Технологии измерения силы и действительно емкостного касания для емкостных датчиков касания

Технологии измерения силы и действительно емкостного касания для емкостных датчиков касания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Данное раскрытие относится к технологиям для измерения емкости в емкостных датчиков касания, например, при измерении силы и действительно емкостного касания одновременно в датчике.

Уровень техники

Датчики касания, к примеру, датчики, используемые в сенсорных экранах для портативных устройств и для мониторов, выполнены с возможностью определять изменения емкости, чтобы формировать электрические сигналы на основе определенных изменений и отправлять сформированные электрические сигналы в приемное устройство для последующей обработки.

Сущность изобретения

Это описание поясняет технологии, в общем связанные с датчиками касания, которые выполнены с возможностью измерять действительно емкостное касание и/или силу, приложенную к датчику пользователем.

В общем, некоторые аспекты изобретения, описанного в этом описании, могут быть осуществлены в способах, которые задействуют датчик. Другие варианты осуществления этого аспекта включают в себя соответствующие системы, аппаратуру и компьютерные программы, выполненные с возможностью осуществлять действия способов, кодированных на компьютерных устройствах хранения данных.

В общем, другой аспект изобретения, описанный в этом описании, может быть осуществлен в способах, которые включают в себя действия, связанные с емкостным датчиком касания. Датчик включает в себя первую матрицу (например, повторяющиеся линейные шаблоны или упорядоченную компоновку линий) проводников, размещаемых в строках, при этом проводники в первой матрице размещаются, по существу, параллельно друг другу. Датчик включает в себя вторую матрицу проводников, размещаемых в столбцах, при этом столбцы проводников во второй матрице размещаются, по существу, параллельно друг другу. Столбцы проводников во второй матрице находятся под первой матрицей проводников, и проводники во второй матрице размещаются в направлении, которое является, по существу, перпендикулярным направлению строк проводников в первой матрице. Датчик включает в себя лист, имеющий диэлектрический материал, при этом лист находится под второй матрицей проводников.

Датчик включает в себя площадку заземления, расположенную под листом. Первая и вторая матрицы выполнены с возможностью формировать электрическое поле с линиями напряженности электрического поля, которые идут в первом направлении к пользователю датчика и во втором направлении к площадке заземления.

Каждый из этих и других вариантов осуществления в необязательном порядке может включать в себя один или более из следующих признаков. Ширина проводников, измеряемая в одной строке в первой матрице, может быть меньше расстояния разнесения, измеряемого между смежными краями двух смежных строк первой матрицы, и ширина проводников, измеряемая в одном столбце во второй матрице, может быть меньше расстояния разнесения, измеряемого между смежными краями двух смежных столбцов во второй матрице. Площадка заземления может быть размещена с возможностью, по меньшей мере, частично обрывать некоторые линии напряженности электрического поля, идущие во втором направлении. Датчик может быть выполнен с возможностью определять прерывание в линиях напряженности электрического поля в первом направлении. Датчик может быть выполнен с возможностью определять прерывание линий напряженности электрического поля, возникающих в результате поднесения объекта, который размещается поблизости от датчика в линиях напряженности электрического поля первого направления. Объект может быть пальцем или некоторой другой частью тела пользователя датчика. Датчик может включать в себя передающие устройства и приемные устройства. Датчик может быть выполнен с возможностью осуществлять следующие операции: передачу, с помощью передающих устройств, сигналов, по меньшей мере, на двух различных частотах в первой или второй матрице проводников; прием, с помощью приемных устройств, сигналов, по меньшей мере, на двух различных частотах в другой из первой или второй матрицы проводников; оценку значения емкости на каждой из двух различных частот с использованием принимаемых сигналов; определение того, что объект является пальцем или некоторой другой частью тела пользователя, если оцененные значения емкости на двух частотах отличаются в два или более раз; и определение того, что объект не является объектом, допускающим формирование сигнала действительно емкостного касания (например, пальцем или некоторой другой частью человеческого тела), и активация датчика обусловлена измеренной силой, если оцененные значения емкости на двух частотах не отличаются в два или более раз. Датчик может быть выполнен с возможностью принимать внешнюю силу от касания или нажатия датчика. Датчик может быть выполнен с возможностью сжимать, по меньшей мере, проводники в первой и второй матрицах в направлении площадки заземления после приема внешней силы, и датчик также может быть выполнен с возможностью снижать емкость датчика, когда внешняя сила прикладывается к датчику. Датчик может включать в себя характеристику емкости, при которой уровень измеренной емкости снижается монотонно от момента, когда объект размещается поблизости от датчика, до момента, когда объект касается и нажимает датчик. Площадка заземления может включать в себя лист из оксида индия и олова (ITO) или прозрачного проводника. Площадка заземления может включать в себя провода или металл, сформированные на жидкокристаллическом дисплее (LCD). Датчик может иметь такую конфигурацию, в которой одно из площадки заземления и второго листа материала формируются под листом, имеющим диэлектрический материал, при этом второй лист материала имеет диэлектрическую постоянную, которая выше диэлектрической постоянной деформируемого диэлектрического материала. Датчик может иметь такую конфигурацию, в которой либо площадка заземления может формироваться под листом, имеющим деформируемый диэлектрический материал, либо второй лист материала может формироваться выше листа, имеющего деформируемый диэлектрический материал, для которого второй лист материала может иметь диэлектрическую постоянную, которая превышает диэлектрическую постоянную листа деформируемого диэлектрического материала. Датчик может включать в себя оксид индия и олова (ITO) на полиэфирном листе (PET). Датчик может иметь непрозрачные металлические трассы на полиэфирном листе (PET) или пластическом веществе. Проводники могут включать в себя прозрачный проводящий материал, размещаемый в шаблоне так, чтобы формировать краевое электрическое поле между первой и второй матрицей проводников. Строки и столбцы могут включать в себя ромбовидные шаблоны в непересекающихся местоположениях проводников первой и второй матриц. Проводники во второй матрице могут быть размещены между первой матрицей проводников и деформируемым диэлектриком, и деформируемый диэлектрик может быть размещен между проводниками во второй матрице и площадкой заземления.

В общем, другой аспект изобретения, описанный в этом описании, может быть осуществлен в способах, которые включают в себя действия, связанные с емкостным датчиком касания. Датчик включает в себя первую матрицу проводников, размещаемых в строках, причем строки проводников в первой матрице размещаются, по существу, параллельно друг другу, и ширина проводников, измеряемая в одной строке в первой матрице, меньше расстояния разнесения между соответствующими проводниками, измеряемого между смежными краями двух смежных строк первой матрицы. Датчик включает в себя вторую матрицу проводников, размещаемых в столбцах, причем столбцы проводников во второй матрице размещаются, по существу, параллельно друг другу, и причем проводники во второй матрице находятся под проводниками в первой матрице. Проводники во второй матрице размещаются в направлении, которое является, по существу, перпендикулярным направлению первой матрицы проводников, и ширина проводников, измеряемая в одном столбце во второй матрице, превышает расстояние разнесения между соответствующими проводниками, измеряемое между смежными краями двух смежных столбцов во второй матрице. Датчик включает в себя лист, имеющий диэлектрический материал, при этом лист находится под второй матрицей проводников. Датчик включает в себя третью матрицу проводников, размещаемых в строках, причем строки проводников в третьей матрице размещаются, по существу, параллельно друг другу, и проводники в третьей матрице находятся под листом. Строки проводников в третьей матрице размещаются в направлении, которое является, по существу, перпендикулярным направлению столбцов проводников во второй матрице, и ширина проводников, измеряемая в одной строке третьей матрицы, превышает расстояние разнесения между соответствующими проводниками, измеряемое между смежными краями двух смежных строк в третьей матрице.

Каждый из этих и других вариантов осуществления в необязательном порядке может включать в себя один или более из следующих признаков. Датчик может включать в себя чувствительный к силе датчик и датчик действительно емкостного касания, причем датчик действительно емкостного касания может включать в себя проводники первой и второй матриц, и чувствительный к силе датчик может включать в себя проводники второй и третьей матриц и лист, имеющий диэлектрический материал. Чувствительный к силе датчик может быть выполнен с возможностью первого измерения первой емкости для емкости параллельных пластин конденсатора между пересечениями проводников второй и третьей матриц, и датчик действительно емкостного касания может быть выполнен с возможностью второго измерения второй емкости, связанной с краевым электрическим полем между первой и второй матрицами проводников. Датчик может быть выполнен с возможностью определять то, находится или нет объект поблизости от касания датчика, посредством краевого электрического поля. Датчик может быть дополнительно выполнен с возможностью определять то, касается или прикладывает объект силу к датчику либо нет. Датчик может быть выполнен с возможностью снижать уровень второй емкости по мере того, как объект приближается к касанию датчика. Датчик может быть выполнен с возможностью повышать уровень первой емкости по мере того, как объект касается и прикладывает силу к датчику. Датчик может включать в себя оксид индия и олова (ITO) на полиэфирном листе (PET). Датчик может включать в себя непрозрачные металлические трассы на полиэфирном листе (PET) или пластическом веществе. Проводники могут включать в себя прозрачный проводящий материал, размещаемый в шаблоне так, чтобы формировать краевое электрическое поле между первой и второй матрицами проводников. Проводники во второй матрице могут быть размещены между первой матрицей проводников и деформируемым диэлектриком, и деформируемый диэлектрик может быть размещен между проводниками во второй матрице и третьей матрице проводников.

В общем, другой аспект изобретения, описанный в этом описании, может быть осуществлен в способах, которые включают в себя действия, связанные с емкостным датчиком касания. Датчик включает в себя первую матрицу проводников, размещаемых в строках, вторую матрицу проводников, размещаемых в столбцах, которые являются, по существу, перпендикулярными строкам проводников в первой матрице, по меньшей мере, одно передающее устройство, соединенное с проводниками в одной из первой и второй матрицы проводников, и, по меньшей мере, одно приемное устройство, соединенное с проводниками в другой из первой и второй матрицы проводников. Способ для проведения измерений в датчике заключает в себе передачу, с помощью, по меньшей мере, одного передающего устройства, сигналов, по меньшей мере, на двух различных частотах, которые формируют электрическое поле, по меньшей мере, между одним из проводников в первой матрице и, по меньшей мере, одним из проводников во второй матрице, причем первая и вторая матрицы выполнены с возможностью формировать краевое электрическое поле, которое идет в направлении к пользователю датчика, и предоставлять определение прерывания электрического поля, возникающего в результате объекта, который размещается поблизости от датчика. Способ заключает в себе прием, с помощью, по меньшей мере, одного приемного устройства, сигналов с двумя или более различными частотами, оценку значения емкости на каждой из двух или более различных частот с использованием принимаемых сигналов, и определение того, отличается или нет оцененное значение емкости на каждой из двух или более частот приблизительно в два или более раз. Способ заключает в себе вычисление соотношения между оцененными значениями емкости и сравнение соотношения с пороговым значением, причем пороговое значение содержит значение, которое равно приблизительно двум. Способ также может заключать в себе вычисление разности между оцененными значениями емкости и сравнение разности с пороговым значением. Способ заключает в себе определение того, допускает или нет объект формирование сигнала действительно емкостного касания (например, пальца или некоторой другой части человеческого тела), и того, обусловлена или нет активация датчика измеренной силой, на основе результатов сравнения соотношения или разности между оцененными значениями емкости на двух или более частотах. Каждый из этих и других вариантов осуществления в необязательном порядке может включать в себя один или более из следующих признаков. Способ может заключать в себе определение того, что объект является пальцем или некоторой другой частью человеческого тела пользователя датчика касания, если оцененные значения емкости на двух частотах отличаются приблизительно в два или более раз. Проводники в первой матрице могут размещаться, по существу, параллельно друг другу, и проводники во второй матрице могут размещаться, по существу, параллельно друг другу. Проводники во второй матрице могут находиться под проводниками в первой матрице. Ширина проводников, измеряемая в одной строке в первой матрице, может быть меньше расстояния разнесения между соответствующими проводниками, измеряемого между смежными краями двух смежных строк первой матрицы, и ширина проводников, измеряемая в одном столбце во вторая матрице, может быть меньше расстояния разнесения между соответствующими проводниками, измеряемого между смежными краями двух смежных столбцов во второй матрице. Датчик может включать в себя лист, имеющий диэлектрический материал, при этом лист может находиться под второй матрицей проводников; и датчик может включать в себя площадку заземления, расположенную под листом. Относительно частот, по меньшей мере, две различных частоты могут отличаться в соотношении приблизительно четыре к одному. Датчик может включать в себя датчик действительно емкостного касания. Датчик может включать в себя чувствительный к силе датчик и датчик действительно емкостного касания, причем датчик действительно емкостного касания может включать в себя проводники в первой и второй матрицах, и чувствительный к силе датчик может включать в себя проводники во второй матрице, проводники в третьей матрице и лист, имеющий диэлектрический материал. Проводники в первой матрице могут размещаться, по существу, параллельно друг другу. Ширина проводников, измеряемая в одной строке в первой матрице, может быть меньше расстояния разнесения между соответствующими проводниками, измеряемого между смежными краями двух смежных строк первой матрицы. Проводники во второй матрице могут размещаться, по существу, параллельно друг другу. Проводники во второй матрице могут находиться под проводниками первой матрицы. Ширина проводников, измеряемая в одном столбце во второй матрице, может превышать расстояние разнесения между соответствующими проводниками, измеряемое между смежными краями двух смежных столбцов во второй матрице. Лист может находиться под проводниками второй матрицы. Проводники третьей матрицы могут размещаться в строках, и проводники в третьей матрице могут размещаться, по существу, параллельно друг с другом. Проводники в третьей матрице могут находиться под листом. Проводники в третьей матрице могут размещаться в направлении, которое является, по существу, перпендикулярным направлению проводников во второй матрице, и ширина проводников, измеряемая в одной строке в третьей матрице, может превышать расстояние разнесения между соответствующими проводниками, измеряемое между смежными краями двух смежных строк в третьей матрице. Две различных частоты могут включать в себя первую частоту и вторую частоту, и первая частота может быть выше второй частоты. Способ также может включать в себя прием сигналов для второй частоты, по меньшей мере, в одном приемном устройстве, которые имеют более высокий ток, чем сигналы, принятые для первой частоты. Датчик может включать в себя оксид индия и олова (ITO) на полиэфирном листе (PET). Датчик может иметь непрозрачные металлические трассы на полиэфирном листе (PET) или пластическом веществе. Проводники могут иметь прозрачный проводящий материал, размещаемый в шаблоне так, чтобы формировать краевое электрическое поле между первой и второй матрицей проводников. Строки и столбцы могут иметь ромбовидные шаблоны в непересекающихся местоположениях проводников первой и второй матриц.

Подробности одного или более вариантов осуществления изобретения, описанного в этом подробном описании, изложены на прилагаемых чертежах и в нижеприведенном описании. Другие признаки и аспекты изобретения должны становиться очевидными из описания, чертежей и формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует схему матрицы строк и столбцов для датчика касания.

Фиг.2 иллюстрирует схему другого примера матрицы строк и столбцов для датчика касания.

Фиг.3 иллюстрирует схему графика измеренной емкости в сравнении с воспринимаемой силой касания или сигналом приближения, принимаемым посредством датчика касания по фиг.2.

Фиг.4 иллюстрирует схему матрицы строк и столбцов для датчика касания.

Фиг.5 иллюстрирует схему, иллюстрирующую краевые поля, которые существуют вокруг строки и столбца датчика касания по фиг.4.

Фиг.6 иллюстрирует схему графика измеренной емкости в сравнении с воспринимаемой силой касания или сигналом приближения, принимаемым посредством датчика.

Фиг.7 иллюстрирует схему гибридного датчика касания.

Фиг.8 иллюстрирует схему матрицы строк и столбцов для датчика касания, причем строки и столбцы имеют ромбический шаблон.

Аналогичные ссылки с номерами и обозначения на различных чертежах указывают аналогичные элементы.

Подробное описание изобретения

В емкостном сенсорном экране датчики изготавливаются из электропроводящих строк и столбцов, причем строки и столбцы являются подвижными, чтобы принимать силу, приложенную от пользователя датчика. Строки и столбцы пересекают друг друга приблизительно перпендикулярно и формируют двумерную матрицу. Электронный контроллер для такого сенсорного экрана должен измерять емкость от каждой строки к каждому столбцу в каждом пересечении, формируя m*n измерений для матрицы с m строк и n столбцов. Емкость измеряется посредством приложения изменяющегося во времени напряжения возбуждения в каждом проводнике (который произвольно допускается здесь как столбцовый) и измерения тока, образующего связь с каждой строкой. Несколько строк измеряются параллельно, и процесс повторяется последовательно для каждого столбца или частично параллельно с ортогональными формами сигналов возбуждения, используемыми в нескольких столбцах. Например, ортогональные формы сигналов возбуждения могут быть использованы в нескольких столбцах, как описано в заявке на патент (США) №12/838419, поданной 16 июля 2010 года, которая полностью содержится в данном документе по ссылке.

Если палец пользователя приближается к одному из пересечений, то емкость в этом пересечении будет изменяться. Палец пользователя является проводящим, имеет диэлектрическую постоянную, отличающуюся от диэлектрической постоянной воздуха, и в такой степени, в какой он является проводящим, имеет некоторое соединение через тело пользователя с узлом заземления схемы контроллера. Некоторая комбинация этих эффектов приводит к изменению емкости, которая может снижаться (по мере того, как ток протекает из передающего устройства в тело пользователя и на землю, а не из передающего устройства в приемное устройство) или возрастать (по мере того, как ток протекает из передающего устройства в палец пользователя и из пальца пользователя в приемное устройство; палец пользователя является более проводящим и имеет более высокую диэлектрическую постоянную, чем воздух). Режим, в котором палец пользователя приводит к снижению емкости, осуществляется на более высоких частотах, что обеспечивает передачу большей полной энергии в данном периоде интегрирования, что предоставляет возможность более высокого отношения "сигнал-шум" (SNR). Убывающий режим, следовательно, используется каждый раз, когда действительно емкостное касание измеряется в этом раскрытии сущности.

Измерение "действительно емкостного касания" используется, поскольку оно имеет нулевую силу воздействия. Оно реагирует на позицию касания пользователя, а не на силу, и, следовательно, реагирует даже на самое легкое касание. Тем не менее, в некоторых вариантах применения, аналоговое измерение силы касания пользователя предоставляет полезную дополнительную степень свободы.

Например, сила может преобразовываться в емкость посредством конструирования конденсатора с параллельными пластинами с деформируемым диэлектриком между пластинами. Когда сила прикладывается к конденсатору, диэлектрический материал деформируется и дает возможность пластинам сближаться друг с другом. Это повышает измеренную емкость. Матрица таких датчиков может быть сконструирована, например, с широкими, перекрывающимися строками и столбцами и диэлектрическим материалом между строками и столбцами. Эта матрица может быть отсканирована аналогичным образом для того, чтобы измерять действительно емкостное касание. Конструкции чувствительных к силе датчиков также дают возможность активации устройства с помощью объектов, отличных от пальца, к примеру, с помощью инструмента стилуса, например, твердого пластикового стержня. Все, что может быть использовано для того, чтобы прикладывать силу (в том числе, например, непроводящий пластический объект), может использоваться для предоставления сигнала, соответствующего силе датчика. Пример такого датчика воспроизведен в качестве фиг.1.

В матрице строк и столбцов для датчика 100 касания, показанного в фиг.1, датчик 100 касания включает в себя прозрачные электропроводящие строки и столбцы. Датчик 100 касания имеет строчные проводники 130, сформированные поверх деформируемого диэлектрика 110. Деформируемый диэлектрик 110 формируется поверх столбцовых проводников 120. Эти проводники могут быть изготовлены из оксида индия и олова (ITO), но также могут быть использованы другие материалы, к примеру, серебряные нанопровода или более крупные металлические провода, которые являются несильно или сильно непрозрачными, но являются достаточно небольшими, так что они относительно незаметны. Проиллюстрированная конфигурация дает в результате проводники, размещаемые в двумерной ортогональной матрице, например, когда строчные проводники являются, по существу, параллельным оси X, а столбцовые проводники являются, по существу, параллельным оси Y.

Датчик 100 касания включает в себя широкие столбцы и широкие строки, которые перекрываются, давая в результате емкость параллельных пластин конденсатора в областях перекрытия между строками и столбцами. На фиг.1 диэлектрик 110 является деформируемым, и строки и столбцы размещаются, например, на гибких фрагментах оксида индия и олова (ITO) на полиэфирном листе. Когда датчик 100 касания принимает силу, приложенную посредством внешней силы, к примеру, посредством пальца пользователя, диэлектрик 110 деформируется и снижает разнесение между строками и столбцами в нажатой области, приводя к повышению измеренной емкости этой области. Емкость матрицы строк и столбцов может считываться, чтобы измерять емкость в каждом m*n пересечений независимо. На фиг.1 электрическое поле находится в строке и столбцах, так что датчик главным образом реагирует на силу, приложенную к датчику. Сила может включать в себя физическое нажатие на датчик, возникающее в результате касания посредством пальца пользователя или посредством некоторого другого проводящего или непроводящего объекта, такого как инструмент стилуса или некоторый другой непроводящий объект.

В другой архитектуре, вместо измерения емкости от каждой строки к каждому столбцу, можно измерять емкость от каждой строки или столбца к земле. В системе, использующей эту конструкцию с m строк и n столбцов, выполняется m+n измерений, а не m*n. В этом случае, емкость параллельных пластин конденсатора будет возникать между строкой или столбцом и площадкой заземления, а не между строкой и столбцом. При приспособлении этой архитектуры, сила, которая прикладывается в нескольких точках, может формировать результат, который не является уникальным для местоположений, в которых прикладывается сила. Например, силы в позициях (1, 2) и (3, 4) формируют увеличенную емкость в строках 1 и 3 и столбцах 2 и 4; но силы в позициях (1, 4) и (3, 2) также формируют увеличенную емкость в идентичных строках и столбцах. Эвристические способы могут использоваться для того, чтобы после этого пытаться выбирать между конкурирующими потенциальными исходными местоположениями для инициирующей силы, например, посредством рассмотрения последовательности, в которой касаются точки. Тем не менее, m*n архитектур, поясненных ниже, не должны использовать эвристические способы для того, чтобы выбирать между конкурирующими потенциальными исходными местоположениями для инициирующей силы. Признаки, описанные ниже, могут предлагать m*n архитектур, которые предоставляют корректные результаты, когда две точки касаются почти одновременно, или когда точки перемещаются таким образом, что они располагаются по горизонтальной (параллельно строкам) или вертикальной (параллельно столбцам) линии.

На фиг.2 показан датчик 200 касания, имеющий матрицу строк и столбцов. Датчик 200 касания имеет прозрачные электропроводящие строки и столбцы. Датчик 200 касания имеет строчные проводники 230, размещенные поверх деформируемого диэлектрика 110. Деформируемый диэлектрик 110 размещается выше столбцовых проводников 120. По причинам, описанным ниже, датчик 200 касания по фиг.2 имеет относительно узкие строчные проводники 230 с относительно широкими промежутками между каждым из строчных проводников.

Конструкция по фиг.2 формирует как вышеуказанную емкость параллельных пластин конденсатора, так и краевую емкость, которая может прерываться посредством пальца пользователя. Такая конструкция измеряет как действительно емкостное касание из краевого поля, так и силу из емкости параллельных пластин конденсатора по мере того, как деформируется материал между строкой и столбцом. Такая конструкция ориентирует верхние проводники в относительно разбросанной взаимной ориентации с промежутком между ними, чтобы давать возможность полю образовывать интерференционную полосу по краям; пример этой конструкции отображается как фиг.2, но также предполагаются другие конструкции с этим свойством. Например, ромбический шаблон 800, как показано на фиг.8, может быть выполнен с возможностью иметь это свойство с использованием краевого поля между ромбами и емкости параллельных пластин конденсатора, когда строки 820 и столбцы 830 пересекают друг друга или образуют встречно-гребенчатый шаблон.

На фиг.2 строчные проводники 230 являются узкими, а не широкими, так что существует большое разнесение между строчными проводниками 230, чтобы уменьшать величину емкости параллельных пластин конденсатора между строчными проводниками 230 и столбцовыми проводниками 120 и давать возможность формирования краевого поля из строчных проводников 230, так что нарушение краевого поля может быть определено посредством датчика, чтобы предоставлять краевую емкость для сигнала касания (без силы). Аналогично фиг.2, могут быть сконфигурированы другие реализации, например, ромбический шаблон 800 на фиг.8 или встречно-гребенчатые шаблоны.

Как описано выше, датчик 200 касания по фиг.2 может служить в качестве как "датчика действительно емкостного касания", так и "чувствительного к силе датчика", соответственно, измеряя изменения краевого поля и электрического поля в диэлектрике. Например, в качестве чувствительного к силе датчика, датчик 200 касания работает аналогично датчику 100 касания по фиг.1, когда измеряется емкость параллельных пластин конденсатора, возникающая в результате из силы, приложенной к датчику касания, предоставляя дополнительную степень свободы. Например, с помощью пальца пользователя величина силы, приложенной пользователем для касания, может предоставлять дополнительную степень свободы, такую как легкое касание, чтобы указывать один тип инструкции, и более сильное касание, чтобы указывать другой тип инструкции. Конструкции чувствительных к силе датчиков также могут давать возможность активации датчика 200 касания с помощью объектов, отличных от пальца, к примеру, с помощью инструмента стилуса (например, твердого пластикового стержня либо любого проводящего или непроводящего объекта) для предоставления сигнала, соответствующего силе для датчика. Для приложенной силы с относительно небольшой контактной областью, например, сила может измеряться полностью в одном пересечении в матрице, и это измерение может быть пропорциональным приложенной силе. Для приложенной силы с относительно большой контактной областью, например, сила может измеряться в нескольких пересечениях в матрице, и эти измерения могут быть пропорциональными интегралу этой силы в области каждого конкретного пересечения, и, следовательно, приложенному давлению. В этом раскрытии сущности, термины для силы и давления могут быть использованы взаимозаменяемо. В некоторых реализациях, сигнал, сформированный посредством силы в датчике касания, может быть аналоговым измерением силы касания пользователя.

В отличие от этого и как указано выше, в режиме "датчика действительно емкостного касания", датчик 200 касания формирует измерения несмотря на отсутствие силы. В этом смысле, действительно емкостное касание измеряется посредством нарушения в электрическом поле, когда палец пользователя появляется поблизости или создает помехи для краевого поля датчика. Таким образом, сигнал действительно емкостного касания формируется в датчике 200 касания, даже если пользователь не прикладывает давление к датчику, поскольку измеримое изменение емкости может быть определено, когда палец пользователя появляется поблизости от краевого поля датчика. Поскольку пользователь не должен прикладывать силу, чтобы активировать датчик, результирующая сила трения отсутствует, если палец пользователя перемещается в плоскости датчика, и пользователь не чувствует это нежелательное сопротивление трения на пальце пользователя. Наоборот, датчик действительно емкостного касания может реагировать на позицию пальца пользователя, а не на силу, и, следовательно, может реагировать даже на самое легкое касание от пользователя.

На фиг.3 измеряемая емкость 310 связана с воспринимаемой силой касания на основе соответствующего сигнала 320 приближения, принимаемого посредством датчика 200 касания по фиг.2. В частности, как продемонстрировано посредством фиг.3, по мере того, как палец пользователя приближается к датчику 350 касания, приводя к постепенному снижению измеренной емкости 310, когда палец пользователя прерывает краевое поле от строки к столбцу. Емкость вследствие краевого поля является преобладающей емкостью в этом случае. После точки, в которой палец пользователя касается датчика 360 и начинает прикладывать возрастающую силу 370, емкость увеличивается по мере того, как емкость параллельных пластин конденсатора все больше и больше становится преобладающей емкостью. Это представляет немонотонную передаточную функцию из измерений воспринимаемой силы касания для емкости. Как следствие немонотонной передаточной функции, проиллюстрированной посредством фиг.3, пользователь, который касается и прижимается достаточно сильно к датчику касания, может увеличивать измеренную емкость параллельных пластин конденсатора до точки, в которой эта емкость параллельных пластин конденсатора смещает снижение измеренной емкости, соответствующее взаимодействию этого пользователя для эффектов краевой емкости и обеспечивающее результаты, которые совершенно запутывают то, касается пользователь или пытается прикоснуться к датчику.

Могут быть другие измерения, выполняемые в других реализациях датчиков касания. Например, в некоторых других реализациях, емкость может измеряться от каждой строки и столбца к земле, а не от каждой строки к каждому столбцу, тем самым проводя m+n измерений вместо m*n измерений. В этом случае, емкость параллельных пластин конденсатора будет возникать между строкой или столбцом и площадкой заземления, а не между строкой и столбцом. Некоторые из этих реализаций датчика касания, использующих m+n измерений, могут не иметь возможность независимо определять каждую силу (или их местоположения), когда сила прикладывается в нескольких точках, даже посредством использования сложного моделирования и вычислений.

Как упомянуто выше, когда пользователь касается емкостного датчика касания, наблюдаются, по меньшей мере, два различных эффекта. Во-первых, часть энергии, вытекающей из передающего устройства, может протекать в пользователя и возвращаться на землю через паразитную емкость пользователя для этого узла. Эта паразитная емкость может возникать, например, если пользователь держит металлический корпус устройства, даже из непроводящего покрытия, или в случае сбоя через палец пользователя, поскольку шаг датчика может быть достаточно точным, так что его палец также может находиться близко к другим элементам в матрице, в которой заземлены некоторые элементы. Этот первый эффект может снижать полную энергию, которая протекает в приемное устройство. Во-вторых, часть энергии, вытекающей из передающего устройства, может образовывать связь с пальцем пользователя через ткани пользователя и затем из пальца пользователя с приемным устройством. Поскольку диэлектрическая постоянная пальца пользователя, которая является приблизительно идентичной диэлектрической постоянной соленой воды, превышает диэлектрическую постоянную воздуха, это позволяет увеличивать эффект связи и увеличивать принимаемую энергию.

Эти два эффекта могут формировать различные реакции для потока энергии. Например, в зависимости от того, какой эффект преобладает, может быть немонотонная взаимосвязь между измеренным сигналом и расстоянием от пальца пользователя до датчика. Исходя из этого, чтобы повышать производительность датчика, датчики касания могут быть выполнены с возможностью работать в строго возрастающем или в строго убывающем режиме, так что они имеют монотонную взаимосвязь. Строго убывающий режим может демонстрировать особенно хорошую производительность в некоторых реализациях, поскольку этот режим может осуществляться на более высоких частотах. Эффекты, соответствующие строго убывающему режиму, также могут возникать с большим разнесением между пальцем пользователя и датчиком касания (поскольку, когда палец пользователя становится очень близко расположенным к датчику, эффект, в котором ток образует связь из передающего устройства с пальцем пользователя и затем через пользователя с приемным устройством, преобладает и приводит к увеличенной емкости). Это может обеспечивать большую толщину стекла для крышки датчика. Тем не менее, некоторые другие реализации могут использовать строго возрастающий режим. Как описано ниже, могут быть др