[发明专利]基于电容感测的力测定

说明书

相关申请的交叉引用

《专利合作条约》下的本专利申请要求于2013年2月8日提交的标题为“ForceDeterminationBasedonCapacitiveSensing”的美国临时性专利申请61/762,843、以及于2013年9月26日提交的标题为“LayeredForceSensor”的美国临时性专利申请61/883,181的优先权，上述专利的内容全文以引用方式并入本文中。

技术领域

本专利申请整体涉及感测触摸的力的系统和方法，尤其涉及与设备集成的用于检测和测量施加到设备表面的触摸的量或量值的电容力传感器。

背景技术

触摸设备一般可被表征为能够在设备的表面上接收触摸输入的设备。输入可包括设备上一个或多个触摸的位置，其可被解释为是命令、手势、或其他类型的用户输入。在一个实例中，触摸设备上的触摸输入可被传递到计算系统，并被用来解释与图形用户界面(GUI)的用户交互，包括例如选择显示器上的元素、重新定向或重新定位显示器上的元素、输入文本、和用户输入。在另一实例中，触摸设备上的触摸输入可被传递到计算机系统，并被用于解释用户与应用程序的交互。用户的交互可包括例如操纵音频、视频、照片、展示、文本等等。

通常，触摸设备上的触摸输入限于触摸在设备上的位置。然而在一些情况下，还检测和测量施加于设备的触摸的力可能是有利的。例如，能够以利用相对较轻的触摸的第一方式来操纵显示器上的计算机生成的对象，或者以利用相对更有力或更敏锐的触摸的第二方式来与对象交互，这对用户来说可能是有利的。以举例的方式，用户利用相对较轻的触摸移动显示器上的计算机生成的对象、然后另选地利用相对更有力或更敏锐的触摸相对于同一计算机选择或调用命令可能是有利的。更一般地，用户能够根据触摸力以多种方式提供输入可能是有利的。例如，用户可提供被解释为轻触摸的第一方式、中等触摸的第二方式、和有力触摸的第三方式等等的输入。另选地，用户能够利用变化的力的量提供模拟输入可能是有利的。这种类型的输入对于例如控制仿真车辆上的加速踏板或者飞行模拟器中飞机的控制表面、或者类似应用可能是有用的。用户能够提供诸如模拟身体运动或换句话说，在虚拟现实(VR)仿真(可能具有触觉反馈)中或在增强现实程序中的输入可能也是有利的。可能还有利的是使用触摸的力来解释多个触摸的相对程度(例如力)和位置，该多个触摸被提供给在触摸设备上同时使用的多个用户界面对象或元素。例如，触摸的力可被用于解释在弹奏乐器的应用中由于用户按压不止一个元素而产生的多个触摸。特别地，多个触摸的力可被用于解释用户在钢琴琴键上的多个触摸。类似地，多个触摸的力可被用于解释在控制机动车辆(具有分开的控制用于加速、制动、打信号灯、和转弯)的应用中用户的多个触摸。

发明内容

本专利申请提供了可被用于测量或确定通过用户接触触摸设备(诸如触敏表面，其一个实例是触摸屏)、或其他压敏输入元件(诸如虚拟模拟控件或键盘)、或其他输入设备而施加的力的量或量值、以及所施加的力的量或量值的变化的技术。这些技术可被结合到使用触摸识别、GUI的触摸元件、以及应用程序的触摸输入或操纵的各种设备(诸如触摸设备、触控板、和触摸屏)中。本专利申请还提供可被用于测量或确定用户在接触触摸设备时所施加的力的量或量值、以及所施加的力的量或量值的变化，并响应于此而提供可供触摸设备的用户使用的附加功能的系统和技术。

本文所述的某些实施例涉及力传感器，也被称为“力感测结构”或“力敏传感器”。力传感器可与电子设备的外壳集成，其一个实例是触敏电子设备或简称触摸设备。示例性力传感器可包括由可压缩元件或由气隙分开的上部部分和下部部分。上部部分可包括连接到上部电容板的上部主体，下部部分可包括连接到下部电容板的下部主体。在一些情况下，上部部分和下部部分形成可用于测量或检测所施加的力的量或量值的电容器。在其它情况下，上部部分和下部部分附接到另一类型的力传感器，诸如应变仪。可压缩元件通常由柔顺材料或有弹力的材料制成。在一些情况下，可压缩元件被称为“可变形中间主体”、中间元件、或“可压缩层”。