CN107148608A - 用于采用中间屏蔽电极层的力和接近性感测的设备和方法 - Google Patents

Abstract

方法、系统和设备被描述以供与电子系统一起使用。所述设备包括：具有输入表面和第一多个传感器电极的可弯曲部件；与所述可弯曲部件间隔开的支撑衬底；安置在第二衬底上的第二多个传感器电极；安置在所述可弯曲部件与所述支撑衬底之间的间隔层，所述间隔层被配置成响应于施加到所述输入表面的力而局部变形；以及安置在所述第一多个传感器电极与所述第二多个传感器电极之间的屏蔽电极层。

Description

用于采用中间屏蔽电极层的力和接近性感测的设备和方法

技术领域

本发明总体上涉及电子设备，并且更具体地涉及力使能的传感器设备以及将传感器设备用于产生用户界面输入。

背景技术

包括接近传感器设备（通常也被称为触摸板或触摸传感器设备）的输入设备被广泛用在各种各样的电子系统中。接近传感器设备典型地包括常常通过表面划界的感测区，接近传感器设备在该感测区中确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器设备可以被用来为电子系统提供界面。例如，接近传感器设备常常被用作较大型的计算系统的输入设备（诸如集成在笔记本或桌上型计算机中的或者作为笔记本或桌上型计算机外围设备的不透明触摸板）。接近传感器设备还常常被用在较小型的计算系统中（诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏）。

接近传感器设备可以被用于使能对相关联的电子系统的控制。例如，接近传感器设备常常被用作较大型的计算系统的输入设备，包括笔记本计算机和桌上型计算机。接近传感器设备还常常被用在较小型的系统中，包括：手持系统，诸如个人数字助理（PDA）、远程控制器以及诸如无线电话和文本消息系统的通信系统。接近传感器设备越来越多地被用在媒体系统中，诸如CD、DVD、MP3、视频或其他媒体记录器或播放器。接近传感器设备可以与同它相互作用的计算系统集成或作为同它相互作用的计算系统的外围设备。

目前已知的输入设备除了确定与输入设备的感测区相互作用的输入对象的位置信息之外还具有检测所施加的力的能力。然而，在一些力/触摸输入设备中，在所施加的力期间力感测和触摸感测电极可相互作用。力接收器与触摸接收器的这种交叉耦合使得在输入表面由于所施加的输入对象而经历偏转的情况下难以准确地定位输入对象（例如手指）。这些因素限制目前已知的力使能输入设备的灵活性和可用性。因此需要全跨越电容图像传感器，在其中触摸图像在输入表面的偏转期间保持与力图像独立。

发明内容

本发明的实施例提供一种促进提高的设备可用性的设备和方法。该设备和方法通过在发射器和接收器电极层之间安置屏蔽电极层来提供提高的用户界面功能性。以这种方式，可从触摸信号有效地移除输入表面偏转的作用。

更具体地，在一个实施例中，传感器层叠包括：具有发射电极和触摸接收器电极的第一层、具有被配置成使触摸图像独立于所施加的压力的屏蔽电极的第二层以及具有力接收器电极的第三层，其中在第二层和第三层之间插入可压缩介电层。通过将屏蔽电极的几何形状与触摸接收器的几何形状相匹配，屏蔽电极层：i）阻止触摸接收器在偏转期间与力接收器相互作用；以及ii）允许公共发射器电极在偏转期间与力接收器相互作用。

此外，可仅使用单根电线来将屏蔽电极层保持在恒定电压电位，例如保持在基准或系统接地。

附图说明

在下文中将结合附图描述本发明的优选示例性实施例，其中相似的命名表示相似的元件，并且：

图1是根据本发明的一个实施例的包括输入设备和处理系统的示例性电子系统的框图；

图2是根据本发明的一个实施例的示例性处理系统的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的具有顶部电极层、底部电极层以及它们之间的屏蔽电极层的力使能触摸传感器的横截面视图；

图4A是图3的顶部电极层的俯视图，其示出根据本发明的一个实施例的触摸接收器电极的第一子集和发射器电极的第二子集；

图4B是图3的屏蔽电极层的俯视图，其展示根据本发明的一个实施例的总体上类似于图4A的触摸接收器电极的几何结构；

图4C是图3的底部电极层的俯视图，其示出根据本发明的一个实施例的展示总体上类似于图4A的发射器电极的几何结构的力接收器电极；

图5是示意性横截面视图，其图示与根据本发明的一个实施例的发射器电极、触摸接收器电极、屏蔽电极和力接收器电极相关联的电磁场线；

图6A-6C图示图3和图4所示的各种电极层的其他实施例；以及

图7A-7C图示其中顶部电极层被沉积在单个层中的另一备选实施例。

具体实施方式

下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，并且不意在限制本发明或本发明的应用和使用。此外，不意在受前述技术领域、背景技术、发明内容或者下面的具体实施方式中所给出的任何明示或暗示的理论的限制。

本发明的各种实施例提供促进提高的可用性的输入设备和方法。可这样来增强用户界面功能性：即通过将触摸接收器电极和发射器电极布置在顶层中、将力接收器电极布置在底层中并且将可压缩层和屏蔽电极层插入顶层与底层之间以由此使得顶层所产生的触摸图像基本上或完全地独立于输入表面的由所施加的力引起的弯曲或平移。

现转向附图，图1是根据本发明的实施例的示例性输入设备100的框图。输入设备100可以被配置成向电子系统（未示出）提供输入。如在本文档中所使用的，术语“电子系统”（或者“电子设备”）泛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、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器以及个人数字助理（PDA）。额外的示例电子系统包括组合的输入设备，诸如包括输入设备100和分开的操纵杆或按键开关的物理键盘。其他示例电子系统包括诸如数据输入设备（包括远程控制器和鼠标）以及数据输出设备（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、便携式游戏设备以及诸如此类的视频游戏机）。其他示例包括通信设备（包括蜂窝式电话，诸如智能电话）以及媒体设备（包括录音机、编辑器和播放器，诸如电视、机顶盒、音乐播放器、数字相框和数字相机）。另外，电子系统可以是输入设备的主机或从机。

输入设备100可以被实施为电子系统的物理部分，或者可以与电子系统物理地分开。视情况而定，输入设备100可以使用以下各项中的任何一个或多个来与电子系统的部分通信：总线、网络及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。

在优选实施例中，输入设备100被实施为包括处理系统110和感测区120的力使能触摸板系统。感测区120（常常也被称为“触摸板”）被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、拇指、手掌和触控笔。感测区120被示意性地图示为矩形；然而，应理解的是感测区可具有任何便利的形式并且在触摸板的表面上处于任何期望的布置和/或以其他方式与触摸板集成。

如下面结合图2更详细描述的，感测区120包括用于检测力和接近性的传感器。感测区120可包围在输入设备100上方（例如悬停）、周围、之内和/或附近的任何空间，输入设备100能够在所述空间中检测用户输入（例如由一个或多个输入对象140提供的用户输入）。特定感测区的尺寸、形状和位置可能随着不同实施例而广泛变化。在一些实施例中，感测区120在一个或多个方向上从输入设备100的表面延伸到空间中直到信噪比阻碍足够准确的对象检测为止。在各种实施例中，该感测区120在特定方向上延伸的距离可以大约为小于一毫米、数毫米、数厘米或更多，并且可以随着所使用的感测技术的类型和所期望的准确度而显著变化。因此，一些实施例感测下面这样的输入：其包括与输入设备100的任何表面没有接触、与输入设备100的输入表面（例如触摸表面）的接触、与某个量的施加力或压力耦合的与输入设备100的输入表面的接触和/或它们的组合。在各种实施例中，输入表面可以由传感器电极位于其内的壳体的表面、由施加在传感器电极或任何壳体之上的面板等提供。在一些实施例中，感测区120在被投影到输入设备100的输入表面上时具有矩形形状。

输入设备被适配成通过促进响应于感测到的对象的位置和由这样的对象施加的力的数据录入来提供用户界面功能性。具体来说，处理系统被配置成确定由传感器在感测区中感测到的对象的位置信息。该位置信息然后可以被系统用来提供广泛的用户界面功能性。此外，处理系统被配置成根据由传感器在感测区中确定的力的测量结果来确定对象的力信息。该力信息然后也可以被系统用来例如通过响应于由对象在感测区中施加的力的不同水平提供不同用户界面功能来提供广泛的用户界面功能性。此外，处理系统可被配置成确定感测区中感测到的不止一个对象的输入信息。输入信息可以基于力信息、位置信息、感测区中和/或与输入表面接触的输入对象的数目以及一个或多个输入对象接触或接近输入表面的持续时间。输入信息然后可以被该系统用来提供广泛的用户界面功能性。

输入设备对通过一个或多个输入对象（例如手指、触控笔等等）的输入敏感，诸如对输入对象在感测区内的位置敏感。感测区包围输入设备上方、周围、之内和/或附近的任何空间，输入设备在所述空间中能够检测用户输入（例如由一个或多个输入对象提供的用户输入）。特定感测区的尺寸、形状和位置可能随着不同实施例而广泛变化。在一些实施例中，感测区120在一个或多个方向上从输入设备的表面延伸到空间中直到信噪比阻碍足够准确的对象检测为止。在各种实施例中，该感测区在特定方向上延伸的距离可以大约为小于一毫米、数毫米、数厘米或更多，并且可以随着所使用的感测技术的类型和所期望的准确度而显著变化。因此，一些实施例感测下面这样的输入：其包括与输入设备的任何表面没有接触、与输入设备的输入表面（例如触摸表面）的接触、与某个量的施加力耦合的与输入设备的输入表面的接触和/或它们的组合。在各种实施例中，输入表面可以由传感器电极位于其内的壳体的表面、由施加在传感器电极或任何壳体之上的面板提供。

电子系统100可以利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区120中或以其他方式与触摸板相关联的用户输入（例如力、接近性）。输入设备102包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干非限制性示例，输入设备100可以使用电容性、弹性、电阻性、电感性、磁性、声学、超声和/或光学技术。

在输入设备100的一些电阻性实施方式中，通过一个或多个间隔件元件将柔性且导电的第一层与导电的第二层分开。在操作期间，产生跨多层的一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可以使其充分偏转以创建多层之间的电接触，导致反映多层之间的（一个或多个）接触点的电压输出。这些电压输出可以被用于确定位置信息。

在输入设备100的一些电感性实施方式中，一个或多个感测元件拾取由谐振线圈或线圈对感应的环路电流。电流的幅度、相位和频率的一些组合然后可以被用来确定位置信息。

在输入设备100的一些电容性实施方式中，施加电压或电流以产生电场。附近的输入对象引起电场的变化，并且产生电容性耦合的可检测变化，其可以作为电压、电流或诸如此类的参数的变化而被检测。

一些电容性实施方式利用电容性感测元件的阵列或者其他规则或不规则图案来产生电场。在一些电容性实施方式中，分开的感测元件可以被欧姆地短接在一起以形成更大的传感器电极。一些电容性实施方式利用电阻片，其可以是电阻性均匀的。

一些电容性实施方式利用基于传感器电极与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，由此改变所测得的电容性耦合。在一种实施方式中，绝对电容感测方法通过关于基准电压（例如系统接地）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操作。

一些电容性实施方式利用基于传感器电极之间的电容性耦合的变化的“互电容”（或“跨越电容”）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，由此改变所测得的电容性耦合。在一种实施方式中，跨越电容感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极（也称为“发射器电极”或“发射器”）和一个或多个接收器传感器电极（也称为“接收器电极”或“接收器”）之间的电容性耦合来操作。可以相对于基准电压（例如系统接地）来调制发射器传感器电极以发射发射器信号。接收器传感器电极可以保持相对于基准电压基本上恒定以促进对所产生的信号的接收。所产生的信号可包括对应于一个或多个发射器信号和/或对应于一个或多个环境干扰源（例如其他电磁信号）的（一个或多个）作用。传感器电极可以是专用发射器或接收器，或者可以被配置成既发射又接收。

还应该理解，输入设备可利用各种各样的不同方法来实现以确定传递到输入设备的输入表面上的力。例如，输入设备可包括安置成接近输入表面并且配置成提供表示施加到输入表面上的力的绝对值或变化的电信号的机构。在一些实施例中，输入设备可被配置成基于输入表面相对于导体（例如位于输入表面下方的显示屏）的偏转来确定力信息。在一些实施例中，输入表面可被配置成关于一个或多个轴偏转。在一些实施例中，输入表面可被配置成以基本均匀或非均匀的方式偏转。

在图1中，处理系统110被示出为输入设备100的部分。然而，在其他实施例中，处理系统可被定位在触摸板利用其来操作的主机电子设备中。处理系统110被配置成操作输入设备100的硬件以检测来自感测区120的各种输入。处理系统110包括一个或多个集成电路（IC）和/或其他电路部件的部分或全部。例如，用于互电容传感器设备的处理系统可包括被配置成利用发射器传感器电极发射信号的发射器电路，和/或被配置成利用接收器传感器电极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、软件代码和/或诸如此类的电子可读指令。在一些实施例中，组成处理系统110的部件被设置在一起，诸如在输入设备100的（一个或多个）感测元件附近。在其他实施例中，处理系统110的部件与靠近输入设备100的（一个或多个）感测元件的一个或多个部件以及别处的一个或多个部件物理上分开。例如，输入设备100可以是耦合到桌上型计算机的外围设备，并且处理系统110可以包括被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中央处理单元分开的一个或多个IC（可能具有相关联的固件）。作为另一示例，输入设备100可以物理地集成在电话中，并且处理系统110可以包括作为电话的主处理器的部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入设备100。在其他实施例中，处理系统110还执行其他功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等等。

处理系统110可以被实施为操控处理系统110的不同功能的一组模块。每个模块可以包括电路、固件、软件或其组合，其中电路是处理系统110的一部分。在各个实施例中，可以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的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的数据的数据处理模块以及用于报告信息的报告模块。其他示例模块包括被配置成操作（一个或多个）感测元件以检测输入的传感器操作模块、被配置成识别诸如模式改变手势的手势的识别模块以及用于改变操作模式的模式改变模块。

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于感测区120中的用户输入（或用户输入的缺失）。示例动作包括改变操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航及其他功能的图形用户界面（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（例如向电子系统的与处理系统110分开的中央处理系统，如果这样的分开的中央处理系统存在的话）提供关于输入（或输入的缺失）的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统110接收的信息以作用于用户输入，诸如促进全范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。动作的类型可包括但不限于；指向、轻敲、选择、点击、双击、平移、缩放和滚动。可能的动作的其他示例包括诸如点击、滚动、缩放或平移之类的动作的发起以及/或者速率或速度。

例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入设备100的（一个或多个）感测元件以产生指示感测区120中的输入（或输入的缺失）的电信号。处理系统110可以在产生提供给电子系统的信息时对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可以对从传感器电极获得的模拟电信号进行数字化。作为另一示例，处理系统110可以执行滤波或其他信号调节。作为又一示例，处理系统110可以去掉或以其他方式计及基线，使得信息反映电信号与基线之间的差别。作为再一示例，处理系统110可以确定位置信息、将输入识别为命令、识别手写以及诸如此类的操作。

如在这里使用的“位置信息”广泛地包括特别关于感测区中输入对象的存在的绝对位置、相对位置、速度、加速度及其他类型的空间信息。示例性的“零维”位置信息包括近/远或者接触/没有接触的信息。示例性的“一维”位置信息包括沿轴线的位置。示例性的“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性的“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。其他示例包括空间信息的其他表示。关于一种或多种类型的位置信息的历史数据也可以被确定和/或存储，例如包括随着时间追踪位置、运动或瞬时速度的历史数据。

同样地，如本文中所使用的术语“力信息”意在广泛地包括力信息，不管形式如何。例如，力信息可以作为矢量或标量被提供给每个输入对象。作为另一示例，力信息可以被提供为所确定的力已超越或未超越阈值量的指示。作为其他示例，力信息还可以包括用于手势识别的时间历史分量。如下面将更详细描述的，来自处理系统的位置信息和力信息可被用于促进全范围的界面输入，包括接近传感器设备作为用于选择、光标控制、滚动及其他功能的指向设备的使用。

同样地，如本文中所使用的术语“输入信息”意在广泛地包括对于任何数目的输入对象的时间、位置和力信息，不管形式如何。在一些实施例中，可为单独的输入对象确定输入信息。在其他实施例中，输入信息包括与输入设备相互作用的输入对象的数目。

在一些实施例中，利用由处理系统110或由一些其他处理系统操作的额外输入部件来实现输入设备100。这些额外输入部件可以提供用于感测区120中的输入的冗余功能性或某个其他功能。例如，按钮（未示出）可被放置在感测区120附近并且被用来促进使用输入设备100来选择项目。其他类型的附加输入部件包括滑动条、滚珠、轮盘、开关以及诸如此类的输入部件。相反地，在一些实施例中，可以不利用其他输入部件来实现输入设备100。

在一些实施例中，电子系统100包括触摸屏界面，并且感测区120与显示屏的有效区域的至少一部分重叠。例如，输入设备100可以包括覆盖显示屏的基本上透明的传感器电极并且为相关联的电子系统提供触摸屏界面。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以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。输入设备100和显示屏可以共享物理元件。例如，一些实施例可以将相同电子部件中的一些用于显示和感测。作为另一示例，显示屏可以部分或完全由处理系统110来操作。

应该理解，尽管在全功能的装置的背景下描述了本发明的许多实施例，但是本发明的机制能够以多种形式被分布成程序产品（例如软件）。例如，本发明术的机制可以被实现和分布成可被电子处理器读取的信息承载介质（例如可被处理系统110读取的非瞬态计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质）上的软件程序。另外，本发明的实施例等同地适用，不管被用于执行所述分布的介质的特定类型如何。非瞬态电子可读介质的示例包括各种盘、记忆棒、存储卡、存储模块以及诸如此类的非瞬态电子可读介质。电子可读介质可以基于闪存、光、磁、全息或任何其他存储技术。

还应该理解，输入设备可利用各种各样的不同方法来实现以确定传递到输入设备的输入表面上的力。例如，输入设备可包括安置成接近输入表面并且配置成提供表示施加到输入表面上的力的绝对值或变化的电信号的机构。在一些实施例中，输入设备可被配置成基于输入表面相对于导体（例如位于输入表面下方的显示屏）的偏转来确定力信息。在一些实施例中，输入表面可被配置成关于一个或多个轴偏转。在一些实施例中，输入表面可被配置成以基本均匀或非均匀的方式偏转。

如上文所述，在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统接收的信息以确定输入信息以及作用于用户输入，诸如促进全范围的动作。应该认识到，某些独特地输入的信息可导致相同或不同的动作。例如，在一些实施例中，包括力值F、位置X、Y以及接触时间T的针对输入对象的输入信息可导致第一动作。同时，包括力值F’、位置X’、Y’以及接触时间T’的针对输入对象的输入信息（其中带撇号的值独特地不同于不带撇号的值）也可导致第一动作。此外，包括力值F、位置X’、Y’以及接触时间T’的针对输入对象的输入信息也可导致第一动作。尽管下面的示例描述了可基于包括对于力、位置以及诸如此类的参数的具体范围值的输入信息执行的动作，但是应该认识到不同的输入信息（如上文所述）可导致相同的动作。此外，基于输入信息的分量，相同类型的输入可提供不同的功能性。例如，F、X/Y和T的不同值可导致相同类型的动作（例如平移、缩放等等），该类型的动作可基于所述值或其他值来不同地表现（例如更快地缩放、更慢地平移以及诸如此类的表现）。

如上文所指出的，可以利用用于检测力和位置信息的各种各样不同类型和布置的电容性传感器电极来实现本发明的实施例。以下列举若干示例，可以利用形成在多个衬底层上的电极阵列来实现输入设备，典型地其中用于在一个方向（例如“X”方向）上进行感测的电极形成在第一层上，而用于在第二方向（例如“Y”方向）上进行感测的电极形成在第二层上。在其他实施例中，用于X感测和Y感测二者的传感器电极可以被形成在同一层上。在又一些其他实施例中，传感器电极可以被布置用于在仅一个方向上进行感测，例如或者在X方向上或者在Y方向上。在还有其他实施例中，传感器电极可以被布置成按极坐标提供位置信息，诸如作为一个示例的“г”和“θ”。在这些实施例中，传感器电极自身通常以环形或其他成环的形状来布置以提供“θ”，同时单独的传感器电极的形状被用来提供“г”。

而且，可以使用各种各样的不同传感器电极形状，包括被定形为细线、矩形、菱形、楔形等等的电极。最后，可以使用各种各样的导电材料和制造技术来形成传感器电极。作为一个示例，通过将导电墨水沉积和蚀刻在沉淀上来形成传感器电极。

在一些实施例中，输入设备包括被配置成检测与设备相互作用的用户的接触区域和位置的传感器设备。输入传感器设备可被进一步配置成检测关于用户的位置信息，诸如手和其他手指相对于传感器设备的输入表面（或感测区）的位置和运动。

在一些实施例中，输入设备被用作间接互动设备。间接互动设备可控制与输入设备分开的显示器（例如膝上型计算机的触摸板）上的GUI动作。在一个实施例中，输入设备可操作为直接交互设备。直接交互设备控制位于接近传感器下方的显示器（例如触摸屏）上的GUI动作。在间接与直接之间存在各种可用性差异，其中更多的可能混淆或阻止输入设备的充分操作。例如，间接输入设备可被用于通过在接近传感器上移动输入对象来将光标定位在按钮上。这可以间接地来完成，因为输入的运动与显示器上的响应不重叠。在类似的情况中，直接互动设备可被用来通过将输入对象直接放置在触摸屏上的所期望的按钮上方或放置到触摸屏上的所期望的按钮上来将光标定位在按钮上。

现在参考图1和2，处理系统110包括传感器模块202和确定模块204。传感器模块202被配置成从与感测区120相关联的传感器接收所产生的信号。确定模块204被配置成处理数据，并且确定位置信息和力信息。本发明的实施例可以被用于在主机设备上使能各种各样的不同能力。具体来说，它可以被用于实现光标定位、滚动、拖动、图标选择、关闭桌面上的窗口、使计算机进入休眠模式或者执行任何其他类型的模式切换或界面动作。

图3是包括柔性绝缘面板302、顶部电极层304和包括力接收器电极的底部电极层306的力使能触摸传感器层叠300的横截面视图。顶部电极层304包括触摸接收器电极的第一子集314和发射器电极的第二子集316。柔性绝缘衬底层308和可压缩介电层310被安置在顶部电极层304与底部电极层306之间。刚性绝缘衬底312位于层叠300的下方并且支撑层叠300。在所图示的实施例中，衬底层308包括夹在相应的绝缘层318之间的屏蔽电极层320。

在各种实施例中，可压缩介电层310可包括硅胶片、泡沫材料或橡胶材料，其可以是均匀的、模制的和/或包含孔径。备选地，可压缩介电层310可包括空气、光学透明胶粘剂（OCA）或可通过弯曲或可压缩刚度来表征的任何其他可压缩介质。此外，可压缩层可形成单独的可压缩结构的阵列；在其他实施例中，可压缩结构可被安置在分开的衬底上，然后将该分开的衬底耦合至柔性绝缘衬底308或底部电极层306。而且，在各种实施例中，可压缩层可包括可压缩结构的网格或其他适当的形状。在任何情况下，可压缩层都被配置成响应于施加到输入表面的力来促进顶部电极层304朝向底部电极层306的局部偏转。

图4A是顶部电极层404（总体上类似于图3的顶部电极层304）的俯视图，其示出根据本发明的一个实施例的触摸接收器电极的第一子集414和发射器电极的第二子集416。

图4B是屏蔽电极层420（总体上类似于图3的屏蔽电极层320）的俯视图。注意到，屏蔽电极层420的几何形状和布局总体上对应于触摸接收器电极层414并且与触摸接收器电极层414基本对准，除了在一个实施例中，屏蔽电极稍大于对应的触摸接收器电极之外，如在下面结合图5更详细描述的那样。

图4C是底部电极层406（总体上类似于图3的底部电极层306）的俯视图。力接收器电极406展示总体上类似图4A的发射器电极层416的几何形状。在图6-7中示出力接收器电极几何形状的其他示例。

尽管图4A-4C描绘了菱形形状的电极，但是将要理解，假如屏蔽电极层被配置用于以下各项则可采用任何期望的电极配置：i）在由从输入对象施加的压力引起的层叠300的偏转期间提供触摸接收器电极层414与力接收器电极层406之间的电屏蔽；以及ii）在偏转期间允许场线通过屏蔽层420内的空隙并且与力接收器层406相互作用。

图5是图3的层叠的一部分500的近视图。更特别地，该部分500包括发射器电极516、触摸接收器电极514、力接收器电极506、屏蔽电极520和可压缩介电层510。在所图示的实施例中，电磁场线530从发射器电极516延伸到触摸接收器电极514，这两根线都在发射器电极516和触摸接收器电极514的公共平面的上方和下方。在该平面下方，将以其他方式与力接收器电极相互作用的场线534被屏蔽电极520捕捉。因此，发射器电极516与接收器电极514之间的电容性耦合保持与由所施加的力引起的电极层的偏转无关并且不受所述偏转破坏。此外，场线532被允许在偏转期间自由地从发射器电极516通过并且耦合至力接收器电极532。

继续参考图5，注意到发射器电极516的几何形状（例如尺寸、形状或间隔）总体上对应于力接收器电极506的几何形状以及对应于相应的触摸接收器电极514之间的间隔。以这种方式，发射器电极516与力接收器电极506之间的电容性耦合在偏转期间基本上不受屏蔽电极520影响。此外，触摸接收器电极514的几何形状（例如尺寸、形状或间隔）总体上对应于屏蔽电极520并且与屏蔽电极520对准。因此，触摸接收器电极在偏转期间保持与力接收器电极电隔离，其结果是发射器电极与触摸接收器电极之间的电容性耦合在偏转期间基本上不受位于下方的力接收器电极的存在影响。

此外，因为屏蔽电极层包括单个电压节点，所以可仅使用单根电线521来将它保持在恒定电压电位（例如接地），从而降低实现的成本和复杂性。

图6A-6C图示本发明的另一实施例，其中顶部电极层（未示出）总体上分别类似于图3和图4A的顶部电极层304和404，这在于其包括基本上填充空间的传感器电极阵列。

图6A是顶部电极层604（总体上类似于图3的顶部电极层304）的俯视图，其示出根据一个实施例的触摸接收器电极的第一子集614和发射器电极的第二子集616。

图6B是屏蔽电极层620（总体上类似于图3的屏蔽电极层420）的俯视图。注意到，屏蔽电极层620的几何形状和布局总体上对应于触摸接收器电极层614并且与触摸接收器电极层614基本对准，除了在一个实施例中屏蔽电极稍大于对应的触摸接收器电极之外。

图6C是底部电极层606（总体上类似于图3的底部电极层306）的俯视图。力接收器电极606展示总体上类似图6A的发射器电极层616的几何形状。

图7A-7C图示另一备选实施例，其中顶部电极层704被沉积在单个层中。具体来说，尽管电极阵列404和604包括使来自第一子集和第二子集的单独的电极欧姆隔离的“跨接器”元件，但是图7A中的传感器电极不需要跨接器电极来确定输入对象在设备的感测区中的位置信息。顶部电极层704就是没有跨接器的单层传感器配置的一个示例。可在被转让给辛纳普蒂克斯公司的题为“单层电容性成像传感器”的共同待审的序列号为13/740,122的美国专利申请（US 2013/0181943 A1）中找到其他实施例，在此通过引用将该美国专利的整体内容合并于此。

图7A是顶部电极层704（总体上类似于图3的顶部电极层304）的俯视图，其示出根据一个实施例的触摸接收器电极的第一子集714和发射器电极的第二子集716。

图7B是屏蔽电极层720（总体上类似于图4的屏蔽电极层420）的俯视图。注意到，屏蔽电极层720的几何形状和布局总体上对应于触摸接收器电极层714并且与触摸接收器电极层714基本对准，除了在一个实施例中屏蔽电极稍大于对应的触摸接收器电极之外。

图7C是底部电极层706（总体上类似于图3的底部电极层306）的俯视图。力接收器电极706展示不同于图7A的发射器电极层716的几何形状。底部电极层706包括被布置成与传感器电极716基本上正交的多个传感器电极，但尽管如此仍然针对与发射器电极716的电容性耦合被配置。

继续参考图6-7并且再次参考图5，注意到发射器电极616和716的几何形状（例如尺寸、形状和间隔）以及相应的触摸接收器电极614与714之间的间隔导致发射器电极与力接收器电极之间的电容性耦合在偏转期间基本上不受屏蔽电极层620和720影响。因此，触摸接收器电极在偏转期间保持与力接收器电极电隔离，其结果是发射器电极与触摸接收器电极之间的电容性耦合在偏转期间基本上不受位于下方的力接收器电极的存在影响。

由此提供一种用于电子系统的输入设备，其包括：具有输入表面和第一多个传感器电极的可弯曲部件；与所述可弯曲部件间隔开的支撑衬底；安置在第二衬底上的第二多个传感器电极；安置在所述可弯曲部件与所述支撑衬底之间的间隔层，所述间隔层被配置成响应于施加到所述输入表面的力而局部变形；以及安置在所述第一多个传感器电极与所述第二多个传感器电极之间的屏蔽电极层。

在一个实施例中，所述屏蔽电极层被配置成选择性地使所述第一多个传感器电极与所述第二多个传感器电极电隔离。

在一个实施例中，所述第一多个传感器电极包括通过第一几何形状图案表征的第一子集和通过第二几何形状图案表征的第二子集；并且所述屏蔽电极层包括覆盖所述第一几何形状图案的导电分段阵列以及覆盖所述第二几何形状图案的空隙阵列。

在一个实施例中，所述第二多个传感器电极通过与所述空隙阵列基本重叠的第三几何形状图案来表征，所述导电分段阵列包括公共电压节点。

在一个实施例中，所述屏蔽电极层被欧姆耦合至恒定电压电位的源。

在一个实施例中，响应于施加到所述输入表面的力，来自所述第一多个传感器电极的第二子集的至少一个电极与来自所述第二多个传感器电极的电极之间的距离被减小。

在一个实施例中，所述第一多个传感器电极包括布置在单个层中的第一子集和第二子集，所述单个层包括被配置成使所述第一子集与所述第二子集欧姆隔离的跨接器。

在一个实施例中，所述第一多个传感器电极包括在不使用跨接器的情况下布置在单个层中的第一子集和第二子集。

在一个实施例中，所述输入设备进一步包括柔性印刷电路板（PCB），所述柔性印刷电路板（PCB）被电连接至所述第一多个传感器电极和所述第二多个传感器电极并且不被电连接至所述屏蔽电极层。

在一个实施例中，所述第一多个传感器电极被配置成检测输入对象在所述输入设备的感测区中的位置信息。

在一个实施例中，所述第一多个传感器电极包括安置在以下各项之一上的第一子集和第二子集：第一衬底的相对侧；以及第一衬底的同一侧。

在一个实施例中，所述第二多个传感器电极和所述第一多个传感器电极的第二子集被配置成检测传递到输入表面的力。

在一个实施例中，所述屏蔽电极层被配置成使所述第一所产生的信号免受所述第二所产生的信号的影响，其中所述第一所产生的信号响应于施加到所述输入表面的力而保持基本恒定，并且所述第二所产生的信号响应于感测区中的输入对象存在而保持基本恒定。

还提供一种供与一种类型的输入设备一起使用的处理系统，所述一种类型的输入设备包括：可弯曲部件，所述可弯曲部件具有输入表面和第一多个传感器电极；与所述可弯曲部件间隔开的支撑衬底；安置在第二衬底上的第二多个传感器电极；安置在所述可弯曲部件与所述支撑衬底之间的间隔层，所述间隔层被配置成响应于施加到所述输入表面的力而局部变形；以及安置在所述第一多个传感器电极与所述第二多个传感器电极之间的屏蔽电极层。所述处理系统被通信耦合至所述第一多个传感器电极和所述第二多个传感器电极，并且被配置成：确定来自所述第一多个传感器电极的第一子集的第一类型的所产生的信号以及来自所述第二多个传感器电极的第二类型的所产生的信号，其中所述第一类型的所产生的信号包括接近所述输入表面的输入对象的作用，并且进一步地其中所述第二类型的所产生的信号包括施加到所述输入表面的力的作用。

在一个实施例中，所述处理系统进一步被配置成：根据所述第一类型的所产生的信号和所述第二类型的所产生的信号来确定接近性图像和力图像；以及基于所述接近性图像和所述力图像中的至少一个来确定用户界面动作。

在一个实施例中，所述处理系统进一步被配置成将所述屏蔽电极层保持在恒定电压电位。

在一个实施例中，所述处理系统进一步被配置成：将感测信号驱动至所述第一多个传感器电极的第二子集上；从所述第一多个传感器电极的第一子集接收第一类型的所产生的信号；以及从所述第二多个传感器电极接收第二类型的所产生的信号；其中所述处理系统被配置成基于所述第一类型的所产生的信号和所述第二类型的所产生的信号来确定输入对象的位置信息和力信息。

在一个实施例中，所述第一类型的所产生的信号包括输入对象在感测区中的作用，并且所述第二类型的所产生的信号包括施加到所述输入表面的力的作用。

还提供了一种输入设备，其包括：可弯曲部件，其具有输入表面和第一多个传感器电极；安置在第二衬底上的第二多个传感器电极；间隔层，其包括安置在第一多个传感器电极与第二多个传感器电极之间的屏蔽电极层，该间隔层被配置成响应于施加到输入表面的力而局部变形；以及处理系统，其被通信耦合至第一多个传感器电极和第二多个传感器电极并且被配置成：确定来自第一多个传感器电极的第一子集的第一类型的所产生的信号以及来自第二多个传感器电极的第二类型的所产生的信号，其中第一类型的所产生的信号包括接近输入表面的输入对象的作用，并且第二类型的所产生的信号包括施加到输入表面的力的作用。

因此，为了最佳地解释本发明及其特定应用以及由此使本领域技术人员能够做出和使用本发明，给出这里阐述的实施例和示例。然而，本领域技术人员将会认识到，仅为了说明和示例目的给出了以上的描述和示例。所阐述的描述并不意在是穷举的或者将本发明限于所公开的精确形式。根据所公开的发明的说明书和实践，本发明的其他实施例、用途和优点对本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种用于电子系统的输入设备，其包括：

具有输入表面和第一多个传感器电极的可弯曲部件；

与所述可弯曲部件间隔开的支撑衬底；

安置在第二衬底上的第二多个传感器电极；

安置在所述可弯曲部件与所述支撑衬底之间的间隔层，所述间隔层被配置成响应于施加到所述输入表面的力而局部变形；以及

安置在所述第一多个传感器电极与所述第二多个传感器电极之间的屏蔽电极层。

2.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述屏蔽电极层被配置成选择性地使所述第一多个传感器电极与所述第二多个传感器电极电隔离。

3.根据权利要求1所述的输入设备，其中：

所述第一多个传感器电极包括通过第一几何形状图案表征的第一子集和通过第二几何形状图案表征的第二子集；以及

所述屏蔽电极层包括覆盖所述第一几何形状图案的导电分段阵列以及覆盖所述第二几何形状图案的空隙阵列。

4.根据权利要求3所述的输入设备，其中所述第二多个传感器电极通过与所述空隙阵列基本重叠的第三几何形状图案来表征。

5.根据权利要求3所述的输入设备，其中所述导电分段阵列包括公共电压节点。

6.根据权利要求5所述的输入设备，其中所述屏蔽电极层被欧姆耦合至恒定电压电位的源。

7.根据权利要求3所述的输入设备，其中响应于施加到所述输入表面的力，来自所述第一多个传感器电极的第二子集的至少一个电极与来自所述第二多个传感器电极的电极之间的距离被减小。

8.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述第一多个传感器电极包括布置在单个层中的第一子集和第二子集，所述单个层包括被配置成使所述第一子集与所述第二子集欧姆隔离的跨接器。

9.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述第一多个传感器电极包括在不使用跨接器的情况下布置在单个层中的第一子集和第二子集。

10.根据权利要求1所述的输入设备，其进一步包括柔性印刷电路板（PCB），所述柔性印刷电路板（PCB）被电连接至所述第一多个传感器电极和所述第二多个传感器电极并且不被电连接至所述屏蔽电极层。

11.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述第一多个传感器电极被配置成检测输入对象在所述输入设备的感测区中的位置信息。

12.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述第一多个传感器电极包括安置在以下各项之一上的第一子集和第二子集：第一衬底的相对侧；以及第一衬底的同一侧。

13.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述第二多个传感器电极和所述第一多个传感器电极的第二子集被配置成检测传递到所述输入表面的力。

14.一种供与一种类型的输入设备一起使用的处理系统，所述一种类型的输入设备包括：具有输入表面和第一多个传感器电极的可弯曲部件；与所述可弯曲部件间隔开的支撑衬底；安置在第二衬底上的第二多个传感器电极；安置在所述可弯曲部件与所述支撑衬底之间的间隔层，所述间隔层被配置成响应于施加到所述输入表面的力而局部变形；以及安置在所述第一多个传感器电极与所述第二多个传感器电极之间的屏蔽电极层，所述处理系统被通信耦合至所述第一多个传感器电极和所述第二多个传感器电极，并且被配置成：

确定来自所述第一多个传感器电极的第一子集的第一类型的所产生的信号以及来自所述第二多个传感器电极的第二类型的所产生的信号，其中所述第一类型的所产生的信号包括接近所述输入表面的输入对象的作用，并且进一步地其中所述第二类型的所产生的信号包括施加到所述输入表面的力的作用。

15.根据权利要求14所述的处理系统，其进一步被配置成：

根据所述第一类型的所产生的信号和所述第二类型的所产生的信号来确定接近性图像和力图像；以及

基于所述接近性图像和所述力图像中的至少一个来确定用户界面动作。

16.根据权利要求14所述的处理系统，其进一步被配置成将所述屏蔽电极层保持在恒定电压电位。

17.根据权利要求15所述的处理系统，其进一步被配置成：

将感测信号驱动至所述第一多个传感器电极的第二子集上；

从所述第一多个传感器电极的第一子集接收第一类型的所产生的信号；以及

从所述第二多个传感器电极接收第二类型的所产生的信号；

其中所述处理系统被配置成基于所述第一类型的所产生的信号和所述第二类型的所产生的信号来确定输入对象的位置信息和力信息。

18.根据权利要求17所述的处理系统，其中所述第一类型的所产生的信号包括输入对象在感测区中的作用，并且所述第二类型的所产生的信号包括施加到所述输入表面的力的作用。

19.根据权利要求17所述的处理系统，其中所述屏蔽电极层被配置成使第一所产生的信号免受第二所产生的信号的影响，其中所述第一所产生的信号响应于施加到所述输入表面的力而保持基本恒定，并且所述第二所产生的信号响应于感测区中的输入对象存在而保持基本恒定。

20.一种输入设备，其包括：

具有输入表面和第一多个传感器电极的可弯曲部件；

安置在第二衬底上的第二多个传感器电极；

间隔层，其包括安置在所述第一多个传感器电极与所述第二多个传感器电极之间的屏蔽电极层，所述间隔层被配置成响应于施加到所述输入表面的力而局部变形；以及

处理系统，其被通信耦合至所述第一多个传感器电极和所述第二多个传感器电极并且被配置成：确定来自所述第一多个传感器电极的第一子集的第一类型的所产生的信号以及来自所述第二多个传感器电极的第二类型的所产生的信号，其中所述第一类型的所产生的信号包括接近所述输入表面的输入对象的作用，并且所述第二类型的所产生的信号包括施加到所述输入表面的力的作用。