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自適應力感測.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610416511.0

申請日:

2016.06.15

公開號:

CN106257380A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G06F 3/041申請日:20160615|||公開
IPC分類號: G06F3/041 主分類號: G06F3/041
申請人: 辛納普蒂克斯公司
發明人: 王營; A.L.施瓦茨
地址: 美國加利福尼亞州
優先權: 2015.06.18 US 62/181555; 2016.03.24 US 15/080146
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 王星;張懿
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610416511.0

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2018.07.13|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種自適應力感測。一種操作具有輸入表面的力敏感輸入裝置的方法,包括基于檢測施加到輸入表面上的力的量,其超過第一非按壓力值至少第一按壓閾值,來宣告第一按壓動作,確定在第一按壓動作期間施加到輸入表面的最大力值,以及基于所確定的最大力值設置釋放閾值用于隨后的釋放動作。

權利要求書

1.一種操作具有輸入表面的力敏感輸入裝置的方法,所述方法包括:
基于檢測施加到所述輸入表面上的力的量,其超過第一非按壓力值至少第一按壓閾
值,來宣告第一按壓動作;
確定在所述第一按壓動作期間施加到所述輸入表面的最大力值;以及
基于所確定的最大力值設置釋放閾值用于隨后的釋放動作。
2. 如權利要求1所述的方法,其中設置釋放閾值包括:
確定所述最大力值和所述第一非按壓力值之間的差;以及
將所確定差乘以預確定因子。
3.如權利要求1所述的方法,還包括:
基于確定施加到所述輸入表面上的力的量從所述最大力值減少至少所述釋放閾值,來
宣告所述隨后的釋放動作。
4.如權利要求3所述的方法,還包括:
基于宣告所述隨后的釋放動作,為第二按壓動作確定第二非按壓力值。
5.如權利要求4所述的方法,還包括:
在宣告所述隨后的釋放動作后,確定施加到所述輸入表面的最小力值,
其中所述第二非按壓力值是所確定的最小力值。
6. 如權利要求5所述的方法,還包括:
基于所述第一按壓閾值確定所更新第二按壓閾值;以及
基于檢測施加到所述輸入表面的力的量,其超過所述第二非按壓力值至少所述第二按
壓閾值,來宣告第二按壓動作。
7.如權利要求1所述的方法,其中所述第一按壓閾值與所述釋放閾值不同。
8.如權利要求1所述的方法,其中響應于確定施加到所述輸入表面的所述力的速率超
過至少閾值速率值,來執行宣告第一按壓動作。
9.如權利要求1所述的方法,還包括:
確定施加到所述輸入表面的所述力的位置,
其中基于所確定位置對所檢測的施加到所述輸入表面的力的量進行補償。
10.一種用于具有輸入表面的力敏感輸入裝置的處理系統,所述處理系統包括:
力感測模塊,通信地耦合到所述輸入裝置的多個傳感器電極,
其中所述力感測模塊配置成:
基于檢測超過第一非按壓力值至少第一按壓閾值的、施加到所述輸入表面上的力的
量,來基于從所述多個傳感器電極接收的信號宣告第一按壓動作;
確定在所述第一按壓動作期間施加到所述輸入表面的最大力值;以及
基于所確定的最大力值設置釋放閾值用于隨后的釋放動作。
11. 如權利要求10所述的處理系統,其中設置釋放閾值包括:
確定所述最大力值和所述第一非按壓力值之間的差;以及
將所確定差乘以預確定因子。
12.如權利要求10所述的處理系統,其中所述力感測模塊還配置成:
基于確定施加到所述輸入表面上的力的量已從所述最大力值減少至少所述釋放閾值,
來宣告所述隨后的釋放動作。
13.如權利要求12所述的處理系統,其中所述力感測模塊還配置成:
基于宣告所述隨后的釋放動作,為第二按壓動作確定第二非按壓力值。
14.如權利要求13所述的處理系統,其中所述力感測模塊還配置成:
在宣告所述隨后的釋放動作后,確定施加到所述輸入表面的最小力值,
其中所述第二非按壓力值是所確定的最小力值。
15. 如權利要求14所述的處理系統,其中所述力感測模塊還配置成:
基于所述第一按壓閾值確定所更新第二按壓閾值;以及
基于檢測施加到所述輸入表面的力的量,其超過所述第二非按壓力值至少所述第二按
壓閾值,來宣告第二按壓動作。
16.如權利要求10所述的處理系統,還包括:
觸摸感測模塊,通信地耦合到所述多個傳感器電極,
其中所述觸摸感測模塊配置成:
基于從所述多個傳感器電極接收的所述信號,確定對應于施加到所述輸入表面上的所
述力的位置,
其中所述力感測模塊還配置成基于所確定位置對所檢測的施加到所述輸入表面上的
力的量進行補償。
17.一種輸入裝置,包括:
多個傳感器電極,配置成檢測所述輸入裝置的感測區內輸入對象的位置信息和力信
息,所述感測區與所述輸入裝置的輸入表面重疊;
處理系統,通信地耦合到所述多個傳感器電極,所述處理系統配置成:
基于檢測超過第一非按壓力值至少第一按壓閾值的、施加到所述輸入表面上的力的
量,來基于從所述多個傳感器電極接收的信號宣告第一按壓動作;
確定在所述第一按壓動作期間施加到所述輸入表面的最大力值;以及
基于所確定的最大力值設置釋放閾值用于隨后的釋放動作。
18.如權利要求17所述的輸入裝置,其中所述處理系統還配置成:
基于確定施加到所述輸入表面上的力的量已從所述最大力值減少至少所述釋放閾值,
來宣告所述隨后的釋放動作。
19.如權利要求18所述的輸入裝置,其中所述處理系統還配置成:
基于宣告所述隨后的釋放動作,為第二按壓動作確定第二非按壓力值。
20.如權利要求17所述的輸入裝置,還包括:
顯示器,其中所述處理系統還配置成利用所述多個傳感器電極的至少一個子集來更新
所述顯示器。

說明書

自適應力感測

技術領域

本發明實施例一般涉及用于操作具有顯示裝置(帶有集成感測裝置)的輸入裝置
的技術。

背景技術

包括接近傳感器裝置(也通常被稱為觸摸墊或觸摸傳感器裝置)的輸入裝置廣泛
應用于多種電子系統中。接近傳感器裝置典型地包括通常由表面區分的感測區,在其中接
近傳感器裝置確定一個或多個輸入對象的存在、位置和/或運動。接近傳感器裝置可用于為
電子系統提供接口。例如,接近傳感器裝置通常用作較大計算系統的輸入裝置(諸如集成在
或外設于筆記本或桌上型電腦的不透明觸摸墊)。接近傳感器裝置也經常用于較小計算系
統中(諸如集成在蜂窩電話中的觸摸屏)。

發明內容

本文描述的一個實施例是一種操作具有輸入表面的力敏感輸入裝置的方法。該方
法包括基于檢測超過第一非按壓力值至少第一按壓閾值的、施加到輸入表面的力的量,宣
告第一按壓動作,確定在第一按壓動作期間施加到輸入表面的最大力值,以及基于所確定
的最大力值,設置釋放閾值用于隨后的釋放動作。

本文描述的另一個實施例是一種用于具有輸入表面的力敏感輸入裝置的處理系
統。該處理系統包括力感測模塊,其通信地耦合到輸入裝置的多個傳感器電極。力感測模塊
配置成,基于檢測超過第一非按壓力值至少第一按壓閾值的、施加到輸入表面的力的量,來
基于從多個傳感器電極接收的信號宣告第一按壓動作。力感測模塊還配置成確定在第一按
壓動作期間施加到輸入表面的最大力值,并基于所確定的最大力值,設置釋放閾值用于隨
后的釋放動作。

本文描述的另一個實施例是一種輸入裝置,其包括配置成檢測輸入裝置的感測區
內輸入對象的位置信息和力信息的多個傳感器電極,其中感測區域與輸入裝置的輸入表面
重疊。輸入裝置還包括處理系統,其通信地耦合到多個傳感器電極并配置成,基于檢測超過
第一非按壓力值至少第一按壓閾值的、施加到輸入表面的力的量,來基于從多個傳感器電
極接收的信號宣告第一按壓動作。處理系統還配置成確定在第一按壓動作期間施加到輸入
表面的最大力值,并基于所確定的最大力值,設置釋放閾值用于隨后的釋放動作。

附圖說明

為了使本公開的上述特征能夠以詳細的方式來理解,通過參考實施例作出在上面
簡要總結的、本公開的更具體的描述,其中一些實施例在附圖中例示。但要注意,由于可容
許其他相等地有效的實施例,這些附圖僅例示典型實施例并且不應因此被認為對其范圍的
限定。

圖1是依照本文描述的實施例的、輸入裝置的示意框圖。

圖2和3例示依照本文描述的實施例的、示例性傳感器電極排列的部分。

圖4例示依照本文描述的實施例的、包括顯示和力傳感器的示例性裝置。

圖5A-5C例示依照本文描述的實施例的、力傳感器的示例性實現的操作。

圖6是依照本文描述的實施例的、例示配置成執行自適應力感測的處理系統的示
例性排列的框圖。

圖7是依照本文描述的實施例的、例示示例性自適應力感測操作的圖表。

圖8是依照本文描述的實施例的、例示處理系統的力感測模塊的示例性操作的狀
態圖。

圖9是依照本文描述的實施例的、例示用于力感測的示例性位置補償的示意圖。

圖10是依照本文描述的實施例的、一種操作具有輸入表面的力敏感輸入裝置的方
法。

圖11是依照本文描述的實施例的、一種為力敏感輸入裝置設置釋放閾值用于釋放
動作的方法。

為促進理解,已盡可能使用同樣的參考標號來標明對附圖而言是共同的同樣元
件。應預期到,在一個實施例中公開的元件可不經明確的敘述、而在其他實施例中可獲益地
使用。這里所指的附圖不應被理解為按比例繪制,除非特別說明。同樣,通常簡化附圖,并且
省略細節或組件以便陳述和解釋的清楚。附圖及討論服務于解釋下面討論的原理,其中類
似的標注表示類似的元件。

具體實施方式

下列詳細描述本質上僅僅是示范性的,并不意圖限制本公開或本公開的應用和使
用。而且,不存在由在先的背景技術、發明內容或下面具體實施方式中提出的、任何表達的
或暗示的理論所約束的意圖。

本技術的各種實施例提供用于改進可用性的輸入裝置和方法。輸入裝置可以包括
電極,其作為傳感器電極操作來檢測輸入裝置和輸入對象(例如觸控筆或用戶手指)之間的
交互。

力傳感器的傳統實現使用固定閾值來確定不連續的“按壓”及“釋放”動作。例如,
若電容變化超過第一閾值,則宣告“按壓”動作。若電容變化低于第二閾值,則宣告“釋放”動
作。然而,固定閾值方案無法補償與力傳感器實現關聯的某些效應。在一個示例中,用來確
定力度量的電容值的變化,在所施加輸入力被移除后,可能沒有馬上歸零。在另一示例中,
即使用戶企圖在輸入表面上保持恒定壓力,但電容值的變化仍可能改變,其易于導致不想
要的“釋放”動作。在另一示例中,施加到輸入表面上不同位置的輸入力不具有均一的力響
應。

依照本文描述的各種實施例,輸入裝置的力感測性能可以利用自適應力感測方案
來改進。由力感測模塊計算并保持高值和低值來追蹤不同時間的力輸入,并且“按壓”和“釋
放”動作可以相對于這些高值和低值來定義。高值和低值,取決于力感測模塊的當前操作狀
態,按不同的方式更新。能夠基于在按壓動作期間的最大力水平,來計算用于檢測釋放動作
的閾值。此外,可以應用位置補償以便產生跨輸入裝置的輸入表面的更均一響應。

示例性輸入裝置實現

圖1是依照本技術實施例的、輸入裝置100的示意框圖。在各種實施例中,輸入裝置100
包括與感測裝置集成的顯示裝置。輸入裝置100可配置成向電子系統150提供輸入。如本文
檔所使用的,術語“電子系統”(或“電子裝置”)廣義地指能夠電子地處理信息的任何系統。
電子系統的一些非限制性示例包括所有大小和形狀的個人計算機,諸如桌上型電腦、膝上
型電腦、上網本電腦、平板電腦、網絡瀏覽器、電子書閱讀器和個人數字助理(PDA)。另外的
示例電子系統包括復合型輸入裝置,諸如包括輸入裝置100和獨立操縱桿或按鍵開關的物
理鍵盤。進一步的示例電子系統包括諸如數據輸入裝置(包括遙控器和鼠標)和數據輸出裝
置(包括顯示屏幕和打印機)之類的外圍設備。其他示例包括遠程終端、信息亭、以及視頻游
戲機(例如,視頻游戲控制臺、便攜式游戲裝置等)。其他示例包括通信裝置(包括諸如智能
電話之類的蜂窩電話)和媒體裝置(包括錄音機、編輯器和諸如電視機的播放器、機頂盒、音
樂播放器、數碼相框和數碼相機)。另外,電子系統可以是輸入裝置的主機或從機。

輸入裝置100能夠實現為電子系統的物理部件,或能夠與電子系統物理地分離。視
情況而定,輸入裝置100可使用下列項的任一個或多個與電子系統的部件通信:總線、網絡
以及其他有線或無線互連。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行總線(USB)、藍牙、RF以及
IRDA。

在圖1中,輸入裝置100示出為接近傳感器裝置(也通常被稱為“觸摸墊”或“觸摸傳
感器裝置”),其配置成感測由一個或多個輸入對象140在感測區170中提供的輸入。示例輸
入對象包括如圖1所示的手指和觸控筆。

感測區170包含在輸入裝置100之上、周圍、之中和/或附近的任何空間,在其中輸
入裝置100能夠檢測用戶輸入(例如,由一個或多個輸入對象140提供的用戶輸入)。特定感
測區的尺寸、形狀和位置可以逐個實施例極大地改變。在一些實施例中,感測區170從輸入
裝置100的表面沿一個或多個方向延伸到空間中,直至信噪比阻止充分準確的對象檢測。這
個感測區170沿特定方向延伸的距離,在各種實施例中,可以大約少于一毫米、數毫米、數厘
米、或更多,而且可隨所使用的感測技術的類型和期望的精度而顯著變化。因此,一些實施
例感測輸入,其中包括與輸入裝置100任何表面無接觸、與輸入裝置100的輸入表面(例如觸
摸表面)接觸、與耦合一定量外加力或壓力的輸入裝置100的輸入表面接觸、和/或它們的組
合。在各種實施例中,輸入表面可由傳感器電極位于其中的殼體的表面來提供,由應用在傳
感器電極或任何殼體之上的面板來提供等。在一些實施例中,感測區170在投射到輸入裝置
100的輸入表面上時具有矩形形狀。

輸入裝置100可使用傳感器組件和感測技術的任何組合來檢測感測區170中的用
戶輸入。輸入裝置100包括用于檢測用戶輸入的多個傳感器電極120。輸入裝置100可包括一
個或多個傳感器電極120,它們組合來形成傳感器電極。作為幾個非限定性示例,輸入裝置
100可使用電容性、倒介電、電阻性、電感性、磁、聲、超聲、和/或光技術。

一些實現配置成提供跨越一維、二維、三維或更高維空間的圖像。一些實現配置成
提供沿特定軸或平面的輸入的投影。

在輸入裝置100的一些電阻性實現中,柔性且導電的第一層通過一個或多個間隔
元件與導電的第二層分離。在操作期間,一個或多個電壓梯度跨多層產生。按壓柔性的第一
層可使其充分彎曲而產生多層之間的電接觸,導致反映多層間接觸的點的電壓輸出。這些
電壓輸出可用于確定位置信息。

在輸入裝置100的一些電感性實現中,一個或多個傳感器電極120獲得諧振線圈或
線圈對引起的環路電流。電流的量值、相位和頻率的某種組合可隨后用于確定位置信息。

在輸入裝置100的一些電容性實現中,電壓或電流被施加來產生電場。附近的輸入
對象導致電場的變化,并且產生電容性耦合的可檢測變化,其可作為電壓、電流等的變化而
被檢測。

一些電容性實現使用電容性傳感器電極120的陣列或其他規則或不規則的圖案來
產生電場。在一些電容性實現中,獨立傳感器電極120可歐姆地短接在一起以形成更大的傳
感器電極。一些電容性實現利用電阻片,其可以是電阻均勻的。

如上所述,一些電容性實現利用基于傳感器電極120與輸入對象之間的電容性耦
合的變化的“自電容”(或“絕對電容”)感測方法。在一個實施例中,處理系統110配置成將具
有已知幅度的電壓驅動到傳感器電極120上并測量使傳感器電極充電到所驅動電壓所需的
電荷量。在其他實施例中,處理系統110配置成驅動已知電流并測量結果電壓。在各種實施
例中,傳感器電極120附近的輸入對象改變傳感器電極120附近的電場,從而改變量得的電
容性耦合。在一個實現中,絕對電容感測方法通過使用調制信號相對于基準電壓(例如,系
統地)調制傳感器電極120,以及通過檢測傳感器電極120與輸入對象140之間的電容性耦
合,來進行操作。

此外,如上所述,一些電容性實現利用基于感測電極之間的電容性耦合的變化的
“互電容”(或“跨電容”)感測方法。在各種實施例中,感測電極附近的輸入對象140改變感測
電極之間的電場,從而改變量得的電容性耦合。在一個實現中,跨電容性感測方法通過檢測
在一個或多個發射器感測電極(也是“發射器電極”)和一個或多個接收器感測電極(也是
“接收器電極”)之間的電容性耦合,來進行操作,如下詳細描述。發射器感測電極可相對于
基準電壓(例如,系統地)來調制以傳送發射器信號。接收器感測電極可相對于基準電壓保
持大體恒定以促進結果信號的接收。結果信號可包括對應于一個或多個發射器信號和/或
對應于一個或多個環境干擾源(例如其他電磁信號)的影響。感測電極可為專用的發射器電
極或接收器電極,或者可配置成既傳送又接收。

在圖1中,處理系統110示出為輸入裝置100的部件。處理系統110配置成操作輸入
裝置100的硬件來檢測感測區170中的輸入。處理系統110包括一個或多個集成電路(IC)和/
或其他電路組件的部分或全部。例如,用于互電容傳感器裝置的處理系統可包括配置成以
發射器傳感器電極來傳送信號的發射器電路,和/或配置成以接收器傳感器電極來接收信
號的接收器電路。在一些實施例中,處理系統110還包括電子可讀指令,諸如固件代碼、軟件
代碼等。在一些實施例中,組成處理系統110的組件定位在一起,諸如在輸入裝置100的傳感
器電極120附近。在其他實施例中,處理系統110的組件在物理上是獨立的,其中一個或多個
組件靠近輸入裝置100的傳感器電極120,而一個或多個組件在別處。例如,輸入裝置100可
為耦合到桌上型計算機的外設,并且處理系統110可包括配置成在桌上型計算機的中央處
理單元上運行的軟件以及與該中央處理單元分離的一個或多個IC(或許具有關聯的固件)。
作為另一示例,輸入裝置100可物理地集成在電話中,并且處理系統110可包括作為該電話
的主處理器的一部分的電路和固件。在一些實施例中,處理系統110專用于實現輸入裝置
100。在其他實施例中,處理系統110也執行其他功能,諸如操作顯示屏、驅動觸覺致動器等。

處理系統110可實現為處理處理系統110的不同功能的一組模塊。每一模塊可包括
作為處理系統110的一部分的電路、固件、軟件或它們的組合。在各種實施例中,可使用模塊
的不同組合。示例模塊包括用于操作諸如傳感器電極和顯示屏之類硬件的硬件操作模塊,
用于處理諸如傳感器信號和位置信息之類數據的數據處理模塊,以及用于報告信息的報告
模塊。另外的示例模塊包括傳感器操作模塊,其配置成操作傳感器電極120來檢測輸入;識
別模塊,其配置成識別諸如模式變更手勢之類的手勢;以及模式變更模塊,其用于變更操作
模式。處理系統110也可以包括一個或多個控制器。

在一些實施例中,處理系統110通過引起一個或多個動作來直接響應在感測區170
中的用戶輸入(或沒有用戶輸入)。示例動作包括變更操作模式,以及諸如光標移動、選擇、
菜單導航和其他功能的GUI動作。在一些實施例中,處理系統110向電子系統的某個部件(例
如,向與處理系統110分離的電子系統的中央處理系統,如果這樣一個獨立的中央處理系統
存在的話)提供關于輸入(或沒有輸入)的信息。在一些實施例中,電子系統的某個部件處理
從處理系統110接收的信息以按用戶輸入進行動作,以致促進全范圍的動作,包括模式變更
動作和GUI動作。

例如,在一些實施例中,處理系統110操作輸入裝置100的傳感器電極120來產生指
示感測區170中輸入(或沒有輸入)的電信號。處理系統110在產生提供給電子系統的信息
中,可對該電信號執行任何適量的處理。例如,處理系統110可對從傳感器電極120獲得的模
擬電信號進行數字化。作為另一示例,處理系統110可執行濾波或其他信號調節。作為又一
示例,處理系統110可減去或以其他方式計及基線,以使得信息反映電信號和基線之間的差
異。作為另一些示例,處理系統110可確定位置信息,將輸入識別為命令,識別筆跡等。

本文使用的“位置信息”廣義地包含絕對位置、相對位置、速度、加速度和其他類型
的空間信息。示例性的“零維”位置信息包括近/遠或接觸/非接觸信息。示例性的“一維”位
置信息包括沿軸的位置。示例性的“二維”位置信息包括在平面中的運動。示例性的“三維”
位置信息包括在空間中的瞬時或平均速度。進一步的示例包括空間信息的其他表示。也可
確定和/或存儲關于一種或多種類型位置信息的歷史數據,包括,例如隨時間追蹤位置、運
動、或瞬時速度的歷史數據。

在一些實施例中,輸入裝置100采用由處理系統110或由某個其他處理系統操作的
附加輸入組件來實現。這些附加輸入組件可為感測區170中的輸入提供冗余的功能性,或某
個其他功能性。圖1示出感測區170附近的按鈕130,其能夠用于促進使用輸入裝置100的項
目的選擇。其他類型的附加輸入組件包括滑塊、球、輪、開關等。相反地,在一些實施例中,輸
入裝置100可在沒有其他輸入組件的情況下實現。

一些實施例中,輸入裝置100包括觸摸屏界面,并且感測區170與顯示裝置160的顯
示屏的有源區的至少一部分重疊。例如,輸入裝置100可包括覆蓋該顯示屏的、大體透明的
傳感器電極120,以及為關聯的電子系統提供觸摸屏界面。該顯示屏可以是能向用戶顯示可
視界面的、任何類型的動態顯示器,并可包括任何類型的發光二極管(LED)、有機LED
(OLED)、陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、等離子體、電致發光(EL),或其他顯示技術。
輸入裝置100和顯示裝置160可共用物理元件。例如,一些實施例可將相同電組件的一些用
于顯示及感測。作為另一示例,顯示裝置160可部分或整個地由處理系統110操作。

應理解,盡管本技術的許多實施例在完全功能設備的上下文中描述,本技術的機
理能夠作為采用多種形式的程序產品(例如軟件)來被分配。例如,本技術的機理可作為電
子處理器可讀取的信息承載介質(例如,可由處理系統110讀取的、非暫時性計算機可讀和/
或可記錄/可寫的信息承載介質)之上的軟件程序來實現及分配。另外,無論用于執行分配
的介質的特定類型,本技術的實施例同樣地適用。非暫時性、電子可讀介質的示例包括各種
光盤、存儲棒、存儲卡、存儲模塊等。電子可讀介質可基于閃速、光、磁、全息、或任何其他存
儲技術。

示例性傳感器電極排列

圖2和圖3例示依照本文描述的實施例的、示例性傳感器電極排列的部分。具體而言,依
照若干實施例,排列200(圖2)例示配置成在關聯圖案的感測區170內感測的傳感器電極的
圖案的一部分。為了例示和描述的清楚起見,圖2示出采用簡單矩形圖案的傳感器電極,而
沒有示出各種關聯組件。這個感測電極的圖案包括第一批多個傳感器電極205(例如205-1、
205-2、205-3、205-4),以及第二批多個傳感器電極215(例如215-1、215-2、215-3、215-4)。
傳感器電極205、215各自是上述傳感器電極120的示例。在一個實施例中,處理系統110將第
一批多個傳感器電極205作為多個發射器電極來操作,并將第二批多個傳感器電極215作為
多個接收器電極來操作。在另一實施例中,處理系統110將第一批多個傳感器電極205和第
二批多個傳感器電極215作為絕對電容性感測電極來操作。

第一批多個傳感器電極205和第二批多個傳感器電極215典型地彼此歐姆地絕緣。
換言之,一個或多個絕緣體將第一批多個傳感器電極205和第二批多個傳感器電極215分離
并防止它們彼此電短接。在一些實施例中,第一批多個傳感器電極205和第二批多個傳感器
電極215可以布置在共用層上。這多個傳感器電極205、215可以由在交疊區布置在它們之間
的絕緣材料電分離;在這樣的結構中,第一批多個傳感器電極205和/或第二批多個傳感器
電極215可以采用連接同一電極的不同部分的跳線形成。在一些實施例中,第一批多個傳感
器電極205和第二批多個傳感器電極215由一層或多層的絕緣材料分離。在一些實施例中,
第一批多個傳感器電極205和第二批多個傳感器電極215由一個或多個襯底分離;例如,它
們可以布置在同一襯底的相對側上,或者布置在層疊在一起的不同襯底上。

這多個傳感器電極205、215可以形成為任何期望的形狀。此外,傳感器電極205的
大小和/或形狀可以與傳感器電極215的大小和/或形狀不同。此外,位于襯底的同一側的傳
感器電極205、215可以具有不同的形狀和/或大小。在一個實施例中,第一批多個傳感器電
極205可以大于(具有更大的表面面積)第二批多個傳感器電極215,盡管這不是必需的。在
其他實施例中,第一批和第二批多個傳感器電極205、215可以具有類似的大小和/或形狀。

在一個實施例中,第一批多個傳感器電極205大體上沿第一方向延伸,而第二批多
個傳感器電極215大體上沿第二方向延伸。例如,如圖2所示,第一批多個傳感器電極205沿
一個方向延伸,而第二批多個傳感器電極215沿大體上垂直傳感器電極205的方向延伸。其
他定向也是可能的(例如平行或其他相關定向)。

在一些實施例中,第一批和第二批多個傳感器電極205、215兩者定位在多個層(或
顯示堆疊結構的層)之外,其中這些層一起形成顯示裝置160。顯示堆疊結構的一個示例可
以包括多層,諸如透鏡層、一個或多個偏光器層、濾色層、一個或多個顯示電極層、顯示材料
層、薄膜晶體管(TFT)玻璃層以及背光層。然而,顯示堆疊結構的其他排列也是可能的。在其
他實施例中,第一批和第二批多個傳感器電極205、215之一或兩者定位在顯示堆疊結構內,
無論作為顯示相關層的部分被包括還是作為單獨層被包括。例如,特定顯示電極層內的
Vcom電極可以配置來執行顯示更新和電容性感測。

圖3的排列300例示依照幾個實施例的、配置成在感測區170內感測的傳感器電極
的圖案的一部分。為了例示和描述的清楚起見,圖3示出采用簡單矩形圖案的傳感器電極
120,而沒有示出其他關聯組件。示例性圖案包括按X列和Y行排列的傳感器電極的陣列
120X,Y,其中X和Y是正整數,盡管X和Y中的一個可以為零。應預期,傳感器電極120的圖案可
以具有其他配置,諸如環形陣列(polar array)、重復圖案、非重復圖案、單個行或列或其他
合適排列。進一步地,在各種實施例中,傳感器電極120的數量可以逐行和/或逐列變化。在
一個實施例中,至少一行和/或列的傳感器電極120從其他傳感器電極偏移,使得其相比其
他傳感器電極沿至少一個方向延伸更遠。傳感器電極120耦合到處理系統110并被用來確定
感測區170內輸入對象的存在(或沒有出現)。

在第一模式的操作中,傳感器電極120的排列(1201,1,1202,1,1203,1,…120X,Y)可以
用來通過絕對感測技術檢測輸入對象的存在。換言之,處理系統110配置成調制傳感器電極
來獲得所調制傳感器電極120和輸入對象之間的電容性耦合的變化的度量,以確定輸入對
象的位置。處理系統110還配置成基于采用被調制的傳感器電極120所接收的結果信號的度
量來確定絕對電容的變化。

在一些實施例中,排列300包括布置在傳感器電極120的至少兩個之間的一個或多
個網格電極(未示出)。網格電極可以至少部分地限定作為一組的多個傳感器電極120的范
圍,并且按備選方案,完全地或部分地限定傳感器電極120的一個或多個的范圍。在一個實
施例中,網格電極是具有多個孔的平面體,其中每個孔限定傳感器電極120的相應一個的范
圍。在其他實施例中,網格電極包括多個段,其可以被單獨驅動或按組或者按兩個或多個段
來驅動。網格電極可以類似于傳感器電極120來制作。網格電極,與傳感器電極120一起,可
以利用導電布線跡線耦合到處理系統110并用于輸入對象檢測。

傳感器電極120典型地彼此歐姆地絕緣,并且也與網格電極歐姆地絕緣。換言之,
一個或多個絕緣體分離傳感器電極120和網格電極并防止它們彼此電短接。在一些實施例
中,傳感器電極120和網格電極由絕緣間隙分離,絕緣間隙可以被電絕緣材料填充或者可以
是空氣間隙。在一些實施例中,傳感器電極120和網格電極可以通過一層或多層的絕緣材料
垂直地分離。在一些其他實施例中,傳感器電極120和網格電極由一個或多個襯底分離;例
如,它們可以布置在同一襯底的相對側上,或者布置在不同的襯底上。在又一些其他實施例
中,網格電極可以由同一襯底上或不同襯底上的多層組成。在一個實施例中,第一網格電極
可以形成在第一襯底(或襯底的第一側)上而第二網格電極可以形成在第二襯底(或襯底的
第二側)上。例如,第一網格電極包括布置在顯示裝置160(圖1)的薄膜晶體管(TFT)層上的
一個或多個共用電極,而第二網格電極布置在顯示裝置160的濾色玻璃上。第一和第二網格
電極的尺寸可以在至少一個維度上相等或不同。

在第二模式的操作中,當發射器信號驅動到網格電極上時,傳感器電極120
(1201,1,1202,1,1203,1,…120X,Y)可以用來通過跨電容性感測技術檢測輸入對象的存在。換
言之,處理系統110配置成以發射器信號驅動網格電極,并以各傳感器電極120接收結果信
號,其中結果信號包括對應于發射器信號的效果,結果信號由處理系統110或其他處理器用
來確定輸入對象的位置。

在第三模式的操作中,傳感器電極120可以被分成用于通過電容性感測技術檢測
輸入對象的存在的發射器和接收器電極組。換言之,處理系統110可以以發射器信號驅動第
一組傳感器電極120,并以第二組傳感器電極120接收結果信號,其中結果信號包括對應于
發射器信號的效果。處理系統110或其他處理器使用結果信號來確定輸入對象的位置。

輸入裝置100可以配置成按上述模式的任何一個來操作。輸入裝置100也可以配置
成在上述模式的任何兩個或多個之間切換。

電容性耦合的局部化電容性感測的區域可以被稱為 “電容性像素”、“觸摸像素”、
“像素”等。在第一模式的操作中,電容性像素形成在單個傳感器電極120和基準電壓之間,
而在第二模式的操作中,電容性像素形成在傳感器電極120和網格電極之間,以及形成在用
作發射器和接收器電極的傳感器電極120的組(例如圖2中的排列200)之間。電容性耦合隨
與傳感器電極120關聯的感測區170中輸入對象的接近和運動而變化,并且從而可以用作輸
入對象在輸入裝置100的感測區中存在的指示器。

在一些實施例中,傳感器電極120被“掃描”以確定這些電容性耦合。換言之,在一
個實施例中,傳感器電極120中的一個或多個被驅動來傳送發射器信號。可操作發射器使得
每次一個發射器電極進行傳送,或者使得多個發射器電極同時傳送。在多個發射器電極同
時傳送的場合,該多個發射器電極可以傳送相同發射器信號并從而產生實際上更大的發射
器電極。備選地,該多個發射器電極可以傳送不同的發射器信號。例如,多個發射器電極可
以根據使它們對接收器電極的結果信號的組合影響能夠被獨立地確定的一個或多個編碼
方案,來傳送不同的發射器信號。在一個實施例中,多個發射器電極可以同時傳送相同的發
射器信號,而接收器電極接收效果并根據掃描方案來測量。

配置為接收器傳感器電極的傳感器電極120可被單個地或多個地操作來獲得結果
信號。結果信號可用于確定電容性像素處的電容性耦合的度量。處理系統110可以配置成以
傳感器電極120按掃描方式和/或多路復用方式進行接收來降低要進行的同時發生的測量
的數量,以及支持電結構的大小。在一個實施例中,一個或多個傳感器電極通過諸如多路復
用器等的切換元件耦合到處理系統110的接收器。在這樣的實施例中,切換元件可以在處理
系統110內部或在處理系統110外部。在一個或多個實施例中,切換元件還可以配置成將傳
感器電極120與發射器或其他信號和/或電壓電勢耦合。在一個實施例中,切換元件可以配
置成將多于一個的接收器電極同時耦合到共用接收器。

在其他實施例中,“掃描”傳感器電極120以確定這些電容性耦合,包括調制傳感器
電極中的一個或多個并測量該一個或多個傳感器電極的絕對電容。在另一個實施例中,可
以操作傳感器電極使得一次驅動多于一個傳感器電極并以其來接收。在這樣的實施例中,
可以同時從一個或多個傳感器電極120中的每個獲取絕對電容性度量。在一個實施例中,傳
感器電極120的每個被同時驅動并以其來接收,從而從傳感器電極120的每個同時獲取絕對
電容性度量。在各種實施例中,處理系統110可以配置成選擇性地調制傳感器電極120的一
部分。例如,可以基于,但不限于,運行在主處理器上的應用、輸入裝置的狀態以及感測裝置
的操作模式來選擇傳感器電極。在各種實施例中,處理系統110可以配置成選擇性地屏蔽傳
感器電極120的至少一部分,以及選擇性地屏蔽網格電極122或者以網格電極122進行傳送,
同時選擇性地以其他傳感器電極120進行接收和/或傳送。

來自電容性像素的度量的集合形成“電容性圖像”(也是“電容性幀”),其代表像素
處的電容性耦合。可在多個時間段內獲得多個電容性圖像,并且它們之間的差異用于導出
關于感測區中輸入的信息。例如,在連續的時間段內獲得的連續電容性圖像能夠用于追蹤
進入、退出感測區以及在感測區內的一個或多個輸入對象的運動。

在上述實施例的任一個中,多個傳感器電極120可以成組在一起,使得傳感器電極120
同時被調制或者同時以其接收。與上述方法比較,成組在一起的多個傳感器電極可以產生
粗略電容性圖像,其可能不適用于辨別精確位置信息。然而,粗略電容性圖像可以用來感測
輸入對象的存在。在一個實施例中,粗略電容性圖像可以用來使處理系統110或輸入裝置
100從“休眠”模式或低電能模式中移出。在一個實施例中,粗略電容性圖像可以用來將電容
性感測IC從“休眠”模式或低電能模式中移出。在另一實施例中,粗略電容性圖像可以用來
將主IC和顯示驅動器中的至少一個從“休眠”模式或低電能模式中移出。粗略電容性圖像可
以與整個傳感器區域對應,或者僅與傳感器區域的一部分對應。

輸入裝置100的背景電容是與在感測區170中沒有輸入對象相關聯的電容性圖像。
背景電容隨環境和操作情況而變化,并且可以按各種方式來估計。例如,當沒有輸入對象被
確定在感測區170中時,一些實施例獲取“基線圖像”,并使用那些基線圖像作為它們背景電
容的估計。背景電容或基線電容可能因兩個傳感器電極之間的寄生電容性耦合而存在,其
中一個傳感器電極以調制信號驅動,而另一個相對系統地保持穩定,或者因接收器電極和
附近的所調制電極之間的寄生電容性耦合而存在。在許多實施例中,背景或基線電容可以
在用戶輸入手勢的時間段內相對穩定。

可針對輸入裝置100的背景電容來調整電容性圖像以用于更有效的處理。一些實
施例通過“基線化”電容性像素處的電容性耦合的度量來產生“基線化電容性圖像”而實現
這一點。換言之,一些實施例將形成電容圖像的度量與關聯那些像素的“基線圖像”的適當
“基線值”進行比較,并從那個基線圖像確定變化。

在一些觸摸屏實施例中,傳感器電極120的一個或多個包括用于更新顯示屏的顯
示的一個或多個顯示電極。顯示電極可以包括有源矩陣顯示器的一個或多個元件,諸如分
段V-com電極(共用電極)的一個或多個段、源極驅動線、柵極線、陽極子像素電極或陰極像
素電極,或任何其他適合的顯示元件。這些顯示電極可布置于適當的顯示屏襯底上。例如,
共用電極可以布置在一些顯示屏(例如,平面內切換(IPS)、邊緣場切換(FFS)或平面至線切
換(PLS)有機發光二極管(OLED))中透明襯底(玻璃襯底、TFT玻璃上或任何其他透明材料)
上,在一些顯示屏(例如,圖案垂直調整(PVA)或多域垂直調整(MVA))的濾色玻璃的底部上,
在發光層(OLED)上等。在這種實施例中,顯示電極也可以稱為“組合電極”,因為它執行多種
功能。在各種實施例中,傳感器電極120的每個包括一個或多個共用電極。在其他實施例中,
至少兩個傳感器電極120可共享至少一個共用電極。雖然下面的描述可以描述傳感器電極
120和/或網格電極包括一個或多個共用電極,如上所述的各種其他顯示電極也可以與共用
電極結合來使用或作為共用電極的備選。在各種實施例中,傳感器電極120和網格電極包括
整個共用電極層(Vcom電極)。

在各種觸摸屏實施例中,“電容性幀速率”(獲得連續電容性圖像的速率)可以與
“顯示幀速率”(更新顯示圖像的速率,包括刷新屏幕來重新顯示相同的圖像)的那個相同或
不同。在各種實施例中,電容性幀速率是顯示幀速率的整數倍。在其他實施例中,電容性幀
速率是顯示幀速率的分數倍。在又一些實施例中,電容性幀速率可以是顯示幀速率的任何
分數或整數倍。在一個或多個實施例中,顯示幀速率可以變化(例如,以降低電能或者提供
諸如3D顯示信息的附加圖像數據),而觸摸幀速率保持恒定。在其他實施例中,顯示幀速率
可以保持恒定,而觸摸幀速率增加或減少。

繼續參考圖3,耦合到傳感器電極120的處理系統110包括傳感器模塊310,以及可
選地,顯示驅動器模塊320。傳感器模塊310包括配置成在期望輸入感測的時期期間驅動傳
感器電極120的至少一個用于電容性感測的電路。在一個實施例中,傳感器模塊310配置成
驅動調制信號到該至少一個傳感器電極120上,來檢測該至少一個傳感器電極和輸入對象
之間的絕對電容的變化。在另一實施例中,傳感器模塊310配置成驅動發射器信號到該至少
一個傳感器電極120上,來檢測該至少一個傳感器電極和另一個傳感器電極120之間的跨電
容的變化。調制信號和發射器信號一般是變化的電壓信號,其包括在分配用于輸入感測的
時間段內的多個電壓轉變。在各種實施例中,傳感器電極120和/或網格電極可以按不同模
式的操作而不同地驅動。在一個實施例中,傳感器電極120和/或網格電極可以以在相位、幅
度和/或形狀中任一個上不同的信號(調制信號、發射器信號和/或屏蔽信號)驅動。在各種
實施例中,調制信號和發射器信號在形狀、頻率、幅度和/或相位中至少一個上相似。在其他
實施例中,調制信號和發射器信號在頻率、形狀、相位、幅度和相位上不同。傳感器模塊310
可以選擇性地耦合傳感器電極120和/或網格電極中的一個或多個。例如,傳感器模塊310可
以耦合傳感器電極120的所選擇部分并且按絕對或跨電容性感測模式來操作。在另一示例
中,傳感器模塊310可以是傳感器電極120的不同部分并且按絕對或跨電容性感測模式來操
作。在又一示例中,傳感器模塊310可以耦合到所有傳感器電極120并按絕對或跨電容性感
測模式來操作。

傳感器模塊310配置成將網格電極作為屏蔽電極來操作,屏蔽電極屏蔽傳感器電
極120免受附近導體的電效應所影響。在一個實施例中,處理系統配置成將網格電極作為屏
蔽電極來操作,該屏蔽電極可以“屏蔽”傳感器電極120免受附近導體的電效應所影響,并且
保護傳感器電極120免受網格電極所影響,從而至少部分地降低網格電極和傳感器電極120
之間的寄生電容。在一個實施例中,驅動屏蔽信號到網格電極上。屏蔽信號可以是地信號,
諸如系統地或其他地,或任何其他恒定電壓(即非調制的)信號。在另一實施例中,將網格電
極作為屏蔽電極來操作可以包括電浮動網格電極。在一個實施例中,網格電極在被電極浮
動時能夠作為有效屏蔽電極來操作,這是由于其與其他傳感器電極的大耦合。在其他實施
例中,屏蔽信號可以被稱為“保護信號”,其中保護信號是變化的電壓信號,其具有與驅動到
傳感器電極上的調制信號相似的相位、頻率及幅度中的至少一個。在一個或多個實施例中,
布線跡線可以被屏蔽以免因在網格電極和/或傳感器電極120之下的布線而響應輸入對象,
并且因此可以不是示出為傳感器電極120的有源傳感器電極的一部分。

在一個或多個實施例中,電容性感測(或輸入感測)和顯示更新可以在至少部分重
疊的時期期間發生。例如,當共用電極被驅動用于顯示更新時,該共用電極也可以被驅動用
于電容性感測。在另一實施例中,電容性感測和顯示更新可以在非重疊時期(也稱為非顯示
更新時期)期間發生。在各種實施例中,非顯示更新時期可以在用于顯示幀的兩個顯示線的
顯示線更新時期之間發生,并且可以在時間上至少與顯示更新時期一樣長。在這樣的實施
例中,非顯示更新時期可以被稱為“長水平消隱期”、“長h-消隱期”或“分布式消隱期”,其中
消隱期在兩個顯示更新時期之間發生,并且至少與顯示更新時期一樣長。在一個實施例中,
非顯示更新時期在幀的顯示線更新時期之間發生,并且足夠長以允許要被驅動到傳感器電
極120上的發射器信號的多個轉變。在其他實施例中,非顯示更新時期可以包括水平消隱期
或垂直消隱期。處理系統110可以配置成在不同非顯示更新時間的任何一個或多個或任何
組合期間,驅動傳感器電極120用于電容性感測。同步信號可以在傳感器模塊310和顯示驅
動器模塊320之間共享,以提供具有可重復地連貫的頻率和相位的重疊顯示更新和電容性
感測時期的準確控制。在一個實施例中,這些同步信號可以配置成允許相對穩定的電壓在
輸入感測時期的開始和結束與具有相對穩定電壓的顯示更新時期恰好重合(例如,接近輸
入積分器重置時間的結束或接近顯示充電共享時間的結束)。調制信號或發射器信號的調
制頻率可以處于顯示線更新速率的諧波(harmonic),其中確定相位來提供從顯示元件到接
收器電極的幾乎恒定的電荷耦合,從而允許這個耦合作為基線圖像的一部分。

傳感器模塊310包括配置成在期望輸入感測的時期期間,以傳感器電極120和/或
網格電極接收包括對應于調制信號或發射器信號的效果的結果信號的電路。傳感器模塊
310可以確定輸入對象在感測區170內的位置或可以提供包括指示結果信號的信息的信號
至另一模塊或處理器,例如,確定模塊330或關聯電子裝置150的處理器(即主處理器),以供
確定輸入對象在感測區170中的位置。

顯示驅動器模塊320可以被包括在處理系統100內,或與處理系統110分離。顯示驅
動器模塊320包括配置成在非感測(例如顯示更新)時期期間,向顯示裝置160的顯示器提供
顯示圖像更新信息的電路。

在一個實施例中,處理系統110包括第一集成控制器,其包括顯示驅動器模塊320
和傳感器模塊310的至少一部分(即發射器模塊和/或接收器模塊)。在另一實施例中,處理
系統110包括第一集成控制器,其包括顯示驅動器320,以及第二集成控制器,其包括傳感器
模塊310。在又一實施例中,處理系統包括第一集成控制器,其包括顯示驅動器模塊320和傳
感器模塊310的第一部分(例如發射器模塊或接收器模塊中的一個),以及第二集成控制器,
其包括傳感器模塊310的第二部分(例如發射器和接收器模塊中另一個)。在包括多個集成
電路的那些實施例中,同步機制可以耦合在它們之間,配置成同步顯示更新時期、感測時
期、發射器信號、顯示更新信號等。

示例性力感測排列

圖4例示依照本文描述的實施例的、包括顯示和力傳感器的示例性裝置。具體而言,圖4
例示示例性裝置400的截面圖。裝置400的一些非限制性示例包括智能電話、平板以及其他
移動計算裝置。

裝置400包括配置成支撐和/或保持裝置400內的顯示組合件407的邊框件405。在
一些實施例中,邊框件405可以至少部分地限定顯示組合件407的范圍。例如,在圖4中示出
的邊框件405的兩個單獨部分可以是單個構件,其具有用于限定顯示組合件407的范圍的任
何適合形狀。顯示組合件407可以倚靠著邊框件405的一個或多個表面安裝,和/或與其附
接,其中該一個或多個表面諸如垂直部分(即沿Z方向對齊)以及水平部分(即沿Y方向對
齊)。在一些實施例中,顯示組合件407通過一個或多個間隔件435與邊框件405的水平部分
附接。邊框件405還與后蓋410耦合。在一個備選實施例中,邊框件405和后蓋410形成為單個
組件。邊框件405與后蓋410的附接以及倚靠著邊框件405來安裝顯示組合件407的這個組
合,進行操作來封裝裝置400的其他組件,并且一般地提供完全裝配的裝置400的外觀。

如所示出,框架件415沿X-Y平面延伸,并且布置在邊框件405和后蓋410之間。框架
件415可以向所裝配裝置400、用于至裝置400的組件的物理附接的附加耦合點等提供附加
的硬度。框架件415可以具有大體上連續的平面形狀,或可以定義一個或多個開口,電線通
過該開口延伸來連接框架件415的相對側上的組件。框架件415可以完全或部分由金屬材料
建造。在一些實施例中,框架件415包括與地或另一電壓基準的電流連接。

顯示組合件407包括用于保護玻璃420和用于LCD 430的單獨層。為了簡化,其他顯
示相關層未示出。進一步地,在一些實施例中,顯示組合件407包括在顯示組合件407的一層
或多層內的多個傳感器電極,其配置成執行相對于裝置400的輸入表面425的觸摸感測。如
上關于圖1-3所描述的,多個傳感器電極可以包括在一個或多個襯底上,并且布置在顯示組
合件407的觀看側上。

LCD 430的底面445、框架件415的頂面465以及邊框件405的部分定義Z方向上具有
高度h的第一容積460。第一容積460可以是空氣間隙或者包括適用于力傳感器440的電容測
量的其他電介材料。在一些實施例中,力傳感器440布置在顯示組合件407的非觀看側,并且
至少部分在第一容積460內。如所示出的,力傳感器440與LCD 430耦合。一般而言,力傳感器
440包括配置成被驅動的一個或多個電極,并且該一個或多個電極使結果信號被測量來確
定外加力的量。當力被施加到輸入表面425(例如在Z方向上按壓保護玻璃420),顯示組合件
407向下彎曲(由于保護玻璃420的彎曲和/或將保護玻璃420與邊框件405耦合的粘合劑的
壓縮),導致力傳感器440在第一容積460內移位。一般而言,移位導致力傳感器440內電極的
電容變化以及隨框架件415的電容變化。可以測量電容變化并用來確定施加到輸入表面425
的力的量。

在其他實施例中,力傳感器440布置在第一容積460內顯示組合件407的非觀看側
上的備選位置。在一個實施例中,力傳感器440安裝在框架件415上并且測量相對于LCD 430
內一個或多個導電層的電容。

框架件415的底面以及后蓋410的表面定義裝置400內的第二容積470。在一些實施
例中,印刷電路板組合件(PCBA)475以及電池480布置在第二容積470內。PCBA 475由電池
480供電,并且一般而言包括處理系統110的一些或全部(例如示出在圖3中的傳感器模塊
310、顯示驅動器模塊320和/或確定模塊330)。

圖5A-5C例示依照本文描述的實施例的、力傳感器的示例性實現的操作。具體而
言,排列500、525及550例示使力傳感器440安裝在框架件415上,盡管力傳感器440的其他定
位也是可能的。盡管排列500、525、550示出利用電容測量執行力感測的一般原理,其他類型
的力傳感器也預期用于采用文本討論的自適應力感測技術使用。力傳感器的其他非限制性
示例包括電阻性、光及壓電。

排列500例示力傳感器440的示例性跨電容性實現。力傳感器440包括具有任何合
適排列的多個傳感器電極505-1、505-2。如所示出的,傳感器電極505-1配置成作為發射器
電極來驅動,而傳感器電極505-2配置成接收包括來自所驅動發射器電極的效果的結果信
號(由電場線510例示)。然而,LCD 430的導電層515與地耦合,并且導致在傳感器電極505-1
和505-2之間遷移的電荷量的降低。隨著導電層515和傳感器電極505-1、505-2之間的距離
減少(例如在按壓期間),導電層515和傳感器電極505-1、505-2之間的電容性耦合增加并且
更多的電荷耦合到導電層515內。可以測量耦合到傳感器電極505-2中的電荷的不同量,并
且其與外加力的量相關。

一般而言,當與絕對電容性感測實現相比較,跨電容性力感測實現可能對寄生電
容和其他環境因素不太敏感。然而,具有足夠的外加力的情況下,空氣間隙可以變得非常薄
或者可以完全消除。如所示出的,當空氣間隙被消除,LCD 430物理地接觸力傳感器440。在
其他實施例中,諸如導電框架件的另一表面物理地接觸力傳感器440。若消除空氣間隙并且
接觸力傳感器的那個表面的接地不完全,電荷會從發射器電極通過欠接地表面并遷移到接
收器電極中。從而,可以減少或者在一些例子中可以增加在傳感器電極505-2接收的所測量
電荷,從而影響結果信號的精確度并且潛在地產生假性結果。

排列525例示力傳感器440的示例性絕對電容實現。如所示出的,傳感器電極505-1
配置成由信號驅動,并且測量包括所驅動信號的效果的結果信號。一般而言,傳感器電極
505-1和導電層515之間電容性耦合(由電場線510示出)以及傳感器電極505-1和框架件415
之間的電容性耦合(由電場線530示出)影響耦合離開傳感器電極505-1的電荷量,其可以被
測量并與外加力的量相關。

欠接地的效果,關于跨電容性實現所討論,通過使用絕對電容方案達該時間的至
少一部分而被極大減輕。在絕對電容性方案中,耦合到表面中的電荷量隨著表面接近力傳
感器440而增加;然而,電荷量將不會減少。然而,絕對電容度量可以因不同于力表面的彎曲
的因素而變化。因此,在一些實施例中,力傳感器440配置成按混合模式操作,其中絕對電容
和跨電容技術都用來測量施加到輸入表面的力。

排列550示出力傳感器440的示例性單元內(in-cell)實現。在排列550中,力傳感
器440利用布置在LCD 430內并用于顯示更新的傳感器電極測量電容性耦合。在一些實施例
中,傳感器電極還用來感測在輸入表面處或在輸入表面上方的輸入對象的接近。在一個實
施例中,在非顯示更新時期(諸如水平消隱期、垂直消隱期、長水平消隱期等)執行傳感器電
極505-1上的測量。作為結果,傳感器電極505-1不要求屏蔽來防止噪聲以及由顯示更新處
理導致的不需要的耦合。進一步地,在消隱期,共用電極層(或VCOM)保持在恒定電壓。

在力傳感器電極不與LCD 430連接的實現中,傳感器電極505-1可以配置成以LCD
430的共用電極測量電容性耦合。當執行傳感器電極505-1的測量時,共用電極可以一起保
持在恒定電壓(或以其驅動)。在這樣的實施例中,跨電容感測避免能隨欠接地發生的信號
反相。

自適應力感測

圖6是依照本文描述的實施例的、例示配置成執行自適應力感測的處理系統的示例性
布置的框圖。在布置600的處理系統110中,傳感器模塊310包括力感測子模塊605(或“力感
測模塊”),其配置成確定關聯輸入表面的力輸入信息。一般而言,討論電容性力感測技術;
然而,自適應力感測技術可以應用到其他類型的力傳感器。

力感測子模塊605包括按壓動作識別子模塊610,其配置成基于由關聯力傳感器執
行的測量確定不連續按壓動作的發生。釋放動作識別子模塊615配置成基于力度量確定不
連續釋放動作的發生。在一些實施例中,按壓動作和/或釋放動作配置成使力感測子模塊
605在不同的操作狀態620之間轉換。操作狀態620的一些非限制性示例包括“非按壓”狀態、
“按壓”狀態以及“釋放”狀態。這些示例關于圖8更詳細地討論。

在操作期間,力感測子模塊605可以確定一個或多個非按壓力值625、一個或多個
按壓閾值630、一個或多個釋放閾值635、一個或多個最大力值640、一個或多個最小力值645
以及釋放因子650。這些值中的每個可以由按壓動作識別子模塊610和/或釋放動作識別子
模塊615用來確定何時宣告按壓動作或釋放動作。例如,當力度量超過非按壓力值625按壓
閾值630時,按壓動作識別子模塊610可以宣告按壓動作。非按壓力值625可以基于最小力值
來確定。重要的是,力傳感器的一些實現呈現滯后的效果,其中當前力度量受一個或多個之
前力度量影響。本文討論的自適應力感測技術趨于減輕(或計及)滯后的效果,從而提供輸
入的更一致和/或精確的力度量。

力感測子模塊605還包括力速率確定子模塊655,其配置成利用力傳感器的度量確
定所施加的力速率。在一些實施例中,按壓動作識別模塊610將所確定力速率與速率閾值
660進行比較來確定是否宣告按壓動作。例如,力度量的慢增加可能由信號漂移引起,信號
漂移并不精確反映至力傳感器的輸入并且應該被排除。可以設置速率閾值660到大于信號
漂移的期望幅度或范圍的值。從而,當所確定力速率超過速率閾值660,力度量可能是起因
于至力傳感器的實際輸入而不是信號漂移。因此,當速率閾值660被超過,按壓動作識別模
塊610能在力度量超過其對應閾值(例如非按壓力值625和按壓閾值之和)時宣告按壓動作。

力感測子模塊605還包括位置補償子模塊665。返回參考圖4,響應施加到輸入表面
的力,當與朝邊緣(即邊框件405附近)施加的壓力相比,保護玻璃420的彎曲響應模式對施
加在輸入表面中心附近的壓力更敏感得多。

返回到圖6,力度量可以與由觸摸感測子模塊670(或者“觸摸感測模塊”)獲得的位
置信息675關聯,來改進輸入表面的那些不太敏感的區域內的力感測性能。位置信息675的
使用還可以允許力度量來確定由多個并發輸入(例如多點觸摸)中每個所施加的力。例如,
力度量可以是零維的,表示不具有任何位置信息的力的量。在這樣的例子中,力度量不能單
獨分辨多個并發輸入。然而,觸摸感測模塊670可以提供與力度量關聯的一維或二維的輸入
位置信息675。

圖7是依照本文描述的實施例的、例示示例性自適應力感測操作的圖表。更具體
地,圖表700例示力感測模塊605(見圖6)基于從力傳感器440(見圖4)接收的輸入的示例性
操作。圖表700并非按比例繪制;可以與本文描述的技術一致地使用任何合適水平的時間和
力分辨率(resolution)。

力曲線705反映力傳感器獲得的力度量。盡管力曲線705示出為大體上連續的曲
線,力曲線705可以備選地由多個離散力度量表示。進一步地,在一些實施例中,力曲線705
可以備選地反映所獲得力度量的時間-平均或其他信號濾波或平滑。

例如,力感測模塊可以計算當前幀的平均增量圖像值,其中平均是對一些或全部
觸摸像素來獲取。在使用單個觸摸像素的例子中,當前增量值可以被認為是平均增量值。力
感測模塊可以將諸如無限脈沖響應(IIR)、移動平均數等的時間濾波器(temporal filter)
應用到平均增量值上,來產生對應于幀k的力度量Fk。力度量可以基于觸摸或按壓輸入的位
置進行位置補償,其將關于圖9進一步討論。

圖表700內的數個變量也關于圖6的布置600來描述。應注意,力感測模塊還可以,
不同于關于圖6明確討論的那些(例如非按壓力值625、按壓閾值630、釋放閾值635等等),儲
存其他度量和/或執行其他計算。在一個非限制性示例中,力感測模塊可以執行算術操作來
確定不同值和/或倍增(multiplicative)值。然而,更復雜的操作(例如統計的)也是可能
的。其他度量和或其他計算中的一些可以用來導出關于圖6討論的值、因子等。例如,釋放因
子650與最大力值640的乘積可用來確定釋放閾值635。由力感測模塊儲存的變量的一些附
加示例示出為低值曲線706和高值曲線708,每個的操作將在下面更完全地描述。

在時間t0,力度量位于第一力水平F0。一般而言,力傳感器度量的滯后的效果在時
間t0為相對最小(即由力曲線705表示的信號是相對相當穩定的)。在一些例子中,穩定力水
平F0與第一非按壓力值625-1對應,在其期間力感測子模塊按“非按壓”操作狀態來操作。在
時間t0,低值曲線706追蹤最小力值,其可以用來確定非按壓力值625-1和在隨后的按壓動
作期間發生的最大力值640-1之間的差。

在時間t1,當力水平F1超過第一非按壓力值625-1第一按壓閾值630-1時,力感測模
塊宣告第一按壓動作。在一些實施例中,力感測模塊也可以確定力曲線705的速率(即斜
率),并僅當所確定速率超過速率閾值時宣告第一按壓動作。如上所述,可以設置速率閾值
來保證信號漂移和/或其他效果不觸發按壓動作。在一些實施例中,宣告第一按壓動作將力
感測模塊轉變到“按壓”操作狀態,其一般地持續直到隨后的釋放動作的發生(如所示,在時
間t3)。在按壓操作狀態期間,高值曲線708一般追蹤力曲線705的值,直到在時間t2到達最大
力值640-1。

在時間t2和力水平F2,力感測模塊確定在按壓動作期間發生的第一最大力值640-
1。當在第一按壓動作期間到達最大力值640-1之后,高值曲線708保持在最大力值640-1。

力感測模塊確定釋放閾值635-1,其用來基于所確定最大力值640-1確定隨后的釋
放動作。在一些實施例中,設置釋放閾值635-1為小于最大力值640-1的力的所確定量715-
1。在一些實施例中,力的量715-1是基于最大力值640-1和非按壓力值625-1之間的所確定
差710-1。例如,力的量715-1可以是釋放因子與差710-1的乘積(即,對差710-1進行縮放)。

在時間t3和力水平F3,力感測模塊基于所確定釋放閾值635-1宣告第一釋放動作。
力感測模塊可以轉變到“釋放”操作狀態,其在轉變到“非按壓”操作狀態之前可以是瞬間
的。在釋放操作狀態期間,力感測模塊導致低值曲線706開始追蹤力曲線705的值。

在備選實施例中,還可以基于力曲線705減小到不同于所確定釋放閾值635-1(其
取決于動態所確定高值曲線708和低值曲線706之間的差)的預確定閾值以下,來宣告釋放
動作。例如,力感測模塊可以將力的量(按絕對條件)設置為釋放閾值,其必須在宣告釋放動
作已發生之前連同釋放閾值635-1一起被滿足。

在時間t4和力水平F4,力感測模塊在宣告第一釋放動作后確定最小力值645-1。力
感測模塊可以將最小力值645-1設置為第二非按壓力值625-2用來確定隨后的按壓輸入。力
感測模塊還可以為隨后的按壓輸入確定第二按壓閾值630-2,其在一些例子中與第一按壓
閾值630-1相同。在其他例子中,第二按壓閾值630-2基于由力感測模塊確定的任何數量的
變量(例如最小力值645-1)而與第一按壓閾值630-1不同。此外,力感測模塊可以保持類似
于上述釋放因子值的按壓因子值,其乘以所確定變量或以其他方式與其組合來確定第二按
壓閾值630-2。低值曲線706可以保持在最小力值645-1用于確定隨后的按壓動作。

在備選實施例中,釋放操作狀態被省略,并且力感測模塊直接從按壓操作狀態轉
變到非按壓操作狀態,在其中確定最小力值645-1、第二非按壓力值625-2和/或第二按壓閾
值630-2。

在時間t5和力水平F5,力感測模塊基于確定力水平F5超過第二非按壓力值625-2第
二按壓閾值630-2來宣告第二按壓動作。力感測模塊再次轉變到“按壓”操作狀態,高值曲線
708在第二按壓動作期間開始追蹤力曲線705直到在時間t6到達第二最大力值640-2。

基于在時間t6到達力水平F6,力感測模塊確定第二釋放閾值635-2為小于最大力值
640-2的力的量715-2。與第一釋放閾值635-1一樣,量715-2可以基于最大力值640-2和第二
非按壓力值625-2之間的所確定差710-2,和/或釋放因子。

在時間t7和力水平F7,力感測模塊確定第二釋放動作。低值曲線706恢復追蹤力曲
線705的值用于隨后的按壓動作。應注意,時間t7以后(即在按壓的移除后)在力曲線705中
發生的逐漸衰退顯示滯后的效果。給予足夠時間而沒有進一步按壓輸入的情況下,力曲線
705可以穩定在某個力值,諸如F0。當相對于力曲線705的當前值來動態定義按壓閾值630-
1、630-2和釋放閾值635-1、635-2時,由力感測模塊執行的自適應力感測趨于減輕(或計及)
滯后的效果。

在備選實施例中,力感測模塊可以允許低值曲線706(例如其中穩定值被示出在時
間t0-t3以及時間t4-t7之間)和/或高值曲線708(例如其中穩定值被示出在時間t2-t5以及時
間t6后之間)的部分隨時間放寬(relaxed)。值的放寬可以隨時間追蹤與力傳感器一起發生
的環境或機械變化。

圖8是依照本文描述的實施例的、例示處理系統的力感測模塊的示例性操作的狀
態圖。狀態圖800一般而言與上面圖表700(圖7)以及力感測模塊605(見圖6)的討論一致。

力感測模塊的三個預定義操作狀態在圖800中示出:非按壓操作狀態620-1、按壓
操作狀態620-2以及釋放操作狀態620-3。其他數量的操作狀態是可能的。力感測模塊保持
用來執行自適應力感測的變量的數量:

低值Lk(例如圖7的低值曲線706),

高值Hk(例如圖7的高值曲線708),

力度量值Fk(例如圖7的力曲線705;應注意,力度值F k可以備選地表示隨時間的平均力
度量),

差值Δk(例如力度量值F k與低值Lk及高值Hk中所選一個之間的差),

最大差值Δmax(例如圖7的差710-1、710-2),

釋放因子R(例如圖6的釋放因子650),

力按壓閾值Fpress thr(例如圖6的按壓閾值630),

力速率值,以及

力速率閾值(例如圖6的速率閾值660)。

在非按壓操作狀態620-1,將低值Lk設置為之前低值Lk-1和當前力度量值Fk中的最
小值。將差值Δk設置為當前力度量值Fk和所確定低值Lk之間的差。當差值Δk大于力按壓閾
值Fpress thr(并且可選地,力速率值大于力速率閾值),宣告按壓動作并且力感測模塊
轉變到按壓操作狀態620-2。力感測模塊也將高值Hk設置為等于當前力度量值Fk。

在按壓操作狀態620-2,將高值Hk設置為之前高值Hk-1和當前力度量值Fk中的最大
值。將差值Δk設置為當前力度量值Fk和所確定低值Lk之間的差。將最大差值Δmax設置為高
值Hk和低值Lk之間的差。

當差值Δk小于最大差值Δmax與釋放因子R(在一些例子中,在0和1之間的值)的乘
積,力感測模塊轉變到釋放操作狀態620-3并且宣告釋放動作。力感測模塊也將低值Lk設置
為等于當前力度量值Fk。

一般而言,通過動態地調整低值Lk和高值Hk,在來自力傳感器的測量中發生的滯后
被計及。將釋放閾值動態地設置為在按壓狀態620-2期間所檢測的最大差值Δmax的分數,防
止由外加力的相對較小變化導致的釋放動作的錯誤檢測。

圖9是依照本文描述的實施例的、例示用于力感測的示例性位置補償的示意圖。更
具體地,圖900例示圖6的位置補償子模塊665的示例性操作。如上所述,當彎曲響應可以跨
輸入表面的表面區域變化時,位置補償可以是有益的。在一些例子中,諸如圖4的裝置400,
顯示裝置160的保護玻璃圍繞其外圍被支撐,并且與施加在側面邊緣附近的壓力相比較,其
對于施加在輸入表面905中心附近的壓力更敏感。

位置補償可以應用在力感測處理的任何合適階段。一些非限制性示例包括位置補
償在電容度量的非過濾平均變化上、在電容度量的過濾平均變化上、在基于電容度量的過
濾平均變化的力水平報告上,以及諸如此類上的應用。

類似地,任何合適算法可以用來執行位置補償。在一個非限制性示例中,公式1和2
用來計算沿X和Y維度的補償值,并且公式3a和3b中的一個用來計算二維補償值:


其中k表示縮放因子。

在另一非限制性示例中,二維補償值利用許多系數根據公式4計算:


在另一非限制性示例中,平面傾斜模型與薄板彎曲模型的組合可以用作補償值的基
礎。一旦確定補償值,位置-補償力可以根據公式5來確定:


另一非限制性示例包括執行校準和曲線擬合來確定補償值。

圖10是依照本文描述的實施例的、操作具有輸入表面的力敏感輸入裝置的方法。
一般而言,方法1000可以與上述各種實施例一致地執行。

方法1000在可選框1005開始,其中力感測模塊605確定施加到輸入表面上的力的
位置。在可選框1010,力感測模塊基于所確定位置對所檢測的施加到輸入表面上的力的量
進行補償。在其他實施例中,力度量的位置補償并非由力感測模塊執行。

在可選框1015,力感測模塊確定施加到輸入表面的力的速率超過至少速率閾值。
在框1020,力感測模塊基于檢測施加到輸入表面的力的量,其超過第一非按壓力值至少第
一按壓閾值,來宣告第一按壓動作。在一些實施例中,僅在框1015被滿足時宣告第一按壓動
作。

在框1025,力感測模塊確定在第一按壓動作期間施加到輸入表面的最大力值。在
框1030,力感測模塊基于所確定最大力值設置釋放閾值用于隨后的釋放動作。

在框1035,力感測模塊基于確定施加到輸入表面的力的量已從最大力值減少至少
釋放閾值,來宣告隨后的釋放動作。在框1040,基于宣告隨后的釋放動作,力感測模塊為第
二按壓動作確定第二非按壓力值。

在框1045,在宣告隨后的釋放動作后,力感測模塊確定施加到輸入表面的最小力
值。在框1050,力感測模塊將最小力值設置為第二非按壓力值。在框1055,力感測模塊基于
第一按壓閾值確定所更新第二按壓閾值。

在框1060,力感測模塊基于檢測施加到輸入表面上的力的量,其超過第二非按壓
力值至少第二按壓閾值,來宣告第二按壓動作。方法1000隨框1060的完成而結束。

圖11是依照本文描述的實施例的、設置釋放閾值用于力敏感輸入裝置的釋放動作
的方法。一般而言,方法1100可以作為上述框1030的一部分來執行。

在框1105,力感測模塊確定最大力值和第一非按壓力值之間的差。在框1110,力感
測模塊將所確定差乘以預確定因子。方法1100隨框1110的完成而結束。

因而,提出本文闡述的實施例和示例以便最好地解釋依照本技術和其特定應用的
實施例,從而使得本領域技術人員能夠實現并使用本公開。但是,本領域技術人員將認識
到,前述描述和示例僅為了例示和示例的目的而提出。所闡述的描述并不意在是窮舉性的
或將本公開限定到所公開的精確形式。

綜上所述,本公開的范圍將由所附權利要求來確定。

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適應力
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