專利名稱：：用于電子裝置的單側(cè)電容式力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大體上涉及一種電容式傳感器，更具體地，涉及一種采用布置在基板上的電容器對(duì)來確定接觸力的大小的電容式力傳感器。
背景技術(shù)：
：包括移動(dòng)電話和個(gè)人數(shù)字助理(PDA)的便攜式電子裝置隨著與這些裝置相關(guān)的技術(shù)持續(xù)地進(jìn)步而變得越來越復(fù)雜。例如，直到最近，移動(dòng)電話的用戶接口還包括十二個(gè)至十五個(gè)機(jī)械按鈕。然而，今天，許多便攜式裝置已包括全QWERTY鍵盤。此外，一些便攜式電子裝置采用根本沒有機(jī)械鍵的觸摸感應(yīng)屏。用戶僅用觸摸塑料或玻璃表面，而不是按下機(jī)械按鈕。然后，諸如電容式觸摸傳感器的觸摸感應(yīng)電路確定用戶手指或手寫筆(stylus)的位置。然后，處理器將手指或手寫筆的位置與虛擬鍵盤相關(guān)聯(lián)，以確定鍵擊。例如，在共同轉(zhuǎn)讓的于2007年2月27日提交的名為“AdaptableUserInterfaceandMechanismforaPortableElectronicDevice”的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)No.11/679，228中描述了這種電容式傳感器，通過引用將其合并于此。盡管電容式觸摸傳感器可用于確定類似手指和手寫筆的對(duì)象的幾何位置，但是他們不能提供所施加的接觸力的指示。在許多裝置中，必須使用力感應(yīng)電阻器或開關(guān)來檢測(cè)接觸力。然而，當(dāng)用戶接口僅包括固定的玻璃或塑料片時(shí)，力感應(yīng)電阻器展現(xiàn)出一些不太理想的特性。例如，力感應(yīng)電阻器通常具有取決于材料和制造公差的非線性響應(yīng)。另外，力感應(yīng)電阻器較為昂貴，從而增加了整個(gè)電子裝置的成本。因此，需要一種能夠檢測(cè)和確定接觸力的改進(jìn)的低成本觸摸感應(yīng)接口。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電容式力傳感器的一個(gè)示例。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的適合于沉積在基板上的電容電極圖案的一個(gè)示例。圖3和圖4分別示出在休息時(shí)和處于按壓下的根據(jù)本發(fā)明的電感式力傳感器的一個(gè)實(shí)施例以及與之相關(guān)的電場(chǎng)線。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的適合與電子裝置一起使用的觸摸感應(yīng)用戶接口的一個(gè)示例。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有觸摸感應(yīng)用戶接口的一個(gè)電子裝置的分解圖。圖7和圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用電容式力傳感器來確定碰撞接觸力的一種方法。技術(shù)人員將理解，為了簡(jiǎn)明和清楚示出附圖中的元件，未必將其按比例繪制。例如，可以相對(duì)于其他元件放大附圖中一些元件的尺寸，以幫助理解本發(fā)明的實(shí)施例。具體實(shí)施例方式在詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例之前，應(yīng)該注意到，實(shí)施例主要在于與電容性地檢測(cè)接觸力相關(guān)的方法步驟和裝置構(gòu)件的組合。因此，在附圖中已經(jīng)通過傳統(tǒng)符號(hào)適當(dāng)表示了裝置構(gòu)件和方法步驟，附圖僅示出那些與用于理解本發(fā)明的實(shí)施例相關(guān)的特定細(xì)節(jié)，從而不會(huì)使對(duì)于從在此的描述中獲益的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言顯而易見的細(xì)節(jié)的模糊了本公開。將理解，在此描述的本發(fā)明的實(shí)施例可以包括一個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)處理器以及獨(dú)特的存儲(chǔ)程序指令，其控制所述一個(gè)或多個(gè)處理器以與某些非處理器電路協(xié)作來實(shí)現(xiàn)在此描述的電容性力檢測(cè)的實(shí)施例的部分、大部分或全部功能?？蛇x地，可以通過沒有存儲(chǔ)程序指令的狀態(tài)機(jī)或者在一個(gè)或多個(gè)特定用途集成電路(ASIC)中實(shí)現(xiàn)部分或全部功能，其中，各個(gè)功能或某些功能的一些組合被實(shí)現(xiàn)為定制邏輯。當(dāng)然，可以使用兩種方法的組合。此外，盡管可能由例如可用時(shí)間、當(dāng)前技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素激勵(lì)了大量努力和許多設(shè)計(jì)選擇，但是可以預(yù)期的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在于此公開的概念和原理的指導(dǎo)下，將能夠容易地以最少實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生這種軟件指令和程序以及ASIC。現(xiàn)將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。參照附圖，在所有視圖中，相同的標(biāo)號(hào)指示相同的部件。如在此描述和整個(gè)權(quán)利要求中使用的，除非上下文另有明確規(guī)定，下面的術(shù)語采用在此與之明確相關(guān)的含義不定冠詞“a”、“an”以及定冠詞“the”的含義包括復(fù)數(shù)指代，“在……中”的含義包括“在……中”和“在……上”。諸如第一和第二、頂部和底部等的關(guān)系術(shù)語可以僅用于將一個(gè)實(shí)體或行為與另一實(shí)體或行為相區(qū)分，而不一定要求或暗示在這些實(shí)體或行為之間的任何實(shí)際關(guān)系或順序。另外，在此，在括號(hào)中所示的參考指示符指示除所討論的那個(gè)附圖之外的附圖中所示的構(gòu)件。例如，在討論附圖A時(shí)談到裝置(10)將指示在除圖A之外的附圖中示出的元件10。本發(fā)明的實(shí)施例提供一種如下的系統(tǒng)，其用于電容性地檢測(cè)在觸摸感應(yīng)用戶接口上施加的接觸力，所述觸摸感應(yīng)用戶接口例如便攜式電子裝置的觸摸感應(yīng)用戶接口。系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例包括順應(yīng)性(compliance)部件，諸如彈簧或泡棉墊片，以及用于檢測(cè)電容改變的系統(tǒng)。順應(yīng)性部件在一組或多組電極與參考地平面之間建立間隙。順應(yīng)性部件還建立施加力與間隙高度之間的關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，電容式感應(yīng)電路包括至少兩個(gè)電極。為了討論簡(jiǎn)單，這些電極在此將被稱為“X”電極和“Y”電極。在一個(gè)實(shí)施例中，X電極和Y電極布置在同一平面內(nèi)。例如，它們可以布置在基板上。適合的基板包括柔性(flexible)基板，諸如，聚合物封裝的銅；或剛性基板，諸如，F(xiàn)R4型玻璃纖維。通過將X電極和Y電極均布置在一個(gè)基板上(注意的是，它們可以被布置在基板的各個(gè)層上)，X電極和Y電極被布置在電極與參考地平面之間存在的空氣間隙的單側(cè)上。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路激勵(lì)電極中的一個(gè)例如X電極時(shí)，在X電極與Y電極之間建立電場(chǎng)。此電場(chǎng)限定了可以利用電容式感應(yīng)電路進(jìn)行測(cè)量的“X電極到Y(jié)電極”電容。電容式感應(yīng)電路是本領(lǐng)域已知的。電容式感應(yīng)電路的一個(gè)示例是電荷轉(zhuǎn)移電容式感應(yīng)電路，盡管對(duì)于從本公開獲益的本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見還可以使用其他等效的電容式感應(yīng)電路。在一個(gè)實(shí)施例中，順應(yīng)性部件在X-Y電極對(duì)與參考地平面之間建立間隙。參考地平面可以僅是連接到電路接地或共用節(jié)點(diǎn)的材料的導(dǎo)電部分。當(dāng)驅(qū)動(dòng)X電極時(shí)，不僅在X電極與Y電極之間建立電場(chǎng)，而且在X電極與參考地平面之間以及在Y電極與參考地平面之間建立電場(chǎng)。當(dāng)壓縮順應(yīng)性部件時(shí)，可能由于在用戶接口上發(fā)生的(incident)接觸力而導(dǎo)致X電極與Y電極之間的間隙減小。結(jié)果是，X電極與地之間以及Y電極與地之間的耦合增加，從而減少可測(cè)量的X-Y電容。因此，順應(yīng)性部件建立接觸力與位移之間的關(guān)系。然后，電容性檢測(cè)電路可以感應(yīng)位移的改變。通過測(cè)量X電極與Y電極之間的電容改變，系統(tǒng)可以確定位移的改變，且因此確定施加到輸入面的力。現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖1，圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電容式力傳感器100的一個(gè)實(shí)施例。電容式力傳感器100包括基板101，具有布置在其上的至少一個(gè)電極對(duì)102、103。在一個(gè)實(shí)施例中，電極對(duì)102、103包括多個(gè)電極對(duì)。電極對(duì)102、103的數(shù)量和放置將取決于應(yīng)用?？梢园凑贞嚵信渲脕矸胖枚鄠€(gè)電極對(duì)。另外，可以根據(jù)策略來沿基板放置多個(gè)電極對(duì)，所述策略例如在圖標(biāo)或用戶促動(dòng)目標(biāo)之下。如上所述，基板101可以是柔性基板或剛性基板。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，基板101是印刷布線板，諸如FR4電路板或聚合物封裝的柔性基板。在此實(shí)施例中，電極對(duì)102、103可以被布置在基板101上，或可以通過傳統(tǒng)印刷布線板制造技術(shù)來蝕刻。注意到，電極對(duì)102,103的電極可以被布置在多層基板的不同層上。在此配置中，沿在板107與電極對(duì)102、103之間存在的空氣間隙114的同一側(cè)布置電極對(duì)102、103。該種“一側(cè)”電容性感應(yīng)排列提供了若干優(yōu)點(diǎn)。第一，由于基于基板的電極制造成本低，因此非常符合成本效益。當(dāng)蝕刻印刷布線板的導(dǎo)電線路時(shí)，僅涉及改變掩模以在需要時(shí)添加電極。不需要構(gòu)建具有相對(duì)彼此移動(dòng)且必須在制造時(shí)進(jìn)行調(diào)諧的大金屬電容器板的復(fù)雜電氣結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電線路還可以利用通常為電子構(gòu)件所固有的地平面。第二，當(dāng)電極102、103均布置在基板101的單側(cè)上時(shí)，由于在制造電極本身時(shí)可以制造來自驅(qū)動(dòng)電路的線路，因此簡(jiǎn)化了到各個(gè)電極的電連接。注意到，在許多應(yīng)用中，其中，電極對(duì)的陣列與電容式力傳感器100—起使用，多層基板的益處在于，一層可以用于電極，而其他層可以在電極與電路構(gòu)件之間路由導(dǎo)電線路。第三，基板堆中的導(dǎo)電平面可以用作屏蔽件，以防止外部對(duì)象干擾電容性測(cè)量。暫且轉(zhuǎn)到圖2，圖2示出適合與本發(fā)明的實(shí)施例一起使用的電極圖案200的一個(gè)示例性實(shí)施例。電極圖案200包括X電極102和Y電極103。在圖2的說明性實(shí)施例中，按照多指交錯(cuò)配置，X電極102和Y電極103被布置在基板的同一側(cè)上的同一平面內(nèi)。注意到，這只是適合與本發(fā)明一起使用的一種電極圖案200。其他圖案對(duì)于從本公開的獲益的本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是顯而易見的。例如，X電極102可以被放置在基板的一層上，而Y電極103被放置在另一層上?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)回圖1，基板101連接到第一板106。各種材料可以用于制造第一板106，包括玻璃、塑料、金屬、玻璃纖維或其他材料。第一板106可以包括屏蔽件，諸如導(dǎo)電金屬層，其被配置為屏蔽電極對(duì)102、103，以使其不與處于第一板106附近的對(duì)象發(fā)生電容性耦合。(對(duì)于電容式傳感器，諸如用戶手指的對(duì)象可以像地平面一樣操作。這樣，電子裝置中電容式力傳感器100的一個(gè)適合位置是在諸如液晶顯示器的顯示器之下，在其中，屏蔽該電容式力傳感器100免受用戶手指的影響。雖然液晶顯示器是一種適合用于屏蔽電容式力傳感器100的顯示器，但對(duì)于從本公開獲益的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言顯而易見的是，還可以使用其他顯示器，包括有機(jī)發(fā)光二極管顯示器。除了使用顯示器用于屏蔽之外，另一選擇是使用第一板106中的屏蔽。)例如，第一板106可以包括諸如金屬的電屏蔽件。在使用金屬的情況下，金屬可以連接到電路接地105，或者耦合到驅(qū)動(dòng)電路104的信號(hào)軌。注意到，在期望屏蔽件的情況下，基板101還可以被配置為屏蔽電極對(duì)102、103，以使其不與處于第一板106附近的對(duì)象發(fā)生電容性耦合。例如，基板101與電極對(duì)102、103相對(duì)的一側(cè)上可以具有均勻間隔和均勻設(shè)置的電極網(wǎng)格113，所述電極網(wǎng)格113例如環(huán)形或方形導(dǎo)電材料的行和列，并且其正好與電極對(duì)102、103相對(duì)。然后，此網(wǎng)格可以耦合到驅(qū)動(dòng)電極102，即，X電極，從而當(dāng)X電極被驅(qū)動(dòng)時(shí)被驅(qū)動(dòng)電路104驅(qū)動(dòng)，或者被耦合到另一電極103。這種配置起到增加X電極與Y電極之間的初始電容性耦合的效果，從而增加傳感器的敏感度。基板101與第一板106之間的機(jī)械連接使得電極對(duì)102、103在物理上相對(duì)于第一板106被固定。例如，基板101可以機(jī)械地連接到第一板106，以使第一板106與電極對(duì)102、103之間的距離在力施加到電容式力傳感器100上時(shí)保持不變。第一板106與基板101之間的適當(dāng)耦合包括粘合劑和膠水。驅(qū)動(dòng)電路104被配置為向電極對(duì)102、103中的一個(gè)施加具有相對(duì)于電路接地105而測(cè)量的幅度的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，沿基板101布置驅(qū)動(dòng)電路104。在其他實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路104可以被布置在其他位置，并利用延伸跨基板101的電引線對(duì)電極對(duì)102、103和驅(qū)動(dòng)電路104進(jìn)行耦聯(lián)。例如，驅(qū)動(dòng)電路104可以被配置為向X電極102提供特征性的、基于頻率的信號(hào)。示例性信號(hào)包括AC波、方波、階躍函數(shù)、或隨時(shí)間改變的其他適合信號(hào)。圖1所示的順應(yīng)性部件，如順應(yīng)性部件108、109，被布置在第一板106和第二板107之間。在一個(gè)實(shí)施例中，第二板107包括導(dǎo)電材料，諸如銅或鎳，其被耦合到電路接地105。如下所述，此接地連接可以用于改變與電極對(duì)102、103相關(guān)的電場(chǎng)線的形狀。當(dāng)?shù)谝话?06和第二板107—起移動(dòng)時(shí)，第二板107本質(zhì)上改變了電極對(duì)102、103之間建立的電場(chǎng)線的形狀。這種電場(chǎng)線112的形狀的改變被測(cè)量作為電極對(duì)102、103的電容的改變。順應(yīng)性部件108、109被配置為在允許第一板106響應(yīng)于壓縮力110而相對(duì)于第二板107物理上移動(dòng)的同時(shí)，將第一板106和第二板107機(jī)械地分離。注意到，雖然如圖1所示壓縮力110施加到第一板106，但是電容式力傳感器100可以被反轉(zhuǎn)，使得壓縮力110施加到第二板107。在一個(gè)實(shí)施例中，順應(yīng)性部件108、109包括可壓縮襯墊，諸如由類似泡沫橡膠的彈性體制成的襯墊。然而，對(duì)于從本公開獲益的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言明顯的是，本發(fā)明不限于此。可以單獨(dú)采用其他的彈簧類型裝置，或者可以采用彈性類型裝置的組合，作為順應(yīng)性部件108、109。此外，可以定制用作順應(yīng)性部件108、109的材料和裝置，以增強(qiáng)兩個(gè)板106、107相對(duì)彼此的運(yùn)動(dòng)。例如，可壓縮襯墊可以與片簧或彈簧墊圈組合，以提供如下的非各向同性響應(yīng)，在其中，在板106、107—起移動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性與板106、107分開移動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性不同。設(shè)計(jì)者可能期望其中的一個(gè)比另一個(gè)快。可替代地，設(shè)計(jì)者可以期望非線性響應(yīng)。例如，設(shè)計(jì)者可能期望板106、107最初快速移動(dòng)，隨后較慢地移動(dòng)。例如，可以使用泡沫、金屬、橡膠等材料的組合來提供這種響應(yīng)。然后，電容性檢測(cè)電路111連接到電極對(duì)102、103。電容性檢測(cè)電路111被配置為響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)電路104的信號(hào)施加來檢測(cè)電極對(duì)102、103的電容的測(cè)量或指示。這樣，電容性檢測(cè)電路111可以檢測(cè)當(dāng)壓縮順應(yīng)性部件108、109時(shí)電容的改變。因?yàn)樵陔姌O對(duì)102、103的各個(gè)電極與地之間的耦合幅度隨著在電極對(duì)102、103與接地的第二板107之間的距離變化，所以電容發(fā)生改變。這樣，電容與第一板106的位移之間存在關(guān)系。通過確定板106、107的休息位置與板106、107的壓縮位置之間的電容改變，電容性檢測(cè)電路111可以確定電容的改變。在已知順應(yīng)性部件108、109的彈簧常數(shù)的情況下，可以將該電容的改變轉(zhuǎn)換為位移值?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖3和圖4，可以更容易看出所述位移的確定。圖3示出處于休息的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電容式力傳感器100的一個(gè)實(shí)施例，而圖4示出由于壓縮力110被施加到第一板106而導(dǎo)致處于壓縮狀態(tài)的電容式力傳感器100。在圖3和圖4所述的實(shí)施例中，第一板106包括導(dǎo)電材料層306，其連接到電路接地。(注意到，第一板106同樣可以耦合到信號(hào)線，諸如，耦合到X電極)。第二板107包括金屬板，諸如鋼板，其被耦合到電路接地105。在圖3和圖4中，通過場(chǎng)線示出當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路(104)將信號(hào)施加到電極對(duì)102、103中的一個(gè)時(shí)所建立的電場(chǎng)。在圖3中，場(chǎng)線301、302、303、304、305表示休息場(chǎng)。當(dāng)板106、107間隔休息距離320時(shí)，這些線301、302、303、304、305在電極對(duì)102、103之間耦合。轉(zhuǎn)到圖4，當(dāng)壓縮板106、107時(shí)，在電極102、103與第二板107之間的距離420減小。由于第二板107耦合到電路接地105，因此板107截?cái)?short)—些場(chǎng)線。其結(jié)果是，電場(chǎng)的形狀改變——這通過以耦合在電極102、103之間的較少的電場(chǎng)線來表示出來。在圖4中，場(chǎng)線401、402表示此場(chǎng)。壓縮力110的施加使順應(yīng)性部件108、109變形，導(dǎo)致電極102、103相對(duì)于鋼板107的位移(由距離320與距離420之間的差所示)。然后，由電容性檢測(cè)電路(111)將此位移感應(yīng)為電極對(duì)102、103之間的電容的減少。處理電路能夠使用順應(yīng)性部件108、109的彈簧常數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的電容到位移的計(jì)算。當(dāng)需要測(cè)量接觸力和接觸位置兩者時(shí)，電容式觸摸傳感器可以與所述電容式觸摸傳感器結(jié)合?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖5，圖5示出這種實(shí)施例。盡管在此電容式觸摸傳感器作為一個(gè)適合的“觸摸位置”確定裝置來使用，但是對(duì)于從本公開獲益的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明不限于此。還可以使用其他觸摸傳感器，包括，但不限于光學(xué)傳感器、表面聲波傳感器或電阻觸摸屏。在圖5，可以看見圖1的電容式力傳感器100。電容式力傳感器100位于諸如移動(dòng)電話或PDA的便攜式電子裝置的殼體501內(nèi)。電容式觸摸傳感器502被布置在第一板106之上和用作電子裝置的主面的面板部件(fasciamember)503之下。在一個(gè)實(shí)施例中，面板部件503可以被配置為相對(duì)于殼體501輕微移動(dòng)，以適應(yīng)電容式力傳感器100的活動(dòng)。在此實(shí)施例中，密封件、耦合件或襯墊可以用于將面板部件503密封到殼體501。可以為電容式觸摸傳感器的觸摸傳感器502被配置為用于檢測(cè)對(duì)象沿裝置的接近位置。面板部件503是電子裝置的罩或殼體，其可以是可拆卸或是不可拆卸的。在電子裝置包括觸摸感應(yīng)輸入的情況下，面板部件503被配置為接收用戶的手指或手寫筆的“觸摸”。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，面板部件503是薄的剛性材料，諸如鋼化玻璃或塑料。在其他實(shí)施例中，可以使用薄柔性材料，諸如透明或半透明的塑料薄膜。為了提供裝飾、文字、圖形和其他可視指示符，可以在面板部件503的后部面上布置選擇性的印刷。也可能由于各種原因期望在前部面上進(jìn)行印刷。例如，可能期望精細(xì)的紋理印刷或覆蓋印刷，以在電子裝置的頂上提供半透明的粗糙覆層(mattefinish)。此覆層用于防止裝飾被尖物或指紋弄壞。面板部件503還可以包括紫外線屏障或其他過濾器。在電容式觸摸傳感器用作觸摸傳感器502的情況下，在一個(gè)實(shí)施例中，通過在基板上沉積小電容板電極來構(gòu)建電容式觸摸傳感器，該電容式觸摸傳感器被配置為用于檢測(cè)對(duì)象沿第一板106(或在電容式力傳感器100反轉(zhuǎn)的情況下沿著第二板107)的接近位置。例如，銦錫氧化物電極可以被印刷在基板上。當(dāng)用戶的手指或手寫筆接近面板部件503時(shí)，裝置中的控制電路檢測(cè)觸摸傳感器502上的特定面板組合的電容的改變。例如，觸摸傳感器502可以在一般模式下用于檢測(cè)對(duì)象相對(duì)于面板部件503的一般的接近位置，盡管電容式力傳感器100也可以提供此功能。更經(jīng)常地，觸摸傳感器502將在特定模式下使用，其中，特定電容器板對(duì)可用于檢測(cè)對(duì)象沿面板部件503的長(zhǎng)度和寬度的位置。注意到，觸摸傳感器502和電容式力傳感器100可以集成為單個(gè)構(gòu)件。通過使用多層基板，諸如多層印刷布線板，各種電容傳感器和屏蔽件可以結(jié)合到單個(gè)基板上。例如，用于測(cè)量力的電容式力傳感器100的至少一個(gè)電極對(duì)(102，103)可以沿這種印刷布線板的下側(cè)進(jìn)行布置。當(dāng)需要時(shí)，屏蔽件可以被并入作為印刷布線板的內(nèi)層。然后，用作觸摸傳感器502的電容式傳感器可以被放置在印刷布線板的頂上?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖6，圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的諸如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理或便攜式計(jì)算機(jī)的電子裝置600的分解圖，所述電子裝置600具有至少一個(gè)電容式力傳感器100，用于確定接觸力。為了討論的目的，圖6的電子裝置600將被描述為具有觸摸感應(yīng)接口。這種裝置是在此描述的電容式觸摸傳感器的適合應(yīng)用。然而，對(duì)于從本公開獲益的本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是，電容式力傳感器100不僅可以使用在該種應(yīng)用上。其他用戶接口，包括具有鍵盤或其他控制器的那些用戶接口也可以從本發(fā)明的實(shí)施例獲益。從電子裝置600的頂部開始，面板部件601被配置為接收來自用戶的觸摸輸入。面板部件601至少跨越電子裝置的一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，面板部件將跨越電子裝置600的主面，或主面的一部分?？梢允褂娩摶ＡА⑺芰匣蚱渌m合材料制造面板部件601。在一個(gè)實(shí)施例中，面板部件601是剛性面板部件，并且包括導(dǎo)電材料，諸如銦錫氧化物材料，其耦合到電子裝置600內(nèi)的接地節(jié)點(diǎn)，以用于屏蔽。接下來，電子裝置600包括可選的電容式觸摸傳感器層602。當(dāng)期望不僅確定從用戶接收的接觸力，而且還確定用戶接觸的位置時(shí)，可以包括電容式觸摸傳感器層602。電容式觸摸傳感器層602布置在面板部件601的至少一部分之下，諸如在用戶接口區(qū)域之下。電容式觸摸傳感器層602被配置為檢測(cè)與用戶手指或手寫筆相對(duì)應(yīng)的沿電子裝置600的位置。在許多實(shí)施例中，電子裝置600將包括高分辨率顯示器606，用于向用戶呈現(xiàn)信息。此外，可以可選地使用低分辨率顯示器607，用于向用戶呈現(xiàn)虛擬鍵盤和其他用戶接口信息，如上述引用的共同轉(zhuǎn)讓的未決申請(qǐng)‘228中所述。在一個(gè)實(shí)施例中，由于顯示器可以用于如上所述的屏蔽目的，因此基板101的至少一部分可以放置在顯示器之下(在顯示器606之下，或者顯示器607之下，或者在這兩者之下)。接下來，可以看見電容式力傳感器100。在一個(gè)實(shí)施例中，電容式力傳感器包括基板101，其被放置在面板部件601之下?；?01可以耦合到第一板106?？蛇x地，上部構(gòu)件可以用作第一板106，從而不需要附加構(gòu)件。圖6所示的基板101相對(duì)于面板部件601被固定，從而在用戶促動(dòng)用戶接口時(shí)，面板部件601與基板101之間的間隔保持固定?；?01包括布置在其上的至少一個(gè)電極對(duì)。在圖6示出的實(shí)施例中，所述至少一個(gè)電極對(duì)包括在基板101的底部上按照陣列配置布置的多個(gè)電極對(duì)。在一個(gè)實(shí)施例中，陣列包括多個(gè)電極對(duì)傳感器?？梢园凑斩喾N方式來排列多個(gè)傳感器，其包括按照列和行的方式，隨機(jī)的方式，或根據(jù)用戶可能促動(dòng)的用戶接口的部位的方式。在一個(gè)實(shí)施例中，基板101是柔性基板。在一個(gè)實(shí)施例中，按照交錯(cuò)的圖案，如圖2所示，一個(gè)電極與另一個(gè)電極交錯(cuò)地，沿柔性基板布置電極對(duì)。然后，在基板101之下布置導(dǎo)電板107，導(dǎo)電板107耦合到電子裝置600的接地節(jié)點(diǎn)。順應(yīng)性部件108、109將基板101與導(dǎo)電板107分開，并且在其之間提供空氣間隙。在一個(gè)實(shí)施例中，順應(yīng)性部件108、109包括可壓縮材料和金屬?gòu)椈傻慕M合。例如，可壓縮泡沫和片簧組合適合于順應(yīng)性部件108、109。明顯的是，除了此組合之外，可以使用單個(gè)順應(yīng)性部件。可以看見電子電路603。電子電路603包括電容式感應(yīng)電路604?？梢酝ㄟ^微處理器、可編程邏輯或其他控制電路來實(shí)現(xiàn)的電容式感應(yīng)電路604被電耦合到電極對(duì)，并從電極對(duì)接收輸入?？梢詧?zhí)行相關(guān)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的嵌入式固件的電容式感應(yīng)電路604被配置為當(dāng)順應(yīng)性部件107被壓縮時(shí)確定電極對(duì)的電容性耦合。然后，將此“壓縮后”的電容與“放松狀態(tài)”的電容進(jìn)行比較，以確定施加到如上所述面板部件601上的力的量。在一個(gè)實(shí)施例中，包括也可以是微處理器、可編程邏輯或其他控制器的處理電路605，且處理電路605能夠與電容式感應(yīng)電路604—起操作。處理電路605被配置有可執(zhí)行代碼來確定接觸力，該接觸力取決于順應(yīng)性部件108、109的壓縮量。相關(guān)存儲(chǔ)器(未示出)中存儲(chǔ)的可執(zhí)行固件可以用于對(duì)處理電路605進(jìn)行編程，以作出力確定。例如，作為在電容式力傳感器100處于休息狀態(tài)時(shí)的電容量度的參考電容可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。當(dāng)壓縮順應(yīng)性部件108、109時(shí)，電容式感應(yīng)電路604使用電荷轉(zhuǎn)移感應(yīng)技術(shù)或其他適合的電容感應(yīng)方式來確定壓縮電容。然后，壓縮電容被轉(zhuǎn)發(fā)到處理電路605。然后，處理電路605基于壓縮電容與參考電容之間的改變來確定接觸力的幅度。這可以通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)從存儲(chǔ)器獲得與順應(yīng)性部件108、109相關(guān)聯(lián)的彈簧因子(例如，彈簧常數(shù))，然后確定順應(yīng)性部件108、109的壓縮量，通過采用壓縮量和彈簧因子來確定接觸力的幅度。也可以進(jìn)行其他計(jì)算。例如，可以將壽命補(bǔ)償因子應(yīng)用于彈簧因子，以補(bǔ)償隨時(shí)間的彈性損失。為此，處理電路605或電容式感應(yīng)電路604可以被配置為當(dāng)接觸力超過預(yù)定閾值時(shí)，提供裝置促動(dòng)信號(hào)。例如，為了消除不慎觸摸操作，處理電路605可以被配置為確定接觸力是否超過諸如0.IOlbs的預(yù)定閾值。當(dāng)這樣配置時(shí)，除非接觸超過此力，否則處理電路605不向電子裝置600的中央控制器或處理器提供促動(dòng)信號(hào)。現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖7，圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于確定施加到諸如電子裝置的表面的表面的接觸力的方法700。所述方法適合于編碼為在電子裝置內(nèi)的處理器上可執(zhí)行的固件或軟件。上面已經(jīng)描述了許多步驟，因此在此將簡(jiǎn)要闡述。在步驟701，提供一種包括通過順應(yīng)性部件分開的剛性表面和導(dǎo)電接地板的觸摸感應(yīng)設(shè)備。還提供了基板。與表面保持固定關(guān)系的所述基板包括至少一個(gè)電極對(duì)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以按照交錯(cuò)幾何布局而配置的所述至少一個(gè)電極對(duì)被布置在通過基板和導(dǎo)電接地板限定的空氣間隙的一側(cè)上的單個(gè)基板上。注意到，所述至少一個(gè)電極對(duì)可以包括多個(gè)電極對(duì)，可以按照列或行的陣列配置放置各個(gè)電極對(duì)。在步驟702，提供能夠與所述至少一個(gè)電極對(duì)一起操作的電容式感應(yīng)電路。如上所述，電容式感應(yīng)電路被配置為用于檢測(cè)與電極對(duì)相關(guān)的電容值。在步驟704，當(dāng)順應(yīng)性部件處于休息狀態(tài)時(shí)，電容式感應(yīng)電路獲得與所述至少一個(gè)電極對(duì)相關(guān)的參考電容。可以通過當(dāng)順應(yīng)性部件處于休息狀態(tài)時(shí)進(jìn)行測(cè)量來實(shí)時(shí)確定此參考電容?？蛇x地，可以在制造或校準(zhǔn)處理期間，將參考電容存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。在步驟704，電容式感應(yīng)電路確定當(dāng)接觸力施加到表面從而壓縮順應(yīng)性部件時(shí)的壓縮電容。在步驟705，電容式感應(yīng)電路基于壓縮電容與參考電容之間的改變來確定接觸力的幅度?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖8，將更加詳細(xì)地分析確定接觸力的一個(gè)說明性實(shí)施例。在步驟801，電容式感應(yīng)電路獲得與順應(yīng)性部件相關(guān)的彈簧因子。通常，當(dāng)制造電容式力傳感器時(shí)，此彈簧力部件將被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。在步驟802，電容式感應(yīng)電路如上所述基于壓縮電容與參考電容之間的改變來確定順應(yīng)性部件的壓縮量，通過采用壓縮量和彈簧因子來確定接觸力的幅度。如上所述，當(dāng)確定接觸力時(shí)，電容式感應(yīng)電路可以將壽命補(bǔ)償因子應(yīng)用于彈簧因子。現(xiàn)有技術(shù)的電容式力傳感器采用傳統(tǒng)的平行板電容器，其中，形成電容的兩個(gè)電極位于電介質(zhì)材料(空氣間隙)的相對(duì)側(cè)上。與這種現(xiàn)有技術(shù)傳感器相比，本發(fā)明的實(shí)施例提供了多種優(yōu)點(diǎn)。如上所述，在單基板上，可以在單基板的一層或在多層上，按照受控制的和高成本效率的方式放置本發(fā)明的實(shí)施例的電容器對(duì)。這樣，在接地平面與基板之間存在的空氣間隙的一側(cè)上布置電容器對(duì)。與在空氣間隙的任一側(cè)上布置電容板相比，這種配置機(jī)械上更簡(jiǎn)單且更強(qiáng)健。接下來，可以按照陣列定向配置本發(fā)明的實(shí)施例的電極對(duì)，并且可以容易地且高成本效率地屏蔽這些電極對(duì)免受諸如用戶手指的對(duì)象的影響。還存在其他優(yōu)點(diǎn)。第一，本發(fā)明的實(shí)施例可以被優(yōu)化為，使用以多陣列配置的電極和彈簧的組合來在平面觸摸表面諸如鋼化玻璃上感應(yīng)運(yùn)動(dòng)。接下來，可以配置順應(yīng)性部件的彈簧活動(dòng)，以使其在處于壓縮時(shí)與放松相比具有不同特性。交錯(cuò)的電極配置允許精確、容易、獨(dú)立的電子校準(zhǔn)，以提供更加統(tǒng)一的接觸力計(jì)算。此外，如上所述，用于確定對(duì)象的接近位置的電容式傳感器可以與電容式力傳感器組合。這樣，觸摸感應(yīng)用戶接口可以被設(shè)計(jì)為具有位置和力感應(yīng)能力。對(duì)于簡(jiǎn)單的觸摸感應(yīng)鍵盤應(yīng)用，電容式觸摸傳感器層和電容式力傳感器的組合可以按照獨(dú)特的方式一起運(yùn)行。在電容式觸摸傳感器和電容式力傳感器的輸出與AND邏輯組合的情況下，可以減少由于無意中與用戶接口接觸而導(dǎo)致的不意圖的誤操作的概率。在電子裝置包括觸摸感應(yīng)用戶接口諸如觸摸屏的情況下，本發(fā)明的實(shí)施例在選擇該裝置的各種功能時(shí)，不需要不自然的“點(diǎn)擊手勢(shì)”。例如，可以通過先確定用戶的手寫筆或手指的接近位置來實(shí)現(xiàn)這種效果。然后，處理電路可以確定接觸是否在有效區(qū)域內(nèi)以及接觸是否相應(yīng)于特定用戶促動(dòng)目標(biāo)或圖標(biāo)。在這種情況下，電容式力感應(yīng)電路可以被配置為僅當(dāng)超過預(yù)定力閾值時(shí)促動(dòng)圖標(biāo)。在上述說明書中，已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在不脫離在此闡述的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改和改變。因此，盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是明顯的是，本發(fā)明不限于此。在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種修改、改變、變形、替換和等價(jià)。因此，按照說明性而非限制性的方式理解說明書和附圖，所有這些修改被認(rèn)為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。益處、優(yōu)點(diǎn)、問題解決方案或可能引起任何益處、優(yōu)點(diǎn)或解決方案發(fā)生或者變得更加明顯的任何(一個(gè)或多個(gè))元素不被解釋為任何或全部權(quán)利要求的關(guān)鍵、要求或本質(zhì)的特征或元素。權(quán)利要求1.一種電容式力傳感器，包括基板，所述基板上布置有限定電容的至少一個(gè)電極對(duì)；驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路被配置為向所述至少一個(gè)電極對(duì)施加相對(duì)于電路接地的電壓；第一板，所述第一板相對(duì)所述基板固定；第二板，所述第二板電連接到所述電路接地；順應(yīng)性部件，所述順應(yīng)性部件被布置在所述第一板與所述第二板之間，所述順應(yīng)性部件被配置為將所述第一板與所述第二板機(jī)械地分離，且在允許所述第一板響應(yīng)于壓縮力相對(duì)所述第二板物理地移動(dòng)的同時(shí)對(duì)抗所述壓縮力；以及電容性檢測(cè)電路，所述電容性檢測(cè)電路被配置為當(dāng)壓縮所述順應(yīng)性部件時(shí)檢測(cè)電容的改變，其中，所述電容取決于所述第一板與所述第二板之間的距離。2.如權(quán)利要求1所述的電容式力傳感器，其中，所述至少一個(gè)電極對(duì)包括第一電極和第二電極，其中，所述第一電極和所述第二電極均被布置在所述基板與所述第二板之間存在的空氣間隙的同一側(cè)上的單個(gè)基板上。3.如權(quán)利要求1所述的電容式力傳感器，其中，所述順應(yīng)性部件包括成型的彈性材料。4.如權(quán)利要求1所述的電容式力傳感器，其中，所述順應(yīng)性部件包括金屬或塑料彈簧機(jī)械中的一種。5.如權(quán)利要求1所述的電容式力傳感器，其中，所述第一板由玻璃、塑料、金屬或玻璃纖維中的一種制成。6.如權(quán)利要求5所述的電容式力傳感器，還包括電屏蔽件，所述電屏蔽件被配置為電屏蔽所述至少一個(gè)電極對(duì)以免與處于所述第一板附近的對(duì)象電容性耦合。7.如權(quán)利要求6所述的電容式力傳感器，其中，所述第一板包括所述電屏蔽件，其中，所述電屏蔽件包括耦合到所述電路接地的導(dǎo)電材料，或者包括電氣驅(qū)動(dòng)電路耦合層。8.如權(quán)利要求1所述的電容式力傳感器，還包括電容式觸摸傳感器，所述電容式觸摸傳感器被配置為檢測(cè)對(duì)象的接近位置。9.如權(quán)利要求1所述的電容式力傳感器，其中，所述至少一個(gè)電極對(duì)包括被布置在所述基板的第一側(cè)上的第一電極和第二電極，還包括在所述至少一個(gè)電極對(duì)之上沿所述基板的第二側(cè)布置的電極網(wǎng)格，其中，所述電極網(wǎng)格電耦合到所述第一電極或者所述第二電極中的一個(gè)。10.一種具有觸摸感應(yīng)用戶接口的電子裝置，所述觸摸感應(yīng)用戶接口包括面板部件，所述面板部件被配置為接收觸摸輸入，所述面板部件跨越電子裝置的面的至少一部分；基板，所述基板被布置在所述面板部件之下，且相對(duì)于所述面板部件固定，所述基板上布置有至少一個(gè)電極對(duì)；導(dǎo)電板，所述導(dǎo)電板被耦合到接地節(jié)點(diǎn)，被布置在所述電子裝置內(nèi)，且通過空氣間隙與所述基板在物理上分離；順應(yīng)性部件，所述順應(yīng)性部件被布置在所述面板部件與所述導(dǎo)電板之間；以及電容感應(yīng)電路，所述電容感應(yīng)電路能夠與所述至少一個(gè)電極對(duì)一起操作，被配置為當(dāng)壓縮所述順應(yīng)性部件時(shí)確定所述至少一個(gè)電極對(duì)的電容性耦合。11.如權(quán)利要求10所述的電子裝置，還包括處理電路，所述處理電路能夠與所述電容感應(yīng)電路一起操作，被配置為確定與觸摸輸入相關(guān)的接觸力，其中，所述接觸力取決于所述順應(yīng)性部件的壓縮量。12.如權(quán)利要求11所述的電子裝置，其中，所述處理電路還被配置為在所述接觸力超過預(yù)定接觸力閾值的情況下提供裝置促動(dòng)信號(hào)。13.如權(quán)利要求11所述的電子裝置，其中，所述電子裝置還包括顯示器，所述顯示器布置在所述面板部件之下，其中，所述基板被布置在所述顯示器之下。14.如權(quán)利要求11所述的電子裝置，還包括觸摸傳感器層，所述觸摸傳感器層被布置在所述面板部件的至少一部分之下，所述電容式觸摸傳感器層被配置為檢測(cè)與所述觸摸輸入相應(yīng)的、沿所述面板部件的所述至少一部分的位置。15.如權(quán)利要求11所述的電子裝置，其中，所述至少一個(gè)電極對(duì)包括多個(gè)電極對(duì)，其中，沿所述基板以陣列方式來布置所述多個(gè)電極對(duì)的部分。16.如權(quán)利要求11所述的電子裝置，其中，所述面板部件包括具有導(dǎo)電材料的剛性面板部件，其中，所述導(dǎo)電材料連接到所述接地節(jié)點(diǎn)。17.如權(quán)利要求11所述的電子裝置，其中，所述基板包括柔性基板，在所述柔性基板的一側(cè)上布置有所述至少一個(gè)電極對(duì)，其中，所述至少一個(gè)電極對(duì)包括第一電極和第二電極，其中，所述第一電極與所述第二電極交錯(cuò)。18.一種確定施加到表面的接觸力的方法，所述方法包括步驟提供觸摸感應(yīng)設(shè)備，所述觸摸感應(yīng)設(shè)備包括通過順應(yīng)性部件分離的所述表面和導(dǎo)電接地板，所述觸摸感應(yīng)設(shè)備還包括被布置在與所述表面保持固定關(guān)系的基板上的至少一個(gè)電極對(duì)；提供電容式感應(yīng)電路，所述電容式感應(yīng)電路被耦合到能夠與之一起操作的所述至少一個(gè)電極對(duì)；當(dāng)所述順應(yīng)性部件處于休息狀態(tài)時(shí)，獲得與所述至少一個(gè)電極對(duì)相關(guān)的參考電容；當(dāng)所述接觸力施加到所述表面從而壓縮所述順應(yīng)性部件時(shí)，通過所述電容式感應(yīng)電路來確定壓縮電容；以及基于所述壓縮電容與所述參考電容之間的改變來確定所述接觸力的幅度。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，確定所述接觸力的幅度的步驟包括步驟獲得與所述順應(yīng)性部件相關(guān)的彈簧因子；基于所述壓縮電容與所述參考電容之間的改變來確定所述順應(yīng)性部件的壓縮量；以及使用所述壓縮量和所述彈簧因子來確定所述接觸力的幅度。20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，確定所述接觸力的幅度的步驟包括步驟將壽命補(bǔ)償因子應(yīng)用于所述彈簧因子。全文摘要電容式力傳感器(100)包括基板(101)，其上布置有限定電容的至少一個(gè)電極對(duì)(102，103)?；?101)相對(duì)于第一板(106)固定。驅(qū)動(dòng)電路(104)被配置為向電極對(duì)(102，103)施加相對(duì)于電路接地(105)的電壓。通過順應(yīng)性部件(108，109)將第一板(106)與耦合到電路接地(105)的第二板(107)分離。順應(yīng)性部件(108，109)被配置為在允許第一板(106)相對(duì)第二板(107)物理移動(dòng)的同時(shí)，對(duì)抗壓縮力(110)。然后，電容性檢測(cè)電路(111)被配置為當(dāng)壓縮順應(yīng)性部件(108，109)時(shí)檢測(cè)電容的改變。然后，根據(jù)電容的改變和順應(yīng)性部件(108，109)的彈簧常數(shù)來確定壓縮力(110)。文檔編號(hào)G06F3/041GK102105852SQ200980129481公開日2011年6月22日申請(qǐng)日期2009年7月7日優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日發(fā)明者大衛(wèi)·克蘭菲爾,邁克爾·奧萊,道奇·達(dá)斡爾曼申請(qǐng)人:摩托羅拉移動(dòng)公司