CN107132954A

CN107132954A - 用于力检测器的自适应性机械变化补偿

Info

Publication number: CN107132954A
Application number: CN201710108528.4A
Authority: CN
Inventors: 王营; A.L.施瓦茨; S.拉马克里什南
Original assignee: Synaptics Inc
Current assignee: Synaptics Inc
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2017-09-05
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: CN107132954B; US20170249049A1; US10048801B2

Abstract

电容性感测装置配置成使用触摸感测方法检测由输入对象施加到该装置的输入表面的力、外加上输入对象的定位。为了补偿电容性感测装置随时间的物理变化、气隙非均匀分布、以及其他机械改变和变化，实施例生成用于确定力信息的补偿因子。

Description

用于力检测器的自适应性机械变化补偿

技术领域

本公开的实施例一般涉及电容性感测，以及更具体地，涉及感测在使用电容性感测的输入表面上的力。

背景技术

包括接近传感器装置（通常也称为触摸垫或者触摸传感器装置）的输入装置被广泛应用于多种电子系统中。接近传感器装置典型地包括感测区，其通常由表面区分，在其中接近传感器装置确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可用于为电子系统提供接口。例如，接近传感器装置经常作为输入装置用于较大计算系统（诸如集成在或外设于笔记本或桌上型电脑的不透明触摸垫）中。接近传感器装置也经常用于较小的计算系统（诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏）中。

发明内容

本公开的实施例提供了一种操作具有多个传感器电极和至少一个力电极的电容性感测装置的方法。多个传感器电极的至少部分配置成向至少一个力电极偏转。该方法包括在没有力施加于电容性感测装置的输入表面时，储存力电极的基准电容；以及确定由输入对象接触输入表面引起的并基于力电极的当前电容和所储存的基准电容的力电极的电容变化。该方法进一步包括基于预定校准力、响应于施加于输入表面的预定校准力的力电极的电容变化、和校准基准电容，确定关联于电容性感测装置的机械变化补偿因子。该方法包括至少基于机械性变化补偿因子、基准电容、和电容变化，确定输入对象接触输入表面的力信息。

本公开的另一个实施例提供了一种用于电容性感测装置的处理系统，以及具有处理系统的电容性感测装置，两者都具有包括配置成执行所述方法的传感器电路的传感器模块。电容性感测装置包括输入表面，至少一个力电极和多个传感器电极。多个传感器电极的至少部分配置成向该至少一个力电极偏转。

附图说明

为了使本发明的上述特征能够以详细的方式来理解，通过参考实施例作出在上面简要总结的、本发明的更具体的描述，其中一些实施例在附图中例示。但要注意，由于本发明可容许其他相等地有效的实施例，这些附图仅例示本发明的典型实施例并且不应因此被认为对其范围的限定。

图1是依照本文描述的一个实施例的、示例输入装置的框图。

图2A-2B示出依照本文描述的实施例的、感测元件的示例图案的部分。

图3是依照实施例的、描述输入装置的截面的框图。

图4是依照实施例的、描述显示单元的截面的框图。

图5是依照另一个实施例的、描述输入装置的截面的框图。

图6A和6B是依照实施例的、描述当力由输入对象施加至输入装置时，各种状态下的输入装置的截面的框图。

图7是依照实施例的、描述校准集成显示器装置和电容性感测装置的方法的流程图。

图8是依照实施例的、描述操作集成显示器装置和电容性感测装置的方法的流程图。

为促进理解，在可能的地方使用同样的参考标号，来标明对附图而言是共同的同样元件。应预期到，一个实施方式中公开的元件可以获益地用到其他实施方式中，而无需明确记载。这里提到的图不应被理解为按比例绘制，除非确切说明。而且，为了呈现与解释的清晰，时常简化附图并且省略细节或组件。附图和讨论用于解释以下讨论的原理，其中相似的标号表示相似的元件。

具体实施方式

图1是依照本发明的实施例的、示例输入装置100的框图。输入装置100可配置成向电子系统（未示出）提供输入。如本文档中使用的，术语“电子系统”（或“电子装置”）广义地指能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如桌上型计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板、网页浏览器、电子书籍阅读器，和个人数字助手（PDA）。另外的示例电子系统包括复合输入装置，诸如包括输入装置100和独立的操纵杆或按键开关的物理键盘。进一步的示例电子系统包括诸如数据输入装置（包括遥控装置和鼠标），和数据输出装置（包括显示屏和打印机）的外围设备。其他示例包括远程终端、信息亭，和视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏装置等）。其他示例包括通信装置（包括蜂窝电话，诸如智能电话），和媒体装置（包括录制器、编辑器、和诸如电视的播放器、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。另外，电子系统可以是输入装置的主机或从机。

输入装置100能够被实现为该电子系统的物理部件，或者能与该电子系统物理地分离。适当情况下，输入装置100能使用下列方式的任何一个或多个与电子系统的部件通信：总线、网络，和其他有线或无线互连。示例包括I²C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF和IRDA。

在图1中，输入装置100示出为接近传感器装置（通常也称为“触摸垫”或“触摸传感器装置”），其配置成感测由一个或多个输入对象140在感测区120中提供的输入。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1所示。

感测区120包含在输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中输入装置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、形状和位置可能逐个实施例广泛变化。在一些实施例中，感测区120从输入装置100的表面沿一个或多个方向延伸至空间中直到信噪比阻止充分精确的对象检测。该感测区120沿特定方向延伸的距离，在各种实施例中，可能为大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者更多，并且可能随所用的感测技术的类型和期望精度而显著变化。因此，一些实施例感测输入，其中包括与输入装置100任何表面无接触、与输入装置100的输入表面（例如触摸表面）接触、与耦合一定量外加力或压力的输入装置100的输入表面接触、和/或它们的组合。在各种实施例中，输入表面可由传感器电极位于其中的壳体的表面来提供，由应用在传感器电极或任何壳体之上的面板来提供等。在一些实施例中，感测区120在投射到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。

输入装置100可以利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测在感测区120中的用户输入。该输入装置100包括一个或多个用于检测用户输入的感测元件。作为几个非限制性示例，输入装置100可以使用电容性、倒介电、电阻性、电感性、磁、声、超声，和/或光技术。

一些实现配置成提供跨一维、二维、三维，或更高维度空间的图像。一些实现配置成提供沿特定轴或平面的输入的投影。

在输入装置100的一些电容性实现中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入对象导致电场的变化，并且产生电容性耦合的可检测变化，其可作为电压、电流等的变化而被检测。

一些电容性实现利用电容性感测元件的阵列或者其他规则或不规则的图案来创建电场。在一些电容性实现中，独立的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。一些电容性实现利用电阻片，其可以是电阻均匀的。

一些电容性实现利用基于在传感器电极和输入对象之间的电容性耦合的变化的“自电容”（或“绝对电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极附近的电场，从而改变量得的电容性耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相对于参考电压（例如，系统地）调制传感器电极，以及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。

一些电容性实现利用基于在传感器电极之间的电容性耦合的变化的“互电容”（或“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极之间的电场，从而改变量得的电容性耦合。在一个实现中，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。发射器传感器电极可相对于参考电压（例如，系统地）来调制以传送发射器信号。接收器传感器电极可相对于参考电压保持大体恒定以促进结果信号的接收。结果信号可以包括对应于一个或多个发射器信号、和/或一个或多个环境干扰源（例如，其他电磁信号）的影响。传感器电极可为专用的发射器或接收器，或者可配置成既传送又接收。

在图1中，处理系统110示出为输入装置100的部件。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件来检测感测区120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路（IC）和/或其他电路组件的部分或全部。（例如，用于互电容传感器装置的处理系统可包括配置成采用发射器传感器电极来传送信号的发射器电路，和/或配置成采用接收器传感器电极来接收信号的接收器电路）。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，组成处理系统110的组件定位在一起，诸如在输入装置100的感测元件附近。在其他实施例中，处理系统110的组件在物理上是独立的，其中一个或多个组件靠近输入装置100的感测元件，而一个或多个组件在别处。例如，输入装置100可为耦合到桌上型计算机的外设，并且处理系统110可包括配置成在桌上型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（或许具有关联的固件）。作为另一示例，输入装置100可物理地集成在电话中，并且处理系统110可包括作为该电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其他实施例中，处理系统110也执行其他功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等。

处理系统110可以作为处理该处理系统110不同功能的一组模块来实现。每一模块可包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或它们的组合。在各种实施例中，可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传感器操作模块，其配置成操作感测元件来检测输入；识别模块，其配置成识别诸如模式变更手势之类的手势；以及模式变更模块，其用于变更操作模式。

在一些实施例中，处理系统110直接通过引起一个或多个动作来响应感测区120中的用户输入（或缺少用户输入）。示例动作包括变更操作模式，以及诸如光标移动、选择、菜单导航、和其他功能的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分（例如，向独立于处理系统110的电子系统的中央处理系统，如果这样一个独立的中央处理系统存在的话）提供关于输入（或缺少输入）的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从该处理系统110接收到的信息以对用户输入采取动作，诸如促进全范围的动作，包括模式变更动作和GUI动作。

例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的感测元件以产生指示感测区120中的输入（或缺少输入）的电信号。处理系统110在产生提供给电子系统的信息中可对该电信号执行任何适量的处理。例如，处理系统110可以数字化从传感器电极获得的模拟电信号。作为另一个例子，处理系统110可以执行滤波或其他信号调节。作为又一个例子，处理系统110可以减去或以其他方式计及基线，以使得信息反映电信号和基线之间的差异。作为另一些示例，处理系统110可确定位置信息，识别作为命令的输入，识别笔迹等。

本文使用的“位置信息”广义地包含绝对位置、相对位置、速度、加速度和其他类型的空间信息。示例性的“零维”位置信息包括近/远或接触/非接触信息。示例性的“一维”位置信息包括沿轴的位置。示例性的“二维”位置信息包括在平面中的运动。示例性的“三维”位置信息包括在空间中的瞬时或平均速度。进一步的示例包括空间信息的其他表示。也可确定和/或存储关于一种或多种类型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，输入装置100采用由处理系统110或由某个其他处理系统操作的附加输入组件来实现。这些附加输入组件可为感测区120中的输入提供冗余的功能性，或某个其他功能性。图1示出感测区120附近的按钮130，其能够用于促进使用输入装置100的项目的选择。其他类型的附加输入组件包括滑块、球、轮、开关等。相反地，在一些实施例中，输入装置100可在没有其他输入组件的情况下实现。

一些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，并且感测区120与显示屏的有源区的至少一部分重叠。例如，输入装置100可包括覆盖该显示屏的、大体透明的传感器电极，以及为关联的电子系统提供触摸屏界面。该显示屏可以是能向用户显示可视界面的、任何类型的动态显示器，并可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），或其他显示技术。输入装置100和显示屏可共用物理元件。例如，一些实施例可将相同电组件的一些用于显示及感测。作为另一示例，显示屏可部分或整个地由处理系统110操作。

应理解，尽管本发明的诸多实施例在完全功能设备的上下文中描述，本发明的机制能够作为采用多种形式的程序产品（例如软件）来被分配。例如，本发明的机制可作为电子处理器可读取的信息承载介质（例如，可由处理系统110读取的、非暂时性计算机可读和/或可记录/可写的信息承载介质）之上的软件程序来实现及分配。另外，无论用于执行分配的介质的特定类型，本发明的实施例同样地适用。非暂时性、电子可读介质的示例包括各种光盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可基于闪速、光、磁、全息、或任何其他存储技术。

图2A示出依照一些实施例的、感测元件的示例图案的部分。为了图示和描述的清晰，图2A以简单矩形的图案示出感测元件，并且未示出各种组件，诸如感测元件和处理系统110之间的各种互连。电极图案250A包括第一批多个传感器电极260（260-1、260-2、260-3，…260-n），和布置于第一批多个电极260上方的第二批多个传感器电极270（270-1、270-2、270-3，…270-m）。在示出的示例中，n=m=4，但是通常n和m各自是正整数，并且不一定彼此相等。在各种实施例中，第一批多个传感器电极260作为多个发射器电极（具体地称为“发射器电极260”）操作，而第二批多个传感器电极270作为多个接收器电极（具体地称为“接收器电极270”）操作。在另一个实施例中，一批多个传感器电极可配置成发射和接收，而另一批多个传感器电极也可配置成发射和接收。此外，处理系统110采用第一批和/或第二批多个传感器电极的一个或多个传感器电极来接收结果信号，而这一个或多个传感器电极采用绝对电容性感测信号调制。第一批多个传感器电极260、第二批多个传感器电极270、或两者都可布置于感测区120内。电极图案250A可耦合到处理系统110。

第一批多个电极260和第二批多个电极270彼此典型地、欧姆地绝缘。即，一个或多个绝缘体将第一批多个电极260和第二批多个电极270分隔开，并且防止其相互电短接。在一些实施例中，第一批多个电极260和第二批多个电极270由在交迭区布置于它们之间的绝缘材料分隔；在这样的构造下，第一批多个电极260和/或第二批多个电极270可以采用连接相同电极的不同部分的跳线形成。在一些实施例中，第一批多个电极260和第二批多个电极270由一层或多层绝缘材料分隔。在此类实施例中，第一批多个电极260和第二批多个电极270可布置于共同衬底的独立层上。在一些其他实施例中，第一批多个电极260和第二批多个电极270由一个或多个衬底分隔；例如，第一批多个电极260和第二批多个电极270可布置于相同衬底的相对面，或者布置于层压在一起的不同衬底上。在一些实施例中，第一批多个电极260和第二批多个电极270可布置于单个衬底的相同面上。

第一批多个传感器电极260和第二批多个传感器电极270之间的局部化电容性耦合的区域可形成“电容性图像”的“电容性像素”。第一和第二批多个传感器电极260和270之间的电容性耦合随感测区120内输入对象的接近和运动而改变。此外，在各种实施例中，第一批多个传感器电极260和第二批多个传感器电极270的每个与输入对象之间的局部化电容性耦合可称为“电容性图像”的“电容性像素”。在一些实施例中，第一批多个传感器电极260和第二批多个传感器电极270的每个与输入对象之间的局部化电容性耦合可称为“电容性概图”的“电容性量度”。

处理系统110可包括具有传感器电路204的传感器模块208。传感器模块208操作电极图案250A，使用具有感测频率的电容性感测信号接收来自电极图案内电极的结果信号。处理系统110可包括配置成确定来自结果信号的电容性量度的处理模块220。处理模块220可包括诸如数字信号处理器（DSP）、微处理器等的处理器电路222。处理模块220可包括软件和/或固件，其配置成由处理器电路222执行，以实现本文描述的功能。备选地，处理器模块220的一些或所有功能可完全在硬件内实现（例如，使用集成电路）。处理模块220可追踪电容性量度的变化，来检测感测区120内的输入对象。处理系统110可包括其他模块配置，而且由传感器模块208和处理模块220执行的功能一般可由处理系统110内的一个或多个模块或电路执行。处理系统110可包括其他模块和电路，并且可执行如以下一些实施例中描述的其他功能。

处理系统110可按绝对电容性感测模式或跨电容性感测模式操作。在绝对电容性感测模式中，传感器电路204中的接收器测量电极图案250A中传感器电极上的电压、电流、或者电荷，同时采用绝对电容性感测信号调制传感器电极以生成结果信号。处理模块220从结果信号生成绝对电容性量度。处理模块220可追踪绝对电容性量度的变化，以检测感测区120内的输入对象。

在跨电容性感测模式中，传感器电路204中的发射器采用电容性感测信号（也称为跨电容性感测模式中的发射器信号或调制信号）驱动第一批多个电极260的一个或多个。传感器电路204中的接收器测量在第二批多个电极270的一个或多个上的电压、电流、或者电荷，以生成结果信号。结果信号包括电容性感测信号和输入对象在感测区120内的影响。处理模块220从结果信号生成跨电容性量度。处理模块220可追踪跨电容性量度的变化，以检测感测区120内的输入对象。

在一些实施例中，处理系统110“扫描”电极图案250A，以确定电容性量度。在跨电容性感测模式中，处理系统110可驱动第一批多个电极260以传送发射器信号。处理系统110可操作第一批多个电极260，以使得一次一个发射器电极进行传送，或者多个发射器电极同时进行传送。在多个发射器电极同时传送的场合，这些多个发射器电极可传送相同的发射器信号，并且有效地产生更大的发射器电极，或者这些多个发射器电极可能传送不同的发射器信号。例如，多个发射器电极可以，依照使得它们对第二批多个电极270的结果信号的组合影响能够被独立地确定的一个或多个编码方案，传送不同的发射器信号。在绝对电容性感测模式中，处理系统110可一次接收来自一个传感器电极260、270的结果信号、或者一次接收来自多个传感器电极260、270的结果信号。在任何一种模式下，处理系统110可单一地或共同地操作第二批多个电极270，以获取结果信号。在绝对电容性感测模式中，处理系统110可并发地驱动沿一个或多个轴的所有电极。在一些示例中，处理系统110可驱动沿一个轴（例如，沿着第一批多个传感器电极260）的电极，而沿另一个轴的电极采用屏蔽信号、保护信号等驱动。在一些示例中，可以并发地驱动沿一个轴的一些电极和沿另一个轴的一些电极。

在跨电容性感测模式中，处理系统110可使用结果信号来确定电容性像素处的电容性量度。来自电容性像素的量度的集合形成代表像素处的电容性量度的“电容性图像”（也称为“电容性框架”）。处理系统110可在多个时间段内获得多个电容性图像，并且可以确定电容性图像之间的差异，以导出关于感测区120内输入的信息。例如，处理系统110可使用在连续时间段内获得的连续电容性图像来追踪一个或多个输入对象进入、退出感测区120、以及在感测区120内的运动。

在绝对电容性感测模式中，处理系统110可使用结果信号来确定沿传感器电极260轴和/或沿传感器电极270轴的电容性量度。这样的量度的集合形成代表沿轴的电容性量度的“电容性概图”。处理系统110可在多个时间段内获得沿轴一个或两者的多个电容性概图，并且可以确定电容性概图之间的差异，以导出关于感测区120内输入的信息。例如，处理系统110可使用在连续时间段内获得的连续电容性概图来追踪感测区120内输入对象的位置或接近。在其他的实施例中，每个传感器可为电容性图像的电容性像素，且绝对电容性感测模式可用于生成电容性图像，以加上或代替电容性概图。

输入装置100的基准电容是与感测区120内无输入对象相关联的电容性图像或电容性概图。基准电容随环境和操作条件而变化，并且处理系统110可用各种方法估计基准电容。例如，在一些实施例中，当确定没有输入对象处于感测区120内时，处理系统110取“基准图像”或“基准概图”，并且将那些基准图像或基准概图用作为基准电容的估计。处理模块220可计及电容性量度中的基准电容，从而电容性量度可称为“增量电容性量度”。因此，如本文使用的术语“电容性量度”包含相对于所确定基准的增量量度。

在一些触摸屏实施例中，第一批多个传感器电极260和第二批多个传感器电极270的至少一个包括用于更新显示屏的显示的、显示装置280的一个或多个显示电极，诸如“Vcom”电极（共用电极）、栅极电极、源极电极、阳极电极和/或阴极电极的一个或多个分段。这些显示电极可布置于合适的显示屏衬底上。例如，显示电极可布置在一些显示屏（例如，平面内转换（IPS）或平面至线转换（PLS）有机发光二级管（OLED））中的透明衬底（玻璃衬底、TFT玻璃，或任何其他透明材料）上；在一些显示屏（例如，图案垂直调整（PVA）或多域垂直调整（MVA））的色彩过滤玻璃的底部上；在发射层（OLED）之上等。显示电极也可称为“组合电极”，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，第一批和第二批多个传感器电极260和270的每个传感器电极包括一个或多个组合电极。在其他实施例中，第一批多个传感器电极260的至少两个传感器电极或者第二批多个传感器电极270的至少两个传感器电极可共用至少一个组合电极。此外，在一个实施例中，第一批多个传感器电极260和第二批多个电极270都布置在显示屏衬底上的显示叠层(display stack)内。此外，显示叠层内的传感器电极260、270的至少一个可包括组合电极。但是，在其他实施例中，只有第一批多个传感器电极260或者第二批多个传感器电极270（而不是两者都）布置于显示叠层内，而其他传感器电极在显示叠层外部（例如，布置于色彩过滤玻璃的相对面上）。

在一实施例中，处理系统110包括诸如专用集成电路（ASIC）的单一集成控制器，其具有传感器模块208、处理模块220、和任何其他模块和/或电路。在另一个实施例中，处理系统110可包括多个集成电路，其中传感器模块208、处理模块220和任何其他模块和/或电路可划分在这多个集成电路中。例如，传感器模块208可在一个集成电路上，而处理模块220和任何其他模块和/或电路可为一个或多个其他集成电路。在一些实施例中，传感器模块208的第一部分可在一个集成电路上，而传感器模块208的第二部分可在第二集成电路上。在这样的实施例中，第一和第二集成电路的至少一个包括其他模块（诸如显示驱动模块和/或显示驱动器模块）的至少部分。

图2B示出依照一些实施例的、感测元件的另一个示例图案的部分。为了图示和描述的清晰，图2B以矩形矩阵来呈现感测元件，并且未示出诸如处理系统110和感测元件之间各种互连的各种组件。电极图案250B包括以矩形矩阵布置的多个传感器电极210。电极图案250B包括按J行K列排列的传感器电极210_J,K（共同称为传感器电极210），其中J和K是正整数，尽管J和K的一个可能为零。应考虑到，电极图案250B可包括传感器电极210的其他图案，诸如极阵列、重复图案、非重复图案、非均匀阵列、单行或列、或其他合适的排列。此外，传感器电极210可为诸如圆形、矩形、菱形、星形、正方形、非凸、凸、非凹、凹等的任何形状。此外，可将传感器电极210再划分成多个不同的次电极。电极图案250耦合到处理系统110。

传感器电极210彼此典型地欧姆绝缘。此外，当传感器电极210包括多个次电极时，次电极可彼此欧姆绝缘。此外，在一个实施例中，传感器电极210可与位于传感器电极210之间的栅电极218欧姆地绝缘。在一个示例中，栅电极218可环绕传感器电极210（其布置在栅电极218的窗口216中）的一个或多个。在一些实施例中，电极图案250B可包括多于一个栅电极218。在一些实施例中，栅电极218可具有一个或多个分段。栅电极218可用作为屏蔽或者携带保护信号以供在采用传感器电极210执行电容性感测时使用。备选地或另外，栅电极218可在执行电容性感测时用作传感器电极。此外，栅电极218可与传感器电极210共面，但这并不是必要条件。例如，栅电极218可位于与传感器电极210不同的衬底上或者与传感器电极210相同的衬底的不同面上。栅电极218是可选的，并且在一些实施例中，不存在电极218。

在第一操作模式中，处理系统110可使用至少一个传感器电极210、通过绝对电容性感测来检测输入对象的存在。传感器模块208可测量传感器电极210上的电压、电荷、或电流，以获得指示传感器电极210和输入对象之间电容的结果信号。处理模块220使用结果信号来确定绝对电容性量度。在电极图案250B时，绝对电容性量度可用于形成电容性图像。

在第二操作模式中，处理系统110可使用传感器电极210的组、通过跨电容性感测来检测输入对象的存在。传感器模块208可采用发射器信号驱动传感器电极210的至少一个，并且可从传感器电极210的至少另一个接收结果信号。处理模块220使用结果信号来检测跨电容性量度并且形成电容性图像。

输入装置100可配置成在以上描述模式的任何一种中操作。输入装置100也可配置成在以上描述模式的任何两种或多种之间切换。处理系统110可以配置为如以上关于图2A所描述。

在一些实施例中，处理系统110进一步配置成确定输入对象的力信息。如图2A-2B所示，处理系统110可进一步耦合至一个或多个力电极212。处理系统110可确定力信息，以响应使用输入装置100的传感器电极、一个或多个力电极212、或两者的组合获得的电容性量度。例如，可在集成于输入装置100的显示器装置内的传感器电极和/或专用的力接收器电极之间获得跨电容性量度。在另一个示例实施例中，可使用传感器电极和/或力电极212获得自电容性量度。如以下进一步描述，输入装置100的传感器电极可以弯曲，以响应由输入对象施加的力。弯曲导致集成于显示器装置内的传感器电极的至少部分偏离平衡。由所施加力导致的传感器电极的偏转改变了传感器电极的至少一个与该一个或多个力接收器电极之间的距离，其可作为跨电容的变化被检测。取决于传感器电极和力电极212的配置，力信息可包括“力图像”、“力概图”、或者标量力值。力信息可与位置信息组合在一起来确定输入对象的位置和由输入对象施加的力。

图3是依照实施例的、描绘输入装置100的截面300的框图。输入装置100包括输入表面301、显示单元314、背光308、气隙/可压缩层310、和至少一个力电极312。输入表面301可包括诸如玻璃衬底的透明衬底。力电极312可为金属电极。在一些实施例中，力电极312可以为输入装置100的导电结构元件，其重复用于（例如，作为地）影响电容性量度以获取力信息。在其他实施例中，力电极312为专用的力接收器电极，其配置成用于捕获跨电容性量度以获得力信息。

在一实施例中，显示单元314包括色彩过滤衬底302、内部层305、和薄膜晶体管（TFT）衬底306。内部层305可包括各种层，诸如色彩过滤层、液晶显示器（LCD）材料层、导电层、绝缘层等。特别地，内部层305包括一个或多个形成传感器电极304的导电层。色彩过滤衬底302、内部层305、和TFT衬底306是柔性的，使得显示单元314是柔性的。

传感器电极304可具有各种配置。在一个示例中，传感器电极304可包括传感器电极图案250A中的多个传感器电极260。在另一个示例中，传感器电极304可包括传感器电极图案250B中的传感器电极210。在任何配置中，传感器电极304的每个包括至少一个配置用于显示更新和电容性感测的共用电极。

显示单元314布置于输入表面301和背光308之间。显示单元314是柔性的，并且当力施加于输入表面301时，其可以弯曲或折曲。在本示例中，力电极312与背光308由或为气隙或为可压缩材料层的气隙/可压缩层310分隔。在其他实施例中，背光308和气隙/可压缩层310可为绝缘导光材料的集成层。从而，依照一些实施例，传感器电极304布置于输入表面301和力电极312之间。传感器电极304配置成，当显示单元314响应于施加到输入表面301的力而弯曲至气隙/可压缩层310中时，向力电极312偏转。取决于施加至输入表面301的力的位置，传感器电极304的至少部分响应所施加力会向力电极312偏转。尽管图3示出了一个潜在实施例，应理解，各种其他的配置可在本文描述的原则下操作。例如，传感器电极304不需要布置于输入表面301和力电极312之间。此外，力电极和传感器电极不需要为完全不同的电极集合。传感器电极的一些可用作力电极，反之亦然。在一些实施例中，为了分别检测感测区内的力和输入对象位置，相同的电极既可用作力电极又可用作传感器电极。在一些实施例中，出于力检测的目的，传感器电极可永久或暂时地接地，或者保持相对恒定的电压。即，力电极可相对于具有相对恒定电压的对象偏转，以使得处理系统能够通过力电极检测所施加力。

图4是描绘显示单元400的备选实施例的截面的框图。显示单元400可以替代显示单元314来使用。在显示单元400中，接收器电极316布置于色彩过滤衬底302上。在一实施例中，传感器电极304可包括作为发射器电极操作的、传感器电极图案250A的多个传感器电极260，而接收器电极316可包括传感器电极图案250A的多个传感器电极270。在另一个实施例中，接收器电极316布置于内部层305内，而不是色彩过滤衬底302上。在另一个实施例中，接收器电极316布置于与传感器电极304相同的层上。

图5是依照另一个实施例的、描绘输入装置100的截面500的框图。在本实施例中，力电极312布置于显示单元314和背光308之间（即，“低于”显示单元314且“高于”背光308）。例如，力电极312可布置于显示单元314的TFT衬底306下方。在一些实施例中，气隙/可压缩层310将力电极312与接地层318（诸如输入装置的中框组件或输入装置的其他导电层）分离。在其他实施例中，气隙/可压缩层310将力接收器电极312与显示单元314分离。显示单元314可包括图3中的显示单元314、显示单元400等。

诸如OLED显示器的其他类型柔性显示单元可用于图3-5的实施例中。一般而言，显示单元可包括由LED、OLED、等离子体单元、电子油墨元件、LCD组件所形成的显示像素，或与柔性显示器兼容的其他合适的显示像素结构。传感器电极304布置于显示单元内，并且在弯曲柔性显示器的力被施加时，向力电极312偏转。

图6A和6B是依照实施例的、描绘由输入对象140向输入装置100施加力时，各种状态下的输入装置100的截面的框图。在图6A所示的第一状态600中，传感器电极布置于离力电极312距离（d₁）处，其至少为气隙/可压缩层310的“厚度”。

操作中，输入对象140（例如，手指）将给定力F施加到输入表面301，其转而导致显示单元314弯曲至气隙/可压缩层310中。布置于显示单元314内的传感器电极304的子集向力接收器电极312偏转。由所施加力导致的传感器电极的偏转改变了传感器电极的至少一个与一个或多个力接收器电极之间的距离（描绘为∆d），并且改变了传感器电极304和力接收器电极312之间的电容性耦合。电容性耦合的这个变化可用于确定施加力的量。在一个公式中，可使用力和位移之间的线性关系（即，F=k∆d）来确定力信息，其中依照以下等式1，基于电容的变化∆C₁确定位移∆d。

（1）

然而，依靠气隙/可压缩层310的原始尺寸（例如，传感器电极304和力电极312之间的距离d₁）来确定电容的改变、并且转而确定力信息具有若干机械挑战。在一些情况下，气隙/可压缩层310的尺寸可能因生产工艺中的微小变动而逐个装置变化。在其他情况下，气隙/可压缩层310的尺寸可能因装置的生命期内的机械应力而在特定的装置内改变。

例如，图6B描绘了第二状态610，其中输入装置100已经历一些机械改变。如所示，传感器电极和力电极312之间的距离减少到距离d₂，其中d₂小于第一状态600中的距离d₁。如果输入对象将相同的给定力F施加到输入装置100，传感器电极304的子集再次向力电极312偏转相同的位移距离∆d（回想线性关系F=k∆d）。然而，由于较小的间隙距离d2，相同的距离变化∆d作为更大的跨电容变化∆C₂被检测到，从而导致不准确的力信息。

在其他情况下，气隙/可压缩层310的尺寸可跨特定的装置（即，非均匀间隙）改变。即，力电极可能相对于气隙/可压缩层310的另一面上的导电层具有不平行的定向（即，倾斜的）。例如，气隙在某些位置较小而在其他位置较大。因此，机械差异和输入装置100的变化在确定输入对象在输入表面上的力信息中提出挑战。

因而，本公开的实施例提供了一种使用将输入装置的机械变化考虑在内的机械变化补偿因子来确定力信息的方法。所述技术移除、或减少力信息的确定对气隙/可压缩层的间隙距离的依赖，因为间隙距离会随时间和跨不同的装置改变。

在一个实施例中，用于使用机械变化补偿因子确定力信息的所述系统包括关于施加到输入表面的力的大小的校准阶段。如以下所述，实施例在校准期间储存对已知力的传感器响应，并且这个信息可用于估计在运行期间施加的力。在其他的实施例中，所述系统可经历其他校准阶段，诸如关于施加于输入表面的力的位置。在力位置校准中，实施例储存对已知力在传感器上不同位置的传感器响应；这个信息用于修正关于所施加输入力的位置的、传感器响应的非均匀性。

图7是依照实施例的、描绘校准集成显示器装置和电容性感测装置的方法700的流程图。尽管用于校准输入装置100的方法700被描述为由输入装置100内的处理系统110执行，应理解，在其他实施例中，输入装置100的校准阶段可由其他系统执行，诸如在制造工厂的专用校准系统。

方法700始于步骤702，其中处理系统110在没有力施加于输入装置100的输入表面时，确定力电极312的校准基准电容。尽管类似于先前描述的、与在感测区120内缺少输入对象相关的基准图像，校准基准电容是关联于没有力（例如，由输入对象140）施加于输入装置的输入表面的情况下获得的电容性量度。尽管应当理解，所述方法可以是输入装置100内的不同位置上的多个力电极，（但是）为了解释简单，本文从单个像素或单个力电极（即，单一电极方法）的角度描述实施例。

在一些实施例中，处理系统110使用基于力电极312和输入装置内导电层（例如，接地层318）之间的电容性耦合的、绝对电容感测方法，来确定力电极312的校准基准电容。在其他实施例中，处理系统110利用基于传感器电极304（充当发射器电极）和跨气隙布置的力电极312（充当接收器电极）之间的电容性耦合的变化的、跨电容感测方法，来确定力电极312的校准基准电容。处理系统110可在内存或存储器装置内储存确定的校准基准电容（C_bc），以用于后期找回和进一步计算。

在步骤704，预定的校准力施加于电容性感测装置的输入表面。在一些实施例中，配置成激励并且施加程序化量的力的校准装置可充当输入对象，并且采用第一校准力接触电容性感测装置的输入表面301。例如，校准装置可施加等于0.5 N的力的第一校准。在一些实施例中，校准力可施加于输入表面的指定位置。不同的校准力可用于各种实施例中，但是从其在选择后应当保持稳定的意义上来说，校准力是预定的。

在步骤706，处理系统110确定响应施加于输入表面的预定校准力（F_c）的力电极的电容变化（∆C_c）。在一些实施例中，处理系统110确定当前的电容性量度，并且计算与校准基准电容（如步骤702中确定）的差值。

在步骤708，处理系统110基于预定校准力、电容变化、和校准基准电容，计算关联于电容性感测装置的机械变化补偿因子。所确定的机械变化补偿因子和其他值（例如，校准力F_c）可储存在输入装置的存储器或内存（例如，ROM）中，以用于确定在运行时的力信息。在一个公式中，机械变化补偿因子m可计算为电容变化∆C_c对校准基准电容C_bc与电容变化∆C_c之和的比率除以校准力F_c，如等式（2）所示。

（2）

在一些实施例中，可以通过测量针对施加于单一位置的多个力的传感器响应来捕获由可压缩层310的材料（例如，由气隙的形状）导致的任何非线性效应，来扩展校准方法700。例如，处理系统110可重复步骤704到708，在输入表面的固定位置施加不同的力，并且获取所产生的传感器响应。使用（这些）多个量度，处理系统110可将二阶多项式匹配到量得的传感器响应曲线，并且在报告力的时候转换这种映射。

图8是依照实施例的、描绘操作集成显示器装置和电容性感测装置的方法800的流程图。方法800可由以上描述的处理系统110执行，以确定与输入装置100交互的输入对象的力信息或者力信息和位置信息两者。在一实施例中，处理系统110在诸如垂直消隐时间或水平消隐时间的非显示更新时间期间执行方法800的全部或部分。在另一个实施例中，非显示更新时间可以是在显示帧的显示线更新之间发生且至少与显示线更新期一样长的长水平消隐期。在一些实施例中，一个非显示更新期可用于力感测，而其他非显示更新期可用于触摸感测。

方法800始于步骤802，其中处理系统110储存在缺少任何输入对象和施加力情况下，即没有力施加于电容性感测装置的输入表面时，力电极（当前的）基准电容。在一些实施例中，处理系统110使用基于力电极312和气隙/可压缩层310另一面上的导电层之间的电容性耦合以及力电极312与输入装置100内其他电组件之间的其他电容耦合的、“自电容”（或“绝对电容”）感测方法，来获得力电极312的“原始”电容量度。原始电容量度可包括组件电容，诸如力电极312和显示单元314内的导电接地层之间的显示器电容（C_LCD）、或者与输入装置的内部集成电路（例如，处理系统110）的电容性耦合。

在其他实施例中，处理系统110使用基于力电极之间的电容性耦合的跨电容性感测方法，来获得力电极312的原始电容量度。例如，处理系统110可采用力感测信号驱动传感器电极304。力感测信号包括调制信号，其电容性地耦合于力电极312—即，作为接收器电极。例如，如果输入装置100包括传感器电极图案250A，传感器电路204可采用力感测信号驱动传感器电极260。在另一个示例中，如果输入装置100包括传感器电极图案250B，传感器电路204可采用力感测信号驱动传感器电极210。处理系统110随后接收来自力电极312的结果信号。例如，传感器电路204可测量力接收器电极312上的电压、电流、或电荷，以生成结果信号。结果信号包括力感测信号和因施加于输入装置100的力导致的传感器电极304的任何偏转的效应。处理系统110可扫描力接收器电极312，以类似于上述跨电容性定位感测的方式来接收结果信号。

为获得更准确的量度，处理系统110可通过移除与力电极312和气隙/可压缩层310另一面上的导电层之间的“气隙”电容无关的电容，来修改原始电容。可通过生产测试或通过处理系统110进行的计算来预确定关联于给定输入装置的电容C_LCD。处理系统110可将电容C_LCD从原始电容移除或减去，以获得力电极的基准电容（C_b），如等式（3）所示。

（3）

在步骤804，处理系统110确定由输入对象接触输入表面引起的并基于力电极的当前电容和储存的基准电容（步骤802中）的力电极的电容变化∆C₁。在一些实施例中，处理系统110检测力电极312的自电容的变化。如先前所注，在一些实施例中，多个传感器电极布置于输入表面和至少一个力电极之间。多个传感器电极的至少部分配置成向至少一个力电极偏转，以响应施加于输入表面的力。力电极312和电容性感测装置的某个导电层之间的距离变化导致绝对电容性值的变化。在处理系统110检测传感器电极之间跨电容的变化的其他实施例中，传感器电极304和力电极312之间的距离变化导致跨电容性值的变化。

处理系统110可在电容性感测装置的操作期间—即，在校准阶段完成之后，更新机械变化补偿因子。在一个实施例中，处理系统110获取多个传感器电极的电容的第二变化，并基于电容的第二变化更新机械变化补偿因子的参数集合。

在步骤806，处理系统110基于预定的校准力、响应于施加于输入表面的预定校准力的力电极的电容变化、和校准基准电容，确定关联于电容性感测装置的机械变化补偿因子。在一些实施例中，处理系统110找回（例如，从内存或存储器）与电容性感测装置关联的预定机械变化补偿因子，其已经基于校准力、对校准力的传感器响应、和校准基准电容性量度而被计算，诸如方法700中确定的机械变化补偿因子。机械变化补偿因子在校准的时候提供关于基准间隙距离的信息，其可能与在确定力信息时候的基准间隙距离不同—即，基准间隙距离可能随电容性感测装置的年限减少。

在步骤808，处理系统110基于电容的变化、并且进一步基于机械变化补偿因子（m）和基准电容（C_b），确定输入对象接触输入表面的力信息。在一个公式中，输入对象的力信息可被估计为在运行时间产生的变化（即，偏转）相对在校准时间产生的变化乘以校准力的比率。关于在校准时间的传感器响应的信息可以，实际上，编码在补偿因子m内。在一个通过代入等式（1）和（2）导出的公式中，力电极i的力信息f_i可以根据等式（4）估计，其中∆C_i是响应于某个施加力的当前电容的变化（步骤806），C_b是基准电容（步骤802），C_bc是校准基准电容（步骤702），而m是机械变化补偿因子（步骤806）。

（4）

在一些实施例中，可针对电容性感测装置内的每个力电极i确定力信息，并且总力F_e可以估计为关联于每个力电极的所有力信息之和，如等式（5）所呈现。

（5）

在一个实施例中，力图像可以基于跨电容的变化确定，而呈现跨电容变化的跨电容性力图像中的“像素”可用于得出施加力的位置。因此，力信息可包括关于施加力的量级、或施加力的量级和位置两者的信息。

在一些实施例中，可以根据比例因子（例如p(x,y)），其依照输入对象的位置调整力信息，来修改确定的力信息，从而补偿关于所施加输入的位置的、传感器响应的非均匀性。比例因子可由在校准时间确定的查找表格呈现（例如，通过建模）。例如，可以使用薄板弯曲模型或Euler-Bernouli弯曲梁(bending beam)模型。校准可用于将模型的参数匹配于电容性感测装置的设计和响应。这样的方法提供了更紧凑的功能表现，也减少了校准负担，并且实现在现场使用期间自适应地更新模型参数的可能性。

可以修改用于确定电容性感测装置的力信息的所述技术，来利用所述计算的其它相似的公式。例如，在单一电极方法的另一个公式中，由力电极i针对将力施加于输入表面的输入对象所检测到的力信息f_i可根据等式（6）估算，其中∆C_i是响应于某个施加力的当前电容的变化（步骤806），p_ij(x,y)是比例因子，其补偿施加于具有坐标(x,y)的位置处的力，d₀是力电极312和传感器电极304之间的初始间隙距离，而k是关联于电容性感测装置的平行板常数。应理解，常数d₀和k关联于特定的力传感器设计和标称气隙，并且可在设计时间或校准时间确定。

（6）

等式7是类似于等式（6）的另一个公式，但是用于阐明总电容性响应。

（7）

因此，提出本文阐述的实施例和示例以便最好地解释依照本技术和其特定应用的实施例，从而使得本领域技术人员能够实现并使用本发明。但是，本领域技术人员将认识到，前述描述和示例仅为了例示和示例的目的而提出。所阐述的描述并不意在是穷举性的或将本发明限定到所公开的精确形式。

鉴于前文，本公开的范围由附随的权利要求来确定。

参考标号

Claims

1.一种操作具有多个传感器电极和至少一个力电极的电容性感测装置的方法，所述方法包括：

在没有力施加于所述电容性感测装置的输入表面时，储存所述力电极的基准电容，其中所述多个传感器电极的至少部分配置成相对于至少一个力电极偏转；

确定由输入对象接触所述输入表面引起的并基于所述力电极的当前电容和所述储存的基准电容的所述力电极的电容变化；

基于预定校准力、响应于施加于所述输入表面的所述预定校准力的所述力电极的电容变化、和校准基准电容，确定关联于所述电容性感测装置的机械变化补偿因子；以及

基于至少所述机械变化补偿因子、所述基准电容、和所述电容变化，确定所述输入对象接触所述输入表面的力信息。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

修改所述多个传感器电极的所述当前电容，以移除一个或多个组件电容，其中所述组件电容与所述电容性感测装置的组件关联。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述电容性感测装置包括显示器，并且所述组件电容包括显示器电容。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述组件电容包括内部集成电路电容。

5.如权利要求1所述的方法，其中确定所述输入对象接触所述输入表面的所述力信息进一步基于比例函数，其根据力的所述施加的定位修改所述力信息。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

获取所述多个传感器电极的第二电容变化，以及基于所述第二电容变化更新所述机械变化补偿因子的参数集合。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述校准基准电容已经，依照将已知力施加到所述电容性感测装置的所述输入表面上的校准过程，被确定。

8.一种用于具有输入表面的电容性感测装置的处理系统，其中所述电容性感测装置包括至少一个力电极和多个传感器电极，所述多个传感器电极的至少部分配置成向所述至少一个力电极偏转，所述处理系统包括：

传感器模块，其包括配置成耦合于所述多个传感器电极和所述至少一个力电极的传感器电路，其中所述传感器模块配置成：

在没有力施加于所述电容性感测装置的所述输入表面时，储存所述力电极的基准电容；

9.如权利要求8所述的处理系统，其中所述传感器模块进一步配置成修改所述多个传感器电极的所述当前电容，以移除一个或多个组件电容，其中所述组件电容与所述电容性感测装置的组件关联。

10.如权利要求9所述的处理系统，其中所述电容性感测装置包括显示器，并且所述组件电容包括显示器电容。

11.如权利要求9所述的处理系统，其中所述组件电容包括内部集成电路电容。

12.如权利要求8所述的处理系统，其中配置成确定所述输入对象接触所述输入表面的所述力信息的所述传感器模块，配置成进一步基于根据力的所述施加的定位修改所述力信息的比例函数，来确定所述力信息。

13.如权利要求8所述的处理系统，其中所述传感器模块进一步配置成获取所述多个传感器电极的第二电容变化，并且基于所述第二电容变化更新所述机械变化补偿因子的参数集合。

14.如权利要求8所述的处理系统，其中所述基准电容已经，依照将已知力施加到所述电容性感测装置的所述输入表面上的校准过程，被确定。

15.一种具有输入表面的电容性感测装置，所述电容性感测装置包括：

至少一个力电极；

多个传感器电极，其中所述多个传感器电极的至少部分配置成向所述至少一个所述力电极偏转；以及

耦合于所述多个传感器电极和所述至少一个力电极的处理系统，所述处理系统包括具有传感器电路的传感器模块，其中所述传感器模块配置成：

16.如权利要求15所述的电容性感测装置，其中传感器模块进一步配置成修改所述多个传感器电极的所述当前电容，以移除一个或多个组件电容，其中所述组件电容与所述电容性感测装置的组件关联。

17.如权利要求16所述的电容性感测装置，其中所述电容性感测装置包括显示器，并且所述组件电容包括显示器电容和内部集成电路电容的至少一个。

18.如权利要求15所述的电容性感测装置，其中进一步基于根据力的所述施加的定位修改所述力信息的比例函数，来确定所述输入对象接触所述输入表面的所述力信息。

19.如权利要求15所述的电容性感测装置，其中所述传感器模块进一步配置成获取所述多个传感器电极的第二电容变化，并且基于所述第二电容变化更新所述机械变化补偿因子的参数集合。

20.如权利要求15所述的电容性感测装置，进一步包括：

布置于薄膜晶体管（TFT）衬底和所述至少一个力电极之间的背光。