或次级感测电极13(即，S_m)可以是共面的，或者可全部由材料的可以是平坦的(平面的)或弯曲的单个面(例如，本文别处描述的装置或器具的壳)支撑。

在一些示例中，次级感测电极13(即，S_m)可属于密切间隔且相邻的一对有源区19_k、19_k±1。共享的次级感测电极13(即S_m)可用于区分和掩蔽质心坐标(x_F，y_F)在这样一对相邻的有源区19_k、19_k±1之间的边界上的施加力F。

第一有源区

还参考图8，示出了有源区19、28(下文也称为“第一有源区”)的第一配置。

第一有源区28具有以大体上正方形的周边29形式的周边14，该周边围住数量N个初级感测电极12，即，P₁、……、P_n、……、P_N。第一导电材料区30₁和第二导电材料区30₂(下文称为第一“导电区”和第二“导电区”)沿第一方向x设置在第一有源区28的相对侧上，从而包住(或夹住)周边29和初级感测电极12(即，P_n)。类似地，第三导电材料区30₃和第四导电材料区30₄(下文称为第三“导电区”和第四“导电区”)沿不同于第一方向x的第二方向y设置在第一有源区28的相对侧上。每个导电区30₁、30₂、30₃、30₄基本上沿正方形周边29的相邻边缘的长度延伸。换句话说，导电区30₁、30₂、30₃、30₄可被认为至少部分地限定周边29。每个导电区30₁、30₂、30₃、30₄电连接到相应的导电迹线31₁、31₂、31₃、31₄。

导电区30₁、30₂、30₃、30₄和大体上正方形的周边29在图8的示意性平面图中示出。然而，初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)的具体数量、形状、相对位置和/或相对面积与理解第一有源区28无关，并且因此在图8中示出为代表性框。

第一有源区可被配置有在一个与四个之间的次级感测电极13(即，S_m)，这取决于导电区30₁、30₂、30₃、30₄的连接和/或对来自导电区30₁、30₂、30₃、30₄的信号的处理。

四次级感测电极配置

第一有源区28可被配置为使得每个导电区30₁、30₂、30₃、30₄提供相应的次级感测电极13，即，S₁、S₂S₃、S₄。来自四个次级感测电极13(即，S₁、S₂S₃、S₄中)的每一者的测量可使用相应的导电迹线31₁、31₂、31₃、31₄来读出。

双次级感测电极配置

第一有源区28可被配置为使得导电区30₁、30₂、30₃、30₄提供一对次级感测电极13，即，S₁、S₂。

第一导电区30₁和第二导电区30₂可电连接在一起以提供第一次级感测电极13、即，S₁。例如，第一导电迹线31₁和第二导电迹线31₂可合并在第一有源区28与来自压电传感器16的读出之间。替代地，第一导电迹线31₁可被布线到第二导电区30₂，而第二导电迹线31₂被布线为允许连接离开压电传感器16(例如，到达测量前端10)。第一导电区30₁与第二导电区30₂之间的电连接通常可以是直接的或间接的，并且在压电传感器内部或外部。例如通过将第一导电迹线31₁和第二导电迹线31₂合并为用于读出的单个导电迹线，内部连接是压电传感器16本身的一部分或被支撑在其上。可例如使用导线或通过将通向第一导电区30₁和第二导电区30₂的连接合并在放大器的输入处从而形成测量前端10的部分来远离压电传感器16形成外部连接。

在本文中，电连接是指欧姆或电阻耦合，而不是电容和/或电感耦合。换句话说，在导电材料之间的物理连接。可经由任何数量的不同的导电材料进行电连接，例如，可将由第一导电材料形成的一对导电迹线焊接到由第二导电材料形成的导线的相对端，焊料是第三导电材料。

第三导电区30₃和第四导电区30₄也可电连接在一起以提供第二次级感测电极13，即，S₂。第三导电区30₃与第四导电区30₄之间的电连接可采取关于第一导电区30₁和第二导电区30₂描述的任何形式。

以这种方式，第一有源区28可被配置为具有一对次级感测电极13，即，S₁、S₂。第一次级感测电极13(即，S₁)由第一导电区30₁和第二导电区30₂形成并且可用于检测施加力F的质心坐标(x_F，y_F)何时越过周边29从而平行于第一方向x移动。第二次级感测电极13(即，S₂)由第三导电区30₃和第四导电区30₄形成并且可用于检测施加力F的质心坐标(x_F，y_F)何时越过周边29从而平行于第二方向y移动。

可通过将第一导电区30₁电连接到第三导电区30₃并将第二导电区30₂电连接到第四导电区30₄来提供替代的双次级感测电极配置。可通过将第一导电区30₁电连接到第四导电区30₄并将第二导电区30₂电连接到第三导电区30₃来提供另一种双次级感测电极配置。

单次级感测电极配置

第一有源区28可被配置为使得导电区30₁、30₂、30₃、30₄提供单个次级感测电极13，即，S₁。

例如，第一导电区30₁、第二导电区30₂、第三导电区30₃和第四导电区30₄可全部电连接在一起以提供单个次级感测电极13，即，S₁。在导电区30₁、30₂、30₃、30₄之间的电连接可采取上文描述的任何形式，并且特别地可以是直接的或间接的，并且在压电传感器内部或外部。

要使用的次级感测电极的数量

在压电传感器的一些实现方式中，由施加力F产生的应变以及因此相关联的压电极化和信号随距质心坐标(x_F，y_F)的距离而合理地快速降低。因此，压电信号可由从最接近质心坐标(x_F，y_F)的感测电极12(即，P_n)、13(即，S_m)测量的电荷支配。在这种情况下，采用完全地或基本上围住第一有源区28的正方形周边29的单个次级感测电极13(即，S₁)，例如使用上文描述的第一有源区28的单次级电极配置，对于定位可能是足够的(替代地参见图11和图12)。可应用上文描述的最大信号方法，并且如果单个次级感测电极13(即，S₁)上的电荷Qs₁(或经调整的电荷As₁)是针对第一有源区28测量的最大者，则可确定力F在周边29外。

最大信号方法的应用应取决于确认(使用校准实验和/或模拟)当施加力F的质心坐标(x_F，y_F)在周边29内时，来自单个次级电极13(即，S₁)的电荷Qs₁(或经调整的电荷As₁)将小于初级压电电荷Qp₁、……、Qp_N(或经调整的电荷Ap₁、……、Ap_N)中的至少一者。是否能满足该条件可取决于如下因素，包括但不限于：第一有源区28在压电传感器16上的相对位置、压电传感器16的机械支撑和边界条件、压电传感器16的形状和/或曲率等。不需要使用最大信号方法，并且完全地或基本上围住第一有源区28的周边29的单个次级感测电极13(即，S₁)可替代地与阈值乘数方法组合。

单个次级感测电极13(即，S₁)用于将输入定位到第一有源区28的任何特定示例的适用性可通过使用在已知坐标(x_F，y_F)处施加的已知力F的校准测量和/或通过建模(例如，有限元分析)来检查。

通常，除了力F本身的大小之外，由压电传感器16的压电层7的极化引起的电荷分布表现出侧向散布、各向异性和/或对施加力F的质心坐标(x_F，y_F)的依赖性中的一者或多者。这种效应可取决于如下因素，包括但不限于：第一有源区28在压电传感器16上的相对位置、压电传感器16的机械支撑和边界条件、压电传感器16的形状和/或曲率等。因此，第一有源区的一些实现方式可通过使用第一有源区28的双次级感测电极配置或四次级感测电极配置来实现生成压电电荷Qp_n、Qs_m的力F更可靠地定位到周边29内部/外部。在每种情况下，用于连接(或不连接)导电区30₁、30₂、30₃、30₄的最准确配置需要通过校准实验和或建模(诸如有限元分析)来确定。

四次级感测电极配置可用于校准实验和/或建模目的。每个导电区30₁、30₂、30₃、30₄然后对应于相应的次级感测电极13，即，S₁、S₂、S₃、S₄。可测量响应于在至少第一方向x和第二方向y上施加在跨越周边29的一系列受控或已知位置处的已知力F而感应的压电电荷Qs₁、Qs₂、Qs₃、Qs₄、Qp₁、……、Qp_N和/或对其进行建模。对应于双次级电极配置的次级压电电荷可被估计为Qs₁+Qs₂和Qs₃+Qs₄(或其他配置的适当的和)，并且对应于单次级电极配置的次级压电电荷可被估计为Qs₁+Qs₂+Qs₃+Qs₄。使用这些测量和/或计算的压电电荷Qp_n、Qs_m，可应用次级电极配置(四、双或单)和信号处理方法(最大信号、阈值乘数)的可能组合，并且可识别能够将施加力的质心坐标(x_F，y_F)定位到周边29内的那些。过渡区可被定义为质量的量度，其表示质心坐标(x_F，y_F)的轨迹，其中固定力F将产生差异小于阈值(诸如电荷测量的测量标准误差(或其倍数))的压电电荷Qp_n、Qs_m(或从中得出的值)。优选地，应选择提供最窄过渡区的次级电极配置(四、双或单)和信号处理方法(最大信号、阈值乘数)的组合。

出于进行这种模拟的目的，与电场到电极的静电耦合联系起来(经由为压电层7计算的应变)的机械变形的有限元分析可使用诸如Comsol(RTM)的可商购软件包来求解。选择最适当的次级感测电极配置将在下文中关于三个示例进行讨论(参见图35至图38H)。

尽管已经描述了四次级感测电极配、双次级感测电极配和单次级感测电极配置，但一般来讲，可使用任何数量M个次级感测电极13(即，S₁、……、S_M)，例如一个、两个、三个、四个、五个或更多个。通过例如电连接第一导电区30₁和第二导电区30₂以提供第一次级感测电极S₁而使用第三导电区30₃和第四导电区30₄作为单独的第二次级感测电极S₂和第三次级感测电极S₃，可使用第一有源区28来提供三次级感测电极配置。

尽管已经描述了第一有源区28的一个或多个导电区30₁、30₂、30₃、30₄物理地电连接在一起的配置，但等效功能可改为通过在控制器17中(例如，在测量前端10中或使用处理器21)组合压电信号20和/或压电电荷Qp_n、Qs_m来提供。

导电迹线31₁、31₂、31₃、31₄中的每一者可将相应的导电区30₁、30₂、30₃、30₄连接到测量前端10的单独的输入通道。四次级感测电极配置与上文描述的相同。可通过对从第一导电区30₁和第二导电区30₂测量的压电电荷求和以确定对应于作为有效的(或虚拟的)第一次级感测电极S₁的第一导电材料区和第二导电材料区的第一次级压电电荷Qs₁(或经调整的次级电荷As₁)来获得替代双次级感测电极配置。类似地，可对来自第三导电区30₃和第四导电区30₄的压电电荷求和以确定对应于作为有效的(或虚拟的)第二次级感测电极S₂的第三导电材料区和第四导电材料区的第二次级压电电荷Qs₂(或经调整的次级电荷As₂)。

尽管在图8中被示出为正交方向x、y，但第一方向和第二方向无需是垂直的，并且可以大于零度的任何角度取向。例如，第一方向和第二方向可形成30度或45度的角度。

第一导电材料区、第二导电材料区、第三导电材料区和第四导电材料区可总共围绕周边29的长度的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或超过95％延伸。

第二有源区

还参考图9，示出了有源区19、32(下文也称为“第二有源区”)的第二配置。

以与第一有源区28相同的方式，第二有源区32具有以大体上正方形的周边29的形式的周边14，该周边围住数量N个初级感测电极12，即，P₁、……、P_n、……、P_N。

第五导电材料区30₅和第六导电材料区30₆(下文称为第五“导电区”和第六“导电区”)沿第一方向x’设置在第二有源区32的相对侧上，从而包住(或夹住)周边29和初级感测电极12(即，P_n)。类似地，第七导电材料区30₇和第八导电材料区30₈(下文称为第七“导电区”和第八“导电区”)沿不同于第一方向x’的第二方向y’设置在第二有源区32的相对侧上。大体上正方形的周边29的边缘与图9中标记为x和y的正交轴线对准，并且第一方向x’和第二方向y’彼此正交并相对于标记为x和y的轴线反时针(逆时针)旋转45度。每个导电区30₅、30₆、30₇、30₈电连接到相应的导电迹线31₅、31₆、31₇、31₈。

在第一有源区28中，第一导电区至第四导电区30₁、30₂、30₃、30₄中的每一者基本上沿正方形周边29的相邻边缘的长度延伸。类似于第一有源区28，第五导电区至第八导电区30₅、30₆、30₇、30₈可被认为至少部分地限定周边29。然而，与第一有源区28相比，第五导电区至第八导电区30₅、30₆、30₇、30₈中的每一者包括对应于正方形周边29的拐角的拐角，并且沿正方形周边29的在该拐角处相遇的边缘延伸。第五导电区至第八导电区30₅、30₆、30₇、30₈中的每一者基本上延伸到正方形周边29的在对应的拐角处相遇的边缘的中间，其中间隙用于提供与相邻的导电区30₅、30₆、30₇、30₈的电隔离。

除了导电区30₅、30₆、30₇、30₈相对于大体上正方形的周边29的形状和定位之外，第二有源区32与第一有源区28相同。

导电区30₅、30₆、30₇、30₈和大体上正方形的周边29在图9中的示意性平面图中示出。然而，初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)的具体数量、形状、相对位置和/或相对面积与理解第二有源区32无关，并且因此在图9中示出为代表性框。

以与第一有源区28相同的方式，第二有源区32可被配置有在一个与四个之间的次级感测电极13(即，S_m)，这取决于导电区30₅、30₆、30₇、30₈的连接和/或对来自导电区30₅、30₆、30₇、30₈的信号的处理。

第一有源区28和第二有源区32已经被描述为包括以大体上正方形的周边29的形式的周边14(并且大体上正方形包括正方形)。然而，可简单地修改第一有源区28和第二有源区32中的任一者以与形状为矩形或采取不规则四边形的形式的周边14一起工作。

围绕有源区19的周边14间隔开的四个导电区的使用不限于规则和/或不规则四边形，并且一般来讲，可应用于具有由例如以任何规则或不规则多边形、圆形或椭圆形、不规则曲线等形状的任何闭合曲线限定的周边14的有源区19。

第三有源区

例如，还参考图10，示出了有源区19、33(下文也称为“第三有源区”)的第三配置。

类似于第一有源区28和第二有源区32，第三有源区33包括四个导电区30₉、30₁₀、30₁₁、30₁₂。与第一有源区28和第二有源区32不同，第三有源区33包括以椭圆形周边34的形式的周边14，该周边围住数量N个初级感测电极12，即，P₁、……、P_n、……、P_N。

第九导电材料区30₉和第十导电材料区30₁₀(下文称为第九“导电区”和第十“导电区”)沿第一方向35设置在第三有源区33的相对侧上，从而包住(或夹住)周边34和初级感测电极12(即，P_n)。类似地，第十一导电材料区30₁₁和第十二导电材料区30₁₂(下文称为第十一“导电区”和第十二“导电区”)沿不同于第一方向35的第二方向36设置在第三有源区33的相对侧上。每个导电区30₉、30₁₀、30₁₁、30₁₂电连接到相应的导电迹线31₉、31₁₀、31₁₁、31₁₂。

第九导电区至第十二导电区30₉、30₁₀、30₁₁、30₁₂中的每一者基本上沿椭圆形周边34的四分之一圆围绕椭圆形周边34的曲线延伸。在第九导电区至第十二导电区30₉、30₁₀、30₁₁、30₁₂之间留有间隙以用于第九导电区至第十二导电区30₉、30₁₀、30₁₁、30₁₂之间的电隔离。图10所示的四分之一圆对应于椭圆形周边34的半长轴和半短轴。

除了周边14、34和导电区30₉、30₁₀、30₁₁、30₁₂的形状和定位之外，第三有源区33与第一有源区28或第二有源区32相同。特别地，第三有源区33可被配置有在一个与四个之间的次级感测电极13(即，S_m)，这取决于导电区30₉、30₁₀、30₁₁、30₁₂的连接和/或对来自导电区30₉、30₁₀、30₁₁、30₁₂的信号的处理。

导电区30₉、30₁₀、30₁₁、30₁₂和椭圆形周边34在图10的示意性平面图中示出。然而，初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)的具体数量、形状、相对位置和/或相对面积与理解第二有源区32无关，并且因此在图10中示出为代表性框。

第四有源区

例如，还参考图11，示出了有源区19、37(下文也称为“第四有源区”)的第四配置。

以与第一有源区28和第二有源区32相同的方式，第四有源区37具有以大体上正方形的周边29的形式的周边14，该周边围住数量N个初级感测电极12，即，P₁、……、P_n、……、P_N。与第一有源区28和第二有源区32不同，第四有源区37包括由第十三导电材料区30₁₃(下文称为第十三“导电区”)提供的单个次级感测电极13(即，S₁)，该单个次级感测电极完全地围绕第四有源区37的周边29延伸。第十三导电区30₁₃具有围住周边29和初级感测电极12(即，P_n)的中空方形形状。功能上，当任一者被配置用于单个次级感测电极13(即，S₁)时，第四有源区37将类似于第一有源区28或第二有源区32操作。

由于第十三导电区30₁₃完全地围绕周边29延伸，因此电连接到一个或多个初级感测电极P₁、……、P_n、……、P_N的导电迹线38₁、……、38_n、……、38_N使用相应的跳线或等效结构布线在第十三导电区30₁₃上方或下方。替代地，初级感测电极P₁、……、P_n、……、P_N和对应的导电迹线38₁、……、38_n、……、38_N可设置在通过一个或多个绝缘(介电)层(未示出)与第十三导电区30₁₃分开的不同表面上。在其他示例中，初级感测电极P₁、……、P_n、……、P_N可与第十三导电区30₁₃设置在相同表面上，并且导电迹线38₁、……、38_n、……、38_N可设置在通过一个或多个绝缘(或电介质)层(未示出)与第十三导电区30₁₃分开的不同表面上，其中与初级感测电极P₁、……、P_n、……、P_N的连接使用延伸穿过一个或多个绝缘层(未示出)的通孔来提供。

第十三导电区30₁₃和大体上正方形的周边29在图11的示意性平面图中示出。然而，初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)的具体数量、形状、相对位置和/或相对面积与理解第二有源区32无关，并且因此在图11中示出为代表性框。

第四有源区37已经被描述为包括以大体上正方形的周边29的形式的周边14(并且大体上正方形包括正方形)。然而，可简单地修改第四有源区37以与矩形形状或一般来讲可由例如以任何规则或不规则多边形、圆形或椭圆形、不规则曲线等形状的任何闭合曲线限定的周边14一起工作。不管周边14的具体形状如何，第十三导电区30₁₃都可采取完全地围住或包围该周边14的对应形状。

第五有源区

代替完全地围绕周边延伸，提供单个次级感测电极13(即，S1)的导电区可包括一个或多个间隙以允许电连接到初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)的导电迹线38₁、……、38_n、……、38_N的布线。

例如，还参考图12，示出了有源区19、39(下文也称为“第五有源区”)的第五配置。

第五有源区39与第四有源区37相同，除了提供单个次级感测电极13(即，S₁)的第十四导电区30₁₄包括间隙40，电连接到初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)的导电迹线38₁、……、38_n、……、38_N通过该间隙布线。间隙40应优选地刚好足够大到允许所有导电迹线38₁、……、38_n、……、38_N通过。第十四导电区30₁₄围绕第五有源区39的周边29的大部分延伸。大部分可对应于周边29的长度的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或至少95％。

第十四导电区30₁₄和大体上正方形的周边29在图12的示意性平面图中示出。然而，初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)的具体数量、形状、相对位置和/或相对面积与理解第二有源区32无关，并且因此在图12中示出为代表性框。

第四有源区37已经被描述为包括以大体上正方形的周边29的形式的周边14(并且大体上正方形包括正方形)。然而，可简单地修改第五有源区39以与矩形形状或一般来讲可由例如以任何规则或不规则多边形、圆形或椭圆形、不规则曲线等形状的任何闭合曲线限定的周边14一起工作。不管周边14的形状如何，第十四导电区30₁₄都可采取除间隙40以***住或包围该周边14的一致形状。

壳集成压电传感器

如关于第一压电传感器1所述，用于压电传感器16的对电极3可采取要求输入的装置的金属壳的形式，例如钢壳。

还参考图13，示出了用于要求输入控件的装置或器具(未示出)的金属壳41的一部分。

可通过将支撑多个感测电极4的层结构2附接到壳41的内表面来形成壳集成压电传感器42(下文称为“集成压电传感器”)。层结构2可包括例如压电材料层7，该压电材料层具有沉积在一个面上的感测电极4，以及施加到相对面以附着到壳41的压敏粘合剂。感测电极4分成初级感测电极12(即，P_n)和次级感测电极13(即，S_m)，并且布置到有源区19中以提供如本文所述的用户输入控件。

虽然壳41的支撑集成压电传感器42的部分可以是基本上平坦的或平面的，但层结构2可做成薄的且柔性的，从而能够附接到壳41的弯曲的或包括拐角和/或边缘43的部分。

金属壳41使用典型地由钢(优选是不锈钢)或铝形成的金属片制成，但可使用适合于形成装置或器具壳的任何金属。装置/器具的这种金属壳41典型地接地(或保持在共模电位)，并且因此可用于提供压电传感器16(诸如集成压电传感器42)的对电极3，而不干扰装置或器具的正常操作。输入控件可通过覆盖在预期用作初级感测电极12(即，P_n)的感测电极4上面的印刷、刻划、压印、附接以其他方式限定在壳41的外表面上的标记来指示给用户。

使用装置/器具的金属壳41作为用户输入面板的部分在电容感测的情况下(至少在需要多于单个输入的情况下)将会是不可能的，因为金属导电壳将会屏蔽使用感测电极生成的电场以免与用户交互。将用户输入控件直接地集成到装置/器具的金属壳41中可能是有美学吸引力的，但也可用于技术目的，因为可避免壳的物理中断，因此提高装置/器具的机械强度并改善针对液体、颗粒等的侵入的密封。

第一对电极配置

第一压电传感器1的对电极3可采取单个均匀电极的形式(其可替代地称为“全局”对电极)。在该配置中，必须使用感测电极4来测量压电信号20和电荷Qp_n、Qs_m，以便提供任何定位，因为单个对电极3上的电荷将仅指示总施加力。在一些应用中可能对总施加力感兴趣，并且任选地，测量前端10可包括用于读出在对电极3上感应的总电荷的通道。如果还获得任选的电容测量，则这些也必须使用感测电极4来执行。对于电容测量，感测电极4在使用中需要最接近用户输入表面，以便防止单个对电极3的静电屏蔽。

然而，用于装置15中的压电传感器16不限于使用单个对电极3。

第二对电极配置

还参考图14，示出了第二压电传感器18。

第二压电传感器18与第一压电传感器1相同，除了单个均匀(或全面)对电极3由多个单独的对电极3代替。第二压电传感器18可提供装置15的压电传感器16。每个感测电极4与相应的对电极3跨层结构2相对，该相应的对电极与该感测电极4基本上(或完全地)重合并共延伸。换句话说，对应于给定感测电极4的对电极3具有与该感测电极4相同的形状、面积、取向和质心坐标，并且因此完全地与该感测电极4重叠。在一些示例中，感测电极4和相对的对电极3无需确切地具有相同形状、面积和/或取向，但它们相应的质心可能重合，使得它们至少部分地重叠。

第二对电极配置，包括对应于感测电极4中的每一者的单独的对电极3，实现对压电电荷Qp_n、Qs_m的差分测量。这可减少来自以外部电场的形式的噪声的干扰，并且可提高用于测量压电电荷Qp_n、Qs_m的信噪比。

第一对电极布局

还参考图15，示出了用于用户输入面板的对电极布局43的第一示例(下文称为“第一对电极布局”)。

第一对电极布局43包括以滑块有源区44的形式的有源区19、按钮/触控板有源区45和三个离散按钮有源区46₁、46₂、46₃。每个有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃包括以初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp_n、……、Cp_NC)的形式的数量NC个对电极3和以次级对电极48(即，Cs₁、……、Cs_m、……、Cs_MC)的形式的数量MC个对电极3。在第一对电极布局43中，每个初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp_n、……、Cp_NC)在形状、面积、取向和位置方面对应于初级感测电极12(即，P₁、……、P_n、……、P_N)，使得初级感测电极12(即，P_n)的数量N等于初级对电极47(即，Cp_n)的数量NC，即，NC＝N。类似地，每个次级对电极48(即，Cs₁、……、Cs_m、……、Cs_MC)在形状、面积、取向和位置方面对应于次级感测电极13(即，S₁、……、S_m、……、S_M),使得次级感测电极13(即，S_m)的数量M等于次级对电极48(即，Cs_m)的数量MC，即，MC＝M。

滑块有源区44包括六个初级感测电极12(即,P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆)的线性阵列，该六个初级感测电极通过以矩形周边49的形式的周边14与由如关于第一有源区28所述的第一导电区至第四导电区提供的四个次级感测电极13(即,S₁、S₂、S₃、S₄)分开。滑块有源区44还包括六个初级对电极47(即，Cp₁、Cp₂、Cp₃、Cp₄、Cp₅、Cp₆)和四个次级对电极48(即Cs₁、Cs₂、Cs₃、Cs₄)的对应的线性阵列，该六个初级对电极与初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆)重合并跨压电层7共延伸，该四个次级对电极与次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)重合并跨压电层7共延伸。初级对电极47(即，Cp₁、Cp₂、Cp₃、Cp₄、Cp₅、Cp₆)和次级对电极48(即，Cs₁、Cs₂、Cs₃、Cs₄)中的每一者电连接相应的导电迹线(未示出)。

按钮/触控板有源区45包括十二个初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)的阵列，该十二个初级感测电极被布置成四个行和三个列，并且通过以矩形周边50的形式的周边14与由如关于第一有源区28所述的第一导电区至第四导电区提供的四个次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)分开。按钮/触控板有源区45还包括十二个初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp₁₂)和四个次级对电极48(即，Cs₁、Cs₂、Cs₃、Cs₄)的阵列，该十二个初级对电极与初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)重合并跨压电层7共延伸，该四个次级对电极与次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)重合并跨压电层7共延伸。初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp₁₂)和次级对电极48(即，Cs₁、Cs₂、Cs₃、Cs₄)中的每一者电连接到相应的导电迹线(未示出)。

三个离散按钮有源区46₁、46₂、46₃中的每一者包括单个初级感测电极12(即，P₁)，该单个初级感测电极通过以正方形周边51₁、51₂、51₃的形式的对应周边14与由如关于第五有源区39所述的单个导电区提供的单个初级感测电极13(即，S₁)分开。就像滑块有源区44和按钮/触控板有源区45一样，每个离散按钮有源区46₁、46₂、46₃还包括单个初级对电极47(即，Cp₁)和单个次级对电极48(即，Cs₁)，该单个初级对电极与单个初级感测电极12(即P₁)重合并跨压电层7共延伸，该单个次级对电极与单个次级感测电极13(即S₁)重合并跨压电层7共延伸。每个离散按钮有源区46₁、46₂、46₃的初级对电极47(即，Cp_n)和次级对电极48(即，Cs₁)电连接到相应的导电迹线(未示出)。每个离散按钮有源区46₁、46₂、46₃的每个次级对电极48(即，Cs₁)包括相应的间隙40₁、40₂、40₃以用于布线导电迹线(未示出)来电接触对应的初级对电极47(即，Cp₁)。

图15中仅示出了初级对电极47(即，Cp_n)和次级对电极48(即，Cs_m)，然而，初级感测电极12(即，P_n)和次级感测电极13(即，S_m)具有相同的相对大小、形状、取向和在第一面5上或上方的位置。

使用感测电极12(即，P_n)、13(即，S_m)和对应的对电极47(即，Cp_n)、48(即，Cs_m)，第一对电极布局43允许对第n对初级感测电极12(即,P_n)与初级对电极47(即,Cp_n)之间的初级压电电荷Qp_n和第m对次级感测电极13(即,S_m)与次级对电极38(即,Cs_m)之间的次级压电电荷Qs_m进行差分测量。

第一对电极布局43可用于使用初级感测电极12(即P_n)和初级对电极47(即Cp_n)中在使用期间最接近(或将最接近)提供输入的用户的任一者进行的电容测量。电容测量可以是使用单独的初级感测电极12(即，P_n)(或初级对电极47，即，Cp_n)的自电容测量，或者电容测量可以是使用成对的初级感测电极12(即，P_n)(或成对的初级对电极47、即Cp_n)的互电容测量。电容测量可用于在最佳输入条件期间提供更精确的定位，例如在用户使用手指(无任何手套)按压和/或使用导电触笔时的干燥条件下。

第二对电极布局

还参考图16，示出了用于用户输入面板的对电极布局52的第二示例(下文称为“第二对电极布局”)。

第二对电极布局52在初级感测电极12(即，P_n)和次级感测电极13(即，S_m)的布局与第一对电极布局43相同的情况下使用。第二对电极布局52具有与第一对电极布局43相同的初级对电极47(即Cp_n)。第二对电极布局52与第一对电极布局43的不同在于，对于每个有源区44、45、46₁、46₂、46₃，该有源区的所有次级感测电极13(即,S_m)与单个共用次级对电极53跨压电材料层7相对。

每个共用次级对电极53的形状和尺寸被设定为部分地或完全地与相应的有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃的M≥1个次级感测电极13(即，S₁、……、S_M)中的每一者重叠。三个离散按钮有源区46₁、46₂、46₃中的每一者仅包括第一对电极布局43中的单个共用次级对电极48(即，Cs₁)，并且因此，这些对于第二对电极布局52是相同的并提供对应的共用次级对电极53₁、53₂、54₃。

以与第一对电极布局43相同的方式，第二对电极布局52的滑块有源区44包括六个初级对电极47(即，Cp₁、Cp₂、Cp₃、Cp₄、Cp₅、Cp₆)的线性阵列，该六个初级对电极与初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆)重合并跨压电层7共延伸。与第一对电极布局43不同，第二对电极布局52的滑块有源区44包括共用次级对电极53₄，该共用次级对电极与所有次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)跨压电层7重叠。初级对电极47(即，Cp₁、Cp₂、Cp₃、Cp₄、Cp₅、Cp₆)和共用次级对电极53₄中的每一者电连接到相应的导电迹线(未示出)。除了间隙40₄之外，共用次级对电极53₄完全地围住滑块有源区44的矩形周边49，以准许电连接到初级对电极47(即，Cp₁、Cp₂、Cp₃、Cp₄、Cp₅、Cp₆)的导电迹线(未示出)的布线。

以与第一对电极布局43相同的方式，第二对电极布局52的按钮/触控板有源区45包括十二个初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp₁₂)的阵列，该十二个初级对电极与初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)重合并跨压电层7共延伸。与第一对电极布局43不同，第二对电极布局52的按钮/触控板有源区45包括共用次级对电极53₅，该共用同次级对电极与所有次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)跨压电层7重叠。初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp₁₂)和共用次级对电极53₅中的每一者电连接到相应的导电迹线(未示出)。除了间隙40₅之外，共用次级对电极53₅完全地围住按钮/触控板有源区45的矩形周边50，以准许电连接到初级对电极47(即Cp₁、……、Cp₁₂)的导电迹线(未示出)的布线。

在使用中，使用第二对电极布局52的压电传感器16被布置为使得初级对电极47(即，Cp_n)最接近提供输入的用户。以这种方式，第二对电极布局52允许对第n对初级感测电极12(即，P_n)和初级对电极47(即，Cp_n)之间的初级压电电荷Qp_n进行差分测量。相比之下，次级压电电荷Qs_m的差分测量是不可能的，并且次级压电电荷Qs_m是使用次级感测电极13(即，S_m)的单端测量获得的。次级压电电荷Qs_m的单端测量仍将具有有源区19的空间分辨率，该有源区包括多于一个次级感测电极13(即，S_m)，例如滑块或按钮/触控板有源区44、45。使用次级感测电极13(即，S_m)的单端测量来测量的次级压电电荷Qs_m的信噪比可至少在次级压电电荷Qs_m的测量期间通过将共用次级感测电极53保持在***接地(或另一个固定电压)来提高，以便使下面的次级感测电极13(即，S_m)免受外部电场影响。

第二对电极布局52可用于使用初级对电极47(即，Cp_n)的电容测量。电容测量可以是使用单独的初级对电极47(即，Cp_n)的自电容测量，或者电容测量可以是使用成对的初级对电极47(即，Cp_n)的互电容测量电容测量可用于在最佳输入条件期间提供更精确的定位，例如在用户使用手指(无任何手套)按压和/或使用导电触笔时的干燥条件下。

第三对电极布局

还参考图17，示出了用于用户输入面板的对电极布局54的第三示例(下文称为“第三对电极布局”)。

第三对电极布局54与第二对电极布局52相同，除了代替具有对应于每个有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃的共用次级电极53并与该有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃的次级感测电极13(即，S_m)重叠，第三对电极布局54包括与所有次感测电极13(即，S_m)重叠的单个全局共用次级电极55。例如，单个共用次级电极55可覆盖层结构2的所有第二面6，除了每个有源区的周边14、49、50、51₁、51₂、51₃和用于布线导电迹线(未示出)以电连接到初级对电极47(即，Cs_n)的对应的导管56₁、56₂、56₃、56₄、56₅。

在使用中，使用第三对电极布局54的压电传感器16被布置为使得初级对电极47(即，Cp_n)最接近提供输入的用户。以这种方式，第三对电极布局54允许以与第二对电极布局52相同的方式对初级压电电荷Qp_n的差分测量和对次级压电电荷Qs_m的单端测量。与第二对电极布局52的多个共用次级电极53相比，单个共用次级电极55的更广泛(或全面)覆盖可提供更有效的外部电场屏蔽。

第三对电极布局54可用于使用初级对电极47(即，Cp_n)的电容测量。电容测量可以是使用单独的初级对电极47(即，Cp_n)的自电容测量，或者电容测量可以是使用成对的初级对电极47(即，Cp_n)的互电容测量电容测量可用于在最佳输入条件期间提供更精确的定位，例如在用户使用手指(无任何手套)按压和/或使用导电触笔时的干燥条件下。

第四对电极布局

还参考图18，示出了用于用户输入面板的对电极布局57的第四示例(下文称为“第四对电极布局”)。

第四对电极布局57与第二对电极布局52相同，除了代替具有对应于每个初级感测电极12(即，P_n)的单独的初级对电极47(即，Cp_n)，每个有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃包括共用初级对电极58。在每个有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃内，相应的共用初级对电极58与属于该有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃的所有初级感测电极12(即，P_n)跨压电材料层7相对。

三个离散按钮有源区46₁、46₂、46₃中的每一者仅包括第二对电极布局52中的单个初级对电极47(即，Cp₁)，并且因此，这些对于第四对电极布局57是相同的并提供对应的共用初级对电极58₁、58₂、58₃。

第四对电极布局57的滑块有源区44包括细长矩形共用初级对电极58₄，该细长矩形共同初级对电极部分地或完全地与线性阵列的初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆)中的每一者跨压电层7重叠。共用初级对电极58₄和共用次级对电极53电连接到相应的导电迹线(未示出)。除了间隙40₄之外，共用次级对电极53₄完全地围住滑块有源区44的矩形周边49，以准许电连接到共用初级对电极58₄的导电迹线(未示出)的布线。

第四对电极布局57的按钮/触控板有源区45包括矩形共用初级对电极58₄，该矩形共用初级对电极部分地或完全地与初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)中的每一者跨压电层7重叠。除了间隙40₅之外，共用次级对电极53₅完全地围住按钮/触控板有源区44的矩形周边50，以准许电连接到共用初级对电极58₅的导电迹线(未示出)的布线。

在使用中，使用第二对电极布局52的压电传感器16被布置为使得共同初级对电极58₁、……、58₅最接近提供输入的用户。以这种方式，第四对电极布局52允许使用单独的初级感测电极12(即P_n)对初级压电电荷Qp_n进行单端测量，并且允许使用单独的次级感测电极13(即S_m)对次级压电电荷Qs_m进行单端测量。共用初级对电极58和共用次级对电极53可至少在压电电荷Qp_n、Qs_m的读出期间保持在***接地或另一个固定的电压，以便为初级感测电极12(即，P_n)和次级感测电极13(即，S_m)屏蔽外部电场。

第四对电极布局52可用于使用共同初级对电极58的电容测量，但这些将限于自电容测量。虽然在每个周边14、49、50、51₁、51₂、51₃内缺乏空间分辨率，但使用共用初级对电极58执行的这种自电容测量仍可准许定位在最佳输入条件(例如，在用户使用手指(无任何手套)按压和/或使用导电触笔时的干燥条件下)期间与哪些有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃交互。

第五对电极布局

还参考图19，示出了用于用户输入面板的对电极布局59的第五示例(下文称为“第五对电极布局”)。

第五对电极布局59将第三电极布局54的单个全局共用次级对电极55与第四对电极布局57的共用初级对电极58₁、58₂、58₃、58₄、58₅组合。初级感测电极12(即，P_n)和次级感测电极13(即，S_m)具有与第一对电极布局至第四对电极布局43、52、54、57中的任一者相同的布局。

第六对电极布局

还参考图20，示出了用于用户输入面板的对电极布局60的第六示例(下文称为“第六对电极布局”)。

第六对电极布局60用于在初级感测电极12(即，P_n)和次级感测电极13(即，S_m)具有与第一对电极布局至第五对电极布局43、52、54、57、59中的任一者相同的布局的情况下使用。第六对电极布局60使用与第二对电极布局52或第四对电极布局57相同的共用次级对电极53₁、53₂、53₃、53₄、53₅的布局。

第六对电极布局60与第一对电极布局至第五对电极布局43、52、54、57、59的不同在于，每个有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃的初级对电极47(即，Cp_n)的数量NC不必等于初级感测电极12(即，P_n)的数量N(即，NC＝N)或一个共用初级对电极58(即，NC＝1)。在第六对电极布局60中，每个有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃的初级对电极47(即，Cp_n)的数量NC可取一至属于该有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃的初级感测电极12(即，P_n)的数量N之间的任何值(这里包括端点，使得1≤NC≤N)。换句话说，压电传感器16的有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃的初级感测电极12(即，P₁、……、P_N)与数量NC个初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp_NC)跨压电材料层7相对，该数量可小于属于该有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃的初级感测电极12(即，P₁、……、P_N)的数量N。附加地和/或替代地，一个或多个有源区19、44、45、46₁、46₂、46₃的初级对电极47(即，Cp_n)无需具有与对应的初级感测电极12(即，P_n)相同的形状、面积和/或取向。

三个离散按钮有源区46₁、46₂、46₃和按钮/触控板有源区45具有与第二对电极布局52相同的初级对电极47(即，Cp_n)的配置。

滑块有源区44包括以线性阵列布置的N＝6个初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)，每个初级感测电极采取正方形电极的形式。滑块有源区44包括以线性阵列布置的NC＝5个初级对电极12(即，Cp₁、……、Cp₅)，该初级对电极的线性阵列与初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)的线性阵列跨越相同的长度。更少数量NC＜N个初级对电极12(即，Cp₁、…、Cp₅)的结果是这些初级对电极比初级感测电极12(即，P₁、…、P₆)更宽地间隔开。附加地，初级对电极12(即，Cp₁、……、Cp₅)各自是V形而不是正方形。

在使用中，使用第六对电极布局60的压电传感器16被布置为使得初级对电极47(即，Cp_n)最接近提供输入的用户。三个离散按钮有源区46₁、46₂、46₃和按钮/触控板有源区45可用于测量压电电荷Qp_n、Qs_m，如上文关于第二对电极布局52所述。对于滑块有源区44，可如关于第二对电极布局52所述的那样执行次级压电电荷Qs_m的测量。初级压电电荷Qp_n的测量可使用来自初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)的单端测量来进行，优选地其中所有初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp₅)连接到***接地(或其他固定的电压)以至少部分地为初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)屏蔽外部电场。在例如顺序地***用于测量初级压电电荷Qp_n的时段的其他时段期间，初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp₅)可用于自电容测量。上文中已经描述了在输入条件准许时执行定位的电容测量的能力。第六对电极布局60的潜在优点是用于使用初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)测量压电电荷Qp_n的电极间距(以及相关联的空间分辨率)可与用于使用初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp₅)测量电容的电极间距(以及相关联的空间分辨率)不同(更精细或更粗糙)。

尽管第六对电极布局60的滑块有源区44的示例示出了初级对电极47(即，Cp_n)的数量NC小于初级感测电极12(即，P_n)的数量N(NC＜N)，但一般来讲，第六对电极布局60可包括其中NC＝N的一些有源区19、其中NC<N的其他有源区以及其中NC>N的又另外的有源区19的混合。不管NC<N、NC＝N还是NC>N，每个初级对电极47(即，Cp_n)应优选地部分地或完全地与对应于相同的有源区19的初级感测电极P_n中的一者或多者重叠。

第七对电极布局

还参考图21，示出了用于用户输入面板的对电极布局61的第七示例(下文称为“第七对电极布局”)。

第七对电极布局61在初级感测电极12(即，P_n)和次级感测电极13(即，S_m)具有与第一对电极布局至第六对电极布局43、52、54、57、59、60中的任一者相同的布局的情况下使用。第七对电极布局61使用与第三对电极布局54或第五对电极布局59相同的共用全局次级对电极55。第七对电极布局61使用与第六对电极布局60相同的初级对电极47(即，P_n)的布局，除了按钮/触控板作用区45。

在第六对电极布局60(以及还有第一对电极布局至第三对电极布局)中，按钮/触控板有源区45包括十二个初级对电极47(即，Cp₁、……、Cp₁₂)的阵列，该十二个初级对电极与初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)重合并跨压电层7共延伸。相比之下，在第七对电极布局61中，按钮/触控板有源区45包括三个(NC＝3)初级对电极47，即，Cp₁、Cp₂、Cp₃。第一初级对电极47(即，Cp₁)基本上与所有初级感测电极12(即，P₁、……、P₉)重叠，从而形成阵列的顶部(相对于图21)三行。第二初级对电极47(即Cp₂)基本上与所有初级感测电极12(即，P₁₀、P₁₁)在阵列的底部(相对于图21)行上重叠。第三初级对电极12(即,Cp₃)与最终初级感测电极12(即，P₁₂)重合并共延伸。

在一些示例中，每个不同的初级对电极47(即，Cp_m)可对应于有源区19的子区。例如，在图21中，对应于初级感测电极12(即，P₁、…、P₉)的第一初级对电极47(即，Cp₁)可对应于数字小键盘，其中数字一至9用于输入代码的部分，对应于初级感测电极12(即，P₁₀、P₁₁)的第二初级对电极47(即，Cp₂)可对应于表示形成代码的部分的字母“A”和“B”的按钮，并且对应于最后的初级感测电极12(即，P₁₂)的第三初级对电极47(即，Cp₃)可对应于用于指示完成对按钮/触控板有源区45的代码输入的按钮(“回车”键)。

虽然已经关于具体示例描述和示出了第一对电极布局至第七对电极布局43、52、54、57、59、60、61，但这些示例仅旨在示出基本原理。根据上文概述的原理设计的其他示例可包括提供替代或另外的用户输入控件的有源区19的组合，并且每个有源区可包括比第一对电极布局至第七对电极布局43、52、54、57、59、60、61更多或更少的感测电极12、13和/或对电极47、48、53、55、58。感测电极12、13和/或对电极47、48、53、55、58不限于第一对电极布局至第七对电极布局43、52、54、57、59、60、61的形状、相对大小、相对位置或其他具体几何细节。

用户输入控件的示例

可使用设置在周边14内的一个或多个初级感测电极12(即，P_n)和围绕周边14布置的一个或多个次级感测电极13(即，S_m)的组合来限定用户输入控件的多种不同的形状和配置。

按钮控件

例如，还参考图22，示出了提供第一按钮控件62的有源区19。

第一按钮控件62包括以具有圆角的正方形的形式的一个初级感测电极12，即，P₁。第一按钮控件62使用有源区37的第四配置，并且包括完全地围绕初级感测电极12(即，P)延伸的一个次级感测电极13，即，S_1。次级感测电极13(即，S₁)具有与初级感测电极12(即，P₁)一致的形状，即，带圆角的正方形，其中围住初级感测电极12(即，P₁)的内部空间也具有带圆角的正方形的形状。将初级感测电极12(即，P₁)与次级感测电极13(即，S₁₎分开的周边14采取在初级感测电极12(即，P₁)与次级感测电极13(即，S₁)之间等距的点的轨迹的形式。

第一按钮控件62可用于提供离散压力感测按钮。当没有获得电容测量时(或当电容测量因环境条件诸如潮湿的输入表面而变得不可操作时)，对第一按钮62的输入可例如使用上文描述的方法中的一者或多者通过将从初级感测电极12(即，P₁)测量的初级压电电荷Qp₁(或经调整的电荷Ap₁)与从次级感测电极13(即，S₁)测量的次级压电电荷Qs₁(或经调整的电荷As₁)进行比较来定位。

还参考图23，示出了提供第二按钮控件63的有源区19。

第二按钮控件63与第一按钮控件62类似，除了初级感测电极12(即，P₁)采取正方形的形式，并且第二按钮63使用根据第五有源区39配置的次级感测电极13(即，S₁)。将初级感测电极12(即，P₁)与次级感测电极13(即，S₁)分开的周边14也是正方形的。

还参考图24，示出了提供第三按钮控件64的有源区19。

第三按钮控件64与第二按钮控件63相同，除了初级感测电极12(即，P₁)、次级感测电极13(即，S₁)和周边14中的每一者是基本上圆形的(并且是基本上同心的)。

还参考图25，示出了提供第四按钮控件65的有源区19。

第四按钮控件65与第三按钮控件64相同，除了代替单个次级感测电极13(即，S₁)围绕整个周边14(除了间隙40以外)延伸，第四按钮65包括四个次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)，每个次级感测电极基本上围绕圆形周边14的四分之一延伸。第四按钮65的次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)如关于第一有源区至第三有源区28、32、33所述的那样配置。

由有源区19提供的用户输入控件不限于单个按钮，并且在其他示例中，两个或更多个初级感测电极12(即，P_n)可设置在有源区19的周边14内，每个初级感测电极12(即，P_n)提供对应的离散按钮。

滑块控件

还参考图26，示出了提供第一滑块控件66的有源区19。

第一滑块控件66包括各自以具有圆角的正方形的形式的四个初级感测电极12，即，P₁、P₂、P₃、P₄。初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)被布置为沿直线均匀地间隔开。形状为具有圆角的矩形的周边14围住初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)，并且进而由如关于第四有源区37所述的那样配置的单个次级感测电极13(即，S₁)围住。周边14与在四个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)和次级感测电极13(即，S₁)之间等距的点的轨迹基本上重合。

四个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)可一起使用以例如通过基于比较和/或内插从相应的初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)测量的初级压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄(或经调整的电荷Ap₁、Ap₂、Ap₃、Ap₄)而在第一滑块控件66上内插按压位置来提供滑块控件。当没有获得电容测量时(或当电容测量因环境条件诸如潮湿的输入表面而变得不可操作时)，对第一滑块控件66的输入可例如使用上文描述的方法中的一者或多者通过将从相应的初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)测量的初级压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄(或经调整的电荷Ap₁、Ap₂、Ap₃、Ap₄)与从次级感测电极13(即，S₁)测量的次级压电电荷Qs₁(或经调整的电荷As₁)进行比较来定位。

附加地或替代地，四个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)中的每一者可用作离散按钮。例如，第一滑块控件66可用作四个离散按钮的阵列，而不是滑块。

尽管图26中示出了沿第一方向x均匀地间隔开的四个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)，但一般来讲，第一滑块控件66(或当用作离散按钮时的第一按钮阵列66)可包括沿在任何方向上取向的线均匀地或不规则地间隔开的任何数量N>2个初级感测电极12，即，P₁、……、P_N。为了用作滑块控件，至少三个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃)是优选的。

还参考图27，示出了提供第二滑块控件67的有源区19。

第二滑块控件67与第一滑块控件66相同，除了第二滑块控件67包括沿第一方向x均匀地间隔开的六个初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)而不是四个，并且除了第二滑块控件67包括如关于第一有源区至第三有源区28、32、33所述的那样配置的四个次级感测电极13、即，S₁、S₂、S₃、S₄。

以与第一滑块控件66相同的方式，第二滑块控件67的每个初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)可被配置为提供离散力感测按钮，而不是用作滑块控件的元件。

如下文关于图35和图38A至图38H所讨论，取决于压电传感器16内的配置和相对位置，包括布置在顶部、底部、左侧和右侧(相对于图27中所示的方向)的四个次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的第二滑块控件67可提供与用于第一滑块控件66的单个次级感测电极13(即，S₁)相比改进的定位。

尽管图27中示出了沿第一方向x均匀地间隔开的六个初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)，但一般来讲，第二滑块控件67(或当用作离散按钮时的第二按钮阵列67)可包括沿在任何方向上取向的线均匀地或不规则地间隔开的任何数量N>2个初级感测电极12，即，P₁、……、P_N。为了用作滑块控件，至少三个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃)是优选的。四个次级感测电极13(即,S₁、S₂、S₃、S₄)可相对于布置初级感测电极12(即，P₁、……、P_N)所沿的线的取向相似地布置。

还参考图28，示出了提供第三滑块控件69的有源区19。

第三滑块控件68与第一滑块控件66相同，除了第二滑块控件67包括沿弧形路径69均匀地间隔开的五个初级感测电极12(即，P₁、……、P₅)，而不是沿方向x间隔开的四个初级感测电极。以与第一滑块控件66相同的方式，第三滑块控件68包括围住初级感测电极12(即，P₁、……、P₅)并如关于第四有源区37所述的那样配置的单个次级感测电极13(即，S₁)。

以与第一滑块控件66或第二滑块控件67相同的方式，第三滑块控件68的每个初级感测电极12(即，P₁、……、P₅)可被配置为提供离散力感测按钮，而不是用作滑块控件的元件。

尽管图28中示出了沿弧形路径均匀地间隔开的五个初级感测电极12(即，P₁、……、P₅)，但一般来讲，第三滑块控件68(或当用作离散按钮时的第三按钮阵列68)可包括沿任何弯曲和/或平直路径(或包括平直段和弯曲段的路径)均匀地或不规则地间隔开的任何数量N>2个初级感测电极12，即，P₁、……、P_N。为了用作滑块控件，至少三个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃)是优选的。无需使用单个次级感测电极13(即，S₁)，而是数量M个次级感测电极13(即，S₁、……、S_M)可围绕周边14散布。例如，可使用如关于第一有源区至第三有源区28、32、33所述的那样配置的四个次级感测电极13，即，S₁、S₂、S₃、S₄。

按钮/触控板

还参考图29，示出了提供第一按钮板控件70的有源区19。

第一按钮板控件70包括数量N个初级感测电极12，即，P₁、……、P_N。初级感测电极12(即，P₁、……、P_N)被布置为行和列的阵列以形成网格。在图29所示的示例中，第一按钮板70包括被布置为四个行和三个列的十二个初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)的阵列。第一按钮板70具有基本上矩形的周边14，该基本上矩形的周边围住初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)并将它们与由如关于第一有源区28所述的第一导电区至第四导电区提供的四个次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)分开。

初级感测电极12(即，P₁、……、P_N)中的每一者提供对应的压力感测按钮，并且每个压力感测按钮可对应于不同的用户输入。例如，图29所示的十二个初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)可对应于相应的输入“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”、“0”、“#”、“*”以提供数字小键盘。在一些示例中，第一按钮板70可形成结合或以其他方式被支撑在装置15的壳或包括装置15的设备的内部上的压电传感器16的部分。初级感测电极12(即，P₁、……、P_N)中的每一者可定位成对应于印刷、刻划、压印或以其他方式形成在壳的外表面上的标记。

当没有获得电容测量时(或当电容测量因环境条件诸如潮湿的输入表面而变得不可操作时)，对第一按钮板70的输入可例如使用上文描述的方法中的一者或多者通过将从相应的初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)测量的初级压电电荷Qp₁、……、Qp₁₂(或经调整的电荷Ap₁、……、Ap₁₂)与从次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)测量的次级压电电荷Qs₁、……Qs₄(或经调整的电荷As₁、……、As₄)进行比较来定位。

附加地或替代地，初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)可一起使用以例如通过基于比较和/或内插从相应的初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₂)测量的初级压电电荷Qp₁、……、Qp₁₂(或经调整的电荷Ap₁、……、Ap₁₂)而内插具有施加在周边14内的质心的力F的坐标(x_F，y_F)来提供第一触控面板控件。例如，当输入被定位到周边14内(使用电容感测或通过初级电荷Qp_n和次级电荷Qs_m的比较)时，可识别对应于峰值初级压电电荷Qp_n的初级感测电极12，即，P_n。识别沿含有峰值初级压电电荷Qp_n的行和列的相邻的初级感测电极12，即，P_n，并且基于对应的初级压电电荷Qp_n来内插坐标(x_F，y_F)。

第一按钮板控件70的N个初级感测电极12(即，P_n)可以是相同或不同的大小。当被配置为提供离散按钮时，初级感测电极12(即，P_n)无需被布置为规则阵列，而是可改为任意地定位在周边14内，这取决于离散力感测按钮的期望布局。当被配置为提供第一触控面板时，第一按钮板控件70的N个初级感测电极12(即，P_n)优选地(如果不是必须的话)具有相等大小并被布置为规则晶格(其无需是正方形或矩形的)。

尽管图29中示出了由如关于第一有源区28所述的第一导电区至第四导电区提供的四个次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)，但第一按钮板控件70可替代地使用本文例如关于第二有源区至第五有源区32、33、37、39中的任一者所述的一个或多个次级感测电极13(即，S_m)的任何其他配置。一般来讲，第一按钮板控件70可包括多于或少于四个次级感测电极13(即，S_m)，但优选地，次级感测电极13(即，S_m)一起将完全地或基本上围住周边14。

尽管第一按钮板70可用作触控板/面板，但初级感测电极12(即，P_n)的其他布置可提供触控板/面板。

还参考图30，示出了提供第一触控面板控件71的有源区19。

第一触控面板控件71包括数量N个初级感测电极12(即，P_n)，包括在第一方向x上延伸并被布置为在不同的第二方向y上间隔开的第一数量N1个初级感测电极12(即，P₁、……、P_N1)和在第二方向y上延伸并在第一方向x上间隔开的第二数量N2个初级感测电极12(即，P_N-N2+1、……、P_N)(其中N1+N2＝N)。在图30所示的示例中，第一触控面板71包括在第一方向x上延伸的第一数量N1＝6个初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)和在第二方向y上延伸的第二数量N2＝5个初级感测电极12(即，P₇、……、P₁₁)。第一触控面板71还包括如关于第四有源区37所述的那样配置的单个次级感测电极13，即，S₁。

在第二方向y上延伸的五个初级感测电极12(即，P₇、……、P₁₁)中的每一者由连续(或整体)导电材料区形成，包括沿第二方向y均匀地间隔开并通过窄桥接段连接的菱形区域。在第一方向x上延伸的六个初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)中的每一者由沿第一方向x均匀地间隔开并通过跳线(或等效结构)连接在一起的多个菱形区域，其在交叉点处与初级感测电极12(即，P₇、……、P₁₁)绝缘。以这种方式，初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₁)可采取常规的投射电容触控面板中广泛使用的菱形图案化配置。

当没有获得电容测量时(或当电容测量因环境条件诸如潮湿的输入表面而变得不可操作时)，对第一触控板/面板控件71的输入可例如使用上文描述的方法中的一者或多者通过将从相应的初级感测电极12(即，P₁、……P₁₁)测量的初级压电电荷Qp₁、……、Qp₁₁(或经调整的电荷Ap₁、……、Ap₁₁)与从次级感测电极13(即，S₁)测量的次级压电电荷Qs₁(或经调整的电荷As₁)进行比较来定位。

当施加力F的质心的坐标(x_F，y_F)定位到周边14内时，可使用初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₁)来获得坐标(x_F，y_F)的更精确估计。来自沿第二方向y间隔开的六个初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)的压电电荷Qp₁、……、Qp₆(或经调整的电荷Ap₁、……、Ap₆)可被内插以估计沿第二方向y的坐标y_F，而来自沿第一方向x间隔开的五个初级感测电极12(即，P₇、……、P₁₁)的压电电荷Qp₇、……、Qp₁₁(或经调整的电荷Ap₇、……、Ap₁₁)可被内插以估计沿第一方向x的坐标x_F。

当电容触摸控制器25存在(并启用)时，电容触摸控制器25可用于根据初级感测电极12(即，P₁、……、P₆)和初级感测电极12(即，P₇、……、P₁₁)的交叉点处的互电容的测量来确定触摸位置。

尽管第一方向x和第二方向y在图30中被示为垂直的，但这不是必需的。压电传感器16或者至少其对应于第一触控面板控件71的部分在其覆盖在显示器上的情况下可以是透明的。然而，压电传感器16及其对应于第一触控面板控件71的部分也可以是不透明的。

拨盘控件

还参考图31，示出了提供第一拨盘控件72的有源区19。

第一拨盘控件72包括各自以四分之一圆的形式的四个初级感测电极12，即，P₁、P₂、P₃、P₄。换句话说，四个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)被布置为沿圆形路径均匀地间隔开。圆形周边14围住初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)，并且进而由如关于第四有源区37所述的那样配置的单个次级感测电极13(即，S₁)围住。周边14与在四个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)和次级感测电极13(即，S₁)之间等距的点的轨迹基本上重合。

四个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)可一起使用以例如通过基于比较和/或内插从相应的初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)测量的初级压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄(或经调整的电荷Ap₁、Ap₂、Ap₃、Ap₄)而在第一拨盘控件72上内插按压位置来提供拨盘控件。这样，可测量相对于圆形路径的中心按压第一拨盘控件72的角度。拨盘控件(诸如第一拨盘控件72)在功能上类似于滑块控件，诸如第一滑块控件至第三滑块控件66、67、68，除了沿闭合路径(图31中的圆形)而不是平直或弯曲的敞开路径测量位置。

当没有获得电容测量时(或当电容测量因环境条件诸如潮湿的输入表面而变得不可操作时)，对第一拨盘控件72的输入可例如使用上文描述的方法中的一者或多者通过将从相应的初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)测量的初级压电电荷Qp₁、Qp₂、Qp₃、Qp₄(或经调整的电荷Ap₁、Ap₂、Ap₃、Ap₄)与从次级感测电极13(即，S₁)测量的次级压电电荷Qs₁(或经调整的电荷As₁)进行比较来定位。

附加地或替代地，四个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)中的每一者可用作离散按钮。例如，第一拨盘控件72可用作四个离散按钮的阵列，而不是拨盘。

尽管图31中示出了围绕圆形路径均匀地间隔开的四个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃、P₄)，但一般来讲，第一拨盘控件72可包括沿闭合路径均匀地或不规则地间隔开的任何数量N>2个初级感测电极12，即，P₁、……、P_N。为了用作拨盘控件，沿圆形或椭圆形路径间隔开的至少三个初级感测电极12(即，P₁、P₂、P₃)是优选的。

还参考图32，示出了提供第二拨盘控件73的有源区19。

第二拨盘控件73与第一拨盘控件72相同，除了它包括围绕圆形路径均匀地间隔开的八个初级感测电极12(即，P₁、……、P₈)，并且单个次级感测电极13(即，S₁)根据第五有源区39被配置有间隙40。

轻扫手势控件

还参考图33，示出了提供第一轻扫手势控件74的有源区19。

第一轻扫手势控件74包括第一初级感测电极12(即，P₁)和第二初级感测电极12(即，P₂)，该第一初级感测电极和该第二初级感测电极被布置为使得沿轻扫方向75，第一初级感测电极12(即，P₁)垂直于轻扫方向75的宽度减小，并且第二初级感测电极12(即，P₂)垂直于轻扫方向75的宽度增大。在图33所示的示例中，轻扫方向75对应于y方向，并且第一初级感测电极12(即，P₁)采取沿正y方向渐缩的第一三角形突起76的形式。类似地，第二初级感测电极12(，即P₂)采取沿负y方向渐缩并与第一三角形突起76交叉的第二三角形突起77的形式。矩形周边14围住第一初级感测电极12(即，P₁)和第二初级感测电极12(即，P₂)，并且继而被如关于第一有源区至第三有源区28、32、33所述的那样配置的四个次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)包围。

从第一轻扫手势控件74的底部(相对于图33)在正y方向上沿轻扫方向75移动的施加力F将最初感应比第二压电电荷Qp₂(或经调整的电荷Ap₂)更大的第一压电电荷Qp₁(或经调整的电荷Ap₁)，因为第一初级感测电极P₁具有相对更大的面积来在第一轻扫手势控件74的该端处收集电荷。随着力F沿轻扫方向75向上移动(相对于图44)，第二初级压电电极P₂的相对面积和第二压电电荷Qp₂(或经调整的电荷Ap₁)的相对大小增大并最终超过第一压电电荷Qp₁。通过比较第一初级压电电荷Qp₁和第二初级压电电荷Qp₂(或经调整的电荷Ap₁、Ap₂)，可检测到沿轻扫方向的用户轻扫。在一些实施方式中，可例如基于第一初级压电电荷Qp₁和第二初级压电电荷Qp₂(或经调整的电荷Ap₁、Ap₂)的比率Qp₁/Qp₂来估计沿轻扫方向75的相对位置。

当没有获得电容测量时(或当电容测量因环境条件诸如潮湿的输入表面而变得不可操作时)，对第一轻扫手势控件74的输入可例如使用上文描述的方法中的一者或多者通过将从第一和第二初级感测电极12(即，P₁、P₂)测量的初级压电电荷Qp₁、Qp₂(或经调整的电荷Ap₁、Ap₂)与从次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)测量的次级压电电荷Qs₁、Qs₂、Qs₃、Qs₄(或经调整的电荷As₁、As₂、As₃、As₄)进行比较来定位。

还参考图34，示出了提供第二轻扫手势控件78的有源区19。

第二轻扫手势控件78与第一轻扫手势控件74相同，除了使用不同数量和形状的特定突起76、77，并且轻扫方向75与如图所示的x轴对准而不是与如图所示的y轴对准。

模拟

还参考图35，示出了模型压电传感器79。

模型压电传感器79用于有限元分析建模以获得下文讨论的模拟结果。模型压电传感器79包括三个有源区19，该三个有源区包括轻扫控件区80、滑块控件区81和离散按钮区82。轻扫控件区80具有图35所示的布局并基本上如关于第一轻扫手势控件74和第二轻扫手势控件78所述的那样配置。滑块控件区81以与第二滑块控件67相同的方式配置，并且包括十个初级压电电极12(即，P₁、……、P₁₀)的线性阵列。离散按钮区82包括提供按钮的单个圆形初级压电电极12，即，P₁，并且如关于第四按钮控件65所述的那样配置。轻扫控件区80、滑块控件区81和离散按钮区82的周边14在图35中出于视觉目的被省略，但在每种情况下都可被认为是在初级感测电极12(即，P_n)和对应的次级感测电极13(即，S_m)之间等距的点的轨迹。

模型压电传感器79被建模为受以围绕模型压电传感器79的边缘散布的六个半球形支撑件83₁、……、83₆的形式的机械边界条件的物理约束。四个半球形支撑件83₁、83₂、83₄、83₅设置在模型压电传感器79的拐角中，该模型压电传感器通常是具有圆角的矩形。剩余半球形支撑件83₃、83₆设置在长边缘(平行于第一方向x)的中心处。每个半球形支撑件83₁、……、83₆被建模为由弹性体材料(例如，橡胶)形成。

可使用一个或多个次级感测电极13(即，S_m)和相关联的次级压电电荷Qs_m(或经调整的电荷As_m)来实现定位到有源区19，如上文所述。确定用于特定有源区19的次级感测电极13(即，S_m)的数量和配置可取决于多个因素，包括但不限于该有源区19的大小和形状、该有源区19在压电传感器16、79上的相对位置、压电传感器16、79经历的机械边界条件等。

将描述使用应用于模型压电传感器79的有限元分析进行的模拟。使用COMSOL(RTM)Multiphysics 5.5软件包进行模拟，并且经由建模的压电材料层7的应变引起的极化将模型压电传感器79的机械变形与压电电荷Qp_n、Qs_m联系起来。除了感测电极4、12、13的布局以外，如上文关于图3所述的那样进行模拟。

离散按钮区

还参考图36A，绘出了用沿第一轴线x横穿离散按钮区82的质心坐标(x_F，y_F)建模的力F的归一化次级压电电荷Qs₁、Qs₂、Qs₃、Qs₄。

还参考图36B，绘出了用沿垂直于第一轴线x的第二轴线y横穿离散按钮区82的质心坐标(x_F，y_F)建模的力F的归一化次级压电电荷Qs₁、Qs₂、Qs₃、Qs₄。

图36A和图36B中标记为“UR”(右上)、“LR”(右下)、“LL”(左下)和“UL”(左上)的系列分别对应于次级感测电极13，即，离散按钮区82的S₁、S₂、S₃、S₄。标记为“净”的系列对应于所有次级感测电极13(即，离散按钮区82的S₁、S₂、S₃、S₄)上的次级压电电荷的和Qs₁+Qs₂+Qs₃+Qs₄。离散按钮区82的周边14的投影在图36A和图36B中用虚线指示。

图36A和图36B的数据是假设施加力的质心坐标(x_F，y_F)经过圆形初级感测电极12(即，P₁)的中心上方而获得的。针对图36A和图36B的系列提到的归一化是关于针对初级感测电极12(即，P₁)计算的初级压电电荷Qp₁。例如，归一化的次级压电电荷Qs_m＝1对应于Qs_m＝Qp₁。

可观察到，当力F的质心坐标(x_F，y_F)沿第一方向x移动时，如图36A所示，来自次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的响应关于初级感测电极12(即，P₁)的中点相对对称。对于沿第二方向y移动力F的质心坐标(x_F，y_F)，可观察到类似地对称的响应，如图36B所示。

考虑到这两种运动，可观察到，可使用获得的“净”信号作为所有次级压电电荷的和Qs₁+Qs₂+Qs₃+Qs₄。例如，提供如所建模的次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的导电区可反而全部电连接以提供单个次级感测电极13(即，S₁)。替代地，可在装置15的控制器17或前端10中评估和Qs₁+Qs₂+Qs₃+Qs₄。在另外的示例中，围绕周边14间隔的四个导电区可用更多或更少的导电区代替，以例如通过将所有导电区电连接在一起或通过由装置15的控制器17或前端10将对应的压电电荷求和来形成单个整体次级感测电极13(即，S₁)。至少单个次级感测电极13(即，S_m)可基本上或完全地包围周边14(参见例如第四有源区37和第五有源区39)。

从图36A和图36B，用于将上文描述的使用阈值乘数的方法应用到整体次级感测电极的合适的阈值乘数将在Th₁＝1.4的范围内。阈值乘数Th₁＝1.4的这个值通过“净”系列与周边14的投影的近似交集来确定。

轻扫控件区

还参考图37A，绘出了用沿第一轴线x横穿轻扫控件区80的质心坐标(x_F，y_F)建模的力F的归一化次级压电电荷Qs₁、Qs₂、Qs₃、Qs₄。

还参考图37B，绘出了用沿第二轴线y横穿轻扫控件区80的质心坐标(x_F，y_F)建模的力F的归一化次级压电电荷Qs₁、Qs₂、Qs₃、Qs₄。

还参考图37C至图37E，示出了对应于沿图37A所示的第一轴线x的移动的由压电层7的应变产生的电荷密度的等高线图。

还参考图37F至图37H，示出了对应于沿图37B所示的第二轴线y的移动的由压电层7的应变产生的电荷密度的等高线图。

图37A和图37B中标记为“顶部”、“底部”、“左侧”和“右侧”的系列分别对应于次级感测电极13，即，轻扫控件区80的S₁、S₂、S₃、S₄。标记为“顶部+底部”、“左侧+右侧”和“全部”的系列分别对应于建模的次级压电电荷的和Qs₁+Qs₂、Qs₃+Qs₄和Qs₁+Qs₂+Qs₃+Qs₄。轻扫控件区80的周边14的投影在图37A和图37B中用虚线指示，并且次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的外边界的投影由链接线(未标记)指示。

图37A和图37B的数据是假设施加力F的质心坐标(x_F，y_F)经过轻扫控件区80的中心上方而获得的。针对图37A和图37B的系列提到的归一化是关于初级感测电极12(即，P₁、P₂)上的和Qp₁+Qp₂。

从图37A和图37C至图37E可观察到，当力F的质心坐标(x_F，y_F)沿第一方向x移动时，来自次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的响应不是对称的。这是接近模型压电传感器79的边缘的结果，特别是因为建模的力F的运动关于半球形支撑件83₁、……、83₆不是对称的。

另一方面，从图37B和图37F至图37H可观察到，当力F的质心坐标(x_F，y_F)沿第二方向y移动时，来自次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的响应是更对称的。这是由于建模的力F的运动关于半球形支撑件83₁、……、83₆相对更对称。

基于图37A至图37H中的建模结果，为了将力F沿第一轴线x定位到轻扫控件区80内，可通过电连接对应的导电区或通过在测量前端10或控制器17中进行求和而对来自“左侧”电极S₃和“右侧”电极S₄的信号求和。所得的第一整体(或有效)次级感测电极可与约Th₁≈0.65的第一阈值乘数相关联以应用上文描述的使用阈值乘数的方法。

基于图37A至图37H中的建模结果，为了将力F沿第二轴线y定位在轻扫控件区80内，可通过对来自“顶部”电极S₁和“底部”电极S₂的信号求和并结合针对上文描述的使用阈值乘数的方法设置Th₂≈0.25的第二阈值乘数来形成第二整体次级感测电极。替代地，可通过对来自所有四个次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的信号求和并结合Th₂≈0.94的第二阈值乘数以应用使用阈值乘数的方法来形成第二整体次级感测电极。出于实际原因，当在前端10或控制器17中组合信号时，第二整体次级感测电极的后一种组合只能结合第一整体次级感测电极(和S₃+S₄)使用。

滑块控件区

还参考图38A，绘出了用沿第一轴线x横穿滑块控件区81的质心坐标(x_F，y_F)建模的力F的归一化次级压电电荷Qs₁、Qs₂、Qs₃、Qs₄。

还参考图38B，绘出了用沿第二轴线y横穿滑块控件区81的质心坐标(x_F，y_F)建模的力F的归一化次级压电电荷Qs₁、Qs₂、Qs₃、Qs₄。

还参考图38C至图38E，示出了对应于沿图38A所示的第一轴线x的移动的由压电层7的应变产生的电荷密度的等高线图。

还参考图38F至图38H，示出了对应于沿图38B所示的第二轴线y的移动的由压电层7的应变产生的电荷密度的等高线图。

图38A和图38B中标记为“顶部”、“底部”、“左侧”和“右侧”的系列分别对应于次级感测电极13，即，滑块控件区81的S₁、S₂、S₃、S₄。标记为“顶部+底部”、“左侧+右侧”和“全部”的系列分别对应于建模的次级压电电荷的和Qs₁+Qs₂、Qs₃+Qs₄和Qs₁+Qs₂+Qs₃+Qs₄。滑块控件区80的周边14的投影在图38A和图38B中用虚线指示，并且次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的外边界的投影由链接线(未标记)指示。

图38A和图38B的数据是假设施加力F的质心坐标(x_F，y_F)经过滑块控件区81的中心上方而获得的。针对图38A和图38B的系列提到的归一化是关于初级感测电极12(即，P₁、……、P₁₀)上的和Qp₁+Qp₂的。

从图38A和图38C至图38E可观察到，当力F的质心坐标(x_F，y_F)沿第一方向x移动时，来自次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的响应是基本上对称的。类似地，从图38B和图38F至图38H可观察到，当力F的质心坐标(x_F，y_F)沿第二方向y移动时，来自次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的响应也是基本上对称的。

基于图38A至图38H中的建模结果，为了将力F沿第一轴线x定位到滑块控件区81内，可通过电连接对应的导电区或通过使用测量前端10或控制器17进行求和而对来自“左侧”电极S₃和“右侧”电极S₄的信号求和。所得的第一整体(或有效)次级感测电极可与Th₁≈0.016的第一阈值乘数相关联以应用上文描述的使用阈值乘数的方法。类似地，可通过对来自“顶部”电极S₁和“底部”电极S₂的信号求和并结合设置Th₂≈0.028的第二阈值乘数以应用上文描述的使用阈值乘数的方法来形成第二整体次级感测电极。

替代地，可通过对来自所有四个次级感测电极13(即，S₁、S₂、S₃、S₄)的信号求和并结合Th≈0.034的阈值乘数以应用使用阈值乘数的方法来形成单个整体次级感测电极。该后一种选择将会沿第一轴线x在滑块控件区81的最末端处损失一定分辨率。从图38A估计的分辨率损失在任一侧将在2.5mm的范围内。这在一些应用中可能是可接受的，例如，如果预期输入来自接触区域的直径在10mm的范围内的用户手指的话。

修改

将了解，可对上文描述的实施方案进行许多修改。这种修改可涉及压电力传感器、按钮和/或触控面板的设计、制造和使用中已经知道并可代替本文已经描述的特征或除本文已经描述的特征之外使用的等效和其他特征。一个实施方案的特征可由另一个实施方案的特征代替或补充。

对电极3、47、48、53、55、58和/或感测电极4、12、13可使用多层印刷电路板(PCB)的一个或多个导体层来限定。例如，一个或多个感测电极4可由两层PCB或四层PCB的导体层限定。类似地，一个或多个对电极3可由两层PCB或四层PCB的导体层限定。感测电极4和对电极3可使用单独的多层PCB来限定。感测电极4和对电极3可使用相同的多层PCB的单独的导体层来限定。

尽管在本申请中已经将权利要求表述为特征的特定组合，但是应理解，本发明的公开范围还包括本文显式地或隐式地公开的任何新颖特征或特征的任何新颖组合或其任何概括，而无论是否与任何权利要求中当前要求保护的同一发明相关以及是否减轻了与本发明相同的任何或所有技术问题。申请人特此通知，在本申请或从其衍生的任何其他申请的起诉期间，新的权利要求书可能适用于这些特征和/或这些特征的组合。

Claims

1.一种装置，所述装置包括：

压电传感器，所述压电传感器包括压电材料层，所述压电材料层设置在多个感测电极与至少一个对电极之间；以及

控制器，所述控制器连接到所述压电传感器；

其中所述多个感测电极被布置为形成一个或多个有源区，每个有源区包括：

一个或多个初级感测电极；以及

一个或多个次级感测电极，其中所述次级感测电极通过周边与所述初级感测电极分开；

其中所述控制器被配置为对于每个有源区：

监测在每个初级感测电极上感应的初级压电电荷；

监测在每个次级感测电极上感应的次级压电电荷；

响应于检测到一个或多个初级压电电荷和/或次级压电电荷，基于将所述初级压电电荷与所述次级压电电荷进行比较来确定对应的施加力是否具有在所述周边内的质心。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个有源区中的第一有源区的所述一个或多个次级感测电极包括：

第一导电材料区和第二导电材料区，所述第一导电材料区和所述第二导电材料区沿第一方向设置在所述第一有源区的相对侧上；

第三导电材料区和第四导电材料区，所述第三导电材料区和所述第四导电材料区沿不同于所述第一方向的第二方向设置在所述第一有源区的相对侧上。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一导电材料区和所述第二导电材料区电连接在一起以提供第一次级感测电极。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其中所述第三导电材料区和所述第四导电材料区电连接在一起以提供第二次级感测电极。

5.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一导电材料区、所述第二导电材料区、所述第三导电材料区和所述第四导电材料区全部电连接在一起以提供第三次级感测电极。

6.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一导电材料区、所述第二导电材料区、所述第三导电材料区和所述第四导电材料区中的每一者提供单独的次级感测电极。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述控制器被配置为对来自所述第一导电材料区和所述第二导电材料区的压电电荷求和以确定对应于所述第一导电材料区和所述第二导电材料区的第一次级压电电荷。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其中所述控制器被配置为对来自所述第三导电材料区和所述第四导电材料区的压电电荷求和以确定对应于所述第三导电材料区和所述第四导电材料区的第二次级压电电荷。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中所述一个或多个有源区中的第二有源区包括以围绕所述第二有源区的所述周边的全部或大部分延伸的第五导电材料区的形式的次级感测电极。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中所述一个或多个有源区中的第三有源区包括：

初级感测电极阵列，所述初级感测电极阵列沿路径间隔开；以及

一对次级感测电极，所述一对次级感测电极在所述路径上布置在所述初级感测电极阵列的任一端处。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所述压电传感器包括所有的所述多个感测电极共用的单个对电极。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述单个对电极由形成所述装置的壳的至少部分的金属片提供，并且其中所述压电材料层由所述金属片支撑。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所述压电传感器包括对应于所述多个感测电极中的每一者的单独的对电极。

14.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所述一个或多个有源区中的有源区的所有所述次级感测电极与对应于所述有源区的共用次级对电极跨所述压电材料层相对。

15.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所有所述次级感测电极与单个共用次级对电极跨所述压电材料层相对。

16.根据权利要求14或15中任一项所述的装置，其中所述一个或多个有源区中的有源区的每个初级感测电极与相应的初级对电极跨所述压电材料层相对。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的装置，其中所述一个或多个有源区中的有源区的所有所述初级感测电极与对应于所述有源区的共用初级对电极跨所述压电材料层相对。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的装置，其中所述一个或多个有源区中的有源区的所述初级感测电极与一定数量的初级对电极跨所述压电材料层相对，所述初级对电极的数量与属于所述有源区的初级感测电极的数量不同。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的装置，其中对于每个有源区，对应的初级感测电极和次级感测电极被配置有相对面积和相对位置，使得可限定对应于所述有源区的每个次级感测电极的阈值乘数，其中所述有源区的所述阈值乘数满足：

响应于质心在所述周边内的力的施加，由每个次级感测电极收集的次级压电电荷小于相应的阈值乘数与由所有所述初级感测电极收集的总初级压电电荷的乘积；

响应于质心在所述周边外的力的施加，由至少一个次级感测电极收集的次级压电电荷大于相应的阈值乘数与由所有所述初级感测电极收集的所述总初级压电电荷的乘积

其中所述控制器被配置为存储对应于每个次级感测电极的预校准阈值乘数，并且对于每个有源区，通过将每个次级压电电荷与所述相应的阈值乘数与所述初级压电电荷的和的乘积进行比较来确定施加力是否具有在所述周边内的质心。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的装置，其中至少一个有源区的所述初级感测电极提供一个或多个按钮、滑块控件、拨盘控件、轻扫手势控件、按钮板和/或触控板。

21.一种压电传感器，所述压电传感器包括压电材料层，所述压电材料层设置在多个感测电极与至少一个对电极之间，其中所述多个感测电极被布置为形成一个或多个有源区，每个有源区包括：

一个或多个初级感测电极；以及

其中至少一个有源区的所述一个或多个次级感测电极包括：

第一导电材料区和第二导电材料区，所述第一导电材料区和所述第二导电材料区沿第一方向设置在所述有源区的相对侧上；

第三导电材料区和第四导电材料区，所述第三导电材料区和所述第四导电材料区沿不同于所述第一方向的第二方向设置在所述有源区的相对侧上；

其中至少一对所述第一导电材料区、所述第二导电材料区、所述第三导电材料区和所述第四导电材料区电连接在一起以提供一个或所述次级感测电极。

22.一种压电传感器，所述压电传感器包括压电材料层，所述压电材料层设置在多个感测电极与至少一个对电极之间，其中所述多个感测电极被布置为形成一个或多个有源区，每个有源区包括：

一个或多个初级感测电极；以及

其中至少一个有源区的所述一个或多个次级感测电极包括以围绕所述有源区的所述周边的全部或大部分延伸的导电材料区的形式的次级感测电极。

23.一种监测压电传感器的方法，所述压电传感器包括压电材料层，所述压电材料层设置在多个感测电极与至少一个对电极之间，其中所述多个感测电极被布置为形成一个或多个有源区，每个有源区包括：

一个或多个初级感测电极；以及

所述方法包括：

监测在每个初级感测电极上感应的初级压电电荷；

监测在每个次级感测电极上感应的次级压电电荷；

响应于检测到一个或多个第一电荷和/或第二电荷，基于将所述初级压电电荷与所述次级压电电荷进行比较来确定对应的施加力是否具有在所述周边内的质心。