CN104969158A

CN104969158A - 通过电容变化进行力感测

Info

Publication number: CN104969158A
Application number: CN201380070603.2A
Authority: CN
Inventors: S·P·霍特林; M·P·格伦特哈纳; R·A·泰尔; C·T·奥加塔; M·B·威滕博格; P·W·理查兹
Original assignee: Apple Computer Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2015-10-07
Also published as: HK1215481A1; US20150370396A1; US10168814B2; DE112013005988B4; WO2014092758A1; DE112013005988T5

Abstract

本发明公开了一种用于电子设备的力感测设备。可以通过测量电容变化来检测力输入，电容变化是通过具有挠性可触摸表面的设备的表面挠曲引起了在设备内的可压缩间隙处的挠曲而测量的。电容传感器对跨可压缩间隙的距离变化做出响应。传感器可被定位在显示元件上方或下方或之内，以及背光单元上方或下方或之内。设备可响应于弯曲、扭曲或其他变形对那些零力值测量做出调整。设备可以使用出现在并非是所施加的力的直接作用对象的表面上的位置处的表面通量的测量，诸如当用户按压框架的一部分或者无电容传感器的表面时。

Description

通过电容变化进行力感测

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。

虽然公开了多个实施例，包括其变型，但本领域的技术人员根据以下示出和描述本公开的例示性实施例的具体实施方式将容易理解本公开的其他实施例。如应当认识到，本公开能够在各个明显方面做出修改，所有修改都不脱离本公开的实质和范围。因此，附图和具体实施方式将被视为在实质上是例示性的而不是限制性的。

附图说明

图1A是结合力感测设备的计算设备的第一示例的前透视图。

图1B是结合力感测设备的计算设备的第二示例的前透视图。

图1C是结合力感测设备的计算设备的第三示例的前正视图。

图2是沿图1A中的线2-2截取的计算设备的简化横截面图。

图3A是沿图1B中的线3-3截取的力感测设备的横截面图。

图3B是沿图1B中的线3-3截取的力感测设备的另选实施例的横截面图。

图3C是沿图1B中的线3-3截取的力感测设备的另一另选的实施例的横截面图。

图3D是图3C的细节区域的放大横截面图，其示出了可以放置某些电容式感测元件的样本挠性基板的细节。

图3E是可以被各种实施例使用的电容式感测元件的阵列的简化顶视图。

图4A示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第一概念图。

图4B示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第二概念图。

图4C示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第三概念图。

图4D示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第四概念图。

图5示出了一组力感测元件的第一概念图。

图6示出了对用于进行力感测的设备进行操纵的概念图。

图7示出了一组力感测元件的第二概念图。

图8示出了一种操作方法的概念图。

图9示出了触摸I/O设备和计算系统之间通信的概念图。

图10示出了包括力敏触摸设备的系统的概念图。

图11A是所述计算设备的时序图的第一示例。

图11B是所述计算设备的时序图的第二示例。

图11C是时序图的第三示例。

具体实施方式

术语

以下术语是示例性的，并且不旨在以任何方式进行限制。

文本“所施加的力”及其变型通常指施加于设备的力的大小的程度或量度。所施加的力的程度或量度无需具有任何特定标度。例如，所施加的力的量度可为线性的、对数的或以其他方式非线性的，并且可响应于与所施加的力、触摸的位置、时间或其他相关的一个或多个因素来周期性地(或以其他方式诸如非周期性地，或换句话讲不时地)被调节。

文本“力感测元件”及其变型通常指一个或多个传感器或感测元件，其可以检测可以与力存在关联的输入或者直接力输入。例如，电容传感器可以通过测量因设备的某一部分的偏转或移动而发生的电容变化来用作力感测元件。可以采用该电容变化来确定作用于设备的力。同样，应变传感器也可以起到力感测设备的作用。一般来讲，力感测元件可以检测与力相关的输入或者生成与力相关的输出，包括相对于所施加的力感测到的信息，无论所述力是在单独的位置还是以其他方式施加的。例如而非限制，力感测元件可以在相对较小的区域检测出用户是在何处用力地接触设备的。

文本“表面挠曲”及其变型通常指在向设备施加力时设备的任何显著量的挠曲或其他变形。例如而非限制，表面挠曲可以包括设备的覆盖玻璃元件或其他表面的，或者定位在覆盖玻璃元件下面的设备叠层或者其他部件的一个或多个点处的变形。

文本“触摸感测元件”及其变型通常指任何类型的一个或多个数据元，包括相对于各个位置所感测到的信息。例如而非限制，触摸感测元件可包括相对于用户正接触触摸设备所在的相对较小区域的数据或其他信息。

文本“用户接触”及其变型以及对所施加的力、或接触或用户所做的触摸的提及全部通常指用户可借以向设备施加力的任何形式。例如而非限制，这包括通过用户的手指、或者触笔或其他设备所做的接触，诸如当用户使用手指或触笔或其他设备向触摸设备施加力或者以其他方式接触触摸设备时。例如而非限制，“用户接触”可包括用户的手指、用户的手、用户手指上的覆盖物、软触笔或硬触笔、光笔或气刷，或用于指向、触摸或施加力到触摸设备或其表面的任何其他设备的任何部分。

在阅读了本专利申请之后，本领域的技术人员将认识到，这些术语表述将适用于各种技术、方法、物理元件和系统(无论是当前已知的还是未知的)，包括本领域的技术人员在阅读本专利申请之后推断出或可推断出的这些应用的扩展。

概述

本公开涉及一种可结合到各种电子或计算设备中的力感测设备，诸如但不限于计算机、智能电话、平板电脑、触控板、可穿戴设备、小外形设备等等。可以使用力感测设备检测输入表面上的一个或多个用户力输入，并且然后处理器(或处理单元)可以使感测到的输入与力值测量相关联，并将这些输入提供给计算设备。在一些实施例中，可以使用力感测设备确定对触控板、显示屏或其他输入表面的力输入。

力感测设备可以包括输入表面、一个或多个感测板(诸如电容板)、间隔层以及基板或支撑层。输入表面为用户提供接合表面，诸如触控板的外表面或者显示器的覆盖玻璃。换句话讲，输入表面可以直接或间接地接收一个或多个用户输入。

一个或多个感测板可以包括电容传感器或其他感测元件。感测板的数量可以取决于所使用的传感器的类型，并且在传感器感测电容变化的情况下还可以取决于电容传感器被配置为互电容还是自电容。例如，在可以使用自电容的情况下，屏蔽构件或屏蔽板可以替换感测板中的一个感测板，使得力感测设备可以包括一个感测板和一个屏蔽构件或屏蔽板。在这些示例中，屏蔽构件可以有助于将感测板与可能在所感测输入中产生误差的噪声源隔离开。在一些实施例中，可以通过行和列的交叉来限定诸如电容传感器的感测元件。在这些实施例中，可以按照任何数量的方式，例如顺序地、按照图案(例如，一次以不同的波形驱动若干组行和/或列)或者同时对行和/或列进行驱动。在其他实施例中，可以通过相互间隔开的和/或不相互连接的电容式感测元件的阵列、栅格或其他布局来限定电容传感器。

间隔层可以是力感测设备的一个或多个部件之间的间隙(例如空气)，或者可以是凝胶、泡沫或其他可变形材料。通常可将间隔层配置为基于用户输入发生尺寸或厚度变化。即，间隔层可以在至少一个维度内可发生变形或者其他变化。

在力感测设备可以使用自电容检测用户输入的实施例中，可以将屏蔽板可操作地连接到输入表面。可以通过间隔层将感测板与屏蔽板隔开。在力感测设备可以使用互电容检测用户输入的实施例中，可以将第一感测板可操作地连接到输入表面，并且通过间隔层使第一感测板与第二感测板隔开。应当指出的是，在互电容或者自电容实施例中，感测板和/或屏蔽板的取向和顺序可以变化。

在操作中，随着力被施加到输入表面(例如，由于用户在输入表面上按压)，间隔层可以发生厚度或尺寸变化。例如，间隔层可以发生变形或者压缩。随着间隔层由于力而发生变化，两个感测板之间或者感测板与屏蔽板之间的间隙可以减小，从而使得自电容阵列(在感测板上)处或者两个电容感测阵列或板之间的电容增大。

可以使电容变化与距离减小或者间隔层的厚度或尺寸变化相关联。还可以使距离变化与输入表面移动Δ距离所需的力相关联。在用户可以在输入表面上输入力的位置处，两个感测板(或者感测板和屏蔽板)之间的距离可以是最小的或者具有最大的减小。之后，力感测设备可以使用这一信息将输入力定位到输入设备的X-Y平面内的特定点或者点轨迹上。例如，可以将所感测到的值提供给一个或多个处理单元，处理单元可以使所感测到的值与输入力量值和位置相关联。

在一些实施例中，可以将力感测设备结合到触敏设备中或者与触敏设备一起使用。在这些实施例中，可以使用触摸设备检测到的触摸输入来进一步推敲力输入位置，确认力输入位置和/或使力输入与输入位置相关联。在最后的示例中，力敏设备可以不使用力感测设备的电容感测来估计位置，这可以减少力感测设备所需的处理。此外，在一些实施例中，可以使用触敏设备确定若干不同触摸的力输入。例如，可以使用触摸位置和力输入来估计每一触摸位置处的输入力，从而同时检测和鉴别多个力输入(多力)。

力敏设备和系统

现在来看附图，将更详细地论述可以结合力感测设备的例示性电子设备。图1A-图1C是可以结合一个或多个力感测设备的样本电子设备的横截面图，本文将对此予以更加详细的描述。参考图1A，可以将力感测设备结合到计算机10中，诸如膝上型电脑或台式计算机。计算机10可以包括触控板12或其他输入表面、显示器14以及外壳16或框架。外壳16可以围绕触控板12和/或显示器14的一部分延伸。在图1A所示的实施例中，可以将力感测设备结合到触控板12、显示器14或者触控板12和显示器14两者中。在这些实施例中，可以将力感测设备配置为检测向触控板12和/或显示器14的力输入。

在一些实施例中，可以将力感测设备结合到平板电脑中。图1B是包括力感测设备的平板电脑的顶部透视图。参考图1B，台式计算机10可以包括显示器14，其中力感测设备被配置为检测对显示器14的力输入。除了力感测设备之外，显示器14还可以包括一个或多个触摸传感器，诸如多触摸电容栅格等等。在这些实施例中，显示器14既可以检测力输入，也可以检测位置或触摸输入。

在其他实施例中，可以将力感测设备结合到移动计算设备中，诸如，结合到智能电话中。图1C是包括力感测设备的智能电话的透视图。参考图1C，智能电话10可以包括显示器14以及基本上围绕显示器14的周边的框架或外壳16。在图1C所示的实施例中，可以将力感测设备结合到显示器14中。与图1B所示的实施例类似，在可以将力感测设备结合到显示器14中的情况下，显示器14除了力感测设备之外还可以包括一个或多个位置或触摸感测设备。

现在将更详细地论述力感测设备。图2是沿图1A中的线2-2截取的电子设备的简化横截面图。参考图2，力感测设备18可以包括输入表面20、第一感测板22、间隔层24、第二感测板26和基板28。如上文相对于图1A-图1C所论述的，输入表面20可以形成计算设备10的触控板12、显示器14或其他部分(诸如外壳)的外表面(或者与外表面通信的表面)。在一些实施例中，输入表面20可以至少部分是半透明的。例如，在实施例中，可以将力感测设备18结合到显示器14的一部分中。

感测板22,26可被配置为感测可以与输入力关联的一个或多个参数。例如，感测板22,26可以包括一个或多个电容传感器。应当指出的是，基于要感测的参数，感测板22,26中的一者可以不包括任何感测元件，而是可为感测板22,26的中的另一者充当屏蔽罩。例如，在一些实施例中，力感测设备18可以利用互电容来感测对输入表面20的输入，并且因而可能只需要单个感测板。之后，可以使用屏蔽层为感测板屏蔽噪声。

可以将间隔层24或者可压缩间隙定位在两个感测板22,26之间或者定位在单个感测板22,26与屏蔽板之间。间隔层24可以包括一种或多种可变形或可压缩材料。间隔层24可被配置为在用户向下按压输入表面20或对其施力时沿至少一个维度压缩或变化。在一些实施例中，间隔层24可以包括空气分子(例如气隙)、泡沫、凝胶等。由于间隔层24可以将两个感测板22,26隔开(或者可以将感测板22,26中的一者与输入表面18隔开)，因此在间隔层24因用户输入而压缩时，两个感测板22,26之间的距离(或者感测板中的一者与输入表面之间的距离)发生变化。分隔距离的变化可以引起感测板22,26所感测的值(诸如电容值)的相关变化。可以使用这一变化来估计输入表面上的用户输入力。

基板28基本上可以是任何支撑表面，诸如印刷电路板、外壳16或框架等的一部分。此外，基板28可被配置为围绕或者至少部分地围绕感测设备18的一个或多个面。

图3是沿图1B中的线3-3截取的用于通过电容变化进行力感测的设备的横截面的第一概念图。如上文简略论述的，可以将力感测设备18结合到移动电子设备中，移动电子设备的示例包括移动电话、计算机、平板计算设备、器具、车辆仪表板、输入设备、输出设备、手表等。一般来讲，本文各处(不管是在说明书中还是在附图中)提供的测量、维度等只是意在作为示例；这些数值可能在实施例之间存在变化，并且因而不要求任何单个实施例具有匹配本文的样本尺寸和/或测量的元件。同样，附图中所示的各种视图和布置意在示出某些可能的元件布置；其他布置也是可能的。

在一个实施例中，一种力敏设备及系统可以包括设备框架，诸如外壳16，其包封一组电路和数据元件，如至少部分地参考图9A和图9B所述。在一些实施例中，电路和数据元件可以包括覆盖玻璃(CG)元件、显示器叠层以及一个或多个电容感测层，如本文所述。覆盖玻璃(CG)元件和显示器叠层可以相对于所施加的力呈挠性。其效果可以在于使力敏设备可相对于表面挠曲确定电容测量，并且可响应于此确定所施加的力的大小和位置。实质上，随着覆盖玻璃的表面发生挠曲，可压缩间隙(例如，感测板或者电容式感测元件之间的距离)可能减小，从而导致在板/元件中的一者或两者处测量的电容增大。这种电容增大可能与引起表面挠曲的力有关联，本文别处将对此予以更为详细的描述。

在一个实施例中，将覆盖玻璃元件耦接到触摸设备的框架诸如外壳16，诸如由金属、弹性体、塑料或它们的组合或者某种其他物质构造的壳体。在这样的情况下，触摸设备的框架可以包括支架，覆盖玻璃元件定位在支架上，位于触摸设备的电路上方。例如，框架可以包括将覆盖玻璃元件的边缘定位在其上的支架，而覆盖玻璃元件的其余部分的至少一些则定位在触摸设备的电路上方。在此上下文中，处于电路“上方”是指在触摸设备的显示器对于用户而言定位在触摸设备上方时被定位在电路上方。

参考图3A，在一个实施例中，用户接触设备，诸如在用户的手指105或其他物体向覆盖玻璃元件110、输入表面12或者设备的其他元件施加力(参考图1的箭头所示)时。例如，如本文所述，用户的手指105可在覆盖玻璃元件110还具有触摸传感器(未示出)的一个或多个位置处向覆盖玻璃元件110施加力，或者可在覆盖玻璃元件110不具有触摸传感器的一个或多个位置处向覆盖玻璃元件110施加力。

在一个实施例中，覆盖玻璃元件110包括相对半透明或透明的(在大多数位置处)物质，能够将触摸设备的电路与周围物体隔离。例如，玻璃、经处理的玻璃、塑料、金刚石、蓝宝石以及其他材料都可充当这种物质。在一个实施例中，覆盖玻璃元件110定位在包括粘合剂层115的设备电路上方。在一些实施例中，粘合剂层115的边缘可以标示出显示器的可视部分的边缘。

在一个实施例中，粘合剂层115基本上是半透明或透明的。这可以具有的效果在于，允许一组显示电路在不受干扰的情况下向用户提供显示。在一个实施例中，粘合剂层115定位在一组显示电路120上方。

在一个实施例中，显示电路120向用户提供显示，诸如GUI或应用程序显示，但是应当理解，显示电路120的某一部分专用于通常对于用户而言不可见的集成电路并且不提供任何用户可见的输出。例如，这样的区域可以处于粘合剂层115的边缘的左侧(相对于图3A的取向)。在一个实施例中，显示电路120定位在背光单元(BLU)125上方。

在一个实施例中，背光单元125为显示电路120提供背光。支撑结构145可以支撑背光单元125和/或显示器120。

在一个实施例中，设备可以包括作为限定两个电容式感测元件140a,140b之间的距离的较大感测间隙137的部分的可压缩间隙135或间隔层。例如，可压缩间隙135可以包括气隙、至少部分地使用可压缩物质(诸如具有低于大约0.48的泊松比的物质)填充的间隙、或者至少部分地使用可压缩结构填充的间隙。

如图3A中所示，所施加的力(相对于箭头所示)可使得覆盖玻璃元件110或者其他设备元件表现出表面挠曲。其可以具有的效果在于，响应于所施加的力使设备中的一个或多个元件更向一起靠拢。如本文所述，检测或者测量一个或多个电容变化的力传感器可基于那些电容变化确定所施加的力的大小和位置。

简而言之，力传感器可以包括一个或多个感测元件，诸如电容传感器。

在一个实施例中且返回图3A，可压缩间隙135或感测间隙可以定位在设备中几个位置中的一个或多个位置。一些示例为：(A)可压缩间隙135可以定位在显示电路120上方，诸如在覆盖玻璃元件110下方，在粘合剂层115下方以及在显示电路120上方；(B)可压缩间隙135可以定位在显示电路120的至少一部分下方，诸如在偏振器元件下方，如本文所述。在这样的情况下，偏振器可以是显示电路的一部分；以及(C)可压缩间隙135可以定位在背光单元125下方以及中板130上方。应当理解，可压缩间隙可以位于设备中的别处，并且因而上文只是位置的示例。

在一个实施例中，力传感器可以包括一个或多个电容式感测元件140a和140b，其被设置为确定响应于表面挠曲发生的电容变化的量。电容式感测元件140a和140b可以包括互电容特征部或自电容特征部，如本文所述。在电容式感测元件140a和140b包括互电容特征部的情况下，电容式感测元件140a和140b可按照驱动/感测行/列来设置，如本文所述。因而，可以按照多种构型，包括按直线、按阵列或者按不规则间隔来布置电容式感测元件。本文提到“电容式感测元件”通常还指包含处于适当构型中的多个电容式感测元件。

此外，尽管某些附图(诸如图3A和图3B)将电容式感测元件描绘为终止于可视显示的边缘，但是应当理解，电容式感测元件可以超出可视显示的边缘延伸到边界区域中，以提供这样的区域内的力感测。图3C示出了这样的实施例。一般来讲，显示器的可视部分在粘合剂115的边缘处或边缘附近终止。

在一些实施例中，电容式感测元件140a和140b可以至少包括基本上不透明或者半透明或者透明的部分，如本文所述。在电容式感测元件140a和140b的至少一部分定位在背光单元125上方的情况下，那些部分基本上是半透明或者透明的。

一般来讲，在一个实施例中，施加到覆盖玻璃的正面的大约100克的力可以使得元件140a和140b之间的感测间隙137的尺寸减小大约1.6微米。同样，向上或者向外施加到覆盖玻璃的力可引起感测间隙137的尺寸增大。应当理解，感测间隙137中确切的力与变化比可能在实施例之间变化，并且本文提供的数值完全意在作为一个示例。还应当理解，感测间隙137可以包括处于感测元件140a和140b之间的中间元件；即，整个间隙可能并非仅仅是空气。

无论如何，随着感测间隙137减小，电容式感测元件移动到更加相互靠近，并因此在元件140a,140b之间测量的电容可能增大。在如图3A所示采用电容式感测元件的多个平面的互电容系统中，这一互电容的变化可能是由两个电容式感测元件之间的距离的变化引起的，例如，由于施加了力的覆盖玻璃或其他表面发生了表面挠曲。因此，由于距离随着施加到覆盖玻璃的力而变化，因而互电容的变化可能与所施加的产生距离变化/表面挠曲的力相关联。

在一个实施例中，力传感器可以包括压电膜(未示出)。其可以具有的效果在于，压电膜响应于表面挠曲生成电荷(或其他电磁效应)。其可以具有的效果在于，电容式感测元件140a和140b可感测到任何电荷变化，并且确定表面挠曲的量和位置。其可以具有的效果在于，力传感器可确定提供表面挠曲的所施加的力的大小和位置。

在一个实施例中，表面挠曲的量和位置可以是相对于设备的表面分布的，诸如相对于覆盖玻璃元件110的可用表面，并且可以对设备表面呈现出所施加的力(诸如由用户手指施加的)的一个或多个位置做出响应。相对于图5示出了表面挠曲的“热图”的至少一个示例。

在一个实施例中，可以将电容式感测元件140a和140b集成到被设置为进行触摸感测的设备电路内。其可以具有的效果在于，使用于所施加的力的检测和测量的电路可与用于触摸检测的电路集成在一起。

自电容。应当理解，可以使用接地或屏蔽层替代电容式感测元件140a,140b中的任一者。通过使用屏蔽层替代电容式感测元件中的任一者，设备可以采用自电容力传感器。图3B示出了这样的实施例。如图所示，电容式感测元件140可以定位在中板130或者相对于电子设备的框架或外壳相对不动的其他支撑结构处或者与之相邻。例如，可以将元件置于石墨层或其他基板133上和/或置于附接至中板的挠性电路131中。应当理解，电容式感测元件不需要置于挠性基板131中，尽管其在图3B中示出并且下文将相对于图3D对此予以更详细地论述。电容式感测元件140可以测量其相对于接地层155的电容。

施加到覆盖玻璃110上的力一般将使得玻璃下的显示器叠层至少在较小的程度上向下移动。因此，接地层155和电容式感测元件140a之间的距离可能减小，这继而可能使得电容式感测元件测量的电容增大。同样，随着力从覆盖玻璃上去除，接地层155可以背离电容式感测元件140移动，并因而所测量的电容可能减小。这些电容变化一般是由于施加到覆盖玻璃上的力引起的，例如通过用户手指105施加的力。因此，大体如图1B所述采用自电容感测系统的实施例可以使在任何给定电容式感测元件140处测量的电容与施加到覆盖玻璃上的具体力关联。

此外，接地层155可以为电容式感测元件屏蔽外部噪声、串扰和寄生电容。根据该实施例，接地层可以是无源的或者可以被有源驱动至一定电压。

在其他实施例中，可以颠倒接地层155和电容式感测元件140的位置，使得施加到覆盖玻璃上的力可以移动电容式感测元件，而接地层保持不动。此外，这样的实施例的操作与前文所述大致相同。

尽管已经相对于显示器和覆盖玻璃论述了实施例，但是应当理解，另选的实施例可以省略一个元件或者两个元件。例如，可以使用触控板表面替代覆盖玻璃，并且可以省略显示器叠层，同时将接地层附接于触控板表面的下侧。这样的实施例将起到测量(或者更确切而言估计)针对触控板的表面施加的力的作用。

电容式感测元件的布置。

图3D是图3C的一部分的放大示意性横截面图，大体示出了可以使一个或多个电容式感测元件140位于其内的挠性基板的某些细节。应当理解，电容式感测元件140大体上与元件140a,140b类似；在一些实施例中，可以将图3D所示的结构与任一组或两组电容式感测元件140a,140b一起使用。同样，基本上可以将这一结构用到本文论述的任何实施例中。

挠性基板131可以由各种层构成，大体如图3D所示。一个或多个支撑层160可以限定挠性基板131的各个区域。例如，这些支撑层可以形成挠性基板的顶表面和底表面，以及形成内层。在某些实施例中，支撑层可以由绝缘材料形成，并且通常是挠性的。应当理解，支撑层可以具有变化的尺寸或者可以全部具有相同或类似的尺寸。

可以将电容式感测元件140的阵列设置到挠性基板131的两个支撑层160之间。例如，如图3D所示，可以将电容式感测元件置于顶部和中间支撑层之间。可以将屏蔽罩165定位在中间支撑层160和下支撑层160之间。该屏蔽罩可以为电容式感测元件140部分地或者完全地隔离噪声、串扰、寄生电容等。

在一些实施例中，可以颠倒屏蔽罩165和电容式感测元件140的阵列的位置。例如，如果挠性基板位于显示器120的下面，诸如位于在显示器的底部上的图案化的薄膜晶体管层下方并与之相邻，那么屏蔽罩160可以占据挠性电路内的上部腔或开放层，并且电容式感测元件140可以占据下部腔或开放层。作为一个示例，可以将这一布置与电容式感测元件140b一起使用。

图3E是电容式感测元件140的样本阵列的顶视图。应当理解，图3E未按比例绘制，其仅旨在进行例示说明。

一般来讲，可以按照具有任何预期形状和/或尺寸的阵列(这里示为栅格)布置电容式感测元件140。将每一电容式感测元件140通过其自身的专用信号迹线180连接至集成电路175，该集成电路接收电容式感测元件的输出，并且可以例如对输出进行处理，以便使之与施加到覆盖玻璃或其他表面上的力相关联。例如，集成电路175可以包括一个或多个处理单元以执行此类操作。应当理解，集成电路175可以相对于电容感测阵列处于远程位置，并且可以基本上沿任何轴与其发生位移。因此，提供集成电路175的定位仅出于示例目的。

可以将电容式感测元件的阵列置于通过图3A-图3C中的电容式感测元件140a,140b所示的一个或多个位置，以及同样在该文件中示出或论述了电容式感测元件的任何其他位置。

每一电容式感测元件140有效地发挥感测由于其所在区域的正上方的表面挠曲导致的电容变化的作用。如先前所提及的，该电容变化可能与力相关联，而力继而可以用作针对电子设备的输入。一般来讲，可以通过改变电容式感测元件140之间的间隔，改变元件的尺寸或者同时改变这两者来改变阵列对于力的分辨率。应当理解，在任何实施例中都不要求元件之间的间隔和/或元件的尺寸保持恒定。因此，一些实施例可以具有这样的区域，其中的电容式感测元件比其他区域中小和/或比其他区域中更相互靠近地定位。这可以为电子设备提供跨所在区域具有可变力分辨率的表面。

电容式感测元件

图4A示出用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的另一概念横截面图。在图4A-图4D的实施例中，可以将两电容式感测元件都集成到显示器叠层内，但是可以大致按照与前文所述类似的方式工作。此外，尽管一般可以相对于互电容布置描述图4A-图4D的实施例，但是可以使用接地层替代电容式感测元件140a,140b中的任一者。

在一个实施例中，一种用于力感测的设备可以包括覆盖玻璃元件110、第一框架元件205、第二框架元件210、第一余隙间隙215、显示电路120、背光单元125、第二余隙间隙220和中板130。可以将第一框架元件205置于设备的边缘(诸如围绕周边)处，其具有支撑设备元件的作用。可以将第二框架元件210定位在覆盖玻璃元件110的边缘(诸如围绕周边)处，其具有支撑覆盖玻璃元件110的作用。第一余隙间隙215可被定位成围绕覆盖玻璃元件110的周边，其具有围绕显示电路120的周边提供一定量的余隙的作用。第二余隙间隙220可被定位在背光单元125和中板130之间，其具有在覆盖玻璃元件110下方提供一定量的余隙的作用，诸如为表面挠曲提供。如上所述，第二余隙间隙220可以是可压缩的，诸如包括可压缩间隙135、至少部分地使用可压缩物质填充的间隙、或者至少部分地使用可压缩结构填充的间隙，如本文所述。

在一个实施例中，显示电路120可以包括偏振器225a，偏振器可以定位在覆盖玻璃元件110下方，并且可以具有大约70微米的厚度(尽管偏振器225a可能具有显著不同的厚度，诸如大约150微米)。显示电路120可以包括内部可压缩间隙225b(诸如可包括可压缩间隙135)，内部可压缩间隙可以定位在偏振器225a下方，并且可以具有大约150微米的厚度。显示电路120可以包括单层氧化铟锡(“SITO”)层225c。在一些实施例中，SITO可以定位在内部可压缩间隙225b下方且背光单元125上方。在其他实施例中，可以使用双层氧化铟锡(“DITO”)代替SITO。

在一个实施例中，显示电路120可以包括定位在内部可压缩间隙225b的一侧的间隔元件230。间隔元件230可以包括第一粘合剂层235a、金属L框架235b和第二粘合剂层235c。第一粘合剂层235a可以定位在刚好处于显示电路120上方的电路结构的下方，并且可以具有大约25微米的厚度。金属L框架235b可以定位在第一粘合剂层235a的下方，并且可以具有大约170微米的厚度。第二粘合剂层235c可以定位在金属L框架235b下方且SITO层225c上方，并且可以具有大约25微米的厚度。间隔元件可以具有的效果在于，在间隔元件上方和下方设置元件，使得内部可压缩间隙225b对表面挠曲的可能性保持开放。

在一个实施例中，可以将电容式感测元件140a和140b分别定位在内部可压缩间隙225b的上方和下方。其顶层140a可以定位在偏振器225a上方，而其底层140b可以定位在内部可压缩间隙225b下方且SITO层225c上方。如上所述，可以将电容式感测元件140a和140b设置为使用氧化铟锡(ITO)，并且可以将电容式感测元件140a和140b设置为使用互电容或者使用自电容提供信号。

对于第一个示例，在将电容式感测元件140a和140b设置为使用互电容的情况下，可将其顶层140a和其底层140b设置为分别使用驱动元件和感测元件。在这样的情况下，其顶层140a可以包括驱动元件，而其底层140b将包括感测元件，或反之。在这样的情况下，驱动元件可以包括一组行，并且感测元件可以包括一组列，或反之。在按照行和列设置驱动元件和感测元件的情况下，行和列可在一组力感测元件中相交，力感测元件中的每个力感测元件对覆盖玻璃元件110的区域内的所施加的力做出响应。力敏区域可以具有任何形状或尺寸。

图4B示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第二概念横截面图。一般来讲，图4B示出了具有代替前述L框架235b的第二间隔元件240以及一种用于连接显示电路120的某些元件的不同的结构的实施例。

在一个实施例中，一种用于力感测的设备可以包括覆盖玻璃元件110、第一框架元件205、第二框架元件210、第一余隙间隙215、第二余隙间隙220、显示电路120、背光单元125和中板130。可以按照相对于图4A所述设置第一框架元件205、第二框架元件210、第一余隙间隙215和第二余隙间隙220。

在一个实施例中，显示电路210可以包括偏振器225a、内部可压缩间隙225b以及电容式感测元件140a和140b。可以按照相对于图4A所述设置偏振器225a、内部可压缩间隙225b以及电容式感测元件140a和140b。

在一个实施例中，设备可以包括第二间隔元件240，其也定位在内部可压缩间隙225b的一侧。第二间隔元件240可以包括按扣元件245a、粘合剂间隔件245b和环带245c。按扣元件245a可以包括耦接到设备的P机架231的一组按扣。粘合剂间隔件245b可以包括硅橡胶粘合剂，在该粘合剂内设有一组塑料间隔球。例如，可以将硅橡胶粘合剂定位在内部可压缩间隙225b的区域中。可以将环带245c定位在按扣元件245a下方且背光单元125上方。

在一个实施例中，可以将电容式感测元件140a和140b分别定位在内部可压缩间隙225b的上方和下方。其顶层140a可以定位在偏振器225a上方，而其底层140b可以定位在内部可压缩间隙225b下方且SITO层225c上方，如相对于图4A所述。

图4C示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第三概念横截面图。

在一个实施例中，设备可以包括第三间隔元件250，其也定位在内部可压缩间隙225b的一侧。第三间隔元件250可以包括第一粘合剂层235a、金属U框架255和第二粘合剂层235c。可以按照相对于图4A所述定位第一粘合剂层235a。第二粘合剂层235c可以定位在SITO层225c上方，并且可以具有大约25微米的厚度。金属U框架255可以定位在第一粘合剂层235a下方且第二粘合剂层235c上方，并且可以具有如相对于图4A对金属L框架235b所述设置的上部255a，以及定位在SITO层225c上方的下部255b。

在一个实施例中，相对于电容式感测元件140a和140b，背光单元125可以包括可定位在其顶层140a和其底层140b之间的一组膜，并且可以包括一组多个内部可压缩间隙225b(其共同包括单个内部可压缩间隙225b)。多个内部可压缩间隙225b可以沿整个背光单元125分布，并且可以具有大约100微米到200微米的总厚度。

在一个实施例中，电容式感测元件140a和140b可以分别定位在背光单元125和多个内部可压缩间隙225b的上方和下方。其顶层140a可以定位在偏振器225a上方，而其底层140b可以定位在多个内部可压缩间隙225b下方且SITO层225c上方。

图4D示出了用于通过电容变化进行力感测的设备的一部分的第四概念横截面图。

在一个实施例中，显示电路210可以包括偏振器225a、内部可压缩间隙225b以及电容式感测元件140a和140b。可以按照相对于图4C所述设置偏振器225a、内部可压缩间隙225b以及电容式感测元件140a和140b。

在一个实施例中，背光单元125可以包括可定位在其顶层140a和其底层140b之间的一组膜，并且可以包括一组多个内部可压缩间隙225b(其共同包括内部可压缩间隙225b)，如相对于图4C所述。多个内部可压缩间隙225b可以沿整个背光单元125分布，并且可以具有大约100微米到200微米的总厚度，如相对于图4C所述。

在一个实施例中，设备可以包括第四间隔元件260，其也定位在内部可压缩间隙225b的一侧。第四间隔元件260可以包括第一粘合剂层235a、第二金属L框架265和第二粘合剂层235c。可以按照相对于图4A所述设置第一粘合剂层235a。第二粘合剂层235c可以定位在背光单元125上方并且可以具有大约25微米的厚度。第二金属L框架255可以定位在第一粘合剂层235a下方且第二粘合剂层235c上方，并且可以按照相对于图4A对金属L框架235b所述设置。

在一个实施例中，背光单元125可以包括层状结构265和反射膜270。层状结构265可以包括第一散射元件265a、背光玻璃元件265b和第二散射元件265b。第一散射元件265a可以包括具有大约100微米厚度的表面粗糙的基本上半透明或透明的物质。背光玻璃元件265b可以包括具有大约300微米厚度的基本上半透明或者透明的物质，诸如玻璃或者诸如任何用于覆盖玻璃元件110的物质。第二散射元件265b可以包括具有大约100微米厚度并且具有可帮助对光进行散射的多个凸起(诸如周期性的或者非周期性)的基本上半透明或透明的物质。在一些具体实施中，背光玻璃元件265b可以包括图案化氧化铟锡(ITO)331或其他导电涂层。反射体270可以包括反射物质。

在一个实施例中，可以将电容式感测元件140a和140b设置为将其底层140b设置到背光单元125内。对于第一个示例，可以将其底层140b作为一个或多个层合电路，诸如作为光导面板(LGP)的特征部集成到背光单元125内。可以按照一种或多种方式定位层合电路：(A)层合电路可以定位在第一散射元件265a下方且背光玻璃元件265b上方。(B)可以将层合电路定位成将背光玻璃元件265b划分成两个或更多个片，并在两个或更多个片之间存放层合电路。(C)可以将层合电路定位成将其存放到第一散射元件265a的表面上。在这样的情况下，可以将层合电路存放到第一散射元件265a的粗糙表面的顶部。(D)可以将层合电路定位成将其存放到第一散射元件265a的表面上，但具有切入到第一散射元件265a内的平滑通道，使得将层合电路存放到这些平滑通道上。

尽管已经描述了用于通过电容变化进行力感测的各种另选的设备，但是本领域的技术人员在阅读本专利申请之后将认识到，存在同样落在本公开和本发明的实质和范围内的多种替代方案。在另选的实施例中，一定量的表面挠曲可实现驱动电路和传感器电路之间的距离变化(继而实现电容变化)，其效果在于可检测和定位表面挠曲。

在另选的实施例中，层合压电有源膜(诸如压电膜或压阻膜)响应于表面挠曲提供电荷(或者一组局部电荷)，这为电容测量电路提供了确定表面挠曲的量和位置的能力。例如，表面挠曲的量和位置可跨设备的主体分布，其可以具有的效果在于，使电容测量电路可确定局部最大表面挠曲的一个或多个点，包括测量这些局部极大值的强度。

力感测元件

图5示出了可以用作(或者替代)电容式感测元件140a,140b的一组力感测元件的第一概念图。

行和列。在一个实施例中，一种力感测设备和系统可以包括一组驱动列305和一组感测行310。在另选的实施例中，可以对列进行感测，并且可以对行进行驱动。将驱动列305耦接到一个或多个驱动信号，诸如来自驱动电路315的信号。例如，驱动电路315可以包括定时电路，定时电路依次选择每个驱动列305并且在相对较短的时段中驱动该列，最终按照循环方式选择每个这样的驱动列305。类似地，将感测行310耦接到一个或多个感测接收器，诸如感测电路320。例如，感测电路320也可以包括定时电路，定时电路依次选择每个感测行310，并在相对较短的时段中感测该行，最终按照循环方式选择每个这样的感测行310。

这可以具有的效果在于，相对快速地、在相对较短的时段依次选择行和列的每个交叉点325(“力感测元件”325的一个示例)。例如，在对每个力感测元件325的选择快到足以使用户无法分辨出它们何时被选择的时候，对于用户而言基本上同时对所有的力感测元件325进行了感测。

应当理解，另选的实施例可以同时驱动多个力感测元件，这与顺序方式形成了对照。此外，可以以不同的频率和/或不同的相位或两者驱动不同的力感测元件325，以便允许同时驱动多个元件，并使感测元件之间的串扰或其他干扰最小化。

图11A-图11C大体描述了在与其他从动元件诸如显示器和/或其他感测元件(其中的一个示例是触摸传感器)结合到电子设备中时供各种实施例使用的多种定时方案，并且下文将进行更加详细的描述。

在一个实施例中，力敏设备和系统确定施加到各个力感测元件325的力的大小。这可以具有的效果在于，生成每个个体力感测元件325处的所施加的力的图，本文有时将其称为“热图”。例如，如插图所示，所施加的力的热图既可显示所施加的力的大小，又可显示施加力的位置。

例如，在施加位置[X,Y]处所施加的力Fa的量甚至可在距施加位置[Xa,Ya]相当大的距离处诸如在感测位置[Xs,Ys]处提供显著量的感测力Fs。这可由于在感测位置[Xs,Ys]处检测到了显著的表面挠曲。在一个实施例中，力敏设备可以响应于感测位置[Xs,Ys]处的感测力Fs的热图来确定施加位置[Xa,Ya]处的所施加的力Fa。例如，力敏设备可确定感测位置[Xs,Ys]处的感测力Fs的一组局部极大值，并推断出感测力Fs的局部最大值也是所施加的力Fa的位置和量。

在另选的实施例中，一个或多个触摸传感器也可以有助于响应于确定触摸位置而确定施加力的位置。例如，触摸传感器可以检测电子设备的输入表面上的用户触摸。同时或者此外，一个或多个力传感器可以确定力已被施加到输入表面。在已知总体力和触摸(或者就能够处理多触摸的触摸传感器而言的多重触摸)位置的情况下，可以将力分配给输入表面上对应于触摸的特定位置。假设检测到了单个触摸，那么可以将力完全分配给触摸的位置。如果检测到了多个触摸位置，那么可以通过各种方式对力加权并将其分配给各触摸位置。作为一个示例，感测力在输入表面的一部分中可能比在另一部分中大。如果触摸接近这一部分，那么可以将力的大部分分配给特定的触摸位置。在实施例可以假定在每个触摸位置施加了至少一定量的力的情况下，如果多个触摸位置已知，那么还可以确定施加力和感测力的形心。可以使用形心向各触摸位置分配力，例如，其基于触摸位置与形心的距离。然而，另选的实施例可以采用其他方式使力与一个或多个触摸传感器测量的一个或多个触摸位置相关联。

归零校准。在一个实施例中，力敏设备可以在将设备交付给用户之前的某一时间确定检测到的表面挠曲的量。例如，所检测到的表面挠曲的量可在每个力感测元件325处测量，如在设备制造时所确定。可能发生这样的情况，在未向设备施加力时，在一个或多个力感测元件325处仍然存在一定的测量表面挠曲。对于第一个示例，可能发生设备轻微翘曲，其影响是将测量翘曲的表面挠曲。对于第二个示例，可能发生设备中的一个或多个传感器没有受到等同的校准，其影响是即使不存在实际的表面挠曲，传感器也会测量到表面挠曲。

在一个实施例中，力敏设备可在已知不存在所施加的力时测量表面挠曲，并且可生成针对每个力感测元件325的偏移，使得每个力感测元件325的测量在已知不存在所施加的力时为零。类似地，在一个实施例中，力敏设备可在已知存在指定所施加的力时测量表面挠曲，诸如在设备表面上的已知位置处放置已知重量时。

在一个实施例中，即使在没有力感测元件325直接处于正在施加力的位置的下方时，力敏设备也可对表面挠曲做出响应。例如，如插图A和插图B中所示，在用户向特定位置施加力时，在该位置下方以及其他位置处也对表面挠曲做出响应。

在一个实施例中，即使在向整个力感测元件325组所处的范围以外施加力时，力敏设备也可对表面挠曲做出响应。例如，如插图C所示，在用户向整个力感测元件325组所处的范围以外的特定位置施加力时，将在力感测元件325实际所处的位置下方对表面挠曲做出响应。

软按钮。在示例设备350中，如插图C所示，用户可以向软按钮355施加力。可以通过几种方式中的一种方式来标示软按钮355：(A)可以使用墨水在设备350上标示出软按钮355或者以其他方式在设备350的面上指示。(B)可以使用显示器通过箭头365或其他指示器标示软按钮355。(C)用户可以简单地根据其判断选择软按钮355的可用位置。例如，在用户向软按钮355施加力时，设备350可检测并测量力感测元件325所处的范围内的表面挠曲，从而检测并测量出表面挠曲的等压线360-1到360-N。在这样的情况下，在用户向软按钮355施加力时，设备350可响应于所施加的力检测并测量那些等压线360-1到360-N，并响应于这些等压线确定用户正在按压软按钮355。在这样的情况下，可以具有一个或多个这样的软按钮355。

在一些实施例中，几乎可以在设备的任何区段或部分中使用本文大致描述的力感测。例如，考虑具有触敏显示器的电子设备，其可以体现在各种智能电话、平板计算设备、计算机监视器、触摸屏等中。许多此类设备具有围绕显示器的边界。同样，许多此类设备具有与显示器相邻或者靠近显示器的非显示区域。作为一个具体示例，许多智能电话和平板计算设备包括围绕显示器的边界；这一边界可以具有处于显示器下方的基底区域、处于显示器上方的上部区域和/或侧面区域。在许多此类设备中，只有显示器本身是触敏的；边界则不是。然而，边界可以是对力敏感的。在某些实施例中，可以在这样的边界区域中实施本文描述的结构和方法。假设设备的显示器是触敏的，那么如果设备未感测到显示器上的任何触摸，设备可以确定任何感测到的力是在边界内施加的。

外部操纵

图6示出了对用于进行力感测的设备进行操纵的概念图。

在一个实施例中，力敏设备可对表面挠曲做出充分的响应，使得其可响应于设备或者设备框架上的应变，或甚至响应于设备的取向确定并测量表面挠曲。如本文所述，力传感器除了可以对设备的显示表面上的压力做出响应外，还可以对施加到设备的惯性力做出响应。在一个实施例中，这种惯性力可以包括下述内容中的一者或多者：(A)惯性力可以包括重力，诸如由于力传感器相对于地球的重力场的物理取向引起的，在力传感器或者包括力传感器的设备翻转或者以其他方式改变其取向时，重力可发生变化。(B)惯性力可以包括加速度，诸如由于力传感器或设备正被移动而引起的，诸如在走路、摆臂、推挤或者在行驶的车辆上受到加速时将其握在手中。在一个实施例中，如本文所述，在使单元颠倒时，重力可减小电容间隙，诸如通过在该构型中将电容的上下部分拉向一起。

在这样的情况下，电容式感测元件140a和140b的电容板之间的间隙会发生什么具体详细情况还可能取决于那些电容板的材料的相对刚度和相对密度。因此，尽管设备上的惯性力可影响力传感器，但是由于那些惯性力导致的影响的相对量可根据那些因素或其他因素而变化。在一个实施例中，可以通过调整那些电容板的机械性能来调节力传感器对惯性力的响应。例如，可以将力传感器调节为响应于惯性力几乎不提供或不提供电容间隙的相对变化。

对于第一个示例，设备350可能上下翻转，诸如围绕轴405，诸如使设备显示器朝下或者背离用户而不是朝上并且呈现为朝向用户，诸如如果用户将施加力405a和405b。在这样的情况下，重力作用将倾向于沿与设备350正面朝上时不同的方向牵拉可压缩间隙135。具体地，在设备350正面朝上时，重力将电容式感测元件140a和140b的上下部分拉开，而在设备350上下颠倒时，重力则将那些上下部分拉向一起。在这样的情况下，设备350可响应于一个或多个惯性传感器，诸如结合到设备350中的加速度计或陀螺仪设备来确定自身取向，并且可相应地调整电容式感测元件140a和140b的电容测量。

对于第二个示例，设备350可能发生弯曲，诸如围绕轴410，诸如如果用户将要施加力410a和410b。在这样的情况下，设备350可以响应于表面挠曲确定并测量围绕轴410的弯曲力的大小。响应于围绕轴410的弯曲力的大小，设备350可以调整该设备据以确定所施加的力的大小和位置的表面挠曲的量。此外，响应于弯曲力的大小，设备350可以向GUI或应用程序提供一个或多个信号，GUI或应用程序可以响应于信号执行(或改变)与该弯曲力相关联的一项或多项功能。

对于第三个示例，设备350可能发生扭曲，诸如相对于轴415，诸如如果用户将要施加力415a和415b。在这样的情况下，设备350可以响应于表面挠曲确定并测量围绕轴415的扭力的大小。响应于围绕轴410的扭力的大小，设备350可以调整该设备据以确定所施加的力的大小和位置的表面挠曲的量。此外，响应于扭力的大小，设备350可以向GUI或应用程序提供一个或多个信号，GUI或应用程序可以响应于信号执行(或改变)与扭力相关联的一项或多项功能。

对于第四个示例，设备可能已发生变形(未示出)，诸如由于掉落、撞击或者其他损坏。在这样的情况下，来自设备框架诸如来自已经发生了变形并且现在对设备中的电路以及其他元件施加了内力的设备框架的力可能具有显示一个或多个电容变化的影响。例如，设备受损的角可能具有向设备提供应变或应力的影响，应变或应力可能呈现为一个或多个电容变化。在这样的情况下，设备可以确定相对突然并且持续的电容变化的变化，响应于该变化，设备可以推断其框架发生了变形，并且应当通过确定新的可以施加到任何感测或相关力的常数或系数而对变形进行补偿，以抵消此类变形带来的影响。同样，电子设备除了框架以外的任何其他元件也可能遭受可能影响力感测的变形。这种变形可以通过类似的方式受到检测和/或补偿。此外，在由于任何这种变形导致的电容变化局限于设备和/或力传感器的特定区域内的程度上，可以只对该区域内的力感测施加补偿。

图7示出了一组力感测元件的第二概念图。

在一个实施例中，一种力感测设备可以包括显示及感测电路(如下文所述)，电路包括显示元件和感测元件的阵列500。阵列500可以包括一条或多条驱动线505-N、用于第一感测特征部的一条或多条感测线510-N、用于第二感测特征部的一条或多条感测线515-N、每者处于驱动线和第一感测线的交叉处的一组第一感测元件520、每者处于驱动线和第二感测线的交叉处的一组第二感测元件525、一个或多个接地元件530-N以及一个或多个隧道元件535-N。

在一个实施例中，驱动线505-N与用于第一感测特征部的一条或多条感测线510-N组合，以提供每者处于驱动线和第一感测线的交叉处的第一感测元件520，如相对于图5所述。类似地，驱动线505-N与用于第二感测特征部的一条或多条感测线515-N组合，以提供每者处于驱动线和第二感测线的交叉处的第二感测元件525，如相对于图5所述。如本文所述，第一感测特征部和第二感测特征部可以包括若干特征部的中的两个特征部：(A)触摸特征部，包括触摸感测元件，(B)力感测特征部，包括力感测元件。例如，阵列500可以包括触摸感测电路和力感测电路。

在一个实施例中，一个或多个接地元件530-N可将每对用于第一感测特征部的感测线510-N和用于第二感测特征部的感测线515-N隔开。这可以具有的效果在于，指引驱动线505-N驱动用于第一感测特征部的感测线510-N，或驱动用于第二感测特征部的感测线515-N，而非同时对两者进行驱动。可以使驱动线505-N在用于第一感测特征部的感测线510-N和用于第二感测特征部的感测线515-N之间交替。这可以具有的效果在于，指引驱动线505-N以并发方式但是又非同时地驱动两组感测线。

在一个实施例中，通过隧道元件535-N跨感测线510-N和515-N连接驱动线505-N。这可以具有的效果在于，在驱动线505-N正在驱动第一感测元件525的同时跨所有感测线510-N完全连接驱动线505-N，并且在驱动线505-N正在驱动第二感测元件530的同时跨所有感测线515-N完全连接驱动线505-N，而又不涉及那些驱动线505-N与两组感测线510-N和515-N的重叠。

在一个实施例中，显示元件可以显著小于触摸感测元件或力感测元件。这可以具有的效果在于，可相较于触摸感测电路或力感测电路可能够达到的操作水平以更加出色的细节水平呈现显示。在这样的情况下，显示元件可以按照时间复用方式或者其他类型的复用方式操作。

相对于授予Shih Chang Chang的US 7,995,041 B2示出了另一种集成触摸屏及系统，在此以引用方式并入，就像本文对其进行全面阐述一样。

操作方法

图8示出了一种操作方法的概念图。

方法600包括一组流程点和方法步骤。

尽管这些流程点和方法步骤被示为按照特定顺序执行，但是在本发明的背景下不存在针对任何此类限制的特定要求。例如，可以按照不同的顺序、并发地、并行地或以其他方式执行流程点和方法步骤。类似地，尽管这些流程点和方法步骤被示为是由力敏设备中的通用处理单元执行的，但是在本发明的背景下不存在针对任何此类限制的特定要求。例如，可以通过专用处理单元或者其他电路执行一个或多个此类方法步骤，或者可以将一个或多个此类方法步骤卸载至其他设备中的其他处理单元或其他电路，诸如通过使用无线技术将那些功能卸载至附近设备或者将那些功能卸载至云计算功能。

在流程点600a，方法600准备好开始。

在步骤605，可以构造包括其可压缩间隙以及其电容传感器的力敏设备。

在步骤610，可相对于施加到力敏设备的至少一个表面的已知的一组力校准力敏设备。对于第一个示例，可以相对于施加到力敏设备的顶表面的零力来校准力敏设备。对于第二个示例，可以相对于施加到力敏设备的顶表面的已知的一组力来校准力敏设备。

在流程点615，力敏设备尝试检测“掉落事件”，诸如具有改变可压缩间隙上的电容检测及测量的性质的任何事件。如果检测到掉落事件，那么方法600进行上一步骤610。如果未检测到掉落事件，那么方法600进行下一步骤620。

在步骤620，力敏设备使用触敏传感器尝试检测用户的手指(或其他身体部位)是否正在触摸设备的显示表面。如果否，那么方法600进行下一步骤625。如果是，那么方法600进行步骤630。

在步骤625，力敏设备已经确定没有用户的手指正在触摸设备的显示表面，也就是说，进行这一步骤时应测量不到施加力，力敏设备针对当前由于没有用户的手指当前正在触摸设备的显示表面而缺乏所施加的力的情况来重置其基线“零力”电容测量。在另选的实施例中，力敏设备可决定，在没有用户手指正在触摸设备的显示表面时，应当禁用力敏设备，并且方法600可以进行流程点600b。

在步骤630，力敏设备尝试检测其框架上的力，诸如弯曲或扭曲，或者诸如加速度(包括向心力)。例如，如果力敏设备倾斜或颠倒，那么应当检测到由于重力引起的异常加速度。如果力敏设备检测到任何这样的力，那么方法600进行下一步骤635。如果力敏设备未检测到任何这样的力，那么方法600进行下一流程点640。

在步骤635，力敏设备调整其校准，以将其框架上的力考虑在内。

在流程点640，力敏设备准备好测量电容的热图。

在步骤645，力敏设备测量电容的热图，包括对一组力感测元件中的基本上每个力感测元件处的表面通量的测量。

在步骤650，力敏设备确定其表面上所施加的力的大小和位置。

在步骤655，力敏设备确定所施加的力的大小和位置是否处于其力感测元件的范围之外。如果是，那么力敏设备向GUI或应用程序发送达到该效果的信号。如果否，那么力敏设备进行流程点615。

在流程点600b，方法600结束。在一个实施例中，只要力敏设备通电就重复方法600。

触摸设备系统

图9A示出了触摸I/O设备和计算系统之间通信的概念图。

图9B示出了包括力敏触摸设备的系统的概念图。

所描述的实施例可包括触摸I/O设备1001，该触摸I/O设备可接收用于经由有线或无线通信信道1002来与计算系统1003(诸如图9A中所示)进行交互的触摸输入和力输入(诸如可能包括触摸位置和在那些位置处的所施加的力)。触摸I/O设备1001可用于代替或结合其他输入设备诸如键盘、鼠标或可能的其他设备来向计算系统1003提供用户输入。在另选的实施例中，触摸I/O设备1001可与其他输入设备(诸如除了或代替鼠标、触控板或可能的其他指向设备)一起使用。一个或多个触摸I/O设备1001可用于向计算系统1003提供用户输入。触摸I/O设备1001可以是计算系统1003的整体部分(例如，膝上型电脑上的触摸屏)或可以与计算系统1003分开。

触摸I/O设备1001可包括触敏面板和/或力敏面板，该触敏面板和/或力敏面板是完全或部分透明的、半透明的、非透明的、不透明的或它们的任何组合。触摸I/O设备1001可被具体化为触摸屏、触摸板、起触摸板作用的触摸屏(例如，代替膝上型电脑的触摸板的触摸屏)、与任何其他输入设备组合或结合的触摸屏或触摸板(例如，设置在键盘上、设置在触控板或其他指向设备上的触摸屏或触摸板)、具有用于接收触摸输入的触敏表面的任何多维对象、或其他类型的输入设备或输入/输出设备。

在一个示例中，被具体化为触摸屏的触摸I/O设备1001可包括至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分上方的透明的和/或半透明的触敏和力敏面板。(尽管将触敏和力敏面板描述成至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分上方，但在另选的实施例中，用于触敏和力敏面板的实施例中的电路或其他元件的至少一部分可至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分下方、与跟显示器的至少一部分一起使用的电路交织，或其他。)根据该实施例，触摸I/O设备1001用于显示从计算系统1003(和/或另一来源)传输的图形数据并且还用于接收用户输入。在其他实施例中，触摸I/O设备1001可被具体化为集成触摸屏，其中触敏和力敏部件/设备与显示部件/设备是一体的。在其他实施例中，触摸屏可被用作用于显示补充的图像数据或与主显示器相同的图形数据并接收触摸输入的补充显示屏或附加显示屏，该触摸输入包括可能的触摸位置和在那些位置处的所施加的力。

触摸I/O设备1001可被配置为代替或者组合或结合可相对于靠近设备1001的一个或多个触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力的出现进行测量的任何现象，基于电容性、电阻性、光学、声学、感应、机械、化学、或电磁测量来检测设备1001上的一个或多个触摸或近似触摸的位置以及在适用情况下的那些触摸的力。可使用软件、硬件、固件或它们的任何组合来处理所检测的触摸以及在适用情况下的那些触摸的力的测量，以识别并跟踪一个或多个手势。手势可对应于触摸I/O设备1001上的静态或非静态的单个或多个触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力。可通过基本上同时、连续地、依次地或以其他方式在触摸I/O设备1001上以特定方式移动一个或多个手指或其他物体来执行手势，该手势诸如轻击、按压、摇摆、洗擦、扭转、改变取向、以不同的压力进行按压等。可通过但不限于挤压、滑动、轻扫、旋转、弯曲、拖动、轻击、推动和/或释放、或其他运动来表征手势，该其他运动介于任何其他一个或多个手指或者身体或其他对象的任何其他部分之间或利用这些部位。单个手势可由一个或多个用户利用一个或多个手、或身体或其他对象的任何其他部分，或它们的任何组合来执行。

计算系统1003可利用图形数据来驱动显示器，以显示图形用户界面(GUI)。GUI可被配置为经由触摸I/O设备1001来接收触摸输入以及在适用情况下该触摸输入的力。具体化为触摸屏的触摸I/O设备1001可以显示GUI。另选地，可以在与触摸I/O设备1001分开的显示器上显示GUI。GUI可以包括在界面内的特定位置处显示的图形元素。图形元素可包括但不限于多种所显示的虚拟输入设备，包括虚拟滚轮、虚拟键盘、虚拟旋钮或拨号盘、虚拟按钮、虚拟杆件、任何虚拟UI，等等。用户可以在触摸I/O设备1001上的可能与GUI的图形元素相关联的一个或多个特定位置处执行手势。在其他实施例中，用户可以在与GUI的图形元素的位置无关的一个或多个位置处执行手势。在触摸I/O设备1001上执行的手势可以直接或间接地操纵、控制、修改、移动、致动、启动或大体上影响GUI内的图形元素，诸如光标、图标、媒体文件、列表、文本、所有或部分图像等。例如，就触摸屏而言，用户可以通过在触摸屏上的图形元素上方执行手势来与图形元素直接进行交互。另选地，触摸板通常提供间接交互。手势还可以影响未显示的GUI元件(例如，使用户界面显现)或可以影响计算系统1003内的其他动作(例如，影响GUI的状态或模式、应用或操作系统)。可以与或可以不与显示光标结合来在触摸I/O设备1001上执行手势。例如，在触摸板上执行手势的情况下，可在显示屏或触摸屏上显示光标(或指针)，并且可经由触摸板上的触摸输入以及在适用情况下该触摸输入的力来控制光标以与显示屏上的图形对象进行交互。在直接在触摸屏上执行手势的其他实施例中，不管触摸屏上显示还是不显示光标或指针，用户都可以与触摸屏上的对象直接进行交互。

可响应于或基于触摸I/O设备1001上的触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力来经由通信信道1002将反馈提供给用户。可通过光学、机械、电气、嗅觉、声学、触觉方式等或它们的任何组合并且以可变或不可变的方式来传输反馈。

现在关注可在任何便携式或非便携式设备之内实现的系统架构的实施例，便携式或非便携式设备包括但不限于通信设备(例如移动电话、智能电话)、多媒体设备(例如，MP3播放器、电视、收音机)、便携式或手持式电脑(例如，平板电脑、上网本、膝上型电脑)、台式计算机、一体台式计算机、外围设备，或适于包括系统架构2000的任何其他(便携式或非便携式)系统或设备，包括这些类型的设备中的两个或更多个设备的组合。图7B示出系统2000的一个实施例的框图，该系统大体包括一个或多个计算机可读介质2001、处理系统2004、输入/输出(I/O)子系统2006、电磁频率电路，诸如可能的射频(RF)或其他频率电路2008以及音频电路2010。这些部件可以通过一条或多条通信总线或信号线2003耦接。每根此类总线或信号线均可以形式2003-X表示，其中X可为唯一编号。总线或信号线可以在各部件之间承载适当类型的数据；每条总线或信号线可以不同于其他总线/信号线，但可以执行大体类似的操作。

应当理解，图9A和图9B中所示的架构仅为系统2000的一个示例架构，并且系统2000可以具有比图示更多或更少的部件、或不同构型的部件。图6-图7中所示的各种部件可在硬件、软件、固件或它们的任何组合(包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路)中实施。

RF电路2008用于通过无线链路或网络向一个或多个其他设备发送和接收信息，并且包括用于执行该功能的众所周知的电路。RF电路2008和音频电路2010经由外围设备接口2016耦接到处理系统2004。接口2016包括用于建立和维护外围设备与处理系统2004之间的通信的各种已知部件。音频电路2010耦接到音频扬声器2050和麦克风2052，并且包括用于处理从接口2016接收到的语音信号以使得用户能够与其他用户实时通信的已知电路。在一些实施例中，音频电路2010包括耳机接口(未示出)。

外围设备接口2016将系统的输入和输出外围设备耦接到处理器2018和计算机可读介质2001。处理器2018是处理单元的一个示例；一般来讲，处理单元可以是一个或多个处理器、专用处理器、微处理器、分布式处理系统、联网处理器等等。一个或多个处理器2018通过控制器2020与一个或多个计算机可读介质2001通信。计算机可读介质2001可以是可存储供一个或多个处理器2018使用的代码和/或数据的任何设备或介质。介质2001可以包括存储器分级结构，包括但不限于高速缓存存储器、主存储器和辅存储器。可以利用RAM(例如SRAM、DRAM、DDRAM)、ROM、闪存、磁和/或光存储设备(诸如磁盘驱动器、磁带、CD(光盘)和DVD(数字视频光盘))的任何组合实现存储器分级结构。介质2001还可包括用于承载指示计算机指令或数据的信息承载信号的传输介质(具有或不具有在其上调制信号的载波)。例如，传输介质可包括通信网络，包括但不限于互联网(也称为万维网)、一个或多个内联网、局域网(LAN)、宽局域网(WLAN)、存储区域网(SAN)、城域网(MAN)等。

一个或多个处理器2018运行存储在介质2001中的各种软件部件以执行系统2000的各种功能。在一些实施例中，软件部件包括操作系统2022、通信模块(或指令集)2024、触摸和施力处理模块(或指令集)2026、图形模块(或指令集)2028、一个或多个应用(或指令集)2030和力感测模块(或指令集)2038。这些模块和以上提及的应用中的每一个对应于用于执行上述一种或多种功能以及在本专利申请中所述方法(例如，本文所描述的计算机实现的方法和其他信息处理方法)的指令集。这些模块(即指令集)不必被实现为独立的软件程序、过程或模块，并因此这些模块的各种子集可以在各种实施例中被组合或以其他方式重新布置。在一些实施例中，介质2001可以存储以上所识别的模块和数据结构的子集。此外，介质2001可以存储上面未描述的另外的模块和数据结构。

操作系统2022包括各种过程、指令集、软件部件和/或驱动器以用于控制和管理一般系统任务(例如，存储器管理、存储设备控制、电源管理等)，并且有利于各个硬件和软件部件之间的通信。

通信模块2024有利于通过一个或多个外部端口2036或经由RF电路2008与其他设备进行通信，并且包括各种软件部件以用于处理从RF电路2008和/或外部端口2036所接收的数据。

图形模块2028包括各种已知的软件部件以用于在显示表面上渲染、以动画方式呈现和显示图形对象。在触摸I/O设备2012为触敏和力敏显示器(例如触摸屏)的实施例中，图形模块2028包括用于在触敏和力敏显示器上呈现、显示和以动画方式显示对象的部件。

一种或多种应用2030可包括安装在系统2000上的任何应用，包括但不限于浏览器、通讯录、联系人列表、电子邮件、即时消息、文字处理、键盘仿真、桌面小部件、支持JAVA的应用、加密、数字权限管理、语音识别、语音复制、位置确定能力(诸如由在本文中有时也称为“GPS”的全球定位系统所提供的位置确定能力)、音乐播放器等。

触摸和施力处理模块2026包括用于执行与触摸I/O设备2012相关联的各种任务的各种软件部件，该各种任务包括但不限于经由触摸I/O设备控制器2032来接收和处理来自I/O设备2012的触摸输入和施力输入。

系统2000还可以包括用于执行力感测的力感测模块2038。

I/O子系统2006耦接到触摸I/O设备2012和一个或多个其他I/O设备2014以便控制或执行各种功能。触摸I/O设备2012经由触摸I/O设备控制器2032来与处理系统2004进行通信，该触摸I/O设备控制器包括用于处理用户触摸输入和施力输入的各种部件(例如，扫描硬件)。一个或多个其他输入控制器2034从其他I/O设备2014接收电信号或将电信号发送到其他I/O设备。其他I/O设备2014可以包括物理按钮、拨号盘、滑动开关、操作杆、键盘、触摸板、另外的显示屏或它们的任何组合。

如果具体化为触摸屏，那么触摸I/O设备2012在GUI中向用户显示视觉输出。视觉输出可以包括文本、图形、视频和它们的任何组合。视觉输出中的一些或全部可以对应于用户界面对象。触摸I/O设备2012形成接受来自用户的触摸输入和施力输入的触敏和力敏表面。触摸I/O设备2012和触摸屏控制器2032(连同介质2001中的任何相关联的模块和/或指令集)检测并跟踪触摸I/O设备2012上的触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力(以及对触摸的任何移动或释放，和触摸的力的任何改变)，并且将所检测到的触摸输入和施力输入转变成与图形对象诸如一个或多个用户界面对象的交互。在设备2012具体化为触摸屏的情况下，用户可以与显示在触摸屏上的图形对象直接进行交互。另选地，在将设备2012具体化为触摸屏之外的触摸设备(例如，触摸板或触控板)的情况下，用户可与在被具体化为I/O设备2014的独立显示屏上显示的图形对象间接进行交互。

触摸I/O设备2012可以类似于以下美国专利中所述的多触敏表面：6,323,846、6,570,557和/或6,677,932和/或美国专利公开2002/0015024A1，在此以引用方式将每者并入本文。

在触摸I/O设备2012为触摸屏的实施例中，触摸屏可以使用LCD(液晶显示器)技术、LPD(发光聚合物显示器)技术、OLED(有机LED)或OEL(有机电致发光)，尽管在其他实施例中可以使用其他显示技术。

触摸I/O设备2012可基于用户的触摸输入和施力输入以及正被显示的内容和/或计算系统的一种或多种状态来提供反馈。反馈可以通过光学(例如光信号或显示的图像)、机械(例如触觉反馈、触摸反馈、力反馈等)、电气(例如电刺激)、嗅觉、声学(例如嘟嘟声等)等或它们的任何组合方式并且以可变或不可变的方式传输。

系统2000还包括用于为各种硬件部件供电的电源系统2044，并且可包括电源管理系统、一个或多个电源、再充电系统、电源故障检测电路、功率转换器或逆变器、电源状态指示器以及通常与便携式设备中电力的生成、管理和分配相关联的任何其他部件。

在一些实施例中，外围设备接口2016、一个或多个处理器2018和存储器控制器2020可以在单个芯片，诸如处理系统2004上实施。在一些其他实施例中，它们可在单独的芯片上实施。

在一个实施例中，示例系统包括耦接到触摸I/O设备2012，诸如耦接到力传感器控制器的力传感器。例如，力传感器控制器可被包括在I/O子系统2006中。力传感器控制器可耦接到处理单元或其他计算设备，诸如处理器2018或另一处理单元，其效果在于，可测量、计算、估算或以其他方式操纵来自力传感器控制器的信息。在一个实施例中，力传感器可利用耦接到或可访问触摸I/O设备2012的一个或多个处理器或其他计算设备，诸如处理器2018、安全处理器2040或其他设备。在另选的实施例中，力传感器可利用耦接到或可访问触摸I/O设备2012的一个或多个模拟电路或其他专用电路，诸如可耦接到I/O子系统2006。应当理解，本文描述的部件中的很多部件可以是任选的，在一些实施例中可以省略，诸如安全处理器2040，或者可以将很多部件合并，诸如处理器和安全处理器。本文描述的所有附图一般都是如此。

时序图

在一些实施例中，可以相互独立地和/或按照单独的频率驱动或激活计算设备和/或触摸屏设备的各种部件。针对某些部件，诸如显示器、一个或多个触摸传感器(如果有的话)和/或力传感器的单独驱动时间/频率可有助于降低各种部件中的串扰和噪声。图11A-图11C示出了不同的时序图示例，下文将依次对其每者进行论述。应当指出的是，本文论述的时序图只是意在进行例示说明，并且可以设想很多其他时序图和驱动方案。

相对于图11A而言，在一些实施例中，可以基本上同时驱动显示器14和力传感器18，而触摸敏感部件1001则单独驱动。换句话讲，在激活用于力感测设备18的驱动电路的时段内还可以激活显示器。例如，显示器信号30和力感测信号34可以在第一时段期间都导通，之后两者随着触摸感测设备信号32的激活而都处于非活动状态。

相对于图11B而言，在一些实施例中，可以基本上同时驱动触摸设备和力设备，并且可以单独驱动显示器。例如，可以在触摸信号42和力信号44两者均为低位(例如不活动)的时间期间将显示信号40设置为高位(例如活动)，并且可以在触摸信号42和力信号44两者均为高位的同时使显示信号40处于低位。在该示例中，触摸信号42和力信号44可以具有不同频率。具体地，触摸信号42可以具有第一频率F1，并且力信号44可以具有第二频率F2。通过利用单独的频率F1和F2，计算设备能够基本上同时对触摸输入和力输入取样，而不会相互干扰，这继而可以允许处理器更好地关联触摸输入和力输入。换句话讲，处理器能够将力输入关联至触摸输入，因为传感器可以基本上相互同时进行取样。此外，单独的频率可以减少两种传感器之间的噪声和串扰。尽管相对于力和触摸信号论述了图11B中的示例，但是在其他实施例中，驱动信号、触摸信号和/或力信号的中的每一者都可以具有相互独立的频率，并且可以与另一个信号同时或者对应地受到激活。

相对于图11C而言，在一些实施例中，可以相互独立地驱动计算设备中的各种部件。例如，可以将显示信号50驱动至高位，同时触摸信号52和力信号54则处于低位。此外，触摸信号52可以处于高位，同时力信号54和显示信号50则处于低位，并且类似地力信号54可以处于高位，同时显示信号50和触摸信号52则处于低位。在这些示例中，力信号的活动周期可以处于显示器和触摸传感器的活动周期之间。换句话讲，可以在对显示器进行驱动和对触摸传感器进行驱动之间对力传感器18进行驱动。在这些示例中，设备中的每个设备可以在相互独立的时间处于活动状态，从而降低系统间噪声。在一些实施例中，力传感器可以具有比显示器或触摸信号短的驱动时间；然而在其他实施例中，力传感器可以具有基本上与显示器和/或触摸传感器相同或者比之更长的驱动时间。

另选的实施例

在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员应认识到，用于相对于在触摸I/O设备上的所施加的力和接触来获取信息，以及使用该相关联的信息来确定在触摸I/O设备上的所施加的力和接触的量和位置的技术响应于并变化于真实数据，诸如从通过用户的手指所施加的力或接触所接收的衰减反射和电容传感器数据，并且在利用触摸I/O设备检测和使用所施加的力和接触的服务中提供可用且切实的结果。此外，在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员应认识到，计算设备对所施加的力和接触传感器信息的处理包括基本的计算机控制和编程，涉及到所施加的力和接触传感器信息的基本记录，并且涉及与所施加的力和接触传感器硬件以及任选地供所施加的力和接触传感器信息使用的用户界面的交互。

本公开中描述的实施例的特定方面可以被提供作为计算机程序产品或软件，其可以包括例如在其上存储指令的计算机可读存储介质或非暂态机器可读介质，可以用于对计算机系统(或其他电子设备)进行编程，以执行根据本公开的过程。非暂态机器可读介质包括用于以机器(例如计算机)可读的形式(例如软件、处理应用)存储信息的任何机制。非暂态机器可读介质可以采取但不限于如下形式：磁存储介质(例如软盘、盒式磁带等)；光存储介质(例如CD-ROM)；磁光存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除可编程存储器(例如EPROM和EEPROM)；闪存存储器；等等。

尽管已经参考各种实施例描述了本公开，但应当理解这些实施例是例示性的，并且本公开的范围不限于此。许多变型、修改、添加和改进是可能的。更一般地，已经在特定实施例的上下文中描述了根据本公开的实施例。在本公开的各种实施例中可以以不同方式在过程中将功能分开或组合在一起，或以不同术语加以描述。这些和其他变型、修改、添加和改进可以落在以下权利要求界定的本公开的范围之内。

Claims

1.一种电子设备，包括：

第一电容式感测元件；和

第二电容式感测元件，所述第二电容式感测元件电容耦接到所述第一电容式感测元件；其中

感测间隙设置在所述第一电容式感测元件和所述第二电容式感测元件之间；并且

所述第一电容式感测元件和第二电容式感测元件被设置为基于施加到所述电子设备的用户输入表面的力提供对电容的测量。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中力传感器被包括在所述电子设备的显示器叠层中，并且所述用户输入表面包括所述显示器叠层的覆盖玻璃。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述显示器叠层还包括设置在所述覆盖玻璃下方的一个或多个显示电路，并且其中所述第一电容式感测元件和第二电容式感测元件设置在所述一个或多个显示电路下方。

4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述显示器叠层还包括设置在所述第一电容式感测元件和第二电容式感测元件之间的背光单元。

5.根据权利要求4所述的电子设备，还包括设置在所述第一电容式感测元件和第二电容式感测元件之间的可压缩间隙。

6.根据权利要求4所述的电子设备，还包括设置在所述一个或多个显示电路上方的可压缩间隙。

7.根据权利要求4所述的电子设备，还包括设置在所述一个或多个显示电路的至少一部分下方的可压缩间隙。

8.根据权利要求3所述的电子设备，还包括设置在所述覆盖玻璃和所述一个或多个显示电路之间的粘合剂层。

9.根据权利要求1所述的电子设备，还包括设置在所述第一电容式感测元件和第二电容式感测元件之间的支撑结构。

10.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一电容式感测元件或所述第二电容式感测元件被包括在挠性基板中。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述挠性基板包括屏蔽罩。

12.根据权利要求1所述的电子设备，所述力传感器还包括压电膜。

13.一种电子设备，包括：

第一电容式感测元件；

接地层，所述接地层电容耦接到所述第一电容式感测元件并且通过感测间隙与所述第一电容式感测元件隔开；

处理单元，所述处理单元操作地耦接到所述第一电容式感测元件；其中

所述第一电容式感测元件和所述接地层被设置为基于施加到所述电子设备的用户输入表面的力提供对电容的测量；并且

所述处理单元被配置为使对电容的所述测量与所述力相关联。

14.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述力传感器被包括在所述电子设备的显示器叠层中，并且所述用户输入表面包括所述显示器叠层的覆盖玻璃。

15.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述显示器叠层还包括设置在所述覆盖玻璃下方的一个或多个显示电路，并且其中所述第一电容式感测元件和所述接地层设置在所述一个或多个显示电路下方。

16.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述显示器叠层还包括设置在所述第一电容式感测元件和所述接地层之间的背光单元。

17.根据权利要求16所述的电子设备，还包括设置在所述第一电容式感测元件和所述接地层之间的可压缩间隙。

18.根据权利要求16所述的电子设备，还包括设置在所述一个或多个显示电路上方的可压缩间隙。

19.根据权利要求16所述的电子设备，还包括设置在所述一个或多个显示电路的至少一部分下方的可压缩间隙。

20.根据权利要求15所述的电子设备，还包括设置在所述覆盖玻璃和所述一个或多个显示电路之间的粘合剂层。

21.根据权利要求13所述的电子设备，还包括设置在所述第一电容式感测元件和所述接地层之间的支撑结构。

22.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述第一电容式感测元件被包括在挠性基板中。

23.根据权利要求21所述的电子设备，其中所述挠性基板包括屏蔽罩。

24.根据权利要求13所述的电子设备，所述力传感器还包括压电膜。

25.一种用于确定施加到电子设备中的用户输入表面的力的大小的方法，包括：

基于施加到所述用户输入表面的所述力来测量第一电容式感测元件和第二电容式感测元件之间的电容；

使所测量的电容与施加到所述用户输入表面的所述力的大小相关联。