用于检测和表征在人机接口处的触摸输入的系统和方法技术方案

一种用于检测触摸传感器处的输入的方法的变型，该触摸传感器包括力敏感层和一组驱动电极和感测电极，该力敏感层响应于在触摸传感器表面上施加的力的局部变化而表现出局部电阻的变化，该方法的变型包括：用驱动信号驱动驱动电极；从感测电极读取感测信号；检测感测信号的交流分量和直流分量；响应于感测信号的直流分量的大小下降到阈值大小以下，基于感测信号的交流分量检测在扫描周期期间触摸传感器表面上的输入；以及响应于感测信号的直流分量的大小超过阈值大小，基于感测信号的直流分量检测在扫描周期期间触摸传感器表面上的输入。入。入。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测和表征在人机接口处的触摸输入的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年3月9日提交的第62/987,290号美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请通过本引用以其整体并入。
[0003]本申请涉及于2014年9月26日提交的美国专利申请第14/499,001号，其通过引用以其整体并入。


[0004]本专利技术总体上涉及系统领域，并且更具体地，涉及系统领域中新的且有用的人机接口系统。
[0005]附图简述
[0006]图1A和图1B是方法和系统的流程图表示；
[0007]图2是方法和系统的一个变型的流程图表示；
[0008]图3是方法的一个变型的流程图表示；
[0009]图4是方法的一个变型的流程图表示；
[0010]图5A和图5B是方法的一个变型的流程图表示；
[0011]图6A和图6B是方法的一个变型的流程图表示；以及
[0012]图7是系统的一个变型的示意表示。
[0013]实施例的描述
[0014]本专利技术的实施例的以下描述并非旨在将本专利技术限制于这些实施例，而是使本领域技术人员能够制造和使用本专利技术。本文描述的变型、配置、实施方式、示例实施方式和示例是可选的，并且不排除它们描述的变型、配置、实施方式、示例实施方式和示例。本文描述的专利技术可以包括这些变型、配置、实施方式、示例实施方式和示例的任何组合和所有组合。
[0015]1.方法
[0016]如图1A、图1B和图3所示，用于检测和表征触摸输入的方法S100包括：在框S110中，检测包括一组驱动电极和感测电极对以及导电力敏感层130的触摸传感器表面140上的输入；在框S120中，将第一驱动电极和感测电极对中的驱动电极驱动到参考电位；在框S130中，在第一驱动电极和感测电极对中的感测电极处对输出信号进行采样；在框S140中，基于输出信号的AC分量计算驱动电极和感测电极之间的电容值；在框S150中，基于输出信号的DC分量计算驱动电极和感测电极之间的电阻值；以及在框S160中，基于电阻值和电容值计算在触摸传感器表面140上的输入的力的大小和位置。
[0017]1.1应用
[0018]通常，方法S100可以由系统100执行，该系统100包括：横跨基底110布置的一组驱动电极和感测电极对(下文为“压力传感器阵列”)；控制器160；以及力敏感层130，该力敏感层130表现出随局部施加的力的变化而变的相邻的驱动电极和感测电极对两端的接触电阻的变化(或局部体电阻(bulk resistance)的变化)，该力敏感层130被布置在压力传感器阵列上方，并在压力传感器阵列上方形成气隙150；以及力敏感层130上方的触觉表面。控制器
160可以执行方法S100的框以用于：将驱动电极和感测电极对之间的电容的变化解释为触觉表面上轻触摸的局部位置和/或重触摸的初始接触，该触摸使力敏感层130朝向压力传感器阵列移位，并且因此局部压缩气隙150；以及将驱动电极和感测电极对之间的电阻变的化解释为触觉表面上触摸的局部位置和力大小。
[0019]更具体地，力敏感层130被布置在压力传感器阵列上方，以在压力阵列和力敏感层130的近侧表面之间形成小(例如，5微米高，10微米高)的气隙150。力敏感层130表现出与空气的电容率不同的电容率(例如，介电常数)，使得力敏感层130朝向压力传感器阵列的移位导致驱动电极和感测电极对之间的总电容率的变化，从而影响这些驱动电极和感测电极对之间的内部电容耦合，该内部电容耦合随着气隙150高度的局部变化而(例如，成比例地)变化。在该配置中，即使施加在触觉表面上方的非常轻的力(例如，小于5克的力)也可以使力敏感层130朝向压力传感器阵列移位，并显著减小气隙150的高度，从而改变(例如，增加)邻近该力的驱动电极和感测电极对的子集之间的内部电容。因此，系统100可以在扫描周期期间(和/或在一系列扫描周期内)对压力传感器阵列中的每个驱动电极和感测电极对之间的内部电容耦合进行采样(例如测量、计算)，并且基于这些驱动电极和感测电极对之间的内部电容耦合的导出的变化来检测、表征和跟踪(非常)轻的力在触觉表面上的施加。
[0020]同时，控制器160可以：检测驱动电极和感测电极对之间的电阻的变化，该变化是由于在触觉表面上施加较大的力而引起的，该较大的力压缩力敏感层130抵靠压力传感器阵列，并产生力敏感层130的体电阻的局部变化或力敏感层与相邻的驱动电极和感测电极对之间的接触电阻的变化；以及将电阻的这些变化解释为施加到触觉层的较大力的位置和大小。然后，控制器160可以将从驱动电极和感测电极对之间的电阻变化导出的较高力输入(例如，大于5克)的位置和力大小与从驱动电极和感测电极对之间的电容耦合导出的较低力输入(例如，小于5克)的位置合并，以在扫描周期期间生成横跨触觉表面的输入的更全面的表示(例如，力分布、接触图)。
[0021]特别地，系统100可以基于驱动电极和感测电极对之间的电阻变化来设置用于检测触摸传感器表面140上的输入的电阻的最小阈值变化，以便抑制噪声并减少对触觉表面上的输入的假阳性检测。然而，系统100还可以用基于驱动电极和感测电极对之间的内部电容耦合的变化的输入检测来代替低于电阻的该最小阈值变化的压力传感器阵列的基于电阻的动态范围。更具体地，系统100被配置为：将压力传感器阵列中的驱动电极驱动到参考电位(例如，利用输入波形)；在采样周期内测量相应的感测电极处的输出信号(例如，电压、电流消耗)；以及解释(例如，分析、消歧)输出信号，以基于输出信号的特性同时导出(例如，计算)驱动电极和感测电极对之间的电容值。例如，控制器160可以导出与感测电极输出信号(例如，输出信号的AC分量)中的振荡幅度成比例的电容值。同时和/或随后，控制器160可以计算电阻值，该电阻值与感测电极输出信号(例如，输出信号的DC分量)的稳态值成比例。对于非常轻的输入力(例如，小于5克)，感测电极输出信号的电容分量占主导地位，因此即使驱动电极和感测电极对表现出电阻耦合几乎没有变化，也使得系统100能够准确地检测在与驱动电极和感测电极对相对应的触觉表面上的位置处的对象。
[0022]此外，由于驱动电极和感测电极对之间的内部电容仅取决于压力传感器阵列的几何结构和气隙150的尺寸，因此系统100可以利用采样的电容值以便检测和表征不受系统100中某些缺陷影响的输入，这些缺陷例如为力敏感层130中的不连续性和/或不规则性(例
如，死区)、基底110中的印刷缺陷和/或力敏感层130或电极表面上的残留灰尘。类似地，由于导电力敏感层130将由驱动电极生成的电场限制在触觉表面下方，因此系统100可以检测任何类型的对象(例如，戴手套的手指、笔、触笔)与触觉表面之间的接触，以及在触摸传感器表面140上存在水和/或其他材料的情况下检测和表征输入。
[0023]1.2系统
[0024]如图1A和图1B所示，系统100包括：触摸传感器表面140；横跨基底11本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测触摸传感器处的输入的方法，所述触摸传感器包括力敏感层、一组驱动电极和一组感测电极，所述力敏感层响应于在触摸传感器表面上施加的力的局部变化而表现出局部电阻的变化，所述方法包括：在第一扫描周期期间，用驱动信号驱动所述一组驱动电极中的第一驱动电极；在所述第一扫描周期期间，从所述一组感测电极中的并与所述第一驱动电极配对的第一感测电极读取第一感测信号；检测所述第一感测信号的第一交流分量；检测所述第一感测信号的第一直流分量；响应于所述第一感测信号的所述第一直流分量的大小下降到阈值大小以下，基于所述第一感测信号的所述第一交流分量检测在所述第一扫描周期期间所述触摸传感器表面上的第一输入；以及响应于所述第一感测信号的所述第一直流分量的大小超过所述阈值大小，基于所述第一感测信号的所述第一直流分量检测在所述第一扫描周期期间所述触摸传感器表面上的所述第一输入。2.根据权利要求1所述的方法：其中，检测所述第一感测信号的所述第一直流分量包括检测表示以下直流分量的所述第一感测信号的所述第一直流分量：由所述第一驱动电极、所述第一感测电极和所述力敏感层形成的可变电阻器传递的所述驱动信号的直流分量；其中，检测所述第一感测信号的所述第一交流分量包括检测表示由可变气隙电容器传递的所述驱动信号的高频分量的所述第一感测信号的交流分量：所述可变气隙电容器由所述第一驱动电极、所述第一感测电极和在所述力敏感层与支撑所述第一驱动电极和所述第一感测电极的基底之间捕获的空气体积形成；所述可变气隙电容器与所述可变电阻器并联连接；并且所述可变气隙电容器通过所述力敏感层与所述触摸传感器表面上的所述第一输入电气屏蔽。3.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述第一感测信号的所述第一交流分量检测所述触摸传感器表面上的所述第一输入包括：解释所述触摸传感器表面上的所述第一输入的力大小，所述力大小与所述第一交流分量的第一幅度成比例；以及响应于所述力大小超过阈值力大小，检测所述触摸传感器表面上的所述第一输入。4.根据权利要求3所述的方法，其中，解释所述触摸传感器上的所述第一输入的所述力大小包括：解释所述力敏感层与支撑所述第一驱动电极和所述第一感测电极的基底之间的气隙的高度的降低，所述高度的降低与所述第一交流分量的所述第一幅度成比例；检索所述力敏感层和所述气隙的弹簧常数；以及基于所述气隙的高度的所述降低和所述弹簧常数来解释所述触摸传感器上的所述第一输入的所述力大小。5.根据权利要求3所述的方法，其中，基于所述第一感测信号的所述第一直流分量检测所述触摸传感器表面上的所述第一输入包括：
基于所述第一感测信号的所述第一直流分量的大小来计算所述第一驱动电极和所述第一感测电极两端的电阻；以及解释所述触摸传感器表面上的所述第一输入的所述力大小，所述力大小与所述电阻和基线电阻之间的差成比例，所述基线电阻在所述第一驱动电极和所述第一感测电极之间的电阻。6.根据权利要求1所述的方法：还包括基于所述第一感测信号的所述第一直流分量的大小来计算所述第一驱动电极和所述第一感测电极两端的电阻；其中，基于所述第一感测信号的所述第一直流分量来检测所述触摸传感器表面上的所述第一输入包括响应于所述电阻超过高阈值电阻：解释所述触摸传感器表面上的所述第一输入的力大小，所述力大小与所述第一感测信号的所述第一交流分量的第一幅度成比例；和检测所述触摸传感器表面上的具有所述第一力大小的所述第一输入；其中，基于所述第一感测信号的所述第一交流分量检测所述触摸传感器表面上的所述第一输入包括响应于所述电阻下降到低阈值电阻以下：解释所述触摸传感器表面上的所述第一输入的第二力大小，所述第二力大小与所述电阻和基线电阻之间的差成比例，所述基线电阻是所述第一驱动电极和所述第一感测电极之间的电阻；和检测所述触摸传感器表面上的具有所述第二力大小的所述第一输入；以及还包括响应于所述电阻下降到所述高阈值电阻以下并超过所述低阈值电阻：基于所述第一力大小和所述第二力大小的组合来计算合力大小；和检测所述触摸传感器上的具有所述合力大小的所述第一输入。7.根据权利要求1所述的方法：其中，在所述第一扫描周期期间用所述驱动信号驱动所述第一驱动电极包括在所述第一扫描周期期间用所述驱动信号顺序地驱动一组驱动通道，所述一组驱动通道限定传感器阵列内的所述一组驱动电极；其中，从所述第一感测电极读取所述第一感测信号包括在所述第一扫描周期期间从一组感测通道顺序地读取一组感测信号，所述一组感测通道限定所述传感器阵列内的所述一组感测电极；其中，检测所述触摸传感器表面上的所述第一输入包括基于所述第一感测信号检测在所述第一扫描周期期间所述触摸传感器表面上的第一位置处的所述第一输入，所述第一位置靠近所述第一驱动电极和所述第一感测电极；并且所述方法还包括：检测从所述一组感测电极中的第二感测电极读取的所述一组感测信号中的第二感测信号的第二交流分量；检测所述第二感测信号的第二直流分量；和响应于所述第二交流分量的第二幅度下降到阈值幅度以下并且响应于所述第二直流分量的第二大小下降到所述阈值大小以下，检测在所述第一扫描周期期间在所述触摸传感器表面上的第二位置处不存在第二输入，所述第二位置靠近所述第二驱动电极和所述第二
感测电极；和将所述第一输入的所述第一位置和在所述第二位置处所述第二输入的不存在编译成表示在所述第一扫描周期期间所述触摸传感器表面上的输入的第一触摸图像。8.根据权利要求1所述的方法：其中，检测所述触摸传感器表面上的所述第一输入包括基于所述第一感测信号检测在所述第一扫描周期期间所述触摸传感器表面上的第一位置处的所述第一输入，所述第一位置靠近所述第一驱动电极和所述第一感测电极；并且所述方法还包括：在第二扫描周期期间用所述驱动信号驱动所述第一驱动电极；在所述第二扫描周期期间从所述第一感测电极读取第二感测信号；检测所述第二感测信号的第二交流分量；检测所述第二感测信号的第二直流分量；以及响应于所述第二交流分量的第二幅度下降到阈值幅度以下并且响应于所述第二直流分量的第二大小下降到所述阈值大小以下，检测在所述第二扫描周期期间所述触摸传感器表面上的所述第一位置处不存在所述第一输入，所述第二位置靠近所述第二驱动电极和所述第二感测电极。9.一种方法，包括：在第一扫描周期期间：从一组驱动电极和感测电极对读取第一组感测信号，所述第一组感测信号中的每个感测信号表示在所述第一扫描周期期间在所述一组驱动电极和感测电极对中的驱动电极和感测电极对之间的电阻；和基于所述第一组感测信号中的第一感测信号的第一直流分量，检测在所述第一扫描周期期间触摸传感器表面上的第一位置处的第一输入，所述第一直流分量指示所述一组驱动电极和感测电极对中的位于所述第一位置附近的第一驱动电极和感测电极对之间的电阻的第一变化；在所述第一扫描周期之后的第二扫描周期期间：从所述一组驱动电极和感测电极对读取第二组感测信号；和基于所述第二组感测信号中的第二感测信号的第二直流分量，跟踪在所述第二扫描周期期间从所述触摸传感器表面上的所述第一位置到所述触摸传感器表面上的第二位置的所述第一输入，所述第二直流分量指示所述一组驱动电极和感测电极对中的位于所述第二位置附近的第二驱动电极和感测电极对之间的电阻的第二变化；以及在所述第二扫描周期之后的第三扫描周期期间：从所述一组驱动电极和感测电极对读取第三组感测信号；检测从所述一组驱动电极和感测电极对中的位于所述触摸传感器表面上的第三位置附近的第三驱动电极和感测电极对读取的第三感测信号的第三直流分量；检测所述第三感测信号的第三交流分量；和响应于所述第三直流分量的第三大小下降到阈值大小以下，基于所述第三感测信号的所述第三交流分量的第三幅度，跟踪在所述第三扫描周期期间从所述触摸传感器表面上的所述第二位置到所述触摸传感器表面上的所述第三位置的所述第一输入，所述第三交流分
量的第三幅度指示所述第三驱动电极和感测电极对之间的电容的第三变化。10.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述第三扫描周期期间，响应于所述第三感测信号的所述第三交流分量的所述第三幅度下降到阈值幅度以下，检测所述第一输入从所述触摸传感器表面的释放。11.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述第三扫描周期之后的第四扫描周期期间：从所述一组驱动电极和感测电极对读取第四组感测信号；以及基于所述第四组感测信号中的第四感测信号的第四直流分量，跟踪在...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊利亚，
申请(专利权)人：森赛尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：