[发明专利]通过电容变化进行力感测

说明书

相关申请的交叉引用

本专利合作条约专利申请要求2012年12月14日提交的并且名称为“Force Sensing Based on Capacitance Changes”的美国临时申请61/737,722的优先权，其内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本专利申请总体涉及感测对表面施加的力，并且更具体地，涉及通过电容变化来感测力。

背景技术

触摸设备通常提供对用户触摸该设备的位置的识别，包括移动、手势和位置检测的其他效应。对于第一个示例，触摸设备可向计算系统提供关于用户与图形用户界面(GUI)以及其他GUI特征部进行交互的信息，用户与图形用户界面(GUI)的交互诸如指向元件、重新定向或重新定位那些元件、编辑或键入。对于第二个示例，触摸设备可向计算系统提供适用于用户与应用程序进行交互的信息，该信息诸如与动画、照片、图片、幻灯片演示、声音、文本、其他视听元件等等的输入或操纵相关的信息。

一些触摸设备能够使用已经作为触摸设备的部分的那些感测设备以外的感测设备来确定触摸位置或者多于一次触摸的多个位置。

然而，一般来讲，触摸是双态的。要么触摸存在并被感测到，要么不然。对于很多用户输入以及输入/输出设备而言都是这样。例如，键盘的键要么受到充分按压而使弹片开关塌落并生成输出信号，要么不然。鼠标按钮要么受到充分按压使开关闭合，要么不然。几乎没有电子设备采用力作为可变输入。

发明内容

本专利申请提供包括设备和方法步骤的技术，其可确定用户施加的力的大小，以及用户施加的力的大小的变化。例如，用户可能接触设备(诸如包括触敏表面的触摸设备，其中的一个示例是触摸显示器)或其他压敏元件(诸如虚拟模拟控制或键盘)或其他输入设备。可以将这些技术结合到还使用触摸识别的各种设备、GUI的触摸元件、应用程序中的触摸输入或操纵以及其他(诸如触摸设备、触摸板和触摸屏)中。本专利申请还提供技术，包括应用那些技术的设备和方法步骤，其可以确定如本文所述由用户所施加的力的大小以及所施加的力的大小的变化，以及响应于此，提供对实施那些技术的设备的用户可用的附加功能。

在一个实施例中，该设备可以包括挠性元件，诸如挠性可触摸表面，该挠性元件耦接到能够确定所施加的力的大小和位置的电路。例如，该挠性可触摸表面可以包括触摸设备或触摸显示器。在这样的实施例中，挠性元件可以包括设备叠层，其包括可压缩间隙和能够响应于表面挠曲(诸如由所施加的力引起的)检测电容变化的电容传感器。

对于一些第一示例，(1A)设备叠层可包括互电容电路或者自电容电路；(1B)设备叠层可包括被设置为检测或者测量电容或者电容变化的不透明、半透明或透明电路。

对于一些第二示例，电容传感器可定位在设备叠层中的各种位置中的一个位置(也可能是多个位置)处，包括(2A)显示元件上方或下方，(2B)集成到显示元件内，(2D)背光单元上方或下方或集成到背光单元内。

对于一些第三示例，可压缩间隙可包括气隙、可压缩物质或可压缩结构。

在一个实施例中，设备可以包括一种或多种技术(包括电路和设计或者包括方法步骤)，其可确定一组零力值测量，设备可由零力值测量确定一组变化以及一个或多个所施加的力。

例如，设备可以包括在制造时或者在早于向用户分配的另一步骤处确定的一组零力值测量，即使这些零力值测量可能会反而指示一定程度的表面挠曲，但是仍然可以使用与该组零力值测量的差异来确定实际所施加的力。

例如，设备可以包括响应于施加到设备框架的力来测量弯曲、扭转或扭曲或者其他表面变形，以调整这样的零力值测量。

例如，设备可以使用对确定取向或位置的一种或多种替代的测量，诸如一个或多个惯性传感器，以调整这样的零力值测量。在这样的情况下，设备可将零力值测量的调整结合到一个或多个用户界面特征部中。在这样的情况下的示例中，可以将对扭转或扭曲的测量或者对取向或位置的测量用作对游戏或模拟器的一个或多个元件的输入，或者对输入加以调整。

例如，设备可以使用可出现在所施加的力的精确位置以外的表面位置上的对表面挠曲的一个或多个测量。在这样的情况下，设备可以结合这样的对表面挠曲的测量来检测和测量所施加的力的电容检测器实际所定位的位置以外的位置处所施加的力。在这样的情况下的示例中，可以使用处于电容检测器的范围之外的所施加的力的检测和测量来在超出所施加的力检测或测量的有效表面处提供“软”用户界面按钮。