DE102017209760A1

DE102017209760A1 - Kraftsensorfeld

Info

Publication number: DE102017209760A1
Application number: DE102017209760.4A
Authority: DE
Inventors: Nigel Hinson
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Neodron Ltd
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2017-12-14
Also published as: US20190369793A1; US10372255B2; US20170357357A1; CN107491202A; US10678366B2; US20180196570A1; US9927901B2; TW201802651A; JP2017223671A

Abstract

Eine Vorrichtung enthält eine Kraftsensorschaltung und eine Steuereinheit. Die Kraftsensorschaltung enthält erste, zweite, dritte und vierte Elektroden, die auf einem Substrat angebracht sind. Die erste und die zweite Elektrode erstrecken sich durch erste und zweite Zellen einer Zeile von Zellen. Die dritte und vierte Elektrode erstrecken sich durch dritte und vierte Zellen einer Spalte von Zellen. Die erste Elektrode bedeckt in der ersten Zelle mehr Fläche als in der zweiten Zelle. Die zweite Elektrode bedeckt in der zweiten Zelle mehr Fläche als in der ersten Zelle. Die dritte Elektrode bedeckt in der dritten Zelle mehr Fläche als in der vierten Zelle. Die vierte Elektrode bedeckt in der vierten Zelle mehr Fläche als in der dritten Zelle. Die Steuereinheit detektiert eine Kraft an eine Position der Kraft auf Basis von Signalen, die durch die Kraftsensorschaltung übertragen werden.

Description

Technischer Bereich
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf eine Krafterfassungstechnik.
Hintergrund
In einem Beispielsszenario detektiert ein Kraftsensor die Gegenwart und die Position einer Kraft, die innerhalb eines kraftempfindlichen Bereichs eines Kraftsensorfeldes ausgeübt wird, das in einem Anzeigestapel integriert ist. In einer kraftempfindlichen Anzeigeanwendung kann es ein Kraftsensorfeld einem Nutzer ermöglichen, direkt mit dem auf dem Bildschirm dargestellten zu interagieren, und nicht nur indirekt mit einer Maus oder einem Touchpad. Ein Kraftsensor ist befestigt auf, oder Bestandteil von, einem Desktopcomputer, einem Laptopcomputer, einem Tabletcomputer, einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einem Smartphone, einem Satellitennavigationsgerät, einem tragbaren Medienabspielgerät, einer tragbaren Spielekonsole, einem Kioskcomputer, einem Verkaufsgerät oder einem anderen Gerät. Ein Steuerpaneel eines Haushaltsgerätes oder einer anderen Einrichtung kann einen Kraftsensor enthalten.
Wenn in einem Beispiel ein Objekt eine Kraft physikalisch auf einen Bildschirm innerhalb eines kraftempfindlichen Bereichs eines Kraftsensors des Bildschirms ausübt (z. B. indem es physikalisch gegen eine Abdeckschicht des Bildschirms drückt) tritt eine Kapazitätsänderung innerhalb des Bildschirms an der Position des Kraftsensors auf, die der Position des Objekts innerhalb des kraftempfindlichen Bereich des Kraftsensors entspricht. Eine Kraftsteuereinheit verarbeitet die Kapazitätsänderung, um die Position der Kapazitätsänderung innerhalb des Kraftsensors zu ermitteln (z. B. innerhalb eines Kraftsensorfeldes des Kraftsensors).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das Patent oder die Anmeldung enthält zumindest eine Zeichnung, die in Farbe ausgeführt ist. Kopien dieses Patents oder der Offenlegungsschrift mit farbigen Zeichnungen werden durch das Amt auf Anfrage und gegen Entrichtung der erforderlichen Gebühr zu Verfügung gestellt.
Für ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung und ihrer Vorteile wird auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 ein Beispielsystem illustriert, das einen Kraftsensor enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 illustriert ein Beispielgerät, das einen Kraftsensor beherbergt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 illustriert einen beispielhaften mechanischen Stapel eines Gerätes, das einen Kraftsensor einhält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 illustriert ein beispielhaftes Krafterfassungssystem, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5A illustriert ein beispielhaftes Krafterfassungsfeld, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5B illustriert eine Zelle eines beispielhaften Krafterfassungsfeldes, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6A illustriert ein beispielhaftes Krafterfassungssystem, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6B illustriert ein beispielhaftes Krafterfassungssystem, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7A illustriert ein beispielhaftes Krafterfassungsfeld, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7B illustriert eine Zelle eines beispielhaften Krafterfassungsfeldes, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
8A illustriert ein beispielhaftes Krafterfassungsfeld, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
8B illustriert eine Zelle eines beispielhaften Krafterfassungsfeldes, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
Bestimmte Geräte enthalten Kraftsensoren, die sowohl die Gegenwart als auch die Position einer ausgeübten Kraft detektieren können. Die Kraft kann auf das Gerät ausgeübt werden, indem z. B. ein Objekt, wie ein Finger und/oder ein Stift, gegen das Gerät gedrückt wird. Der Kraftsensor kann die Position und/oder den Ort der Kraft und in manchen Fällen die Größe der Kraft detektieren. Das Gerät reagiert dann gemäß dem Ort und der Größe der Kraft. Das Gerät kann z. B. eine Anwendung schließen, wenn ein großer Kraftbetrag auf das Gerät ausgeübt wird. In einem anderen Beispiel kann das Gerät den Kontrast einer Anzeige erhöhen, wenn ein kleiner Kraftbetrag auf einen bestimmten Teil des Geräts ausgeübt wird.
Herkömmliche Kraftsensoren detektieren eine Kraft über die Implementierung eines Feldes von Elektroden. Wenn eine Kraft auf das Gerät ausgeübt wird, können die Elektroden, die sich in der Nähe der angewendeten Kraft befinden, eine Kapazitätsänderung erfahren, wie z. B. eine Änderung in der Gegenkapazität zwischen den Elektroden oder eine Änderung der Eigenkapazität. Diese Kapazitätsänderung kann durch das Gerät detektiert werden. Das Gerät kann dann die detektierte Kraft verarbeiten und darauf reagieren.
Eine Herausforderung, die durch herkömmliche Kraftsensorfelder aufgestellt wird, besteht in der Zahl der Leiterbahnen, die verwendet werden, um die Elektroden des Kraftsensors mit einem Steuergerät des Gerätes zu verbinden. In herkömmlichen Kraftsensoren ist jede Elektrode des Kraftsensors über zumindest eine Leiterbahn mit der Steuereinheit gekoppelt. Da herkömmliche Kraftsensoren zahlreiche Elektroden verwenden, um eine Krafterfassung zu implementieren, ist auch die Zahl der Leiterbahnen entsprechend groß. Die Zahl der Leiterbahnen führt dazu, dass in dem Gerät weniger Platz ist, um andere Komponenten unterzubringen. Im Ergebnis kann ein Kraftsensor dazu führen, dass weniger Funktionen in dem Gerät implementiert werden. Darüber hinaus führt die Zahl der Leiterbahnen zu höheren Herstellungskosten, da das Gerät mehr Anschlüsse (Pins) und in manchen Fällen ein dediziertes Krafterfassungssystem verwendet.
Diese Offenbarung betrachtet einen Kraftsensor, der die Gegenwart, Größe und Position einer ausgeübten Kraft detektieren kann. Der Kraftsensor implementiert die Krafterfassung unter Verwendung von höchstens vier Elektroden. Im Ergebnis werden nur vier Leiterbahnen verwendet, um den Kraftsensor mit einer Steuereinheit zu verbinden. Die reduzierte Zahl der Leiterbahnen erhöht den zur Verfügung stehenden Platz zur Implementierung anderer Funktionen und/oder anderer Hardware in dem Gerät. Durch die Verwendung von vier Elektroden kann es zusätzlich möglich sein, den Kraftsensor unter Verwendung der gleichen Steuereinheit und/oder integrierten Schaltung zu implementieren, wie ein Berührungssensor in dem gleichen Gerät. Der Kraftsensor und das Gerät werden im einzelnen in Zusammenhang mit den 1 bis 8B beschrieben. Das Gerät wird im Allgemeinen im Zusammenhang mit den 1 bis 3 beschrieben. 4 beschreibt herkömmliche Kraftsensorimplementierungen. Der hier betrachtete Kraftsensor wird im Einzelnen unter Verwendung der 5A bis 8B beschrieben.
1 illustriert ein Beispielsystem 100, das einen Kraftsensor 102 enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Der Kraftsensor 102 enthält ein Kraftsensorfeld 106 und eine Kraftsteuereinheit 108. Das Kraftsensorfeld 106 und die Kraftsteuereinheit 108 detektieren die Gegenwart und die Position einer Kraft innerhalb eines kraftempfindlichen Bereichs eines Kraftsensorfeldes 106.
Das Kraftsensorfeld 106 enthält einen oder mehrere kraftempfindliche Bereiche. In einer Ausführungsform enthält das Kraftsensorfeld 106 ein Feld von Elektroden, die auf einem oder auf mehreren Substraten angeordnet sind, die aus einem dielektrischen Material bestehen. Eine Bezugnahme auf ein Kraftsensorfeld kann sowohl die Elektroden des Kraftsensorfeldes 106 als auch das Substrat oder die Substrate, auf denen sie angeordnet sind, umfassen. Alternativ dazu kann eine Bezugnahme auf ein Kraftsensorfeld die Elektroden des Kraftsensorfeldes 106, aber nicht das Substrat oder die Substrate, auf denen sie angeordnet sind, umfassen.
In einer Ausführungsform ist eine Elektrode ein Bereich aus leitfähigem Material, der eine bestimmte Form bildet, wie z. B. eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Linie, andere Formen oder Kombinationen dieser Formen. Ein oder mehrere Schnitte in einer oder in mehreren Schichten des leitfähigen Materials erzeugen (zumindest zum Teil) die Form einer Elektrode, und die Fläche der Form wird (zumindest zum Teil) durch diese Schnitte begrenzt. In einer Ausführungsform bedeckt das leitfähige Material einer Elektrode ungefähr 100% der Fläche ihrer Form. Eine Elektrode besteht z. B. aus Indiumzinnoxid (ITO) und das ITO der Elektrode bedeckt ungefähr 100% der Fläche ihrer Form (manchmal als 100%-ige Füllung bezeichnet). In einer Ausführungsform bedeckt das leitfähige Material einer Elektrode weniger als 100% der Fläche ihrer Form. Eine Elektrode kann z. B. aus feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material (FLM) bestehen, wie z. B. aus Kupfer, Silber oder einem kupfer- oder silberhaltigen Material, und die feinen Leitung aus leitfähigem Material können ungefähr 5% der Fläche ihrer Form in einem schraffierten, netzförmigen oder anderen Muster bedecken. Eine Bezugnahme auf FLM umfasst derartige Materialien. In einer Ausführungsform besteht eine Elektrode aus einem Material in der Art einer flexiblen gedruckten Schaltung (FPC) (z. B. ausgefüllte Kupferbereiche auf einer oder auf mehreren Schichten/Oberflächen eines Substrats). Obwohl diese Offenbarung bestimmte Elektroden beschreibt oder illustriert, die aus bestimmten leitfähigen Materialien gebildet sind, die bestimmte Formen mit bestimmten Füllprozentsätzen mit bestimmten Mustern ausbilden, umfasst diese Offenbarung, in beliebiger Kombination, Elektroden bestehend aus anderen leitfähigen Materialien, das andere Formen mit anderen Füllprozentsätzen und anderen Mustern bildet.
Die Formen der Elektroden (oder der anderen Elemente) eines Kraftsensorfeldes 106 bilden, ganz oder zum Teil, ein oder mehrere Makromerkmale des Kraftsensorfeldes 106. Eine oder mehrere Eigenschaften der Implementierung dieser Formen (wie z. B. des leitfähigen Materials, der Füllungen oder der Muster innerhalb der Formen) bilden ganz oder zum Teil ein oder mehrere Mikromerkmale des Kraftsensorfeldes 106. Ein oder mehrere Makromerkmale eines Kraftsensorfeldes 106 können eine oder mehrere Eigenschaften seiner Funktionalität bestimmen, und ein oder mehrere Mikromerkmale des Kraftsensorfeldes 106 können ein oder mehrere optische Merkmale des Kraftsensorfeldes 106, wie z. B. die Durchlässigkeit, Brechung oder Reflektion bestimmen.
Obwohl diese Offenbarung eine Reihe von Beispielelektroden beschreibt, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispielelektroden beschränkt und andere Elektroden können implementiert werden. Obwohl darüber hinaus diese Offenbarung eine Reihe von Beispielausführungsformen beschreibt, die bestimmte Konfigurationen von bestimmten Elektroden enthalten, die bestimmte Knoten bilden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispielausführungsformen beschränkt und andere Konfigurationen können implementiert werden. In einer Ausführungsform ist eine Reihe von Elektroden auf der gleichen oder auf unterschiedlichen Oberflächen des gleichen Substrats angeordnet. Zusätzlich oder alternativ dazu können unterschiedliche Elektroden auf unterschiedlichen Substraten angeordnet werden. Obwohl diese Offenbarung eine Reihe von Beispielausführungsformen beschreibt, die bestimmten Elektroden enthalten, die in bestimmten Beispielmustern angeordnet sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispielmuster beschränkt und andere Elektrodenmuster können implementiert werden.
Ein mechanischer Stapel enthält das Substrat (oder mehrere Substrate) und das leitfähige Material, das die Elektroden des Kraftsensorfeldes 106 bildet. Der mechanische Stapel kann z. B. eine erste Schicht aus optisch klarem Klebstoff (OCA) unterhalb eines Abdeckpaneels enthalten. Das Abdeckpaneel kann klar sein und aus einem widerstandsfähigen Material bestehen, wie z. B. aus Glas, Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Diese Offenbarung umfasst Abdeckpaneele bestehend aus beliebigen Materialien. Die erste Schicht aus OCA kann zwischen dem Abdeckpaneel und dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bildet, angeordnet sein. Der mechanische Stapel kann auch eine zweite Schicht aus OCA und eine dielektrische Schicht enthalten (die aus PET oder einem Material bestehen kann, ähnlich wie das Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bildet). Alternativ dazu kann eine dünne Beschichtung aus einem dielektrischen Material anstelle einer zweiten Schicht aus OCA und der dielektrischen Schicht aufgebracht werden. Die zweite Schicht aus OCA kann zwischen dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bildet, und der dielektrischen Schicht angeordnet sein, und die dielektrische Schicht kann zwischen der zweiten Schicht aus OCA und einem Luftspalt bei einer Anzeige eines Geräts angeordnet sein, das das Kraftsensorfeld 106 und die Kraftsteuereinheit 108 enthält. Das Abdeckpaneel kann z. B. eine Dicke von ungefähr 1 mm haben; die erste Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; das Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bildet, kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; die zweite Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; und die dielektrische Schicht kann eine Dicke von 0,05 mm haben.
Obwohl diese Offenbarung einen bestimmten mechanischen Stapel mit einer bestimmten Zahl von bestimmten Schichten, bestehend aus bestimmten Materialien mit bestimmten Dicken beschreibt, umfasst diese Offenbarung andere mechanische Stapel mit einer anderen Zahl von Schichten, bestehend aus anderen Materialien und beliebigen Dicken. In einer Ausführungsform kann z. B. eine Schicht aus Klebstoff oder Dielektrikum die dielektrische Schicht, die zweite Schicht aus OCA und den oben beschriebenen Luftspalt ersetzen, so dass kein Luftspalt in der Anzeige vorhanden ist.
Ein oder mehrere Teile des Substrats des Kraftsensorfeldes 106 können aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem anderen Material bestehen. Diese Offenbarung umfasst beliebige Substrate, bei denen Teile aus beliebigen Materialien bestehen. In einer Ausführungsform bestehen eine oder mehrere Elektroden in dem Kraftsensorfeld 106 ganz oder zum Teil aus ITO. Zusätzlich oder alternativ dazu sind eine oder mehrere Elektroden in dem Kraftsensorfeld 106 aus feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material gemacht. Ein oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials können z. B. Kupfer oder kupferhaltig sein und eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger, und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger haben. In einem andere Beispiel können ein oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials aus Silber oder einem silberhaltigen Material bestehen und gleichermaßen eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger haben. Diese Offenbarung umfasst beliebige Elektroden bestehend aus beliebigen Materialien.
In einer Ausführungsform implementiert das Kraftsensorfeld 106 eine kapazitive Form der Krafterfassung. In einer Gegenkapazitätsimplementierung kann das Kraftsensorfeld 106 ein Feld von Ansteuer- und Ausleseelektroden enthalten, die ein Feld von kapazitiven Knoten bilden. Eine Ansteuerelektrode und eine Ausleseelektrode können einen kapazitiven Knoten bilden. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden, die den kapazitiven Knoten bilden, sind nahe beieinander positioniert, gehen aber keinen elektrischen Kontakt miteinander ein. Stattdessen sind die Ansteuer- und die Ausleseelektroden als Reaktion auf ein Signal, das z. B. an die Ansteuerelektroden angelegt wird, kapazitiv miteinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen gekoppelt. Eine gepulste oder alternierende Spannung, die an die Ansteuerelektrode (durch die Kraftsteuereinheit 108) angelegt wird, induziert eine Ladung auf der Ausleseelektrode und die induzierte Ladungsmenge hängt empfindlich von externen Einflüssen (wie z. B. einer Kraft oder der Nähe eines Objekts) ab. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden sind voneinander durch ein flexibles Material getrennt, das komprimiert wird, wenn eine Kraft auf das Material ausgeübt wird. Wenn ein Objekt einen Druck oder eine Kraft in der Nähe des kapazitiven Knotens ausübt, wird das Material komprimiert und der Abstand zwischen den Ansteuer- und Ausleseelektroden in der Nähe des kapazitiven Knotens verringert sich, was zu einer Kapazitätsänderung an dem kapazitiven Knoten führt. Die Kraftsteuereinheit 108 misst die Kapazitätsänderung. Durch Messen der Kapazitätsänderungen über das Feld hinweg ermittelt die Kraftsteuereinheit 108 die Position der Kraft oder Annäherung innerhalb des kraftsensitiven Bereichs des Kraftsensorfeldes 106.
In einer Eigenkapazitätsimplementierung kann das Kraftsensorfeld 106 ein Feld von Elektroden einer einzigen Art enthalten, die jeweils einen kapazitiven Knoten bilden können. Wenn ein Objekt eine Kraft in der Nähe des kapazitiven Knotens ausübt, kann eine Änderung der Eigenkapazität an dem kapazitiven Knoten auftreten, und die Kraftsteuereinheit 108 misst die Kapazitätsänderung z. B. als Änderung der Ladungsmenge, die implementiert ist, um die Spannung an dem kapazitiven Knoten um einen vorbestimmten Betrag zu erhöhen. Wie bei der Gegenkapazitätsimplementierung ermittelt die Kraftsteuereinheit 108 durch Messen der Kapazitätsänderungen über das Feld hinweg die Position der Kraft oder Annäherung innerhalb der kraftempfindlichen Bereiche des Kraftsensorfeldes 106. Diese Offenbarung umfasst beliebige Formen der kapazitiven Krafterfassung.
In einer Ausführungsform enthält das Kraftsensorfeld 106 Elektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind. In einer derartigen Konfiguration ist ein Paar von Elektroden miteinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen gekoppelt und bildet einen kapazitiven Knoten. Als Beispiel einer Eigenkapazitätsimplementierung sind Elektroden einer einzigen Art in einem Muster auf einem einzigen Substrat angeordnet. Zusätzlich oder alternativ dazu, dass die Elektroden in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind, kann das Kraftsensorfeld 106 auch Elektroden haben, die in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Elektroden, die in einem Muster auf einer anderen Seite des Substrats angeordnet sind. In einer derartigen Konfiguration bildet eine Kreuzungsstelle der Elektroden einen kapazitiven Knoten. Eine derartige Kreuzungsstelle kann die Stelle sein, an der sich die Elektroden „kreuzen” oder einander in ihrer jeweiligen Ebene am nächsten kommen. Die Elektroden gehen keinen elektrischen Kontakt miteinander ein, sondern sind kapazitiv miteinander über ein Dielektrikum an der Kreuzungsstelle gekoppelt. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Konfigurationen von bestimmten Elektroden beschreibt, die bestimmte Knoten bilden, umfasst diese Offenbarung andere Konfigurationen von Elektroden, die Knoten bilden. Darüber hinaus umfasst diese Offenbarung andere Elektroden, die auf einer beliebigen Zahl von Substraten in beliebigen Mustern angeordnet sind.
Wie obenstehend beschrieben wurde, kann eine Kapazitätsänderung an einem kapazitiven Knoten des Kraftsensorfeldes 106 eine Krafteingabe an der Stelle des kapazitiven Knotens anzeigen. Die Kraftsteuereinheit 108 detektiert und verarbeitet die Kapazitätsänderung, um die Gegenwart und die Position der Kraft oder der Annäherungseingabe zu detektieren. In einer Ausführungsform kommuniziert die Kraftsteuereinheit 108 dann Informationen über die Kraft oder Annäherungseingabe an eine oder mehrere andere Komponenten (wie z. B. an eine oder mehrere Zentralverarbeitungseinheiten (CPUs)) eines Gerätes, das das Kraftsensorfeld 106 und die Kraftsteuereinheit 108 enthält, welches auf die Kraft oder Annäherungseingabe durch Initiierung einer Funktion des Gerätes (oder einer auf dem Gerät laufenden Anwendung) reagieren kann. Obwohl diese Offenbarung eine bestimmte Kraftsteuereinheit 108 beschreibt, die eine bestimmte Funktionalität hinsichtlich eines bestimmten Geräts und eines bestimmten Kraftsensors 102 aufweist, umfasst diese Offenbarung andere Kraftsteuereinheiten mit beliebigen Funktionalitäten hinsichtlich beliebiger Geräte und beliebiger Kraftsensoren.
In einer Ausführungsform ist die Kraftsteuereinheit 108 in Form von einer oder mehreren integrierten Schaltungen (ICs) implementiert, wie z. B. als Universalmikroprozessor, Mikrocontroller, programmierbaren logischen Geräten oder Feldern, anwendungsspezifischen ICs (ASICs). Die Kraftsteuereinheit 108 umfasst beliebige Kombinationen von Analogschaltungen, digitaler Logik und digitalen nichtflüchtigen Speichern. In einer Ausführungsform ist die Kraftsteuereinheit 108 auf einer flexiblen gedruckten Schaltung (FPC) angeordnet, die auf dem Substrat des Kraftsensorfeldes 106 befestigt ist, wie untenstehend beschrieben wird. Die FPC kann aktiv oder passiv sein. In einer Ausführungsform können mehrere Kraftsteuereinheiten 108 auf der FPC angeordnet sein.
In einer Beispielimplementierung enthält die Kraftsteuereinheit 108 eine Verarbeitungseinheit, eine Ansteuereinheit, eine Ausleseeinheit und eine Speichereinheit. In einer derartigen Implementierung liefert die Ansteuereinheit Signale an die Ansteuerelektroden des Kraftsensorfeldes 106, und die Ausleseeinheit erfasst Ladungen an den kapazitiven Knoten des Kraftsensorfeldes 106 und liefert Messsignale an die Verarbeitungseinheit, welche Kapazitäten an den kapazitiven Knoten repräsentieren. Die Verarbeitungseinheit steuert das Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden durch die Ansteuereinheit und verarbeitet die Messsignale von der Ausleseeinheit, um die Gegenwart und Position einer Kraft oder Annäherungseingabe innerhalb des kraftempfindlichen Bereichs des Kraftsensorfeldes 106 zu delektieren und zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit kann auch Änderungen in der Position einer Kraft oder Annäherungseingabe innerhalb des kraftempfindlichen Bereichs des Kraftsensorfeldes 106 verfolgen. Die Speichereinheit enthält Programme zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit, inklusive Programme zur Steuerung der Ansteuereinheit zum Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden, Programme zur Verarbeitung der Messsignale von der Ausleseeinheit und andere Programme. Obwohl diese Offenbarung eine bestimmte Kraftsteuereinheit 108 mit einer bestimmten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschreibt, umfasst diese Offenbarung auch Kraftsteuereinheiten mit anderen Implementierungen und anderen Komponenten.
Die Leiterbahnen 110 aus leitfähigem Material, die auf dem Substrat des Kraftsensorfeldes 106 angeordnet sind, verbinden die Elektroden des Kraftsensorfeldes 106 mit Verbindungsflächen 112, die ebenfalls auf dem Substrat des Kraftsensorfeldes 106 angeordnet sind. Wie oben stehend beschrieben wird, ermöglichen die Verbindungsflächen 112 die Kopplung der Leiterbahnen 110 mit der Kraftsteuereinheit 108. Die Leiterbahnen 110 können um die kraftempfindlichen Bereiche des Kraftsensorfeldes 106 herumführen (z. B. an deren Rändern) oder in diese hineinführen. In einer Ausführungsform stellen bestimmte Leiterbahnen 110 Verbindungen zur Verfügung, um die Kraftsteuereinheit 108 mit Elektroden des Kraftsensorfeldes 106 zu koppeln. Die Leiterbahnen 110 bestehen aus feinen Leitungen aus Metall oder anderem leitfähigen Material. Das leitfähige Material der Leiterbahnen 110 kann z. B. Kupfer oder kupferhaltig sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In einem anderen Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 110 Silber oder silberhaltig sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In einer Ausführungsform bestehen die Leiterbahnen 110 ganz oder zum Teil aus ITO, zusätzlich oder alternativ zu den feinen Leitungen aus Metall oder dem anderen leitfähigen Material. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Leiterbahnen, bestehend aus bestimmten Materialien, mit bestimmten Breiten beschreibt, umfasst diese Offenbarung Leiterbahnen, bestehend aus anderen Materialien, und/oder mit anderen Breiten. Zusätzlich zu den Leiterbahnen 110 kann das Kraftsensorfeld 106 eine oder mehrere Masseleitungen enthalten, die an einem Masseverbinder (welcher eine Verbindungsfläche 112 sein kann) am Rand des Substrats des Kraftsensorfeldes 106 enden (ähnlich wie die Leiterbahnen 110).
Die Verbindungsflächen 112 können längs einer oder mehrerer Kanten des Substrats, außerhalb eines kraftempfindlichen Bereichs des Kraftsensorfeldes 106, angeordnet sein. Wie oben stehend beschrieben wurde, kann die Kraftsteuereinheit 108 auf einer FPC liegen. Die Verbindungsflächen 112 können aus dem gleichen Material bestehen wie die Leiterbahnen 110 und können unter Verwendung eines anisotrop leitfähigen Films (ACF) mit der FPC verbunden sein. In einer Ausführungsform enthalten die Verbindungen 114 leitfähige Bahnen auf der FPC, die die Kraftsteuereinheit 108 mit den Verbindungsflächen 112 koppeln, welche wiederum die Kraftsteuereinheit 108 mit den Leiterbahnen 110 und den Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Kraftsensorfeldes 106 verbinden. In einer anderen Ausführungsform sind die Verbindungsflächen 112 mit einem elektromechanischen Verbinder (wie z. B. einem einsetzkraftfreien Kabel-Leiterplatten-Verbinder) verbunden. Die Verbindung 114 kann eine FPC enthalten. Diese Offenbarung umfasst beliebige Verbindungen 114 zwischen der Kraftsteuereinheit 108 und dem Kraftsensorfeld 106.
2 illustriert ein Beispielgerät 200, das einen Kraftsensor 102 beherbergt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Gerät 200 ist ein beliebiger persönlicher digitaler Assistent, ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein Tablet-Computer, oder dergleichen. In einer Ausführungsform enthält das Gerät 200 andere Arten von Geräten, wie z. B. einen Geldautomaten (ATM), Haushaltsgeräte, Personal Computer, oder andere derartige Geräte mit einem Kraftbildschirm. In dem dargestellten Beispiel liegen die Komponenten des Geräts 100 innerhalb des Geräts 200. Obwohl diese Offenbarung ein bestimmtes Gerät 200 mit einer bestimmten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschreibt, umfasst diese Offenbarung beliebige Geräte 200 mit beliebigen Implementierungen und beliebigen Komponenten.
Ein bestimmtes Beispiel des Geräts 200 ist ein Smartphone, das ein Gehäuse 201 und eine Kraftbildschirmanzeige 202 enthält, die einen Teil einer Oberfläche 204 des Gehäuses 201 des Geräts 200 bedeckt. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 201 ein Gehäuse des Geräts 200, das interne Komponenten (z. B. interne elektrische Komponenten) des Geräts 200 enthalten kann. Der Kraftsensor 102 kann direkt oder indirekt mit dem Gehäuse 201 des Geräts 200 gekoppelt sein. Die Anzeige 202 kann einen signifikanten Teil einer Oberfläche 204 (z. B. eine der größten Oberflächen 204) oder die ganze Oberfläche des Gehäuses 201 des Geräts 200 bedecken. Eine Bezugnahme auf eine Anzeige 202 enthält Abdeckschichten, die die eigentliche Anzeige und die Kraftsensorelemente des Geräts 200 überlagern. In dem dargestellten Beispiel ist die Oberfläche 204 eine Oberfläche der obersten Abdeckschicht der Anzeige 202. In einer Ausführungsform wird die oberste Abdeckschicht (z. B. eine Glasabdeckschicht) der Anzeige 202 als Teil des Gehäuses 201 des Geräts 200 betrachtet.
In einer Ausführungsform ermöglichen die großen Abmessungen der Anzeige 202 es der Anzeige 202, eine große Vielzahl von Daten, inklusive einer Tastatur, einem Ziffernfeld, Programm oder Anwendungsicons, und verschiedenen anderen Schnittstellen darzustellen. In einer Ausführungsform interagiert ein Benutzer mit dem Gerät 200 durch Drücken/Berühren der Anzeige 202 mit einem Stift, einem Finger, oder einem anderen Objekt, um mit dem Gerät 200 zu interagieren (z. B., um ein Programm zur Ausführung auszuwählen oder einem Buchstaben auf einer auf der Anzeige 202 dargestellten Tastatur zu tippen). In einer Ausführungsform interagiert ein Benutzer mit dem Gerät 200 unter Verwendung von mehreren Druckausübungen/Berührungen, um verschiedene Operationen auszuführen, wie z. B. eine Zoom-Funktion beim Betrachten eines Dokuments oder Bildes. In manchen Ausführungsformen, wie z. B. bei Haushaltsgeräten, ändert sich die Anzeige 202 während des Betriebs des Geräts nicht oder nur geringfügig und erkennt nur einzelne Druckausübungen/Berührungen.
Benutzer können mit dem Gerät 200 interagieren, indem sie physikalisch auf die Oberfläche 204 (oder eine andere Oberfläche) des Gehäuses 201 des Geräts 200 einwirken, dargestellt als Einwirkung 206, unter Verwendung eines Objekts 208, wie z. B. von einem oder von mehreren Fingern, einem oder mehreren Stiften, oder anderen Objekten. In einer Ausführungsform ist die Oberfläche 204 eine Abdeckschicht, die die Anzeige 202 überlagert.
Das Gerät 200 enthält Tasten 210, die eine beliebige Funktion im Zusammenhang mit dem Betrieb des Gerätes 200 haben können. Eine oder mehrere Tasten 210 (z. B. die Taste 210b) können als sogenannter „Home-Button” dienen, der dem Gerät 200 zumindest zum Teil anzeigt, dass ein Benutzer sich darauf vorbereitet, eine Eingabe an den Kraftsensor 102 des Geräts 200 zu liefern. Wie weiter unten im Einzelnen beschrieben wird, kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene Gründe für die Zurverfügungstellung eines „Home-Buttons” reduzieren oder eliminieren.
3 zeigt einen beispielhaften mechanischen Stapel 300 eines Geräts, das einen Kraftsensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält. Wie in 3 dargestellt, enthält der mechanische Stapel 300, ein Berührungssensorfeld 305, eine Anzeige 202, ein Kissen 310, ein Kraftsensorfeld 106, eine Schutzschicht 315, ein Kissen 320, und ein Chassis 625. Es versteht sich, dass der mechanische Stapel 300 ein Beispiel ist und dass diese Offenbarung einen mechanischen Stapel umfasst, der mehr oder weniger Schichten enthält, als dies in 3 dargestellt ist. Ein mechanischer Stapel kann z. B. das Berührungssensorfeld 305 außen vor lassen. Darüber hinaus umfasst diese Offenbarung Anordnungen der Schichten des mechanischen Stapels 300 in beliebiger Reihenfolge.
Das Berührungssensorfeld 305 implementiert Berührungserfassungsfähigkeiten des Geräts. In bestimmten Ausführungsformen enthält das Berührungssensorfeld 305 Elektroden, die dazu konfiguriert sind, kapazitiv miteinander zu koppeln, um eine Berührungserfassungsfähigkeit des Geräts zu implementieren. Unter Verwendung des Berührungssensorfeldes 305 kann das Gerät die Gegenwart und den Ort eines Objekts detektieren, das das Berührungssensorfeld 305 berührt und/oder die Gegenwart und den Ort eines Objekts in der Nähe des Berührungssensorfeldes 305. Die Elektroden des Berührungssensorfeldes 305 sind durch Leiterbahnen mit einer Berührungssensorsteuereinheit des Geräts verbunden. In bestimmten Ausführungsformen ist die Berührungssensorsteuereinheit und die Kraftsteuereinheit 108 in der gleichen Hardware und/oder der gleichen physikalischen Steuereinheit implementiert. Das Gerät kann z. B. eine Steuereinheit verwenden, um sowohl die Kraftsteuereinheit 108 als auch die Berührungssensorsteuereinheit zu implementieren. In manchen Ausführungsformen sind die Kraftsteuereinheit 108 und die Berührungssensorsteuereinheit in getrennter Hardware und/oder getrennten Steuereinheiten implementiert.
Das Kissen 310 ist zwischen der Anzeige 202 und dem Kraftsensorfeld 106 positioniert. Das Kissen 310 verhindert, dass die Anzeige 202 das Kraftsensorfeld 106 direkt berührt und/oder mit dem Kraftsensorfeld 106 interferiert. In manchen Ausführungsformen ist das Kissen 310 aus einem dielektrischen Material gebildet, das das Kraftsensorfeld 106 von der Anzeige 202 elektrisch abschirmt. Das Kissen 310 kann eine geeignete Dicke haben, wie z. B. 200 μm.
Das Kraftsensorfeld 106 implementiert die Krafterfassungsfähigkeiten des Geräts. Das Kraftsensorfeld enthält eine oder mehrere Elektroden 312, die auf einem Substrat 314 angeordnet sind. Die Elektroden 312 können verwendet werden, um die Gegenwart, Stärke, und den Ort einer Kraft zu ermitteln, die auf den mechanischen Stapel 300 ausgeübt wird. Bestimmte Entwürfe für das Kraftsensorfeld 106 werden im Einzelnen unter Verwendung der 4 bis 8B beschrieben. Diese Offenbarung umfasst Kraftsensorfelder 106 mit geeigneten Dicken, wie z. B. 25 μm.
Die Schutzschicht 315 ist ein beliebiges Material, das das Kraftsensorfeld 106 von dem Kissen 320 im Chassis 625 trennt. In einer Ausführungsform enthält die Schutzschicht 315 ein steifes Material, wie z. B. einen Kit, der das Kraftsensorfeld 106 davor schützt, das Kissen 320 und das Chassis 625 direkt zu berühren. Diese Offenbarung umfasst Schutzschichten 315 mit beliebigen geeigneten Dicken, wie z. B. 80 μm.
Das Kissen 320 ist ein beliebiges flexibles Material, das die Schutzschicht 315 und das Kraftsensorfeld 106 schützt. Diese Offenbarung umfasst Kissen 320 mit beliebigen geeigneten Dicken, wie z. B. 400 μm. Wenn eine Kraft auf den mechanischen Stapel 300 ausgeübt wird, kann das Kissen 320 komprimiert werden. Im Ergebnis kann der Abstand zwischen dem Kraftsensorfeld 106 und dem Chassis 625 abnehmen. Als Folge dieser Abnahme ändert sich die Kapazität zwischen den Elektroden 312 des Kraftsensorfeldes 106 und dem Chassis 625. Die Kraftsteuereinheit 108 kann diese Kapazitätsänderung detektieren und feststellen, dass eine Kraft auf den mechanischen Stapel 300 ausgeübt wird.
Das Chassis 625 dient als Masseschicht für den mechanischen Stapel 300. In einer Ausführungsform trägt das Chassis 625 auch die anderen Schichten des mechanischen Stapels 300. Eine Kapazität zwischen den Elektroden 312 des Kraftsensorfeldes 106 und dem Chassis 625 wird durch die Kraftsteuereinheit 108 überwacht.
4 illustriert ein beispielhaftes Krafterfassungssystem 400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 4 dargestellt, enthält das Krafterfassungssystem 400 ein Kraftsensorfeld 106 und eine Kraftsteuereinheit 108. Das Kraftsensorfeld 106 ist mit der Kraftsteuereinheit 108 durch Leiterbahnen 110 gekoppelt. Das Kraftsensorfeld 106 und die Kraftsteuereinheit 108 sind dazu konfiguriert, die Gegenwart, Größe und den Ort einer Kraft zu detektieren, die auf das Kraftsensorfeld 106 ausgeübt wird.
Das Kraftsensorfeld 106 enthält eine oder mehrere Elektroden 405. Wie in 5 dargestellt, ist jede Elektrode 405 innerhalb des Kraftsensorfeldes 106 positioniert. Jede Elektrode 405 kann verwendet werden, um eine Kraft zu detektieren, die in der Nähe der Elektrode 405 ausgeübt wird. Wenn eine Kraft in der Nähe einer Elektrode 405 ausgeübt wird, ändert sich eine mit dieser Elektrode 405 assoziierte Kapazität. Die Kraftsteuereinheit 108 kann diese Kapazitätsänderung detektieren und feststellen, dass eine Kraft in der Nähe dieser Elektrode 405 ausgeübt wird.
Wie in 4 dargestellt, ist jede Elektrode 405 mit der Kraftsteuereinheit 108 über eine Leiterbahn 110 gekoppelt. Das beispielhafte Kraftsensorfeld 106 enthält neun Elektroden 405. Demzufolge gibt es neun Leiterbahnen 110, die die Elektroden 405 mit der Kraftsteuereinheit 108 verbinden. Da die Größe des Kraftsensorfeldes 106 mit der Zahl der Elektroden 405 zunimmt, nimmt auch die Zahl der Leiterbahnen 110 zu. Die Zahl der Leiterbahnen 110 reduziert den in einem Gerät zur Implementierung von anderen Funktionen und/oder anderer Hardware zur Verfügung stehenden Platz. Durch eine Reduktion der Zahl der Leiterbahnen 110 können zusätzliche Funktionen und/oder zusätzliche Hardware in dem Gerät implementiert werden.
Diese Offenbarung umfasst bestimmte Entwürfe und Muster für die Elektroden 405, die die Zahl der Leiterbahnen 110 reduzieren. In einer Ausführungsform reduziert ein Entwurf und/oder ein Muster für die Elektroden 405 die Zahl der Leiterbahnen 110 auf vier Leiterbahnen. Darüber hinaus werden nur vier Elektroden 405 verwendet, um die Gegenwart, Größe und den Ort einer auf das Kraftsensorfeld 106 ausgeübten Kraft zu detektieren. Diese Entwürfe und Muster für die Elektroden 405 werden im Einzelnen im Zusammenhang mit den 5A und 8B beschrieben.
5A illustriert ein beispielhaftes Krafterfassungsfeld 106 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 5A dargestellt, enthält das Krafterfassungsfeld 106 vier Elektroden: 505, 510, 515 und 520. Die Elektroden 505, 510, 515 und 520 sind in einem bestimmten Muster über dem Krafterfassungsfeld 106 konfiguriert. In einer Ausführungsform kann das Krafterfassungsfeld 106 unter Verwendung dieses Musters der Elektroden 505, 510, 515 und 520 die Gegenwart, die Größe und den Ort einer Kraft, die auf das Krafterfassungsfeld 106 ausgeübt wird, unter Verwendung von nur vier Elektroden detektieren.
Die Elektroden 505, 510, 515 und 520 sind so konfiguriert, dass das Krafterfassungsfeld 106 in ein Gitter von Zellen 525A bis 525Y aufgeteilt werden kann. Jede Zelle enthält einen Teil der Elektroden 505, 510, 515 und 520. Die Dichte der Elektroden 505, 510, 515 und/oder 520 ändert sich von Zelle zu Zelle. In Zelle 525A bedecken die Elektroden 510 und 520 z. B. kleinere Flächen als die Elektroden 505 und 515. In der Zelle 525M bedecken die Elektroden 515 und 520 im Wesentlichen die gleiche Fläche und die Elektroden 505 und 510 bedecken im Wesentlichen die gleiche Fläche.
In einer Ausführungsform wird es durch Variation der Dichten der Elektroden 505, 510, 515 und 520 über die Zellen 525A bis 525Y hinweg möglich, einen Ort einer Kraft, die auf das Krafterfassungsfeld 106 ausgeübt wird, zu detektieren, indem ein Verhältnis der durch die Elektroden 505, 510, 515 und 520 übertragenen Signale analysiert wird. In dem in 5A dargestellten Beispiel nimmt die durch die Elektrode 505 bedeckte Fläche einer Zelle vom unteren Rand des Feldes 106 zum oberen Rand des Feldes 106 zu, wohingegen die durch die Elektrode 510 bedeckte Fläche einer Zelle vom oberen Rand des Feldes 106 zum unteren Rand des Feldes 106 zunimmt. In ähnlicher Weise nimmt die durch die Elektrode 515 bedeckte Fläche einer Zelle vom linken Rand des Feldes 106 zum rechten Rand des Feldes 106 zu, wohingegen die durch die Elektrode 520 bedeckte Fläche einer Zelle vom rechten Rand des Feldes 106 zum linken Rand des Feldes 106 zunimmt. Wenn eine Kraft auf eine Zelle 525A ausgeübt wird, steht zu erwarten, dass das durch die Elektrode 505 übertragene Signal größer ist als das durch die Elektrode 510 übertragene Signal, da die Elektrode 505 eine größere Fläche in der Zelle 525A bedeckt als die Elektrode 510. In ähnlicher Weise steht zu erwarten, dass das durch die Elektrode 515 übertragene Signal größer ist als das durch die Elektrode 520 übertragene Signal. Wenn im Gegensatz dazu die Kraft auf die Zelle 525M ausgeübt wird, steht zu erwarten, dass das durch die Elektrode 505 übertragene Signal im Wesentlichen das gleiche ist wie das durch die Elektrode 510 übertragene Signal, da die Elektrode 505 im Wesentlichen die gleiche Fläche in der Zelle 525M bedeckt wie die Elektrode 510. In ähnlicher Weise steht zu erwarten, dass das durch die Elektrode 515 übertragene Signal im Wesentlichen das gleiche ist wie das durch die Elektrode 520 übertragene Signal. Durch eine Ermittlung des Verhältnisses zwischen den durch die Elektrode 505 und 510 übertragenen Signalen und dem Verhältnis zwischen den Signalen, die durch die Elektroden 515 und 520 übertragen werden, kann die Kraftsteuereinheit 108 feststellen, auf welche Zelle eine Kraft ausgeübt wird. In einer Ausführungsform enthält jede Zelle des Krafterfassungsfeldes 106 nur vier Elektroden: 505, 510, 515 und 520. Darüber hinaus sind die Zellen 525A bis 525Y im Wesentlichen von der gleichen Größe (z. B. innerhalb eines 1%igen Unterschiedes in der Fläche).
In einer Ausführungsform enthält jede der Elektroden 505, 510, 515 und 520 eine Vielzahl von Fingern, die sich ausgehend von einem Körper erstrecken. Durch eine Variation der Länge der Finger, die sich von dem Körper ausgehend erstrecken, kann die Dichte der Elektroden in einer Zelle variiert werden. In der ersten Zeile der Zellen 525A bis 525E werden die Finger der Elektrode 515 z. B. kürzer von Zelle 525A bis Zelle 525E. Im Gegensatz dazu nimmt die Länge der Finger der Elektrode 520 von Zelle 525A bis Zelle 525E zu.
In einer Ausführungsform können die Elektroden 505, 510, 515 und 520 unterschiedliche Arten von Positionen einer ausgeübten Kraft ermitteln. Die Kraftsteuereinheit 108 verwendet z. B. die Elektroden 505 und 510, um eine vertikale Position einer ausgeübten Kraft zu ermitteln, und die Kraftsteuereinheit 108 verwendet die Elektroden 515 und 520, um eine horizontale Position der ausgeübten Kraft zu ermitteln. Wenn ein Verhältnis zwischen den von den Elektroden 515 und 520 übertragenen Signalen im Wesentlichen das gleiche ist, dann stellt die Kraftsteuereinheit 108 fest, dass die Kraft auf die Spalte der Zellen 525C, 525H, 525M, 525R und 525W ausgeübt wird. Wenn ein Verhältnis zwischen den von den Elektroden 505 und 510 übertragenen Signalen groß ist, dann stellt die Kraftsteuereinheit 108 fest, dass die Kraft auf die Zeile der Zellen 525A bis 525E ausgeübt wird. Als Ergebnis dieser beiden Feststellungen erkennt die Kraftsteuereinheit 108, dass die Kraft auf die Zelle 525C ausgeübt wird.
In einer Ausführungsform sind die Elektroden 505, 510, 515 und 520 über das Krafterfassungsfeld 106 hinweg ausbalanciert. Die Elektroden 505 und 510 können z. B. so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen die gleiche Fläche bedecken, wie die Elektroden 515 und 520 über das Krafterfassungsfeld 106 hinweg. In einem anderen Beispiel können die Elektroden 505 und 510 im Wesentlichen die gleiche Fläche bedecken, wie dies die Elektroden, 515 und 520 über eine Reihe von Zellen hinweg tun. Diese Offenbarung umfasst eine Ausbalancierung der Elektroden 505, 510, 515 und 520 in jeder geeigneten Weise. Die Elektroden 505, 510, 515 und 520 können z. B. durch eine Anpassung der Dicke der Elektroden 505, 510, 515 und 520 ausbalanciert werden. In einem anderen Beispiel können die Elektroden 505, 510, 515 und 520 durch eine Anpassung der Zahl der Finger von jeder Elektrode 505, 510, 515 und 520 ausbalanciert werden. Die Finger werden im Einzelnen unter Verwendung der nachfolgenden Figuren diskutiert.
5B illustriert eine Zelle 525M eines beispielhaften Krafterfassungsfeldes 106 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 5B dargestellt, enthält die Zelle 525M vier Elektroden 505, 510, 515 und 520. Jede Elektrode 505, 510, 515 und 520 enthält eine Vielzahl von Fingern, die sich ausgehend von einem Körper der Elektrode erstrecken. Die Elektrode 505 enthält z. B. einen Körper 530 und einen oder mehrere Finger 535, die sich ausgehend von dem Körper 530 erstrecken. In ähnlicher Weise enthält die Elektrode 510 einen Körper 530 und einen oder mehrere Finger 535, die sich ausgehend von dem Körper erstrecken. Die Elektroden 515 und 520 enthalten auch einen Körper 530 und einen oder mehrere Finger 535, die sich ausgehend von dem Körper erstrecken. In bestimmten Ausführungsformen wird die Dichte der Elektroden 505, 510, 515 und 520 über eine Variation der Länge der Finger 535 variiert.
Die Elektroden 505, 510, 515 und 520 können dazu konfiguriert sein, eine ausgeübte Kraft unter Verwendung von nur vier Leiterbahnen zu detektieren. In einer Ausführungsform sind die Elektroden 505, 510, 515 und 520 auf gegenüberliegenden Oberflächen eines Substrats angeordnet. Die Elektroden 505 und 510 sind z. B. auf einer Oberseite des Substrats angeordnet und die Elektroden 505 und 510 sind auf einer Unterseite des Substrats angeordnet.
Die 6A und 6B illustrieren ein beispielhaftes Krafterfassungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 6A illustriert eine erste Oberfläche eines Substrats und 6B illustriert eine zweite Oberfläche des Substrats. Die Elektroden 515 und 520 sind auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet und die Elektroden 505 und 510 sind auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet. Diese beiden Oberflächen des Substrats können einander gegenüber liegen. Die Elektroden 505 und 510 sind z. B. auf einer Oberseite des Substrats 314 angeordnet und die Elektroden 515 und 520 können auf einer Unterseite des Substrats 314 angeordnet sein.
Durch die Anordnung der Elektroden 505 und 510 und der Elektroden 515 und 520 auf unterschiedlichen Oberflächen des Substrats wird Platz geschaffen, um Leiterbahnen 110 zu jeder der Elektroden 505, 510, 515 und 520 zu führen. Die Leiterbahnen für eine Elektrode kreuzen sich nicht mit einer anderen Elektrode oder einem anderen Satz von Leiterbahnen 110. Teile der Elektroden 515 und 520 können darüber hinaus auch über Verlängerungen mit anderen Teilen dieser Elektroden 515 und 520 gekoppelt sein. In dem in 6A dargestellten Beispiel sind Teile der Elektrode 515 so gekoppelt, dass sich die Elektrode 515 durch jede der Zellen des Krafterfassungsfeldes 106 hindurch erstreckt. Die Elektrode 520 ist darüber hinaus in ähnlicher Weise durch die Zellen des Krafterfassungsfeldes 106 verlängert, sodass die Abschnitte der Elektrode 520 miteinander gekoppelt sind.
Auf diese Weise sind nur vier Elektroden 505, 510, 515 und 520 erforderlich, um die Gegenwart, die Größe und den Ort einer Kraft, die auf das Krafterfassungsfeld 106 ausgeübt wird, zu detektieren. Jede Elektrode ist mit einer Leiterbahn 110 gekoppelt, die Signale von der Elektrode zur Kraftsteuereinheit 108 leitet. Die Kraftsteuereinheit 108 analysiert die von den Elektroden über die Leiterbahnen 110 übertragenen Signale, um die Gegenwart, die Größe und den Ort einer Kraft, die auf das Krafterfassungsfeld 106 ausgeübt wird, zu detektieren (wie dies obenstehend beschrieben wurde). Im Ergebnis steht zusätzlicher Platz in einem Gerät zur Verfügung, um andere Funktionen und/oder andere Hardware zu implementieren.
In einer Ausführungsform sind die Elektroden 505, 510, 515 und 520 auf der gleichen Oberfläche des Substrats 314 implementiert. Vias und/oder dielektrisches Material ist an den Kreuzungsstellen der Elektroden 505, 510, 515 und 520 und den Kreuzungsstellen zwischen den Leiterbahnen 110 platziert, um elektrische Kontakte zu vermeiden.
Die 7A, 7B, 8A und 8B zeigen weitere mögliche Entwürfe und Muster für die Elektroden 505, 515, 510 und 520 über das Krafterfassungsfeld 106 hinweg. Für jeden Entwurf können die Elektroden gemäß dieser Offenbarung auf gegenüberliegenden Oberflächen eines Substrats und/oder auf der gleichen Oberfläche des Substrats angeordnet sein.
7A illustriert ein beispielhaftes Krafterfassungsfeld 106 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 7A dargestellt, sind die Elektroden 505, 510, 515 und 520 in einem quadratischen oder gitterartigen Muster angeordnet. In diesem Muster bedeckt jedes Elektrodenpaar, z. B. Elektroden 505 und 510 oder die Elektroden 515 und 520, im Wesentlichen die gleiche Fläche innerhalb jeder Zelle. Wie bei den zuvor beschriebenen Entwürfen enthält jede Elektrode eine Vielzahl von Fingern, die sich ausgehend von einem Körper erstrecken. Die Länge dieser Finger variiert über das Krafterfassungsfeld 106 hinweg. Im Ergebnis wird ein Verhältnis der durch die Elektroden übertragenen Signale abhängig davon, welcher Teil des Krafterfassungsfeldes 106 einer ausgeübten Kraft am Nächsten liegt, variieren.
7B illustriert eine Zelle 700 eines beispielhaften Krafterfassungsfeldes 106 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 7B dargestellt, enthält die Zelle 700 Elektroden 505, 510, 515 und 520. Jede dieser Elektroden erstreckt sich durch die Zellen 700. In dem in 7B dargestellten Beispiel haben darüber hinaus die Finger eines jeden Elektrodenpaars, z. B. der Elektroden 505 und 510 oder der Elektroden 515 und 520, im Wesentlichen die gleiche Länge. Für unterschiedliche Zellen des Krafterfassungsfeldes 106 können diese Finger jedoch unterschiedliche Längen haben.
8A illustriert ein beispielhaftes Krafterfassungsfeld 106 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 8A dargestellt, enthält das Krafterfassungsfeld 106 Elektroden 505, 510, 515 und 520, die in einem Rautenmuster angeordnet sind. Jede der Elektroden enthält eine Vielzahl von Fingern, die sich ausgehend von einem Körper erstrecken. Die Länge dieser Finger kann über das Krafterfassungsfeld 106 hinweg variieren. Im Ergebnis wird das Verhältnis der durch die Elektroden übertragenen Signale abhängig vom Ort einer auf das Krafterfassungsfeld 106 ausgeübten Kraft variieren.
8B illustriert eine Zelle 800 eines beispielhaften Krafterfassungsfeldes 106 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 8B dargestellt, enthält die Zelle 800 Elektroden 505, 510, 515 und 520. Jede dieser Elektroden erstreckt sich durch die Zelle 800. In dem in 8B dargestellten Beispiel sind die Finger der Elektroden 505, 510, 515 und 520 darüber hinaus jeweils im Wesentlichen gleich lang. Unterschiedliche Zellen des Krafterfassungsfeldes 106 können jedoch unterschiedliche Längen für diese Finger und/oder eine unterschiedliche Zahl dieser Finger aufweisen.
In einer Ausführungsform enthält eine Vorrichtung eine Kraftsensorschaltung und eine Steuereinheit. Das Substrat enthält erste, zweite, dritte und vierte Elektroden. Die erste Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch eine erste und eine zweite Zelle einer Zeile von Zellen. Die erste und die zweite Zelle haben im Wesentlichen die gleiche Größe, und die erste Elektrode bedeckt in der ersten Zelle eine größere Fläche als die erste Elektrode in der zweiten Zelle bedeckt. Die zweite Zelle ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch die erste und die zweite Zelle. Die zweite Elektrode bedeckt in der zweiten Zelle eine größere Fläche als die zweite Elektrode in der ersten Zelle bedeckt. Die dritte Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch eine dritte und eine vierte Zelle einer Spalte von Zellen. Die dritte und die vierte Zelle haben im Wesentlichen die gleiche Größe und die dritte Elektrode bedeckt in der dritten Zelle eine größere Fläche als die dritte Elektrode in der vierten Zelle. Die vierte Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch die dritte und die vierte Zelle. Die vierte Elektrode bedeckt in der vierten Zelle eine größere Fläche als die vierte Elektrode in der dritten Zelle bedeckt. Die Steuereinheit detektiert eine Kraft und eine Position der Kraft auf Basis von Signalen, die durch die Kraftsensorschaltung übertragen werden. In einer Ausführungsform enthält die Vorrichtung darüber hinaus eine erste Leiterbahn, die mit der ersten Elektrode gekoppelt ist, eine zweite Leiterbahn, die mit der zweiten Elektrode gekoppelt ist, eine dritte Leiterbahn, die mit der dritten Elektrode gekoppelt ist, und eine vierte Leiterbahn, die mit der vierten Elektrode gekoppelt ist. In einer Ausführungsform detektiert die Steuereinheit die Position der Kraft auf Basis eines ersten Verhältnisses eines ersten Signals der ersten Elektrode und eines zweiten Signals der zweiten Elektrode und eines zweiten Verhältnisses eines dritten Signals der dritten Elektrode und eines vierten Signals der vierten Elektrode. In einer Ausführungsform umfasst die erste, die zweite, die dritte, und die vierte Elektrode jeweils eine Vielzahl von Fingern, die sich ausgehend von einem Körper erstrecken. In einer Ausführungsform hat ein erster Finger der Vielzahl der Finger der ersten Elektrode eine andere Länge als ein zweiter Finger der Vielzahl der Finger der ersten Elektrode, und der erste Finger liegt in der ersten Zelle und der zweite Finger Liegt in der zweiten Zelle. In einer Ausführungsform ermittelt die Steuereinheit eine horizontale Position der Kraft auf Basis von Signalen der ersten und der zweiten Elektrode der ersten Zelle und eine vertikale Position der Kraft auf Basis von Signalen der dritten und der vierten Elektrode der dritten Zelle. In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Elektrode der ersten Zelle auf einer ersten Oberfläche des Substrats angebracht und die dritte und die vierte Elektrode der ersten Zelle sind auf einer zweiten Oberfläche des Substrats angebracht. In einer Ausführungsform enthält die erste Zelle nur vier Elektroden. In einer Ausführungsform bedecken die erste und die zweite Elektrode im Wesentlichen die gleiche Menge an Fläche wie die dritte und die vierte Elektrode. In einer Ausführungsform ist der Betrag der Fläche, die durch die erste und die zweite Elektrode in der Zeile von Zellen bedeckt wird, im Wesentlichen gleich der Menge der Fläche, die durch die dritte und die vierte Elektrode in der Spalte der Zellen bedeckt wird.
In einer Ausführungsform enthält ein Kraftsensor ein Substrat, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode. Die erste Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch eine erste und eine zweite Zelle einer Zeile von Zellen. Die erste und die zweite Zelle haben im Wesentlichen die gleiche Größe, und die erste Elektrode bedeckt in der ersten Zelle mehr Fläche als die Elektrode in der zweiten Zelle bedeckt. Die zweite Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch die erste und die zweite Zelle. Die zweite Elektrode bedeckt in der zweiten Zelle mehr Fläche als die zweite Elektrode in der ersten Zelle bedeckt. Die dritte Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch eine dritte und eine vierte Zelle einer Spalte von Zellen. Die dritte und vierte Zelle sind im Wesentlichen gleich groß, und die dritte Elektrode bedeckt in der dritten Zelle mehr Fläche als die dritte Elektrode in der vierten Zelle bedeckt. Die vierte Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch die dritte und die vierte Zelle. Die vierte Elektrode bedeckt in der vierten Zelle mehr Fläche als die vierte Elektrode in der dritten Zelle bedeckt. In einer Ausführungsform erstrecken sich die erste und die zweite Elektrode durch die dritte und die vierte Zelle, und die dritte und die vierte Elektrode erstrecken sich durch die erste und die zweite Zelle. In einer Ausführungsform enthält der Kraftsensor eine erste Leiterbahn, die mit der ersten Elektrode gekoppelt ist, eine zweite Leiterbahn, die mit der zweiten Elektrode gekoppelt ist, eine dritte Leiterbahn, die mit der dritten Elektrode gekoppelt ist, und eine vierte Leiterbahn, die mit der vierten Elektrode gekoppelt ist. In einer Ausführungsform enthält die erste, die zweite, die dritte und die vierte Elektrode jeweils eine Vielzahl von Fingern, die sich ausgehend von einem Körper erstrecken. In einer Ausführungsform hat ein erster Finger der Vielzahl der Finger der ersten Elektrode eine andere Länge als ein zweiter Finger der Vielzahl der Finger der ersten Elektrode, und der erste Finger liegt in der ersten Zelle und der zweite Finger liegt in der zweiten Zelle. In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Elektrode auf einer ersten Oberfläche des Substrats angebracht, und die dritte und die vierte Elektrode der ersten Zelle sind auf einer zweiten Oberfläche des Substrats angebracht. In einer Ausführungsform enthält eine erste Zelle nur vier Elektroden. In einer Ausführungsform bedecken die erste und die zweite Elektrode im Wesentlichen die gleiche Menge an Fläche auf dem Substrat wie die dritte und die vierte Elektrode. In einer Ausführungsform ist eine durch die erste und die zweite Elektrode in der Zeile von Zellen bedeckte Menge an Fläche im Wesentlichen gleich der Menge an Fläche, die durch die dritte und die vierte Elektrode in der Spalte von Zellen bedeckt wird.
In einer Ausführungsform enthält eine Vorrichtung eine Kraftsensorschaltung, eine Steuereinheit, und erste, zweite, dritte und vierte Leiterbahnen. Die Kraftsensorschaltung enthält ein Substrat und erste, zweite, dritte und vierte Elektroden. Die erste Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch eine erste und eine zweite Zelle einer Zeile von Zellen. Die erste und die zweite Zelle haben im Wesentlichen die gleiche Größe, und die erste Elektrode bedeckt in der ersten Zelle mehr Fläche als die erste Elektrode in der zweiten Zelle. Die zweite Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch die erste und die zweite Zelle. Die zweite Elektrode bedeckt in der zweiten Zelle mehr Fläche als die zweite Elektrode in der ersten Zelle. Die dritte Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch eine dritte und eine vierte Zelle einer Spalte von Zellen. Die dritte und die vierte Zelle haben im Wesentlichen die gleiche Größe, und die dritte Elektrode bedeckt in der dritten Zelle mehr Fläche als die dritte Elektrode in der vierten Zelle. Die vierte Elektrode ist auf dem Substrat angebracht und erstreckt sich durch die dritte und die vierte Zelle. Die vierte Elektrode bedeckt in der vierten Zelle mehr Fläche als die vierte Elektrode in der dritten Zelle. Die Steuereinheit detektiert eine Kraft und eine Position der Kraft auf Basis von Signalen, die durch die Kraftsensorschaltung übertragen werden. Die erste Leiterbahn verbindet die erste Elektrode mit der Steuereinheit. Die zweite Leiterbahn verbindet die zweite Elektrode mit der Steuereinheit. Die dritte Leiterbahn verbindet die dritte Elektrode mit der Steuereinheit. Die vierte Leiterbahn verbindet die vierte Elektrode mit der Steuereinheit. Die erste Zelle enthält nur vier Elektroden. Die erste, die zweite, die dritte und die vierte Elektrode enthalten jeweils eine Vielzahl von Fingern, die sich ausgehend von einem Körper erstrecken.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bieten einen oder mehrere technische Vorteile. Eine Ausführungsform kann z. B. die Zahl der Leiterbahnen reduzieren, die verwendet werden, um eine Krafterfassung zu implementieren. In einem anderen Beispiel detektiert eine Ausführungsform eine Position einer Kraft unter Verwendung eines Kraftsensors, der nur vier Elektroden hat. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung können keinen, einige, oder alle der oben genannten technischen Vorteile aufweisen. Ein oder mehrere andere technische Vorteile können sich für den Fachmann aus den Figuren, der Beschreibung und den hier beigefügten Ansprüchen ergeben.
Ein computerlesbares, nichttransitorisches Speichermedium kann hier ein oder mehrere halbleiterbasierte oder andere integrierte Schaltungen (ICs) (wie z. B. feldprogrammierbare Gatterfelder (FPGAs) oder anwendungsspezifische ICs (ASICs)), Festplattenlaufwerke (HDDs), Hybridlaufwerke (HHDs), optische Platten, optische Plattenlaufwerke (ODDs), magnetooptische Platten, magnetooptische Laufwerke, Floppydisks, Floppydisk-Laufwerke (FDDs), Magnetbänder, Festkörperlaufwerke (SSDs), RAM-Laufwerke, SD-Karten oder -Laufwerke, andere computerlesbare, nichttransitorische Speichermedien oder beliebige Kombinationen von zweien oder mehreren derselben enthalten. Ein computerlesbares, nichttransitorisches Speichermedium kann flüchtig, nichtflüchtig oder eine Kombination von flüchtig und nichtflüchtig sein.
„Oder” ist hier inklusiv und nicht exklusiv zu verstehen, sofern nichts Gegenteiliges explizit angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. „A oder B” bedeutet daher „A, B, oder beides”, sofern nichts Gegenteiliges explizit angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. Darüber hinaus ist „und” sowohl einzeln als auch insgesamt zu verstehen, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. „A und B” bedeutet daher „A und B, sowohl einzeln als auch insgesamt”, sofern nichts Gegenteiliges explizit angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. Komponenten, die als „gekoppelt” bezeichnet werden, umfassen darüber hinaus Komponenten, die direkt oder indirekt miteinander gekoppelt sind.
Diese Offenbarung umfasst eine Vielzahl von Änderungen, Substitutionen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen an den hier beschriebenen Beispielausführungsformen, die ein Fachmann in Betracht ziehen würde. In ähnlicher Weise umfassen die beigefügten Ansprüche gegebenenfalls alle Änderungen, Substitutionen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen an den hier angegebenen Beispielausführungsformen, die ein Fachmann in Betracht ziehen würde. Eine Bezugnahme in den beigefügten Ansprüchen auf eine Vorrichtung oder ein System oder eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems, die/das dazu eingerichtet, dazu in der Lage, dazu konfiguriert, oder dazu betreibbar ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, diese Vorrichtung, dieses System, oder diese Komponente, unabhängig davon, ob diese bestimmte Funktion aktiviert, eingeschaltet oder entsperrt ist, solange diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente dazu eingerichtet, dazu in der Lage, dazu konfiguriert oder dazu betreibbar ist, diese Funktion auszuführen.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine Kraftsensorschaltung, umfassend: ein Substrat; eine erste Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die erste Elektrode durch eine erste und eine zweite Zelle einer Zeile von Zellen erstreckt, die erste und zweite Zelle im Wesentlichen die gleiche Größe haben, und die erste Elektrode in der ersten Zelle mehr Fläche bedeckt als die erste Elektrode in der zweiten Zelle; eine zweite Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die zweite Elektrode durch die erste und die zweite Zelle erstreckt, wobei die zweite Elektrode in der zweiten Zelle mehr Fläche bedeckt als die zweite Elektrode in der ersten Zelle; eine dritte Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die dritte Elektrode durch eine dritte und eine vierte Zelle einer Spalte von Zellen erstreckt, wobei die dritte und die vierte Zelle im Wesentlichen die gleiche Größe haben, und die dritte Elektrode in der dritten Zelle mehr Fläche bedeckt als die dritte Elektrode in der vierten Zelle; und eine vierte Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei die vierte Elektrode sich durch die dritte und die vierte Zelle erstreckt, wobei die vierte Elektrode in der vierten Zelle mehr Fläche bedeckt als die vierte Elektrode in der dritten Zelle; und eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Kraft und eine Position der Kraft auf Basis von Signalen zu detektieren, die durch die Kraftsensorschaltung übertragen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: eine erste Leiterbahn, die mit der ersten Elektrode gekoppelt ist; eine zweite Leiterbahn, die mit der zweiten Elektrode gekoppelt ist; eine dritte Leiterbahn, die mit der dritten Elektrode gekoppelt ist; und eine vierte Leiterbahn, die mit der vierten Elektrode gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, die Position der Kraft zu detektieren auf Basis von: einem ersten Verhältnis eines ersten Signals der ersten Elektrode und eines zweiten Signals der zweiten Elektrode; und einem zweiten Verhältnis eines dritten Signals der dritten Elektrode und eines vierten Signals der vierten Elektrode.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste, die zweite, die dritte und die vierte Elektrode jeweils eine Vielzahl von Fingern umfassen, die sich ausgehend von einem Körper erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein erster Finger der Vielzahl der Finger der ersten Elektrode eine andere Länge hat als ein zweiter Finger der Vielzahl der Finger der ersten Elektrode, wobei der erste Finger in der ersten Zelle und der zweite Finger in der zweiten Zelle liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit des Weiteren dazu konfiguriert ist: eine horizontale Position der Kraft auf Basis von Signalen der ersten und der zweiten Elektrode der ersten Zelle zu ermitteln; und eine vertikale Position der Kraft auf Basis von Signalen der dritten und der vierten Elektrode der dritte Zelle zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die erste und die zweite Elektrode der ersten Zelle auf einer ersten Oberfläche des Substrats angebracht sind; und die dritte und die vierte Elektrode der ersten Zelle auf einer zweiten Oberfläche des Substrats angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Zelle nur vier Elektroden enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Elektrode im Wesentlichen die gleichen Flächenmenge bedecken, wie die dritte und die vierte Elektrode.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Flächenmenge, die durch die erste und die zweite Elektrode in der Zeile der Zellen bedeckt wird, im Wesentlichen gleich ist der Flächenmenge, die durch die dritte und die vierte Elektrode in der Spalte von Zellen bedeckt wird.
Kraftsensor, umfassend: ein Substrat; eine erste Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die erste Elektrode durch eine erste und eine zweite Zelle einer Zeile von Zellen erstreckt, wobei die erste und die zweite Zelle im Wesentlichen die gleiche Größe haben, und die erste Elektrode in der ersten Zelle mehr Fläche bedeckt als die erste Elektrode in der zweiten Zelle; eine zweite Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die zweite Elektrode durch die erste und die zweite Zelle erstreckt, wobei die zweite Elektrode in der zweiten Zelle mehr Fläche bedeckt als die zweite Elektrode in der ersten Zelle; eine dritte Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die dritte Elektrode durch eine dritte und eine vierte Zelle einer Spalte von Zellen erstreckt, wobei die dritte und die vierte Zelle im Wesentlichen die gleiche Größe haben, und die dritte Elektrode in der dritten Zelle mehr Fläche bedeckt als die dritte Elektrode in der vierten Zelle; und eine vierte Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die vierte Elektrode durch die dritte und die vierte Zelle erstreckt, wobei die vierte Elektrode in der vierten Zelle mehr Fläche bedeckt als die vierte Elektrode in der dritten Zelle.
Kraftsensor nach Anspruch 11, wobei: sich die erste und die zweite Elektrode durch die dritte und die vierte Zelle erstrecken; und sich die dritte und die vierte Elektrode durch die erste und die zweite Zelle erstrecken.
Kraftsensor nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend: eine erste Leiterbahn, die mit der ersten Elektrode gekoppelt ist; eine zweite Leiterbahn, die mit der zweiten Elektrode gekoppelt ist; eine dritte Leiterbahn, die mit der dritten Elektrode gekoppelt ist; und eine vierte Leiterbahn, die mit der vierten Elektrode gekoppelt ist.
Kraftsensor nach Anspruch 11, wobei die erste, die zweite, die dritte und die vierte Elektrode jeweils eine Vielzahl von Fingern umfassen, die sich ausgehend von einem Körper erstrecken.
Kraftsensor nach Anspruch 14, wobei ein erster Finger der Vielzahl der Finger der ersten Elektrode eine andere Länge hat als ein zweiter Finger der Vielzahl der Finger der ersten Elektrode, wobei der erste Finger in der ersten Zelle und der zweite Finger in der zweiten Zelle liegt.
Kraftsensor nach Anspruch 11, wobei: die erste und die zweite Elektrode auf einer ersten Oberfläche des Substrats angebracht sind; und die dritte und die vierte Elektrode der ersten Zelle auf einer zweiten Oberfläche des Substrats angebracht sind.
Kraftsensor nach Anspruch 11, wobei die erste Zelle nur vier Elektroden enthält.
Kraftsensor nach Anspruch 11, wobei die erste und die zweite Elektrode im Wesentlichen die gleiche Flächenmenge auf dem Substrat bedecken wie die dritte und die vierte Elektrode.
Kraftsensor nach Anspruch 11, wobei eine Flächenmenge, die durch die erste und die zweite Elektrode in der Zeile von Zellen bedeckt wird, im Wesentlichen gleich ist der Flächenmenge, die durch die dritte und die vierte Elektrode in der Spalte von Zellen bedeckt wird.
Vorrichtung, umfassend: eine Kraftsensorschaltung, umfassend: ein Substrat; eine erste Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die erste Elektrode durch eine erste und eine zweite Zelle einer Zeile von Zellen erstreckt, wobei die erste und die zweite Zelle im Wesentlichen die gleiche Größe haben, und die erste Elektrode in der ersten Zelle mehr Fläche bedeckt als die erste Elektrode in der zweiten Zelle; eine zweite Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die zweite Elektrode durch die erste und die zweite Zelle erstreckt, wobei die zweite Elektrode in der zweiten Zelle mehr Fläche bedeckt als die zweite Elektrode in der ersten Zelle; eine dritte Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die dritte Elektrode durch eine dritte und eine vierte Zelle einer Spalte von Zellen erstreckt, wobei die dritte und die vierte Zelle im Wesentlichen die gleiche Größe haben, und die dritte Elektrode in der dritten Zelle mehr Fläche bedeckt als die dritte Elektrode in der vierten Zelle; und eine vierte Elektrode, die auf dem Substrat angebracht ist, wobei sich die vierte Elektrode durch die dritte und die vierte Zelle erstreckt, wobei die vierte Elektrode in der vierten Zelle mehr Fläche bedeckt als die vierte Elektrode in der dritten Zelle; eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, eine Kraft und eine Position der Kraft zu delektieren auf Basis von Signalen, die durch die Kraftsensorschaltung übertragen werden; eine erste Leiterbahn, die die erste Elektrode mit der Steuereinheit verbindet; eine zweite Leiterbahn, die die zweite Elektrode mit der Steuereinheit verbindet; eine dritte Leiterbahn, die die dritte Elektrode mit der Steuereinheit verbindet; und eine vierte Leiterbahn, die die vierte Elektrode mit der Steuereinheit verbindet, wobei: die erste Zelle nur vier Elektroden enthält; und die erste, die zweite, die dritte und die vierte Elektrode jeweils eine Vielzahl von Fingern umfassen, die sich ausgehend von einem Körper erstrecken.